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OSUG - Terre Univers Environnement

Tomographie sismique des Pyrénées - Marie MACQUET

22 novembre 2012 ( dernière mise à jour : 30 août 2016 )


Sujet de thèse : Tomographie haute-résolution en ondes de surface de la croûte et du manteau supérieur sous les Pyrénées

Encadrants : Anne Paul et Helle Pedersen

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Résumé

Tout comme l’imagerie médicale permet de sonder l’intérieur du corps humain, la tomographie sismique est la seule méthode qui donne accès à la structure profonde de notre planète. En imageant ainsi les hétérogénéités de vitesses sismiques, il est possible de contraindre des modèles géodynamiques.

Alors qu’auparavant la tomographie sismique se faisait principalement à l’aide des temps d’arrivées des ondes produites par les événements sismiques, de nouvelles méthodes ont fait leur apparition au cours de la dernière décennie. Il est donc maintenant courant de réaliser des tomographies par méthode dite de corrélation de bruit sismique (Brenguier et al. 2007, Moschetti et al. 2007, Liang and Langston 2008, Stehly et al., 2009...). Cette méthode présente l’avantage majeur de ne pas avoir besoin de séismes, ceux-ci étant en effet répartis de façon hétérogène tant spatialement que temporellement. Le bruit sismique, quant à lui, est présent sur toute la surface du globe, et en tout temps.

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Figure1 – Carte des différents couples de stations utilisés pour la tomographie par corrélation de bruit.
Les chemins gris correspondent aux trajets produits en utilisant les réseaux Pyrope, IberArray et 12 stations du réseau permanant français. Les triangles rouge correspondent aux stations d’IberArray, les triangles bleu foncé aux stations de Pyrope et les triangles bleu clair aux stations Resif.

Le cadre d’étude de cette thèse est la chaîne de montagnes franco-espagnole des Pyrénées. Les données mises à disposition proviennent de trois réseaux :
- Pyrope (PYRenees Observtional Portable Experiment), réseau temporaire de stations sismologiques large bande, couvrant le sud-ouest de la France et la côte Atlantique (en bleu foncé sur la figure 1). La distance inter-stations est d’environ 60 km.
- IberArray, réseau temporaire espagnol de stations large bande, couvrant le nord de l’Espagne (en rouge sur la figure 1). La distance inter-stations est d’environ 70 km.
- Resif, réseau permanant français de stations sismologiques large-bande (en bleu clair sur la figure 1).

La méthode utilisée pour imager la croûte des Pyrénées (incluant en partie le Golfe de Gascogne) sera la corrélation de bruit sismique. La densité et le nombre de stations, illustrée par la figure 1, vont pouvoir permettre de réaliser une tomographie haute-résolution. La tomographie du manteau supérieure sera faite par inversion des mesures de dispersion des ondes de surfaces émises par les téléséismes.

La première partie de cette thèse a porté sur la mise en place d’un pré-traitement des données. Celui-ci diffère selon les auteurs (par exemple Bensen et al., 2007 et Seats et al., 2012), et dépend du type de réseau, et surtout de la zone d’étude. L’objectif principal de ces pré-traitement est l’élimination des événements sismiques, qui corrèlent parfaitement entre deux stations et faussent donc les mesures. Deux types de pré-traitements sont testés :
- la méthode du 1bit, qui consiste à mettre les amplitudes négatives à -1, et les amplitudes positives à 1.
- la méthode du tri qui consiste à détecter les événements sismiques et à supprimer la partie du signal correspondante.

Une fois ce pré-traitement mis en place, la corrélation pourra être lancée sur tout le jeu de données disponible. Ces corrélations permettront la reconstruction de la fonction de Green de l’onde de Rayleigh. Les mesures de dispersion pourront ensuite calculées, et des cartes d’anomalies de vitesses de groupe à différentes périodes produites (chaque période correspondant à une profondeur d’investigation différente).







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