Définir la structure profonde des planètes telluriques à partir de leur bourdonnement sismique

L'interaction entre l'atmosphère, les océans (les couches fluides) et les continents (la terre solide) fait vibrer la terre en permanence. A partir de ces vibrations, appelées bourdonnement sismique, des chercheurs de l'Institut de physique du globe de Paris (INSU-CNRS/Université Paris Diderot) et de l'université de Tokyo ont reconstitué un modèle tridimensionnel global de la structure du manteau de la Terre. Cette étude ouvre la voie à l'exploration de la structure profonde des planètes telluriques entourées d'une atmosphère telles que Mars et Venus. Ces travaux sont publiés dans la revue Science du 2 octobre 2009.

Il y a 10 ans un groupe de sismologues japonais découvrait de façon surprenante, que même pendant les périodes les plus calmes, (c'est-à-dire en l'absence de séismes), on pouvait observer les modes de vibration (1) de la Terre globale. De même qu'une corde de guitare ou de piano émet des sons de fréquences particulières, la Terre en tant que grosse caisse de taille finie, résonne selon des fréquences parfaitement définies. On peut l'assimiler à une sorte de musique de la terre. Ces modes de vibration, dans la bande de fréquence 2-10mHz (soit 100 à 500s de période d'oscillation), n'avaient jusqu'alors été observés qu'à la suite des tremblements de terre les plus gros, tels celui de Sumatra le 26 décembre 2004. Du fait de sa faible amplitude, cette musique d'ambiance lancinante et continue qui est surtout un bruit diffus, fut appelée bourdonnement de la Terre. Son origine liée à l'interaction entre les couches fluides (atmosphère, océan) et la terre solide est cependant encore imparfaitement comprise.


Les méthodes traditionnelles d'imagerie globale de la Terre (aussi appelées méthodes tomographiques) utilisent les ondes sismiques émises par les gros tremblements de terre. Mais pendant les périodes calmes depuis 10ans, des scientifiques de l'ERI (Earthquake Research Institute) au sein de l'Université de Tokyo ont réalisé une analyse fine et systématique de l'ensemble des données sismiques obtenues par un réseau de sismomètres (dont le réseau global français GEOSCOPE cofinancé par l'INSU). Leur objectif était de mieux comprendre le bourdonnement sismique de la Terre. Puis, dans le cadre d'un programme de coopération franco-japonais entre l'Institut de physique du globe de Paris (CNRS/Université Paris Diderot) et l'ERI, ces données de bruit ont été utilisées pour la première fois pour dériver un modèle tomographique global du manteau supérieur. Les chercheurs ont pour cela utilisé des méthodes d'intercorrélations similaires à celles développées par les astronomes en héliosismologie (2) ou par les sismologues à l'échelle locale. Ce modèle global est en accord remarquable avec les modèles obtenus par des méthodes plus classiques utilisant des séismes, et le succès de cette technique apporte en plus des informations sur l'origine du bourdonnement dont les sources peuvent être considérées comme aléatoires spatialement à l'échelle de la décennie.

Cette étude ouvre la voie à l'exploration de la structure profonde des planètes telluriques entourées d'une atmosphère telles que Mars et Venus, où l'existence de tremblements de Mars et de Venus est loin d'être assurée, mais où l'excitation de leur bourdonnement devrait émettre une douce musique suffisamment forte pour nous renseigner sur leur structure profonde.


Notes:

(1) Caractérisé par sa fréquence propre d'oscillation et son amplitude de déplacement.
(2) Étude des mouvements acoustiques du Soleil.