Thèse soutenue

Vers une meilleure estimation de la magnitude à partir de la coda sismique

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Auteur / Autrice : Grégoire Heller
Direction : Ludovic MargerinOlivier SèbeJessie Mayor
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Astrophysique, Sciences de l'Espace, Planétologie
Date : Soutenance le 09/12/2021
Etablissement(s) : Toulouse 3
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en astrophysique et planétologie (Toulouse ; 2011-....)
Jury : Président / Présidente : Éric Beucler
Examinateurs / Examinatrices : Ludovic Margerin, Olivier Sèbe, Jessie Mayor, Éric Beucler, Luis Fabián Bonilla, Emmanuel Chaljub, Françoise Courboulex
Rapporteurs / Rapporteuses : Luis Fabián Bonilla, Emmanuel Chaljub

Résumé

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Une estimation précise de la magnitude est nécessaire pour correctement évaluer l'aléa sismique, notamment dans les zones de sismicité faible à modérée comme la France Métropolitaine. Cependant, les magnitudes des petits séismes sont entachées d'importantes incertitudes causées par d'importants effets de propagation à haute fréquence qui ne sont généralement pas pris en compte. Pour résoudre ce problème, nous avons développé une nouvelle méthode physique afin d'estimer la magnitude des petits événements sismiques à partir d'une modélisation complète des enveloppes énergétiques, des arrivées directes à la coda sismique, en modélisant correctement l'atténuation (scattering et absorption intrinsèque) dans un modèle réaliste de la lithosphère terrestre. Pour cela, nous avons développé un outil de modélisation, basé sur la méthode de Monte-Carlo, permettant de simuler la propagation de l'énergie dans une croûte inhomogène sur un manteau supposé homogène et obtenu des enveloppes énergétiques synthétiques. La théorie du transfert radiatif des ondes élastiques polarisées a été adaptée à notre outil. Nous avons d'abord déterminé les effets des interfaces de la croûte sur la forme des enveloppes énergétiques. À l'aide d'études paramétriques, nous avons confronté les principes communément acceptés d'équipartition, de dépolarisation des ondes S et de la normalisation de la coda dans ce modèle de lithosphère particulier. Ensuite, nous avons appliqué cet outil de modélisation au séisme du Teil ayant eu lieu dans le sud-est de la France en 2019, de magnitude locale M_L=5.2. Pour séparer les termes de source, d'atténuation et de site, nous avons développé une procédure d'inversion en 2 temps, permettant d'abord d'extraire les paramètres d'atténuation pour chaque trajet source-station à partir de l'ensemble de l'enveloppe énergétique observée en utilisant l'algorithme de Levenberg-Marquardt, puis de déterminer le spectre de source d'où la magnitude de moment Mw est extraite. Les résultats d'inversion pour 6 stations à moins de 150 km de l'épicentre confirment une importante variabilité des paramètres d'atténuation (scattering et absorption intrinsèque) à l'échelle régionale. Les résultats montrent que le scattering est plus important en direction des Alpes que dans le Massif Central, notamment à basse fréquence. L'absorption intrinsèque est aussi plus importante en direction des Alpes et le sud de la Vallée du Rhône que dans le Massif Central à basse fréquence, alors que celle-ci devient plus faible dans les Alpes à haute fréquence. Bien que peu résolvable, le mécanisme de scattering serait vers l'avant voire très vers l'avant. En inversant le spectre de source, nous déterminons une magnitude de moment M_w de 5.05±0.17, une fréquence-coin f_c=0.71±0.25 Hz et un taux de décroissance du spectre de source à haute fréquence de n=2.70±0.23.