Une échographie pour les failles sismiques

Publié par Redbran le 28/10/2021 à 13:00
Source: CNRS INSIS
L'imagerie de la croûte terrestre passe par l'étude de la propagation d'ondes sismiques dans le sous-sol, et sa profondeur dépend de l'énergie de ces ondes. Une équipe del'Institut Langevin et de l'ISTerre a développé une technique permettant une cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le...) précise de la croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre....) sur une profondeur de quatre kilomètres, sans avoir à attendre un quelconque séisme. Ces travaux ont permis de localiser différentes structures géologiques le long de la faille de San Jacinto en Californie.


Vue transversale de la faille de San Jacinto. La technique classique d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui...) confocale (a) souffre fortement des aberrations induites par les fluctuations de vitesse (On distingue :) des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) sismiques dans les couches superficielles de la croûte terrestre. L'imagerie matricielle (b) compense finement ce phénomène afin d'obtenir une image haute résolution de la structure de la faille en profondeur. La localisation de la faille en profondeur peut ainsi être circonscrite (zone d'ombre), avec de part et d'autre des structures géologiques distinctes (traits horizontaux jaunes et verts).

Les failles sismiques et les volcans sont composés de roches si hétérogènes qu'elles compliquent leur imagerie. Les techniques les plus courantes utilisent les ondes sismiques pour cartographier ces points d'intérêt de la croûte terrestre, mais elles demandent une activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) sismique importante pour les explorer au-delà d'un kilomètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système...) de profondeur. Des chercheurs et chercheuses de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) Langevin (CNRS/ESPCI Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) - PSL) et de l'Institut des sciences de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) (ISTERRE, CNRS/UGA/Univ. Savoie Mont Blanc/IRD) ont mis au point (Graphie) une nouvelle méthode d'imagerie, dite matricielle passive, qui plonge jusqu'à quatre kilomètres de profondeur et localise les points d'intérêt avec une précision de 80 mètres à partir du seul bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son....) sismique. Ces résultats ont été obtenus au niveau de la faille californienne de San Jacinto et ont révélé les différents arrangements de couches géologiques autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de la faille, ainsi que fissures et fractures que les techniques d'imagerie conventionnelles échouent à révéler. Ils sont publiés dans la revue Geophysical Journal International.

Pour y parvenir, les scientifiques ont déployé un dense réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) de géophones, qui captent non pas les fortes secousses des tremblements de terre, mais le bruit sismique induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) par le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...), l'océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau...) ou encore l'activité humaine. L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des signaux mesurés sur plusieurs mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...) a servi à construire une matrice de réflexion, inspirée de travaux précédents de la même équipe sur l'échographie ultrasonore et la microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...). Cette matrice est exploitée pour compenser finement les distorsions que les ondes sismiques subissent en traversant les différentes structures géologiques de la croûte terrestre. Les hétérogénéités du sous-sol ne sont alors plus une gêne, mais diffusent au contraire les ondes d'une manière qui est ici exploitée pour améliorer singulièrement la résolution de l'image de la croûte terrestre.

Cette technique d'imagerie matricielle passive s'applique à n'importe quel réseau dense de géophones, et ouvre ainsi un vaste champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) d'applications en sismologie, en géophysique ou encore pour le suivi de la fonte des glaciers. L'équipe applique à présent leur technique à l'imagerie du volcan (Un volcan est un relief terrestre, sous-marin ou extra-terrestre formé par l'éjection et...) de la Soufrière, en Guadeloupe (La Guadeloupe (prononcée : [gwa.də.lup]), en créole Gwadloup, est à la...), ainsi que sur la faille nord-anatolienne en Turquie.

Références:
A distortion matrix framework (En programmation informatique, un framework est un kit de composants logiciels structurels, qui...) for high-resolution passive seismic 3-D imaging: Application to the San Jacinto fault zone, California.
R. Touma, T. Blondel, A. Derode, M. Campillo, A. Aubry.
Geophys. J. Int. 226, 780-794, 2021.
https://doi.org/10.1093/gji/ggab133
Article disponible sur les bases d'archives ouvertes HAL et arXiv.

Contacts:
- Alexandre Aubry - Chargé de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) au sein de l'Institut Langevin (CNRS/ESPCI Paris-PSL) - alexandre.aubry at espci.fr
- Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) INSIS - insis.communication at cnrs.fr
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