LABONNE Claire

Une analyse des phases de coda sismiques enregistrées par cinq réseaux à petite ouverture au Kazakhstan et en Russie est effectuée. Les caractéristiques des phases de coda sont obtenues à l'aide d'un traitement de réseau fournissant des estimations de la direction de propagation, du contenu fréquentiel et de la vitesse de propagation apparente des arrivées cohérentes se propageant à travers les réseaux. Une analyse statistique, utilisant les caractéristiques de la coda de l'ensemble des données (séismes régionaux lointains) enregistrées par les réseaux, est réalisée et conduit à une distribution temps-azimut des ondes détectées. Les longs trains d'ondes Lg-coda dominent clairement les enregistrements sismiques de la région éloignée. On s'attend généralement à ce que la dernière partie d'un champ d'ondes Lg-coda soit constituée d'ondes diffusées multiples et omnidirectionnelles. Pourtant, dans la présente étude, des directions préférentielles de propagation des ondes diffusées sont identifiées dans les signaux sismiques, même pour un laps de temps supérieur à 1200 s. La comparaison des caractéristiques Lg-coda pour deux groupes différents de séismes et pour les différents réseaux montre que la configuration géométrique du réseau d'événements influence fortement la distribution rétro-azimutale des ondes détectées. Plus précisément, les variations temporelles des caractéristiques Lg-coda sont identifiées : (1) comme un régime transitoire dans la première partie de la coda où les directions d'arrivée dévient de l'azimut arrière de l'épicentre (vers l'est ou l'ouest). (2) comme un régime final où la dernière partie de la coda Lg observée par les deux réseaux nord présente des phases incohérentes avec des directions de propagation aléatoires. et (3) comme un régime final pour les trois réseaux sud, qui révèle des arrivées cohérentes se propageant à partir d'azimuts arrière spécifiques aux réseaux et non liés à l'azimut arrière de l'épicentre.

Un système complet de paramètres de polarisation dans l'espace 3D est présenté pour caractériser l'état de polarisation d'un champ d'ondes sismiques et pour paramétrer tout type d'onde sismique à polarisation elliptique, y compris les polarisations linéaires et circulaires extrêmes. Ce système de paramètres ne nécessite pas la connaissance a-priori de l'orientation du plan de polarisation et donne accès à tous les paramètres requis dans la plupart des études de polarisation. Deux groupes de paramètres angulaires et vectoriels sont définis, qui peuvent être facilement reliés les uns aux autres. La connaissance de la polarisation du mouvement des particules ouvre le champ des applications pour les enregistrements sismiques à 3 composantes, contribuant à améliorer l'identification de la phase. Un exemple de visualisation temps-fréquence des paramètres de polarisation sur un tremblement de terre télésimique enregistré à une station sismique de la LSBB est présenté.

Le champ d'ondes sismiques peut être approximé par une somme de mouvements elliptiques polarisés dans l'espace 3D, y compris les mouvements linéaires et circulaires extrêmes. Chaque mouvement elliptique doit être décrit : la caractérisation de l'aplatissement de l'ellipse, l'orientation de l'ellipse, du cercle ou de la ligne dans l'espace 3D, et le sens de rotation dans le cas d'un mouvement non purement linéaire. De nombreux domaines d'études partagent le besoin de décrire un mouvement elliptique. Une revue des avantages et des inconvénients de chaque convention de l'électromagnétisme, de l'astrophysique et du mécanisme focal est faite afin de définir ensuite un ensemble de paramètres pour caractériser complètement la polarisation du champ d'onde sismique.

L’analyse du champ d’ondes est un prérequis essentiel à l’étude de la propagation des ondes sismiques qui permet à son tour d’améliorer notre compréhension des processus physiques liés à la nature de la source et notre connaissance des milieux de propagation. L’objectif de cette thèse est de développer des techniques de traitement du signal afin d’améliorer l’exploitation des informations apportées par les stations et les antennes 3 composantes dans le but de caractériser le champ d’ondes sismiques. Elle se concentre sur les analyses de polarisation, leur extension aux antennes 3 composantes et leur utilisation conjointe avec des traitements d’antenne classiques. La thèse revient sur les approches existantes qui tentent d’étendre le traitement d’antenne aux 3 composantes. Ces méthodes existantes se montrent complexes et leur utilisation reste limitée, la thèse suggère deux méthodes alternatives associant successivement traitement d’antenne et polarisation. Afin d’exploiter au mieux les analyses de polarisation, un système standardisé de paramètres décrivant la polarisation est développé et associé à une solution de visualisation permettant de regrouper l’ensemble des paramètres essentiels à l’interprétation sur une figure unique. Finalement, une étude de polarisation sur l’antenne 3 composantes du LSBB (Laboratoire Souterrain Bas Bruit) démontre la possibilité d’utiliser la cohérence spatiale de la polarisation comme aide pour l’interprétation des sismogrammes.