Active Tectonics and Seismology

Durée

20h Th, 10h Pr, 2j T. t.

Nombre de crédits

Enseignant

Clara Brereton, Hans-Balder Havenith, Aurelia Hubert

Coordinateur(s)

Aurelia Hubert

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue anglaise

Organisation et évaluation

Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier

Horaire

Horaire en ligne

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Ce cours est dispensé en anglais et donné conjointement par Prof. Aurélia Hubert-Ferrari, Prof. Hans-Balder Havennith et Prof. Clara Breton.

Prof. Aurélia Hubert-Ferrari balaye les différents domaines tectoniques : partie 1 : failles décrochantes/transformantes, partie 2 : tectonique en extension/failles normales, partie 3 : zones de subduction, partie 4 : collisions et orogénèses.
Partie 1 :

• Modèle d'Anderson et contraintes menant aux failles décrochantes.
• Types de failles transformantes et grands exemples mondiaux (San Andreas, NAF, Alpine Fault).
• Structures et marqueurs associés (Riedel shears, bassins, reliefs, décalages géomorphologiques).
• Segmentation et complexité géométrique contrôlant la propagation des séismes.
• Cycle sismique et méthodes d'étude (paléosismologie, GPS, InSAR, lois d'échelle).

• Contexte extensif : dynamique mantellique, dorsales océaniques, rifting continental.
• Influence du taux d'accrétion : dorsales rapides (magmatisme dominant) vs lentes (failles normales, topographie marquée).
• Géométrie des failles normales : horsts, grabens, demi-grabens, failles listriques.
• Croissance, segmentation et interaction des failles, rôle du magma et des hétérogénéités.
• Cycle sismique, déformation cumulée et marqueurs géomorphologiques (escaliers tectoniques, facettes triangulaires).
• Exemples majeurs : Afar et système de rifts de la mer Rouge-Golfe d'Aden ; le graben du bas Rhin ; le rift de Corinthe

• Convergence de plaques : formation des zones de subduction (Ring of Fire, Méditerranée, etc.).
• Géométrie et dynamique : slab pull, slab rollback, marges accrétives vs érosives.
• Structure thermique et métamorphisme : hydratation/déshydratation, contrôle de la sismogenèse.
• Types de séismes : méga-séismes interplaques, séismes intermédiaires et profonds, rôle du couplage et du gradient thermique.
• Aléa : grandes magnitudes (Mw > 8-9), déformations de surface, tsunamis.
• Outils : tomographie sismique, GPS, modélisation thermique, paléosismologie.

• Convergence continent-continent : impossibilité de subduction ? collision.
• Théorie du coin critique : géométrie, stabilité et propagation des prismes d'accrétion.
• Failles inverses et chevauchements : géométrie en rampes et flats, plis associés.
• Styles tectoniques : thin-skinned (découplage sédimentaire) vs thick-skinned (socle impliqué).
• Croissance et migration des chaînes : chevauchements, sédimentation syn-tectonique, érosion.
• Exemples : Himalaya, Taïwan, Alpes, Zagros, Tibet.
• Impacts géomorphologiques et sismotectoniques : reliefs, séismes de chevauchement, glissements de terrain.

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

À l'issue de cette unité d'enseignement, les étudiantes seront capables de :

1.Compréhension scientifique

• Expliquer les moteurs de la tectonique et les processus à l'origine des séismes dans les différents contextes géodynamiques (décrochement, extension, subduction, collision).
• Identifier et analyser les structures tectoniques associées (failles, zones de subduction, systèmes orogéniques) et évaluer leurs implications en termes d'aléa sismique.

• Mener un travail de recherche en groupe de deux sur un sujet lié à la croissance des failles et aux séismes, en mobilisant bibliographie scientifique et analyse critique.
• Produire un rapport scientifique en anglais, structuré et argumenté, avec plusieurs étapes de relecture et de correction (feedback de Mme Clara Breton pour la langue et l'organisation, puis feedback scientifique de Mme Hubert-Ferrari).
• Défendre oralement les résultats obtenus devant un jury académique.

• Travailler de manière collaborative et développer l'autonomie dans la recherche d'informations et la rédaction scientifique.
• Améliorer les compétences de communication scientifique écrite et orale en anglais.

• Observer, mesurer analyser directement les structures tectoniques sur le terrain lors d'une sortie encadrée par M. Havennith (2 jours).
• Rédiger un rapport de terrain intégrant les observations géologiques dans un cadre tectonique global.

Savoirs et compétences prérequis

De bonnes bases en anglais

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

L'unité d'enseignement combine cours ex cathedra, travaux dirigés, projet de recherche, et pratique de terrain.

1. Cours théoriques (ex cathedra)

• Présentation des grands contextes tectoniques (failles décrochantes/transformantes, rifts et failles normales, zones de subduction, collisions et orogenèse).
• Mise en évidence des moteurs de la tectonique et des processus à l'origine des séismes.

• rédaction d'une introduction avec feedback de Mme Clara Breton (anglais, organisation du propos),
• version préliminaire du rapport avec retour de Mme Breton,
• version révisée avec retours conjoints de Mme Breton et de Mme Hubert-Ferrari,
• version finale accompagnée d'une défense orale.

