Propagation acoustique basse fréquence et longue distance dans l’océan

Jean-Yves Royer

Claude Guennou & Laurent Guillon

Les séismes sous-marins génèrent des ondes sismiques qui se transforment en ondes acoustiques lorsqu’elles atteignent le fond de la mer. En raison des excellentes propriétés acoustiques de l’océan, ces ondes acoustiques à basse fréquence, appelées ondes T, peuvent se propager sur de très longues distances dans la colonne d’eau (plus de 1000 km). L’enregistrement des ondes T à l’aide de réseaux d’hydrophones dans la colonne d’eau s’avère un moyen très efficace de surveiller la sismicité sous-marine (p. ex. Fox et al., 2001), particulièrement la sismicité de faible amplitude qui n’est pas captée par les réseaux sismologiques terrestres. La surveillance acoustique à long terme à l’aide de réseaux d’hydrophones fournit ainsi une information unique sur la distribution spatiale et temporelle de cette sismicité de bas niveau, qui traduit l’activité tectonique et magmatique le long des frontières de plaques sous-marines telles les dorsales médio-océaniques ou les failles transformantes.

Cependant, au-delà de la localisation et du niveau acoustique des événements sismiques, peu d’informations sont actuellement extraites des ondes T. En effet, les ondes T provenant d’un événement sismique diffèrent considérablement d’un hydrophone à l’autre, lesquels sont généralement très espacés (p. ex. entre 500 et 1500 km). Ces différences sont probablement dues à la conversion sismique/acoustique près de la source, au diagramme de rayonnement de la source et/ou à la propagation à longue distance dans l’océan. Une meilleure compréhension de la génération des ondes T et de leur propagation pourrait apporter plus d’information sur le mécanisme focal d’un événement et/ou les propriétés de l’océan le long de leur trajet.

Une thèse récente, axée sur la conversion sismique/acoustique, a mis en évidence des effets 3D dus à la topographie près de la source sismique. L’énergie acoustique rayonnée par le fond marin varie en fonction des pentes et de l’orientation de la topographie par rapport à la source sismique et par rapport aux hydrophones. Cette étude a également montré les interactions des ondes acoustiques dans la colonne d’eau avec le fond marin (ondes d’interface). Dans sa suite, ce projet propose d’étudier les effets à longue distance de la propagation des ondes acoustiques à basse fréquence dans la colonne d’eau. Ces effets peuvent résulter soit d’interactions avec la topographie du fond marin, soit de changements dans les propriétés acoustiques de la colonne d’eau (ex. hétérogénéités à longue distance de la vitesse du son). L’objectif est de pouvoir comparer les enregistrements réels des ondes T de nos réseaux d’hydrophones avec des données modélisées, voire, au-delà, de remonter à la forme d’onde à proximité de la conversion sismique/acoustique.

Ces questions seront abordées par une modélisation directe par éléments finis spectraux, tant en 3D qu’en 2D. Cette approche a déjà été appliquée avec succès et s’est avérée très efficace pour modéliser conjointement les ondes sismiques dans le milieu solide élastique (la croûte terrestre) et les ondes acoustiques dans le milieu fluide (l’océan). Les travaux proposés s’appuieront sur cette expérience et combineront la modélisation 3D près de la source sismique et la modélisation 2D à distance de la source. Les modèles partiront de configurations simples pour évoluer vers des modèles plus complexes et plus réalistes, basés sur la topographie réelle du fond marin, les propriétés physiques des milieux et les mécanismes focaux des séismes.

Mots-clés : acoustique sous-marine basse-fréquence, modélisation numérique, ondes T, sismicité

Instructions et dossier de candidature

DMR


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