Soutenance de thèse de Foivos KARAKOSTAS

Au fil des années, UnivEarthS a supporté financièrement plusieurs thèses et accompagné de nombreux étudiants dans ses équipes de recherche.

Foivos Karakostas a rejoint UnivEarthS en 2014 dans l’équipe I6 : De la poussière aux planètes. Il soutiendra cette semaine sa thèse :

La soutenance aura lieu le vendredi 7 septembre à 14h00 dans l’amphithéâtre de l’IPGP devant le jury composé par:

• Goran EKSTROM – Rapporteur (Lamont-Doherty Earth Observatory, Columbia University, USA)
• Alexis LE PICHON – Rapporteur (CEA/DAM LDG, France)
• Eléonore STUTZMANN – Examinatrice (Institut de Physique du Globe de Paris, France)
• Benoît TAUZIN – Examinateur (Université de Lyon, France)
• Philippe LOGNONNÉ – Directeur de thèse (Université Paris Diderot – IPGP, France)
• Carène LARMAT – Co-encadrante de thèse (Los Alamos National Laboratory, USA)

Les évènements météoriques constituent une source d’importance fondamentale pour la sismologie planétaire, étant donné que leur localisation, et dans certains cas, leur temps d’origine peuvent être déterminés précisément par des orbiteurs. Cette importance augmente encore dans le cas d’une expérimentation à 1 seul sismomètre, comme dans le cas de SEIS (Seismic Experiment of Interior Structure) de la mission actuelle InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport). En effet, la localisation précise permet de réaliser une inversion directe des temps de propagation différentiels et des formes d’ondes pour la détermination de la structure interne.

Les impacts de météorites génèrent des ondes de volume et de surface lors de leur arrivée à la surface d’une planète. Quand ils explosent dans l’atmosphère, ils produisent des ondes de chocs qui sont converties en ondes linéaires, sismiques pour la partie solide, et acoustiques pour la partie atmosphérique. Ce phénomène peut être modélisé par l’amplitude de l’excitation de modes sphéroïdaux, dû aux effets de couplage entre l’atmosphère et le sol.

Ce manuscrit de thèse est consacré à l’investigation et la modélisation des ondes de Rayleigh générées par des météores. Un rappel général des avancées en sciences planétaires est d’abord fourni, avec un focus sur la sismologie planétaire et les études des sources sismiques atmosphériques. Ensuite, la théorie concernant les ondes de choc dans l’atmosphère et au sol est présentée plus en détails. Dans le cas de la formation d’une onde de choc dans l’atmosphère, l’effet de transition d’un régime de propagation non linéaire vers un régime linéaire est documenté pour le superbolide de Chelyabinsk. Pour la génération d’ondes dans la subsurface, un impact de météorite sur la lune est passé en revue, en utilisant des codes hydrodynamiques. Une analyse comparée de ces deux cas est réalisée de façon à présenter les processus de transition du régime de propagation.

Une inversion de la source sismique du superbolide de Chelyabinsk est effectuée, de manière à examiner les propriétés de la source associée dans l’atmosphère terrestre. Nous avons développé une source multiple, composée d’une série de points source consécutifs, basé sur une trajectoire fournie. Les calculs des sismogrammes synthétiques des ondes de Rayleigh associées à l’événement est réalisée par la sommation des modes propres du modèle de la partie solide et de la partie atmosphérique de la planète. A travers une technique d’inversion basée sur la décomposition des valeurs singulières et la méthode du moindre carré, nous fournissons des solutions pour la magnitude du moment. De plus, nous avons trouvé dans les données sismiques un effet Doppler, associée à la directivité de la source. En plus, nous avons réalisé des modélisations 3-D basées sur la méthode des éléments spectraux dans le cas d’un modèle solide uniquement, de façon à comprendre les effets des caractéristiques 3-D crustales, et surligner les différences avec une source inversée dans le sol par rapport à une source correctement positionnée dans l’atmosphère.

Dans le cas de Mars, la sommation des modes propres est utilisée pour fournir les formes d’ondes associées aux impacts à la surface de la planète ou à basse altitude dans l’atmosphère martienne. Il est montré que la contribution du mode solide sphéroïdal fondamental domine les formes d’onde, par rapport aux deux premières harmoniques. La comparaison entre les amplitudes de sismogramme synthétiques de tailles différentes, montre que les petits impacteurs (diamètre de 0,5 mètre à 2 mètres) peuvent être détectés par les capteurs VBB de SEIS, seulement pour les hautes fréquences des ondes de Rayleigh, même pour des distances épicentrales très faibles. Une analyse basée sur des estimations du taux d’impacts permet aussi d’estimer le nombre d’impacts de météorites détectables pour des projectiles de diamètre supérieur à 1 mètre, ce qui conduit à une estimation entre 6,7 et 13,4 événements détectables sur une année martienne, ce qui correspond à la durée nominale de la mission.

Finalement, une analyse des caractéristiques du sol pour une zone à faible vitesse peu profonde sous le site d’atterrissage d’InSight est présentée. A travers une étude faisant intervenir des tests de géomécanique classiques, il est montré que la zone en question est susceptible d’affecter la qualité des signaux sismiques.