Sismologie ionosphérique – Détéction et modélisation des ondes ionosphériques postsismiques.

Devant le jury composé:
Philippe LOGNONNE ...... Directeur de thèse
Emile OKAL ............. Rapporteur
Jean VIRIEUX ........... Rapporteur
Jean-Paul MONTAGNER .... Examinateur
Raphael GARCIA ......... Examinateur
Elisabeth BLANC ........ Examinateur


Résumé:
Nous détectons et modélisons les perturbations ionosphériques générées
après un séisme ou le passage d'un tsunami. Des ondes acoustiques sont
forcées par le passage des ondes de Rayleigh à la surface de la Terre
solide, tandis que dans l'océan la propagation d'un tsunami génère des
ondes de gravité. Nous confirmons en particulier la détectabilité des
ondes de gravité générées par le passage de trois tsunamis
transpacifiques récents (Kouriles 2006, Samoa 2009 et Chili 2010) au
large de l'archipel d'Hawaï, grâce à un réseau dense de stations GPS
(Global Positioning System).

Une modélisation complète tridimensionnelle au premier ordre des ondes
de Rayleigh atmosphériques et ionosphériques est proposée. Les
fluctuations du plasma ionosphérique modélisées nous permettent de
reconstruire les perturbations du contenu électronique total (TEC)
détecté par GPS. L'influence du champ géomagnétique sur le couplage
entre l'atmosphère neutre et l'ionosphère est aussi illustrée en
différents endroits du globe et nous étudions l'influence de la
géométrie d'observation, afin de mieux caractériser la sensibilité
directionnelle de la détection. Nous mettons ainsi en évidence la
nécessité d'améliorer notre connaissance de la haute atmosphère et de
ses mécanismes physiques, tels que les effets de dissipation thermique
et visqueuse, ainsi que le frottement des ions sur les particules
neutres. Ces travaux ouvrent des perspectives pour l'observation
depuis l'espace des séismes et des tsunamis et pourraient contribuer à
terme à la prévention de ces risques naturels. ??

Mots-clés : télédétection, GPS, ionosphère, séisme, tsunami, modélisation numérique, ondes gravito-acoustiques


Abstract:
We detect and model the ionospheric perturbations generated after an
earthquake or the passage of a tsunami. Acoustic waves are forced by
the passage of Rayleigh waves at the Solid Earth surface, while in
ocean the tsunami propagation generates gravity waves. In particular,
we confirm the detectability of gravity waves generated by the passage
of three recent transpacific tsunamis (Kouriles 2006, Samoa 2009 and
Chile 2010) offshore the Hawaii archipelago, thanks to a dense network
of GPS (Global Positioning System) receivers.


A first-order complete three-dimensionnal modeling of Rayleigh-waves
induced atmospheric and ionospheric waves is proposed. The modelled
ionospheric plasma fluctuations allow the reconstruction of total
electron content (TEC) perturbations detected by GPS. The geomagnetic
field influence on the coupling between the neutral atmosphere and the
ionosphere is also illustrated in various locations of the world and
we study the influence of the observation geometry, in order to
better characterize the directional sensitivity of the detection. We
also highlight the necessity of improving our knowledges about the
high atmosphere and about the physical mechanisms involved, as the
thermal and viscuous dissipation effects, as much as the drag of ions
on the neutral particles. This work opens perspectives for future
space-based observations of eathquakes and tsunamis and could
contribute to prevent these natural risks.