I13 : Géophysique et détecteurs d’ondes gravitationnelles

Ce projet était auparavant le projet Exploratoire 3 et s’est transformé en projet Interface 13 en 2017.

 

Consultez les articles liés au projet.

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  • Virgo_view_0Les ondes gravitationnelles sont une prédiction de la théorie de la Relativité Générale d’Einstein. Elles sont des rides de la géométrie de l’espace-temps produites par des événements astrophysiques violents. La détection des ondes gravitationnelles ne réprésente pas seulement un test important de la Relativité Générale, mais aussi un nouveau moyen d’observer l’Univers.

    La détection est basé sur la mesure de la déformation de l’espace-temps entre des masses de test avec des interféromètres optiques.

    La sensibilité de ces instruments est limitée à basse fréquence par le bruit sismique, produit par l’activité géologique et humaine.

    L’activité géologique limite donc les détecteurs interférométriques et pour la même raison ces détecteurs sont des candidats pour extraire des nouvelles informations sur l’activité géologique.

    Le but de ce projet est celui d’explorer la possibilité d’utiliser les données de l’interféromètre Virgo pour extraire des mesures de géophysique.

    Vous pouvez consulter le site web du projet Virgo pour en  savoir plus: https://wwwcascina.virgo.infn.it/

     

    Ce projet a commencé avec une nature complètement exploratoire. Le premier succès est d’avoir permis des échanges entre les communautés géophysique et gravitationnelle de l’APC et de l’IPGP, afin d’explorer de nouvelles idées et méthodes. De plus, autour de notre équipe APC-IPGP, plusieurs collaborations internationales ont débuté, tant du côté géophysique (Prof. Ampuero, Caltech-seismolab) que du côté des ondes gravitationnelles (Prof. Withing, U.Florida et Dr.Harms, INFN-Urbino).

    Au cours de cette première phase exploratoire (2012-2014), nous avons analysé quelques possibilités de recherche (utilisation de Virgo comme inclinomètre et extensomètre à longue base, étude du bruit de gradient de gravité, étude des perturbations gravitationnelles dues aux tremblements de terre).

    Nous avons ensuite identifié une direction de recherche originale : la détection de la perturbation gravitationnelle rapide produite par la redistribution de masse pendant les tremblements de terre, et son application potentielle à l’amélioration des systèmes d’alerte rapide aux tremblements de terre.

    En 2017, le projet Exploratoire est passé au statut de projet Interface et a présenté de beaux résultats, fruits du travail des années précédentes avec, entre autres, les publications suivantes dans Sciences et Nature :

    Observations and modeling of the elastogravity signals preceding direct seismic waves. Martin Vallée, Jean Paul Ampuero, Kévin Juhel, Pascal Bernard, Jean-Paul Montagner, Matteo Barsuglia. Le 1 décembre 2017, Science, DOI : 10.1126/science.aao0746
    > voir l’article “De nouveaux signaux précoces pour quantifier la magnitude des forts séismes”

    Prompt gravity signal induced by the 2011 Tohoku-Oki earthquake. Jean-Paul Montagner, Kévin Juhel, Matteo Barsuglia, Jean Paul Ampuero, Eric Chassande-Mottin, Jan Harms, Bernard Whiting, Pascal Bernard, Eric Clévédé & Philippe Lognonné, Nature Communications, doi:10.1038/ncomms13349
    > voir l’article “Détection d’un signal de gravité avant l’arrivée des ondes sismiques lors du tremblement de terre de Tohoku-ori

     

    Alors que les recherches se poursuivent, un projet de film documentaire est en cours de réalisation pour présenter au grand public les résultats obtenus par le groupe I13: “NAMAZU”. La motivation de ce film est double. En premier, expliquer à un large public ces derniers développements en séismologie et comment ils pourraient aider à diminuer les dégâts provoqués par les gros séismes. Et de deux, raconter l’histoire d’une collaboration étroite et fructueuse entre les géophysiciens et les physiciens des ondes gravitationnelles. Ce projet est vraiment une illustration majeure de la puissance de l’interdisciplinarité et la capacité de faire émerger des idées nouvelles, en combinant des points de vue différents sur le même sujet, une idée qui est au cœur des collaborations promues par UnivEarthS.
    > Voir la page de présentation du film “NAMAZU”

