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Déterminer la nature du sous-sol à l'aide du bruit de fond enregistré par les stations sismiques

Des chercheurs du Laboratoire de géophysique interne et tectonophysique de Grenoble (CNRS) et de l'Université du Colorado ont cartographié le sous-sol californien à partir du bruit de fond enregistré par un réseau de stations sismologiques.

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Des chercheurs du Laboratoire de géophysique interne et tectonophysique de Grenoble (CNRS) et de l'Université du Colorado ont utilisé le bruit de fond enregistré par les stations sismiques pour déterminer la nature du sous-sol. Ces travaux ont été publiés dans la revue Science du 11 mars.

Un tremblement de terre déclenche des ondes sismiques, qui se propagent dans le sol et le font bouger. Ces mouvements sont enregistrés par les stations sismologiques implantées dans la région. Or, la trajectoire et la vitesse des ondes dépendent de la nature du sous-sol. Les ondes rencontrent des obstacles qui les réfléchissent ou les diffractent, tels les massifs rocheux, ou qui les ralentissent, tels les bassins sédimentaires. En analysant ces ondes à leur arrivée aux diverses stations sismologiques, les géophysiciens en déduisent des informations sur la nature du sous-sol.

En travaillant, sur les enregistrements du bruit de fond de 62 stations, au sud de la Californie, pendant un mois les géophysiciens ont pu cartographier le sous-sol californien et ont démontré qu'à partir du bruit enregistré par deux stations A et B, on peut, par un traitement mathématique, en déduire la réponse sismique que l'on aurait enregistré en A s'il y avait eu un tremblement de terre en B. Ils ont ainsi considéré tous les couples de stations possibles et en ont déduit la réponse sismique du sous-sol comme s'il y avait eu un tremblement de terre à chaque station.
De cette manière, ils ne sont plus obligés d'attendre les tremblements de terre pour connaître la réponse du sous-sol aux ondes sismiques et en faire des cartes. Ils obtiennent aussi une meilleure résolution spatiale.

Ainsi, en réalisant ces cartographies, les chercheurs ont pu délimiter les bassins sédimentaires, zones les plus à risques. En effet, lors d'un séisme, leur surface tremble comme celle d'un flan (un solide élastique), détruisant les immeubles.
Cette méthode leur a permis, aussi, de délimiter les massifs granitiques sur une profondeur de 20 kilomètres.
Ce réseau homogène (une station tous les 50 kilomètres environ) devraient équiper les zones sismiques dans le futur.

Par ailleurs, selon Richard Weaver de l'Université de l'Illinois, cette nouvelle méthode de cartographie du sous-sol pourrait aussi servir à l'exploration pétrolière.

Référence :
High-resolution surface-wave tomography from ambient seismic noise, Science, 11 mars 2005, Nikolai M. Shapiro, Michel Campillo, Laurent Stehly, Michael H. Ritzwoller.

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