Sujet :
Apport de l’analyse en antenne multidimensionnelle (3D) et multi-composantes (3C) à la caractérisation du champ d’ondes sismiques : application aux données de l’antenne du Laboratoire Souterrain Bas Bruit
Contexte :
Dans le cadre du TICE (Traité d’Interdiction Complète des Essais nucléaires), les réseaux de faibles ouvertures (antenne) ont une importance primordiale grâce à leur haut niveau de détection. Depuis de nombreuses années, le CEA poursuit des travaux de recherche sur le développement de traitement d’antenne pour caractériser au mieux le signal sismique. Ce sujet se place dans la continuité de ces travaux tels les thèses et post-doc portant sur le traitement d’antenne sismologique effectuées en collaboration avec le LSBB (Laboratoire Souterrain Bas Bruit) et l’IPGP (Institut Physique du Globe de Paris) : notamment l’aspect multi-sources (Schissele 2002) et l’aspect multi-composantes (Labonne 2016, Labonne 2017, Metaxian et al 2019).
L’IPGP bénéficie notamment d’une expertise sur l’aspect tridimensionnel d’une antenne sismique par le biais des travaux de thèse et de stage d’Aldolfo Inza 2013 et de Laurent Verrier 2019. Le LSBB, avec qui le CEA collabore depuis plusieurs années, offre, par le biais de son antenne sismique large-bande multi-composantes, multidimensionnelle (3C-3D) finalisée fin 2015, un jeu de données unique pour le développement et la validation de méthodes de traitement d’antenne multi-sources, multi-composantes et tridimensionnel.
Objectif de la thèse :
Cette thèse a pour but de développer des outils d’analyse permettant l’exploitation multi-composantes (3C) et tridimensionnelle (3D) d’une antenne sismique large bande afin de mieux caractériser les différentes ondes constituant le champ d’ondes sismiques et donc des sources qui les ont engendrées.
Le CEA maitrise les traitements d’antenne classique mono-composante plane (2D), et multi-composantes (3C) via l’analyse de polarisation. Récemment, plusieurs études ont étendu ces méthodes de traitement à des antennes de stations sismiques 3 composantes (Gibbons et al 2011, Gal et al 2016, Labonne et al 2016). Cependant, ces méthodes bidimensionnelles composées de stations situées dans un même plan, ne permettent d’accéder qu’aux paramètres de propagation apparents des ondes. Ainsi, à défaut d’estimation locale de la vitesse de l’onde observée, il n’est pas possible d’en déterminer son angle d’incidence, information importante pour identifier l’origine et la nature de l’onde. L’enjeu de la thèse sera donc de développer une nouvelle approche tridimensionnelle de l’analyse en antenne multi-capteurs en utilisant l’information de polarisation.
Les perspectives de ce travail de recherche sont multiples : caractérisation de la source, caractérisation de l’influence de la géologie sur la propagation des ondes, caractérisation de l’anisotropie, des microséismes océaniques. Il permettra par ailleurs une comparaison des systèmes d’enregistrement en antenne avec des mesures locales 6 composantes (3 directions de translations et 3 axes de rotations). Cette thèse permettra aux différents partenaires du projet de se positionner sur les nouvelles orientations de l’instrumentation en sismologie notamment le déploiement d’antennes de stations large bande 3C-3D que ce soit pour l’étude de la source sismique et sa discrimination, qu’elle soit d’origine tectonique, anthropique ou même volcanique, mais aussi pour l’analyse de la houle océanique ou de glaciers…
Déroulement de la thèse :
Dans un premier temps, l’étudiant(e), en parallèle d’une étude bibliographique, reprendra l’ensemble des programmes de traitement d’antenne disponibles au sein du laboratoire du CEA (tel PMCC, analyse de polarisation) et de l’IPGP (tel 3C-MUSIC). Ce premier travail constituera une base permettant par la suite le développement de nouveaux outils d’identification et de détection des événements sismiques. En plus de l’aspect méthodologique, une forte composante d’analyse de données fera partie du travail de thèse. En termes de données, le travail de thèse s’appuiera d’une part, sur des données synthétiques, mais surtout sur des données réelles provenant d’événements sismiques, locaux, régionaux et télésismiques enregistrées par l’antenne 3C-3D du LSBB. L’étudiant(e) partagera son temps entre l’IPGP et le CEA.
Directeur de thèse et école doctorale :
METAXIAN Jean-Philippe et BARRUOL Guilhem
metaxian@ipgp.fr et barruol@ipgp.fr
ED 560 – Science de la Terre et de l’Environnement et Physique de l’Univers Paris (STEPUP)
Université Sorbonne Paris Cité
Encadrant :
LABONNE Claire
CEA/DAM Ile-de-France – Bruyères-le-Châtel, 91297 Arpajon
Tél. : 01.69.26.40.00. – claire.labonne@cea.fr