Marine De Carlo

Sujet de thèse: Caractérisation du bruit ambiant atmosphérique d’origine océanique : Modélisation des microbaroms à l’échelle globale et comparaison avec les observations infrasons du Système de Surveillance International

Encadrants: Alexis Le Pichon (CEA/DAM) et Fabrice Ardhuin (LOPS)

Financement : CEA

Résumé: Des signaux infrasons sont enregistrés en continu par les stations du Système de Surveillance International (SSI). Entre 0.1 et 0.6 Hz, des signaux cohérents d’origine océanique, appelés microbaroms, dominent ces enregistrements. L’objectif de cette thèse est de caractériser ces sources de bruit cohérent pour aider à l’analyse des signaux d’intérêt dans le cadre du Traité d’Interdiction Complète des Essais nucléaires. Basés sur les interactions non linéaires de vagues, les modèles de sources existants considèrent soit un océan de profondeur infinie et un rayonnement dépendant de l’angle d’élévation, soit un rayonnement monopolaire impliquant un effet important de la bathymétrie. Ces modèles sont étendus pour combiner les effets de bathymétrie et de directivité de la source. Le nouveau modèle de source prédit un impact négligeable de la bathymétrie sur les ondes acoustiques rasantes qui représentent l’essentiel de l’énergie acoustique enregistrée. Un modèle global est implémenté en intégrant un terme d’interaction de vagues, un modèle de source et des effets d’atténuation atmosphérique. Une validation quantitative est réalisée en comparant les spectres directionnels modélisés avec l’ensemble des observations du réseau du SSI sur une période de sept ans. Cette thèse montre que le nouveau modèle de source est plus performant que les précédents et que l’intégration de réflexion à la côte dans le modèle de vagues et de l’atténuation atmosphérique dépendante du vent améliorent les prédictions. Au-delà des aspects de surveillance opérationnelle, ce travail ouvre des perspectives pour caractériser en continu, et à l’échelle globale, les effets de propagation dans la moyenne atmosphère.

Le travail de thèse porte donc sur plusieurs aspects.

• De la  théorie: comment les vagues en mer rayonnent des ondes acoustiques dans l'atmosphère
• De la modélisation numérique: propagation et attenuation des sources
• Du traitement de données: comment comparer des observations d'événements de détection à une modélisation du spectre directionnel des microbaroms

Publications:

Hupe, P., Ceranna, L., Pilger, C., de Carlo, M., Le Pichon, A., Kaifler, B., & Rapp, M. (2018). Assessing middle atmosphere weather models using infrasound detections from microbaroms. Geophysical Journal International, 216(3), 1761–1767. doi:10.1093/gji/ggy520

De Carlo, M., Ardhuin, F., & Le Pichon, A. (2020). Atmospheric infrasound generation by ocean waves in finite depth: unified theory and application to radiation patterns. Geophysical Journal International. doi:10.1093/gji/ggaa015 ,  https://archimer.ifremer.fr/doc/00602/71378/