Soutenance de thèse de Jean Lecoulant

Modélisation et simulations des ondes T : modes de Rayleigh et effets 3D

Résumé

Lorsqu’un séisme se produit sous l’océan, les ondes sismiques se transforment à l’interface croûte/océan en ondes acoustiques basse-fréquence, appelées ondes T, qui peuvent se propager dans la colonne d’eau sur de très grandes distances. Ces ondes sont d’une grande importance pour la surveillance de l’activité sismique et volcanique sous-marine car elles comblent un manque d’information dans les données sismologiques terrestres. La localisation de la source acoustique peut être déduite par trilatération à partir des temps d’arrivée de l’onde T sur plusieurs hydrophones et une magnitude acoustique peut être dérivée des niveaux reçus. Au-delà, les informations obtenues à partir des signaux des ondes T restent incomplètes car les mécanismes de génération des ondes T, leur mode de propagation, et l’importance des effets 3D dans le processus sont mal connus. Pour traiter ces questions, cette thèse utilise un code spectral aux éléments finis (SPECFEM) capable d’effectuer des simulations en forme d’onde complète des ondes sismiques dans la croûte terrestre et des ondes acoustiques dans l’océan.

Le modèle analytique développé dans cette thèse décrit des ondes T qui se propagent sous forme de modes de Rayleigh ; ce modèle prédit également le spectre des ondes PN et SN, qui sont les précurseurs des ondes T dans les enregistrements d’événements de forte magnitude. Dans une configuration 2D avec un fond plat et un océan uniforme, les modes théoriques (solution analytique) et simulés (SPECFEM) d’ondes T et les spectres d’ondes PN et SN montrent un très bon accord. Le modèle numérique peut donc être appliqué avec confiance à des configurations pour lesquelles un modèle analytique ne peut pas être simplement dérivé : une interface croûte/océan avec un mont sous-marin, avec ou sans canal SOFAR dans l’océan, et un fond marin plat avec une rugosité à courte longueur d’onde. Ces simulations mettent en évidence les conditions nécessaires à la génération d’ondes T énergétiques et confirment le rôle prédominant des modes de Rayleigh dans leur propagation. Les résultats du modèle avec un fond marin rugueux sont très comparables aux données hydroacoustiques d’un séisme majeur survenu sous une plaine abyssale. La version 3D de SPECFEM permet enfin d’étudier l’importance des effets 3D dans la génération des ondes T. À distance, les amplitudes et les temps d’arrivée diffèrent selon qu’un événement sismique se produit sous un mont sous-marin ou sous une dorsale. Par conséquent, les localisations de la source à partir de temps d’arrivée peuvent être biaisées par des effets topographiques en 3D à proximité de la région de l’épicentre.