Evaluation et Optimisation d’un réseau infrason pour la surveillance volcanique

La compréhension des signaux infrasons est fondamentale pour satisfaire aux exigences du Traité d’Interdiction Complète des Essais nucléaires, mais aussi pour démontrer le potentiel du réseau global de surveillance pour des application civiles et scientifiques. L’objectif principal de cette thèse est de développer un outil robuste d’estimation et d’optimisation des capacités de détection d’un réseau arbitraire de stations infrasons, pour la surveillance de sources explosives, dont notamment une application aux éruptions volcaniques. Contrairement aux études antérieures, la méthode développée a l’avantage de considérer des spécifications atmosphériques réalistes le long du trajet, des caractéristiques fréquentielles des signaux d’intérêt et des niveaux de bruit aux stations. Elle permet de prédire l’atténuation de l’amplitude acoustique le long du trajet, ainsi que l’amplitude minimale détectable par le réseau. En simulant les performances de n’importe quels réseaux infrasons, il est ensuite possible de définir l’agencement optimal des stations qui assurera la meilleure surveillance possible d’une région spécifique, pendant une période donnée. En choisissant avec précaution l’emplacement d’une station à ajouter au réseau existant, les performances peuvent être améliorée par un facteur 2. D’autre part, il n’est pas toujours possible de compléter le réseau. Une bonne connaissance des capacités de détections à des grandes distances est alors essentielle. En intégrant la variabilité longitudinale des conditions atmosphériques le long du trajet de propagation des infrasons, nos simulations d’atténuation permettent de fournir une image plus réaliste des performances. Un des apports de cette thèse concerne aussi la production d’un indice de confiance prenant en compte les incertitudes liées au modèle de propagation utilisé ainsi qu’aux modèles atmosphériques. Aux hautes fréquences, l’erreur sur l’atténuation peut atteindre 40 dB dans des conditions de vents faibles. Les éruptions volcaniques sont des sources naturelles de calibration d’infrasons. Dans cette étude, les volcans bien instrumentés du Yasur, au Vanuatu, et de l’Etna, en Italie, offrent une occasion unique pour valider notre modèle d’atténuation. En particulier, les comparaisons précises entre les enregistrements en champ proche et lointain de ces volcans ont permis de mettre en avant le potentiel de notre outil de simulation pour la surveillance. De tels travaux pourraient contribuer significativement à la prévention de catastrophes et à l’atténuation de l'impact du nuage de cendres sur le trafic aérien.