Atténuation des ondes sismiques dans la lithosphère martienne à partir des données InSight-SEIS : séparation et stratification des processus de diffusion et d’absorption
Depuis son déploiement en 2019, le sismomètre SEIS de la mission InSight de la NASA a enregistré des centaines d’événements sismiques à très haute fréquence (VF ; >1 Hz) sur Mars. Ces signaux présentent des arrivées émergentes des ondes P et S, un pic d’énergie large, et une coda prolongée durant jusqu’à une heure. Cette étude utilise ces données pour développer un modèle 1-D des propriétés d’atténuation de la lithosphère martienne, afin de mieux comprendre l’hétérogénéité du milieu et la teneur en volatils. Pour cela, les facteurs Qsc (diffusion) et Qμ (absorption intrinsèque) ont été inversé via l’analyse des enveloppes d’énergie, en combinant modélisation par la théorie du transfert radiatif élastique et inversion numérique. Un modèle à deux couches a été proposé, impliquant une couche supérieure hétérogène et sèche d’au moins 20 km d’épaisseur sous le site d’atterrissage et pouvant atteindre 60 km dans le cas des événements distants. La correspondance entre cette couche diffusive et la profondeur crustale suggère que l’hétérogénéité provient majoritairement de la croûte martienne et non du mégaregolithe comme sur la lune. Les simulations indiquent également que les sources des événements VF sont peu profondes et localisées dans les hautes terres du sud.
Début : 01 septembre 2019
Fin : 03 avril 2023
Encadrants :
Taichi Kawamura, Ludovic Margerin
Équipes liées :
Planétologie et sciences spatiales
Statut : Soutenue
Depuis son arrivée sur Mars en 2019, le sismomètre SEIS de la mission InSight a détecté plusieurs centaines d’événements sismiques à très haute fréquence (VF, > 1 Hz). Ces signaux se distinguent par des arrivées P et S peu marquées, une large concentration d’énergie, et une décroissance lente de l’énergie appelée « coda », pouvant durer jusqu’à une heure. Cette thèse vise à utiliser ces données pour construire un modèle 1D des propriétés d’atténuation de la lithosphère martienne, afin de mieux comprendre la distribution des hétérogénéités et des volatils selon la profondeur.
Pour quantifier l’atténuation sismique, deux facteurs de qualité ont été inversé : Qsc, lié à la diffusion due aux hétérogénéités et fractures, et Qμ, associé à l’absorption par les matériaux volatils. Pour les séparer, une modélisation des enveloppes d’énergie a été menée en utilisant la théorie du transfert radiatif élastique, combinant des recherches par grille et une optimisation par l’algorithme de Levenberg-Marquardt.
Les premières applications du modèle à des événements lointains sous l’hypothèse d’un milieu semi-infini homogène ont montré des valeurs élevées de Qμ, caractéristiques d’un milieu sec, et une atténuation qui décroît rapidement avec la distance, suggérant une stratification des propriétés du milieu. En affinant le modèle pour intégrer une stratification en vitesse et en atténuation, les résultats montrent qu’une couche supérieure très hétérogène et sèche, d’au moins 20 km d’épaisseur sous le site d’atterrissage d’InSight, est nécessaire pour expliquer les événements proches. Pour les événements lointains, cette couche doit atteindre au moins 60 km d’épaisseur. La corrélation entre cette couche et la profondeur du Moho suggère que diffusion observer sur Mars est principalement d’origine crustal (les hétérogénéités), et non lié à la présence du mégarégolithe comme indiqué sur la Lune. De plus, les sources des signaux VF lointains seraient superficielles, proche les hauts plateaux de l’hémisphère sud.
