S´eismes profonds

Des diff´erentes familles de s´eismes enregistr´es sur la Lune, les ´ev´enements profonds sont les plus nombreux avec 3145 repr´esentants sur 12.558 ´ev´enements [Nakamura et al., 1982]. Notons que depuis la finalisation du catalogue datant de 1982 (cf. Tab. 3.1), les ´ev´enements non-classifi´es ont ´et´e de nouveau investigu´es par Yosio Nakamura [Univ.

Texas, Austin] d’un cˆot´e, J¨urgen Oberst [DLR, Berlin] et Hitoshi Mizutani [ISAS, Ja-

pon] de l’autre [Oberst et Mizutani, 2002]. Nakamura (communication personnelle, 2003) en utilisant de nouveaux algorithmes de corr´elation rempla¸cant les comparaisons “`a l’oeil

3.3. LES S ´EISMES LUNAIRES 65 nu” effectu´ees dans les ann´ees 70, a ajout´e plus de 5000 ´ev´enements aux s´eismes profonds identifi´es.

Tous les ´ev´enements appartenant `a cette famille ont un ´epicentre situ´e entre 700 et 1200 km de profondeur, correspondant `a la zone `a mi-chemin entre le centre et la surface de la Lune. Leur caract´eristique principale est dans leur occurence, fortement corr´el´ee avec les p´eriodes des mar´ees lunaires et solaires. En effet l’activit´e sismique montre une forte p´eriodicit´e d’environ 27 et 206 jours (Figure 3.2). La p´eriode de 27 jours est li´ee aux librations en latitude et en longitude, et `a la s´eparation Terre-Lune ; la p´eriode de 206 jours est corr´el´ee avec les variations de l’orbite lunaire dues `a l’influence du Soleil. Les variations de contraintes induites par les forces de mar´ee font jouer des failles pr´eexistantes [Lammlein, 1977]. Ainsi, les s´eismes ont lieu dans un nombre de r´egions limit´e [Lammlein et al., 1974] ; en 1982, 109 r´egions sources distinctes avaient ´et´e identifi´ees et 52 localis´ees [Nakamura et al., 1982]. On recense jusqu’`a 187 s´eismes individuels pour le groupe A01, le

plus actif [Nakamura, 1978, Koyama et Nakamura, 1980]. Selon Nakamura, il semble que ce nombre soit aujourd’hui revu `a la baisse avec 77 groupes distincts (car certains groupes se sont av´er´es ˆetre semblables), auquel il faut ajouter plusieurs nouveaux groupes non localis´es `a l’heure qu’il est, dont certains sont peut-ˆetre situ´es sur la face cach´ee. Notons qu’`a ce jour, seul le site A33 est au del`a de l’horizon (Est) de la Lune (cf. Figure 3.3).

L’existence d’une zone partiellement fondue dans le manteau inf´erieur [Nakamura et al., 1973] peut expliquer l’incapacit´e `a d´etecter des s´eimes profonds issus de la face cach´ee. Mais peut-ˆetre n’ont-ils jamais ´et´e d´etect´es dans cette r´egion uniquement parce qu’ils n’y ont pas lieu. L’apparente dissym´etrie de la surface lunaire entre les deux h´emisph`eres (visible, cach´e) peut en effet ˆetre le reflet de la structure interne, o`u seul l’h´emisph`ere faisant face `a la Terre est propice `a ce type de s´eismes.

Comme nous le verrons dans le Chapitre 4, ces s´eismes r´ep´etitifs ont des formes d’onde similaires, ce qui rend possible la sommation des traces sismiques pour chaque source dans le but d’augmenter le rapport signal sur bruit de ces enregistrements dont l’amplitude est tr`es faible. En effet, leur magnitude est le plus souvent autour de 1 sur l’´echelle de Richter (Goins et al. [1981b], Lammlein et al. [1974]), et le signal enregistr´e par les sismom`etres a une amplitude typiquement de quelques D.U. (cf. Figure 3.4). Parmi les milliers de nouveaux ´ev´enements identifi´es grˆace aux investigations actuelles de Oberst & Mizutani et Nakamura, certains vont probablement permettre de mettre `a jour de nouveaux foyers, mais l’ajout d’´ev´enements suppl´ementaires n’am´eliorera significativement les stacks que pour les groupes constitu´es de peu d’´ev´enements. En effet, la limitation vient ici aussi de l’enregistrement optimal en mode piqu´e, qui r´eduit consid´erablement la bande passante de l’instrument pour permettre une meilleure d´etection. Le stack ne peut alors ´elargir cette bande puisque le contenu du signal est quasi-monochromatique. Notons aussi l’influence du bruit instrumental important dans les basses fr´equences enregistr´e en mode large bande (Figure 3.5).

