Interférométrie Sismique appliquée aux données du sismomètre SEIS à bord de la mission NASA Discovery InSight : Structure crustale et suivi temporel

Soutenance de thèse de Nicolas Compaire (Salle des Thèses, ISAE-SupAero)

Résumé de la thèse :

Le sismomètre SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) a été déposé à la surface de la planète Mars le 19 décembre 2018 dans le cadre de la mission NASA Discovery InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport). Ses objectifs sont d’explorer la structure interne et l’activité sismique de Mars. Dans cette thèse nous analysons les données transmises par SEIS sous le prisme de l’interférométrie sismique. Cette technique tire parti des propriétés des champs diffus tels que la coda sismique ou le bruit ambiant pour reconstruire la réponse impulsionnelle du milieu par corrélation d’enregistrements sismiques. L’exceptionnelle sensibilité du sismomètre SEIS rend possible l’étude des caractéristiques du bruit ambiant martien, qui nous étaient inconnues jusqu’alors. En comparant des fonctions d’auto-corrélations de bruit et de coda d’événements sismiques martiens nous avons identifié deux régions du spectre où le bruit micro-sismique est observé. Une amplification locale du sol autour de 2.4 Hz présente une structure spectrale que nous avons pu relier à la structure crustale de Mars. La réponse en réflexion reconstruite par auto-corrélation a permis de détecter deux interfaces crustales, à 6-11 km et 15-25 km de profondeur, cohérentes avec les fonctions récepteur. Nous montrons également que les composantes horizontales du sismomètre contiennent la signature d’une variation saisonnière des vitesses sismiques dans leurs spectres à hautes fréquences (> 5 Hz) de l’ordre de ±2%. Ces variations, observées également dans la coda de multiplets sismiques hautes fréquences, ont pu être reliées à une réponse thermo-élastique de la subsurface sous l’effet des changements saisonnier du forçage thermique solaire. Cette observation fournit une opportunité de sonder les paramètres thermiques et élastiques de la subsurface martienne jusqu’à 20 mètres de profondeur.

Composition du jury de thèse :

• Nikolai Shapiro – Rapporteur
• Alice Le Gall – Rapporteure
• Chloé Michaut – Examinatrice
• Philippe Lognonné – Examinateur
• David Mimoun – Examinateur
• Ludovic Margerin – Examinateur
• Marie Calvet – Co-Directrice de Thèse
• Raphaël F. Garcia – Directeur de Thèse