Des vagues à la stratosphère grace aux infrasons: soutenance de thèse de Marine De Carlo ce mardi 15 décembre

Après avoir exploré le fond des mer et la terre solide avec les microséismes, le LOPS s'est engagé dans une collaboration fructueuse avec le CEA pour exploiter le bruit ambiant infrason qui vient des vagues en mer et se propage dans la moyenne atmosphère. Ce travail fait suite aux développements engagés au LOPS dans les projets "Etude Intégrée des Vagues pour les Géosciences et les Applications (IOWAGA)" soutenu par l'ERC, et le projet "Modélisation des Microséismes pour l'Océanographie et la Sismologie (MIMOSA)" soutenu par l'ANR. Marine De Carlo soutient sa thèse le 15 décembre 2020 à 16h en amphi A, et en direct sur  Marine De Carlo. En direct à 16h le 15/12/2020 sur
https://youtu.be/ETxwSZFZsC0 .

Le phénomène des "microbaroms" est connu depuis les années 1930 et qualitativement compris depuis les années 1960: il s'agit d'ondes acoustiques infrason de périodes proche de 5 s rayonnées depuis les vagues en mer dans l'ensemble de l'atmosphère.  D'un point de vue quantitatif c'était plus compliqué: est-ce que les sources des microbaroms sont les mêmes que celles des microséismes? Est-ce que la profondeur d'eau a une influence sur l'amplitude des sources? Pour arriver à répondre "oui et non" et "un peu" à ces deux questions, Marine a déployé dans sa thèse  toute une palette de compétences pour arriver à une modélisation numérique complète du phénomène: depuis le vent qui crée les vagues jusqu'aux observations des infrasons par les stations du réseau international de surveillance des essais nucléaires. 

Il a fallu reprendre les travaux théoriques de l'académicien Leonid Brekhovskikh et son équipe (1973) pour y rajouter l'effet d'une profondeur finie de l'océan, et arriver à une théorie des sources de microbaroms qui explique beaucoup mieux les observations que d'autres théories plus récentes  et beaucoup plus utilisés qui ont fait des hypothèse (trop) simplificatrices sur les vagues. En effet, les propriétés des vagues sont déterminantes, en particulier la présence d'energie se propageant dans des directions opposées et à la même fréquence est la condition nécessaire pour la génération des microbaroms et microséismes. Contrairement aux microseismes le spectre des sources n'est pas blanc (uniforme autour de K=0) mais très "violet": pour une fréquence donnée ce sont les courtes longueurs d'ondes, qui se propagent avec une direction proche de l'horizontale, qui sont dominantes: la source de microséismes est amplifiée par un facteur Ra qui dépend un peu de la profondeur d'eau h  et beaucoup de l'angle de l'azimuth de propagation dans l'air theta_a.

Une des difficultés principales dans l'analyse des microbaroms est leur propagation dans des région d' l'atmosphère qui sont très peut connues: les vents de la stratosphère ont un effet très important sur la propagation et la détection des microbaroms. Un modèle semi-empirique de propapgation et attenuation a permis d'exploiter 7 ans de données sur tout le réseau global de mesures des infrasons. 

Enfin, alors que le modèle numérique prévoit un spectre directionnel des infrasons, les observations sont aujourd'hui disponibles sous la forme d'événements de détection. Il a donc fallu définir une probabilité de détection de ces événements à partir des résultats du modèle pour pouvoir faire une validation statistique de l'ensemble de la chine de modélisation.

Cette thèse qui a présenté la première validation globale d'un modèle de microbaroms a permis de confirmer l'importance du vent statosphérique dans la propagation des microbaroms, la faible importance de la profondeur dans le mécanisme de génération, et l'importance de la réflection des vagues à la côte dans la source de microbaroms. Ces travaux ont fait l'objet de 2 articles publiés et 4 en cours d'évaluation, avec un vaste éventail de perspective qui vont jusqu'à l'amélioration de la forme du spectre des vagues simulé par le modèle WAVEWATCH III en particulier du fait de la réflection des vagues à la côte et par les icebergs, et l'assimilation des détections de microbaroms dans les modèmes de circulation atmosphérique.