Tomographie lithosphérique par analogie membranaire et utilisation de sources microsismiques d'origine océanique : développement d'une stratégie interférométrique innovante et application à AdriaArray // Lithospheric tomography using membrane waves and re

L'océan et d'autres sources à la surface de la Terre génèrent des ondes sismiques omniprésentes et enregistrées en continu. Ces ondes sont très bien adaptées à l'imagerie de la croûte terrestre et du manteau supérieur. Des études basées sur les corrélations du bruit sismique ambiant ont permis d'acquérir de nouvelles connaissances sur la structure de la Terre ainsi que sur les changements de vitesse dans la structure en fonction du temps, par exemple, liés à des processus volcaniques et environnementaux. Une question reste ouverte : comment inclure les informations sur les sources de bruit sismique ambiant lors de l'analyse des corrélations ? Au lieu de considérer leur variabilité comme une nuisance à atténuer, ce projet propose de la considérer comme une opportunité dont nous ne sommes actuellement pas en mesure de tirer pleinement parti. Des modèles théoriques et numériques de corrélations de bruit ambiant produits par des sources réalistes et variables dans le temps et dans l'espace ont été proposés (par exemple Tromp et al., 2010) et utilisés pour étudier les sources de bruit ambiant ainsi que leur influence sur la tomographie (par exemple, Igel et al., 2021, Valero Cano et al., 2024) et la surveillance des ondes balistiques (par exemple, Sheng et al., 2024).

Le projet de thèse proposé s'appuiera sur ces développements, et contribuera aux méthodes d'imagerie 'passive' tout en prenant en compte et la dynamique des sources. Pour développer ce problème étape par étape, une modélisation numérique 2D des ondes de surface en tant qu'ondes de membrane sera utilisée, ce qui nous permettra de formuler une inversion des corrélations du bruit provenant de sources variables pour obtenir des cartes de vitesse de phase 2D. La technique tomographique envisagée présente des similitudes avec la tomographie « classique » du bruit ambiant (vitesse de phase), mais inclut les sources comme paramètre du modèle et tient compte de la sensibilité à fréquence finie et de certains effets de propagation des ondes de surface. À mesure que la capacité de notre modèle à prédire les corrélations observées s'améliorera, les critères de sélection des données et de contrôle de la qualité pourront être assouplis, ce qui devrait en fin de compte conduire à une couverture et une résolution accrues des images obtenues. La méthode sera développée sur des exemples synthétiques puis appliquée aux corrélations d'AdriaArray, une expérience sismique passive temporaire européenne dont l'enregistrement devrait s'achever en 2025, dans le but de visualiser la collision alpine, la subduction européenne et la microplaque adriatique. En conjonction avec des projets étroitement liés, ces travaux devraient également contribuer à améliorer notre compréhension de l'excitation et de la propagation des ondes sismiques générées par les océans à travers la Terre solide.
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The ocean and other sources at Earth's surface generate ubiquitously and continuously propagating seismic waves, which are very well suited to sense Earth's crust and upper mantle. Studies based on ambient noise cross-correlations have produced vast new insights on Earth structure as well as time-dependent changes in seismic velocity and scattering, for example due to volcanic and environmental processes.
One open question is how to include information about the sources of ambient seismic noise when analyzing cross-correlations. Instead of seeing their variability as a nuisance that has to be mitigated, this project proposes to see it as an opportunity that we are currently unable to make full use of. Theoretical and numerical models for ambient noise cross-correlations produced by spatio-temporally varying sources have been proposed (e.g. Tromp et al., 2010) and used to study ambient noise sources as well as their influence on tomography (e.g. Igel et al., 2021, Valero Cano et al., 2024) and ballistic-wave monitoring (e.g. Sheng et al., 2024).

The proposed project will build on these developments and go further towards “source aware” ambient noise imaging by developing and applying cross-correlation inversion. To develop this problem step by step, 2-D numerical modeling of surface waves as membrane waves will be used, which will allow us to formulate an inversion of noise cross-correlations from variable sources to obtain 2-D phase velocity maps. The envisaged tomographic technique shares similarities with “classic” ambient noise (phase velocity) tomography, but includes noise sources as a model parameter and accounts for finite-frequency sensitivity and some wave propagation effects of the surface waves. As the ability of our model to predict observed cross-correlations is expected to improve, data selection and quality control criteria can be relaxed, which is expected to ultimately lead to increased coverage and resolution of the resulting images. The method will be developed on synthetic examples and then applied to cross-correlations of AdriaArray, a European temporary passive seismic experiment slated to complete recording in 2025, with the goal of imaging the Alpine collision, European subduction and the Adriatic microplate. It is expected that in conjunction with closely related projects, the work will also contribute to improving our understanding of the excitation and propagation of ocean-generated seismic waves through the solid Earth.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Autre financement public

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Université Grenoble Alpes

105 STEP - Sciences de la Terre de l'Environnement et des Planètes

Nous recherchons un candidat motivé, ayant un intérêt marqué pour la propagation des ondes sismiques, l'imagerie sismique passive et le traitement du signal, et possédant une formation en géophysique, physique, mathématiques appliquées, ingénierie ou dans une discipline connexe. Nous invitons les candidats intéressés à postuler en envoyant un e-mail avec leur CV, une courte lettre de motivation (environ 400 mots) et, si possible, un document scientifique tel qu'un rapport de projet, une thèse de master, un poster, etc., le tout au format PDF, à l'adresse suivante : laura.ermert@univ-grenoble-alpes.fr, pierre.boue@univ-grenoble-alpes.fr Nous encourageons également les candidats à nous contacter par e-mail s'ils ont besoin de plus de détails sur le poste à pourvoir.
We are looking for a motivated candidate with a strong interest in seismic wave propagation, passive seismic imaging and signal processing and a background in geophysics, physics, applied mathematics, engineering or a related discipline. We are inviting interested candidates to apply for this position by sending an email with their CV, a short letter of motivation (up to approximately 400 words) and, if available, one piece of scientific output such as a project report, thesis, poster, etc, all in pdf format to : laura.ermert@univ-grenoble-alpes.fr, pierre.boue@univ-grenoble-alpes.fr We also encourage candidates to contact us by email in case they require more details about the advertised position.