Vibrations propres basse fréquence et déformation de marée : Impact des hétérogénéités locales et contribution à l'étude de la source des grands séismes

Low frequency free oscillations and tides : Local heterogeneity effects and contribution to the source study of large earthquakes

• Auteur / Autrice : Sophie Lambotte
• Direction : Luis Rivera, Jacques Hinderer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés libres

Effets locaux

Oscillations libres de la Terre

Sumatra

Phase des singlets

Résumé

L'enregistrement d'un signal par un capteur contient du bruit en plus du signal étudié. Cette thèse porte sur l'étude d'une partie du bruit et des signaux à longue période. Ce travail s'est attaché à étudier plusieurs effets locaux (tels que la topographie, la géologie locale et les effets de cavité) sur les données sismologiques et gravimétriques aux fréquences des marées terrestres. Ces effets locaux se traduisent par un couplage entre le champ de déformation et l'inclinaison. Cette étude a permis de trouver une combinaison minimale des différents observables (inclinaisons, déplacements horizontaux et verticaux, déformations, gravité) nécessaire pour expliquer les enregistrements sismologiques. 4 observables suffisent à reconstruire les perturbations. On obtient ainsi, pour chaque station et chaque instrument, un jeu de 4 coefficients stables dans le temps, permettant une réduction systématique des effets locaux dans les données. Plus on considère des fréquences élevées, plus l'effet inertiel prédomine devant ces effets locaux. Grâce aux données du séisme de Sumatra du 26 décembre 2004, il a pu être possible d'observer pour la première fois ces effets locaux sur les modes propres les plus graves. Enfin, ce travail a permis de montrer ce que peuvent apporter les modes propres de la Terre les plus graves à l'étude de la source de séismes de très forte magnitude. La phase des singlets des multiplets les plus graves (tels que 0S2, 0S3, 0S4, 1S2, 0S0, ou 1S0) permet de contraindre une image globale de la rupture (la longueur, la durée, et la vitesse moyenne de rupture), pour des séismes de forte magnitude (supérieure à 8). L'analyse de la phase des modes propres les plus graves a été effectuée plus particulièrement pour le séisme de Sumatra du 26 décembre 2004, exceptionnel de par son extension à la fois spatiale et temporelle. Dans ce cas, on trouve une longueur de rupture de 1250 km, une durée de source de 550 s et une vitesse moyenne de rupture de 2. 3 km/s.

An instrument recording of a signal always contains noises in addition to the studied signal. This thesis focus on the study of some noises and some signals at low frequency. Several local effects (such as topography, local geology and cavity effects) have been studied in seismological and gravimetric data at tidal frequencies. These local effects imply a strain-tilt coupling. This study has allowed us to find a minimal set of the various observables (tilts, horizontal and vertical displacements, strains and gravity) necessary to explain seismological data. 4 observables are necessary to reconstruct the observed perturbations. Thus, we obtain a set of 4 coefficients stable in time for each station and each instrument, enabling a systematic reduction of the local effects in data. As frequencies increase, the inertial effect becomes more and more prominent relatively to the local effects. The Sumatra earthquake of December 26, 2004 allows us to observe and to characterize these local effects for the first time in the lowest Earth free oscillations data. Finally, this study has demonstrated that the lowest Earth free oscillations can provide useful information to the source study of very large earthquakes. Singlet phases of the gravest multiplets (such as 0S2, 0S3, 0S4, 1S2, 0S0, or 1S0) can be used to constrain an overall picture of the rupture (the length, the duration and consequently the mean rupture velocity) for large earthquakes with magnitude larger than 8. The phase analysis of the gravest free oscillations has been mainly performed for the Sumatra earthquake of December 26, 2004, which is exceptional by its spatial and temporal extension. For this event, we have found a rupture length of 1250 km, a source duration of 550 s, and a mean rupture velocity of 2. 3 km/s.