Projet ANR-08-BLAN-0297 – TAM : Tomographie Anisotrope du Manteau- Anisotropic Tomography of the Earth Mantle
Programme : Blanc (BLANC) 2008
Année de financement : 2008
Coordinateur du projet : INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS (INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS)
Partenaires : Institut de physique du globe; Université de Nantes
Montant : 273350.0 euros
Durée : 48 mois
Résumé : L'objectif du projet est de déterminer pour la première fois la structure tridimensionnelle de l'anisotropie sismique de l'ensemble du manteau terrestre. L' anisotropie sismique est une composante importante des propriétés physiques des matériaux terrestres. Pourtant, elle est souvent négligée à cause de sa complexité mathématique. La connaissance habituelle de la propagation des ondes en milieu isotrope ne s'applique pas facilement aux milieux anisotropes car de nouveaux phénomènes apparaissent dont le plus connu est la biréfringence des ondes. Jusqu'à présent, la plupart des observations sismiques sont expliquées dans un cadre isotrope, ignorant les effets de l'anisotropie. Pourtant, depuis les années soixante, on sait parfaitement que les matériaux terrestres sont en général très anisotropes et que l'anisotropie sismique fournit une explication simple à beaucoup de données observationnelles. De plus, contrairement à l'isotropie, l'anisotropie reflète une organisation intrinsèque de la matière. Dans la partie supérieure du manteau, on connaît relativement bien les mécanismes produisant l'alignement préférentiel des minéraux et ces mécanismes ont été utilisés pour cartographier les courants de convection. Il y a également quelques indices d'anisotropie plus profonde dans la zone de transition au sens large de Bullen (400-900km de profondeur) et même plus profond dans la couche D'' à la base du manteau. Mais il n'existe pas à l'heure actuelle de modèle général de tomographie anisotrope du manteau à l'échelle globale. Etudier l'anisotropie de la zone de transition et du manteau inférieur constitue un défi formidable, car le signal associé à l'anisotropie, souvent masqué par l'anisotropie du manteau supérieur (0-400km). De plus son interprétation est encore sujette à caution Pour relever ce défi (trouver l'anisotropie de l'ensemble du manteau à l'échelle globale), il est nécessaire d'intégrer différents types d'observables sismiques en utilisant les données de bruit sismique, d'ondes de surface, d'ondes de volume, et de modes propres de la terre en utilisant leur sensibilité dépendante de la profondeur. Depuis le début de ce nouveau millénaire, la sismologie vit également une profonde évolution. Alors que les années 90 étaient dominées par l'installation à travers le monde de statinos sismqiues large bande (GEOSCOPE, IRIS/GSN, ..), une ère nouvelle s'ouvre pour la sismologie avec l'utilisation massive d'une nouvelle génération de calculateurs parallèles très puissants (clusters de PCs, Earth Simulator -> BlueGene, …). Ces nouveaux supercalculateurs permettent (enfin) de simuler la propagation des ondes dans des milieux terrestres tri-dimensionnels, en appliquant des méthodes purement numériques telles que la Méthode des Éléments spectraux (SEM) ou la méthode couplée éléments spectraux-modes normaux (C-SEM), méthodes développées à l'IPGP. Cette révolution méthodologique permet de prendre en compte de façon rigoureuse les effets non-linéaires liés à la croûte (très hétérogène), à l'anisotropie et l'anélasticité de la Terre. La conséquence directe est que l'on dispose maintenant de sismogrammes synthétiques réalistes. En les comparant avec les données réelles, on peut inverser plus facilement la forme d'onde (tout d'abord la phase, puis ensuite l'amplitude) L'idée de ce projet est donc d'utiliser ces nouveaux outils pour résoudre le problème direct de calcul de sismogrammes synthétiques dans une terre 3D hétérogène et de comparer ces sismogrammes (ou observables) synthétiques avec des sismogrammes réels et différents types d'observables sismiques. Nous devrions ainsi obtenir dans les trois prochaines années une nouvelle génération de modèles tomographiques globaux anisotropes avec des images plus fines et plus robustes.