Mesurer les vagues à distance avec le bruit sismique

L'article de Meschede et al. qui vient de paraître dans le Journal of Geophysical Research est une nouvelle étape dans le projet "MIcroseism Modelling for Oceanography and Seismology Applications" financé par l'Agence Nationale de la Recherche, partenariat entre l'IPGP et l'Ifremer. La combinaison d'une modélisation détaillée des vagues et l'analyse de réseaux de sismomètres est la première analyse quantitative de cette ampleur, qui valide la théorie de génération des ondes de volume. Jusqu'à présent les applications utilisaient surtout les ondes de surface (ondes de Rayleigh), mais leur observation ne permet pas de déterminer la distance des sources. Utiliser un réseau de sismographes permet de former une antenne qui localise les différentes sources à la surface des océans. La modélisation des vagues permet ainsi de guider l'analyse des données qui serviront ensuite à réaliser une étude de la structure de la terre solide, qui modifie les propriétés des ondes. Par ailleurs les données sismiques permettent de mesurer des propriétés des états de mer dans des endroits peu instrumentés et depuis au moins les années 1970, et conforter ainsi l'analyse de la variabilité climatique des vagues.

Les premières détections de ces ondes remontent aux années 1960, et la localisation des sources a été étudiée par Mathias Obrebski (Ifremer/LOS) en 2013, suite à la prévision théorique de leur répartition faite par Ardhuin et Herbers (2013). Une première validation quantitative de leur niveau d'énergie a été publiée l'an dernier avec nos collègues de l'IPGP (Stutzmann et al. 2016) avec un mode de calcul légèrement différent, proposé par Lucia Gualtieri (Gualtieri et al. 2014). Cette fois c'est une analyse exhaustive sur plusieurs années, utilisant plusieurs réseaux de mesure. Alors que les ondes de surface ont des amplitudes de quelques microns, le déplacement vertical du sol associé à ces ondes de volume est beaucoup plus faible, généralement quelques dizaines de nanomètres.

La figure ci-dessous montre la forme du "spectre" sismique des ondes de volume: la double bosse vient de la combinaison de la forme du spectre des vagues et la répartition des profondeurs de l'océan. En effet l'océan résonne comme un tuyau d'orgue, à des fréquences qui correspondent à des ondes acoustiques dont la longueur est 1/4, 3/4 ... de la profondeur.

Ainsi les propriétés des vagues et du relief océanique donne un signal qui varie beaucoup dans l'espace et dans le temps.

C'est ce que montre très bien l'animation réalisée par Mathias Meschede h:ttps://youtu.be/EnEgeGOT724