D2 Tomographie sismique

Topique

La tomographie sismique est une technique permettant d'obtenir des images tridimensionnelles de la variation de la vitesse sismique à l'intérieur de la Terre, à partir de vastes ensembles de données de temps de propagation ou de formes d'onde complètes. Similaire au fonctionnement d'un scanner médical, la tomographie sismique combine de nombreux faisceaux se propageant à travers l'intérieur de la Terre dans différentes directions et s'intersectant pour reconstruire la distribution des vitesses le long de ces faisceaux. Cette distribution reflète la variation de température, de composition et d'état (solide ou fondu) du manteau et de la croûte terrestres.

La tomographie des temps de propagation divise l'intérieur de la Terre en un ensemble de cellules et ajuste la vitesse sismique de chaque cellule afin de minimiser l'écart entre les temps de propagation observés et ceux prédits par un modèle de référence unidimensionnel standard pour ce même trajet. Lorsque la vitesse observée est supérieure à celle du modèle de référence, cette anomalie positive correspond à un matériau plus froid et plus dense, comme celui formant une plaque subductée de croûte océanique. Lorsque la vitesse observée est inférieure à celle du modèle de référence, cette anomalie négative correspond à des matériaux ascendants plus chauds, comme ceux formant un panache mantellique.

La tomographie des ondes de surface, contrairement à la tomographie des temps de propagation, est beaucoup plus sensible à la structure de la croûte et de la lithosphère supérieure, précisément parce que les ondes de surface de longue période pénètrent beaucoup moins profondément dans la Terre que les ondes de volume.

L'inversion de forme d'onde complète représente la génération la plus avancée de tomographie sismique actuellement disponible : au lieu d'utiliser uniquement le temps d'arrivée de chaque onde, cette technique exploite la forme d'onde sismique complète enregistrée, y compris les amplitudes et les phases de plusieurs types d'ondes simultanément. En tirant parti de toutes ces informations supplémentaires, l'inversion de forme d'onde complète permet une résolution des structures internes beaucoup plus fine que les techniques précédentes et réduit l'ambiguïté qui affecte souvent l'inversion sismique basée uniquement sur les temps d'arrivée.

Enfin, la tomographie du bruit ambiant ne nécessite pas de séisme comme source d'ondes sismiques : elle corrèle plutôt le bruit microsismique ambiant enregistré en continu par deux stations sismographiques. À partir de cette corrélation entre les deux stations, on extrait les mêmes informations que si l'une des deux stations avait émis une onde sismique et que l'autre l'avait enregistrée. Cette technique, associée à la tomographie des temps de propagation, à la tomographie des ondes de surface et à la tomographie de forme d'onde complète, complète l'ensemble des techniques de tomographie sismique permettant de reconstituer l'intérieur de la Terre, comme décrit en introduction.

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