Modélisation 3D magnétohydrodynamique des signaux ionosphériques du séisme de Tohoku de 2011 par la méthode des éléments spectraux

De tous les signaux ionosphériques générés par le grand séisme de Tohoku du 11 Mars 2011 (ondes acoustiques ou de gravité ionosphériques excitées par la rupture de surface, ondes ionosphériques forcées par les ondes de Rayleigh ou le tsunami), le trou ionosphérique qui est apparu au dessus de la source est le signal le plus énigmatique et le moins bien modélisé. Cette thèse a consisté à modéliser l’impact dans l’ionosphère de l’arrivée de l’onde acoustique, en utilisant pour la première fois une approche 3D, tant pour la propagation des ondes que pour la géométrie des côtes et de la bathymétrie océanique. La source sismique a également été modélisée avec une source étendue, représentant plus fidèlement l’émission par la rupture, des ondes acoustiques dans l’atmosphère. Nous avons du pour cela modifier les codes numériques SPECFEM3D cartésien, en intégrant tout à la fois la gravité, la fréquence de coupure acoustique et l’interaction du champ de vitesse de l’atmosphère neutre avec le plasma ionosphérique. Les résultats montrent l’importance d’une source étendue, tant pour bien estimer l’amplitude de l’onde des neutres que pour modéliser un front d’onde fort qui entraine, par advection, le plasma ionosphérique. Bien que l’absence d’atténuation dans ces travaux rendent l’amplitude de l’onde directe encore trop forte, un trou ionosphérique est bien reproduit, et son origine semble plus associée à la non linéarité du couplage ionosphérique qu’à la non linéarité de l’équation des ondes. Ces résultats suggèrent que le trou ionosphérique est essentiellement lié à la non linéarité de l’entrainement de l’ionosphère par l’onde acoustique, et que ce dernier à une amplitude qui dépend fortement de la magnitude.