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OSUG - Terre Univers Environnement

Traitement d’antenne et corrélation de bruit ambiant - Pierre BOUE

22 novembre 2012 ( dernière mise à jour : 24 juillet 2013 )


Sujet de thèse : Traitement d’antenne et corrélation de bruit ambiant : Application aux grands réseaux sismologiques.

Encadrants  : Philippe ROUX et Michel CAMPILLO

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Résumé

Les enregistrements continus de bruit sismique ambiant sont une source d’information qui peut être exploitée pour détecter de faibles variations de la structure interne de la Terre. Ces informations permettent l’analyse des caractéristiques des roches comme la vitesse des ondes sismiques avec une précision jamais atteinte auparavant. Cette thèse a pour objet le prolongement des techniques de monitoring passif, qui ont été développées pour des couples de stations, à des traitements simultanés de réseaux de stations. Cette étude s’inscrit dans le projet ERC Whisper : Towards continuous monitoring of the continuously changing Earth.

En pratique, le travail consiste à développer des outils de traitement d’antennes de type Double Formation de Voies (DFV, Rost and Thomas, 2009) puis de les appliquer à des objectifs sismologiques divers. Ce traitement simultané en émission et en réception a déjà été utilisé en sismologie global dans le cas particulier ou les sources sont des explosions nucléaires dont les paramètres sont connus (Kruger et al., 1993). La corrélation de bruit sismique permet la reconstruction de la fonction de Green entre deux stations (Lobkis and Weaver, 2001), ainsi un traitement de type DFV peut être appliquée entre deux réseaux de récepteurs sismiques.

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Fig. 1.1 – (a) Illustration du réseau Transportable USArray sur la période étudiée. Les triangles représentent les stations sismologiques opérationnelles du 01/11/2009 au 31/01/2010. (b) La trace noire est la corrélation, moyennée sur 3 mois, des composantes verticales des deux stations en rouge sur la figure (a). La trace grise est la même corrélation après DFV, calculée en utilisant les stations voisines dans un rayon de 125 km (antennes d’environ 3x3 stations), et après extraction de l’onde de Rayleigh.

Les ensembles de données visées par ce travail couvrent différentes échelles spatiales : des données de prospection sismique à des données de sismologie globale. Des simulations numériques de données sont également utilisées dans le but de tester et de valider les traitements.

La DFV permet une amélioration importante du rapport signal-sur-bruit par sommation et l’ajout d’une information angulaire simultanément en émission et en réception. Ces deux avantages permettent l’étude de champs d’ondes complexes. On souhaite notamment être en mesure de sélectionner et d’extraire un trajet particulier des enregistrements ou au contraire filtrer certaines arrivées. Dans le cas de la sismique pétrolière terrestre, les ondes de surface peuvent masquer des ondes de volumes moins énergétiques (ground-roll) ; l’étude d’un jeu de données issu d’une acquisition haute résolution (sources actives) mis à disposition par Shell-Petroleum Development Oman montre que la DFV permet leur séparation avec une grande efficacité.

La suite de ce travail consiste à utiliser des données passives grande échelle. Ainsi, on utilise plusieurs mois de données sismologiques (large-bande) issues du réseau transportable américain USArray (figure 1). L’intercorrélation de ces enregistrements conduit à une immense base de données passives (465 stations sur une centaine de jours) sur laquelle un traitement de type DFV peut être appliqué. On souhaite ainsi profiter des avantages du double traitement d’antenne pour réaliser une tomographie en vitesse des ondes de surface (Shapiro et al., 2005), et/ou détecter des ondes de volume dans les fonctions de Green reconstruites (Poli et al., 2011). L’objectif à terme est d’améliorer les possibilités de localisation et d’étude des variations temporelles à l’intérieur du milieu.







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