• Excursion de deux jours encadrée par M. Havennith, axée sur l'observation et l'analyse des structures tectoniques actives.
• Rédaction d'un rapport de terrain permettant d'intégrer les observations dans un cadre tectonique global.

Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)

Cours donné exclusivement en présentiel


Informations complémentaires:

• 20h de cours théorique,
• 2 séances de 3h d'exercices et de traitement de donnée et séminaires.
• 3 séances de retour par rapport à la production d'écrit
• 2 journées de terrain avec mesures
• 1 séance finale de présentation orale des travaux par les étudiants

Supports de cours, lectures obligatoires ou recommandées

Plate-forme(s) utilisée(s) pour les supports de cours :
- MyULiège


Informations complémentaires:

Fichiers ppt et autres documents sur My ULiege pour A. Hubert-Ferrari

Modalités d'évaluation et critères

Examen(s) en session

Toutes sessions confondues

- En présentiel

évaluation écrite ( QCM, questions ouvertes )

Travail à rendre - rapport


Informations complémentaires:

Examen(s) en session

Toutes sessions confondues

- En présentiel

évaluation écrite ( QCM, questions ouvertes )

Travail à rendre - rapport


Informations complémentaires:
 40% - Examen écrits de M. Havennith et Mme Hubert-Ferrari durant la session

Avant la session : 60 % - Rapports et Présentations orales sur projet en 2025 sur la croissance des failles par groupe de 2 personnes. Les compétences linguistiques constituent une part importante de l'évaluation.Voici les différentes sous-thématiques qui seront abordées :

Fault growth models: isolated vs. constant-length vs. hybrid
Guiding question:
Which fault growth models best explain current and ancient observations, and what are their implications for tectonic evolution and seismic hazard?
References: Nicol, A., Mouslopoulou, V., Walsh, J.J. (2020). Fault growth and interactions in Crete. Tectonics.Pan, B., Bell, R.E. et al. (2021). Hybrid fault growth models: insights from scaling relationships. Journal of Structural Geology.Cowie, P. (1998). A healing-reloading feedback control on the growth rate of seismogenic faults. JGR.

Segmentation, linkage and transfer zones
Guiding question:
How do segmentation and linkage processes control fault growth and the size of earthquakes?
References: Manighetti, I., et al. (2009). Slip distribution and fault linkage from cumulative displacement profiles. EPSL. Mildon, Z.K., Roberts, G.P., et al. (2019). Active fault segmentation and rupture interaction in the Central Apennines. Nature Communications. Walsh, J.J., Watterson, J. (1991). Geometric and kinematic coherence and scale effects in normal fault systems. J. Struct. Geol.

Damage zones and structural evolution
Guiding question:
What role do damage zones play in accommodating strain and controlling fault propagation?
References: Torabi, A., Johannessen, R., et al. (2019). Fault damage zones: width, scaling and structure. J. Struct. Geol. Giampietro, T. (2023). Fault growth and damage zones in volcanic tuffs. PhD thesis, Univ. Montpellier. Joussineau, G., Aydin, A. (2007). The evolution of complex damage zone patterns around fault tips. J. Struct. Geol.

Influence of crustal heterogeneities on fault growth
Guiding question:
How do heterogeneities (magma bodies, rheological contrasts, anisotropy) influence fault initiation and propagation?
References: Dumont, S., Klinger, Y., et al. (2017). Magma influence on fault propagation in the Afar Rift. J. Struct. Geol. Mildon, Z.K., et al. (2019). Coulomb stress transfer and interseismic loading on complex faults. Nature Communications. Scholz, C.H. (2019). The Mechanics of Earthquakes and Faulting (3rd ed.), Cambridge Univ. Press.

Scaling laws and self-similarity
Guiding question:
To what extent are displacement/length (D/L) relationships and damage zone scaling laws universal across different fault types?
References: Nicol, A., Walsh, J.J., Watterson, J. (2020). Scaling of fault displacement and length over geological timescales. Tectonics. Scholz, C.H. (2002). Scaling laws for large earthquakes: consequences for physical models. BSSA. Giampietro, T. (2023). Scaling of damage zones with fault displacement. PhD thesis.

Fault maturity, seismic asperities and earthquake characteristics

Guiding question:
How does fault maturity (and the presence of asperities) influence slip distribution and earthquake characteristics?
References: Perrin, C., Manighetti, I., et al. (2016). Location of largest earthquakes controlled by fault structural maturity. Nature Geoscience. Brandes, C., Tanner, D. (2020). Fault mechanics and earthquakes. In: Mechanics of Faulting, Elsevier. Kaneko, Y., Avouac, J.-P. (2011). Seismic cycle and fault zone evolution: insights from dynamic rupture simulations. JGR.

Stage(s)

Remarques organisationnelles et modifications principales apportées au cours

Le cours est entièrement donné en anglais et est également évalué pour l'expression en anglais.

Contacts

Aurélia Hubert-Ferrari: aurelia.ferrari@uliege.be

Hans-Balder Havennith: HB.Havenith@uliege.be

Clara Breton: c.brereton@uliege.be 

Association d'un ou plusieurs MOOCs

Notes en ligne