     

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    POSITION NOM LABORATOIRE  GRADE, EMPLOYEUR
    WP leader Matteo Barsuglia APC DR2, CNRS
    WP co-leader Jean-Paul Montagner IPGP Professeur, Paris Diderot
    WP membre Kevin Juhel IPGP Doctorant, Paris Diderot
    WP membre Donatella Fiorucci APC Post-doc
    WP membre Pascal Bernard IPGP Physicien, CNRS
    WP membre Eric Chassande-Mottin APC DR2, CNRS

     

    Ce projet bénéficie également de la collaboration de J.Harms (INFN Florence), B.Whiting (Florida University), J.-P.Ampuero (Caltech), M.Ando (Tokyo University), F.Sorrentino (INFN Genova).

     

     

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    Les principaux résultats scientifiques obtenus :

    1) Recherche d’un signal de gravité instantané du tremblement de terre de Tohoku 2011

    2) Premier calcul analytique du signal de gravité rapide par un tremblement de terre.

    3) Simulation du signal de gravité avec la méthode des modes normaux de la Terre.

    4) Étude de faisabilité d’un tensiomètre gravimétrique

    4) Une étude de faisabilité d’un réseau de systèmes d’alerte rapide aux tremblements de terre par gravité.

     

    L’objectif est d’avoir dans les prochains mois une publication générale sur le système d’alerte précoce de la gravité, résumant les objectifs, les résultats des études de faisabilité du détecteur et la stratégie de mise en œuvre. Certaines parties de ce document ont déjà été rédigées.

     

    Les objectifs pour 2018-2019 sont triples :

    1) conclure l’étude de faisabilité d’un système d’alerte précoce basé sur la gravité.

    2) Étudier l’étude des fluctuations gravitationnelles locales pour les détecteurs d’ondes gravitationnelles.3) Utilisation des données de Virgo pour la géophysique.

     

     

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    J. Harms, J.-P. Ampuero, M. Barsuglia, E.Chassande-Mottin, J.-P. Montagner, S. N. Somala and B. F.Whiting,
    Transient gravity perturbations induced by earthquake rupture,
    Geophys. Journal International (2015) 201, 1416-1425

     

    Jean-Paul Montagner , Matteo Barsuglia , Kévin Juhel , Jean-Paul Ampuero, Eric Chassande-Mottin, Jan Harms, Bernard Whiting, Pascal Bernard, Eric Clévédé, Philippe Lognonné
    Prompt gravity signal due to the 2011 Tohoku-oki earthquake
    Nature Communications, 2016, DOI: 10.1038/ncomms13349

     

    Martin Vallée, Jean Paul Ampuero, Kévin Juhel, Pascal Bernard, Jean-Paul Montagner, Matteo Barsuglia
    Observation and modeling of the elasto-gravity signal preceeding the direct seismic waves,
    Science 358, 1164–1168 (2017) doi :10.1126/science.aao0746

    D.Fiorucci et al., 
    Impact of infrasound atmospheric noise on gravity detectors used for astrophysical and geophysical applications

     Physical Review D., January 2018, DOI: 10.1103/PhysRevD.97.062003

     

    Système d’alerte rapide aux tremblements de terre à partir des anomalies gravimétriques instantanées“, PhD scholarship funded by Sorbonne Paris Cité, in the framework of the call “Contrats Doctoraux Double Culture 2014”. PhD student: Kevin Juhel (starting date: October 2014 – end : December 2017). Kevin Juhel also made a M2 internship on the same subject in 2014.

     

 

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