GOCE : Un sismomètre en orbite autour de la Terre

Mercredi, 6 Mars 2013

La plupart des gens pensent que les sismomètres sont des instruments au sol, mais aujourd’hui les tremblements de terre peuvent également être détectés par satellites. Des chercheurs de l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP-OMP, UPS, CNRS) en collaboration avec le CNES, l'IPGP (CNRS, Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité) et l'Université de Delft, l’ont démontré en utilisant les données de la mission GOCE (Gravity and Ocean Circulation Explorer) de l'Agence Spatiale Européenne (ESA).

Le satellite GOCE, qualifié de « premier sismomètre en orbite autour de la Terre », a été capable de détecter les ondes acoustiques à très basses fréquences générées dans l'atmosphère par le tremblement de Terre dévastateur de Tohoku au Japon (11 Mars 2011). En effet, les vibrations du sol au cours d'un tremblement de terre produisent des ondes acoustiques qui se propagent verticalement dans l'atmosphère. En utilisant les mesures très précises de l'accélération verticale du satellite GOCE, qui tourne autour de la Terre à environ 270 kilomètres d'altitude, et en déduisant les variations de la densité atmosphérique rencontrées par le satellite, les scientifiques ont pu effectuer la première mesure « in situ » des infrasons post-sismiques. Ces mesures ont été acquises à la fois lorsque le satellite croise le front d'onde au dessus du pacifique et lorsqu'il le double, une demi-heure plus tard, au-dessus de l'Europe. Les ondes sismiques atmosphériques ont pu être distinguées des ondes de gravité atmosphériques car le rapport entre l'accélération verticale du satellite et la perturbation de la densité de l'air est plus élevé pour ces ondes que pour les ondes de gravité habituellement générées par la dynamique de l'atmosphère.

Afin de confronter leur modèle aux données recueillies, les chercheurs ont également modélisé les ondes atmosphériques générées par le tremblement de terre de Tohoku. La comparaison de ces modélisations avec les temps de propagation, amplitude et forme des ondes observées par GOCE montre un bon accord. De plus, les différences de temps d'arrivé entre modèles et observations sont attribuées aux variations latérales des vitesses des ondes sismiques, à la fois dans la Terre solide et dans l'atmosphère.

Les auteurs estiment que cette nouvelle observable satellitaire présente un fort potentiel pour l'étude des ondes atmosphériques générées par l'activité tectonique, et des synergies avec l'étude de la dynamique de la haute atmosphère.


La figure du haut présente une simulation simple (SM) des perturbations de densité (en%) à l'altitude de GOCE et la trajectoire du satellite autour de la première traversée des fronts d'ondes infrasonores. La localisation de l'événement, la position du satellite, l'aube et le crépuscule et ± 50 ◦ latitudes magnétiques sont indiquées respectivement par un cercle rouge, un triangle blanc, des pointillés jaune et bleu et des pointillés noir et rouge . Les deux figures du bas présentent respectivement la perturbation de densité de l'air (en%) et l'accélération verticale (en m/s2) en fonction du temps après le tremblement de terre (en minutes) le long d'orbite du satellite GOCE. Les données simulées, SM et FM sont tracées respectivement en trait épais gris, trait fin noir et trait épais noir. FM synthétiques sont divisés par deux. © Garcia et al 2013 GRL/American Geophysical Union.

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Le séisme du 11 mars 2011 au Japon a également été ressenti par le satellite GOCE de l'ESA . Des infrasons ont été émis dans l'atmosphère modifiant la densité de l'air et perturbant la trajectoire du satellite au moment où il a traversé le front d'onde.  © ESA/IRAP/CNES/TU Delft/HTG/Planetary Visions

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Pour en savoir plus: 

Nature | News - Earthquake detected from space

 

Source(s): 

GOCE: the first seismometer in orbit around the Earth, Raphael F. Garcia,1,2 Sean Bruinsma,3 Philippe Lognonné,4 Eelco Doornbos,5 Florian Cachoux,1,6Geophysical Research Letters, doi:10.1002/grl.50205, 2013

1-Université de Toulouse,UPS-OMP, IRAP, Toulouse
2-CNRS, IRAP Toulouse
3-CNES, Dept. of Terrestrial and Planetary Geodesy, Toulouse
4-Equipe Géophysique Spatiale et Planétaire, Institut de Physique du Globe de Paris,
Sorbonne Paris Cité, Univ Paris Diderot,CNRS

Contact(s):
  • Raphael Garcia, Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP)
    Raphael [dot] Garcia [at] irap [dot] omp [dot] eu

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