D’apr`es Nakamura [1978] et Koyama et Nakamura [1980], ces “tremblements de Lune” ne subissent que peu d’influence tectonique et l’´energie mise en cause vient du refroidis-

sement de la Lune (voir aussi Lammlein et al. [1974]). Certains des ´ev´enements de A01

montrent une polarit´e inverse (Lammlein [1977], [Nakamura, 1978]), qui rend n´ecessaire une contrainte tectonique ambiante. Nakamura [1978] montre qu’il ne s’agit pas seule- ment d’un mouvement inverse, mais d’une rotation du vecteur glissement contrˆol´ee par

le d´ecalage du champ de contrainte dˆu au stockage et au relˆachement de l’´energie des

mar´ees.

Fig. 3.2 – Activit´e sismique d´etect´ee par les stations Apollo 12, 14, 15 et 16 entre le 21 Avril 1972 et le 21 Mai 1974. Une double p´eriodicit´e de 27 et 206 jours apparait, li´ee `a la variation d’amplitude des mar´ees due aux librations latitudinale et longitudinale, ou `a l’influence perturbatrice du Soleil. D’apr`es Lammlein [1977]

3.3. LES S ´EISMES LUNAIRES 67

Fig. 3.3 – Distribution des r´egions sources

des s´eismes profonds. Chaque r´egion contient un grand nombre d’´epicentres. Le fond de carte repr´esente la surface de toute la Lune dans une projection ´equivalente qui conserve les surfaces. N et S repr´esentent les pˆoles Nord et Sud, le cercle central est le contour de la Lune centr´e sur la face visible, et le cercle ext´erieur le point antipodal. La lon- gueur des croix est ´egale `a une erreur stan- dard. Les stations sismiques sont indiqu´ees par des petits cercles. La seule source sur la face cach´ee (disque externe) est le site A33.

(Nakamura et al., 1982). 0.0 500.0 1000.0 1500.0 2000.0 1: S15z S 2: S15X B 3: S15Y B 4: S15Z B

SEISME PROFOND INDIVIDUEL

LPz

LPy

LPx

SPz

SEISME PROFOND INDIVIDUEL

10 mn.

Fig. 3.4 – Sismogrammes enregistr´es `a la station Apollo 15, correspondant `a un s´eisme

profond. L’amplitude du signal crˆete-crˆete ne d´epasse pas quelques bits. Noter sur la composante SPz des pics positifs isol´es, correspondant `a des erreurs de transmission de l’ordre de 4 bits.

10-2 10-1 10-1 100 101 102 10-2 ₁₀₁₀-1-1 ₁₀0 ₁₀1 DU.s - nm.s - DU/nm

Deep quake A01 - station S12 - X component Spectral amplitude of stacked signals

Frequency Hz

Fig. 3.5 – Spectre d’amplitude des sismogrammes stack´es pour l’´ev´enement A01, com-

posante X, canal Longue P´eriode, mode piqu´e (rouge) et Large Bande (vert), en D.U. Les amplitudes r´eelles sont divis´ees par 10 pour mettre en ´evidence la similarit´e avec les fonctions de transfert (en D.U./nm). Apr`es correction par les fonctions de transfert, le d´eplacement du sol est repr´esent´e (nm.s), en bleu clair pour le mode Large Bande, en bleu fonc´e pour le mode piqu´e.

3.3. LES S ´EISMES LUNAIRES 69 alignements qualifi´es de “ceintures” [Lammlein et al., 1974] r´epartis dans les diff´erents quadrants g´eographiques (cf. Figure 3.3) de la face visible. Nakamura et al. [1982] notent une certaine sym´etrie de cette distribution dans l’h´emisph`ere Nord, par rapport au premier m´eridien, qui refl`ete peut-ˆetre l’influence de la force gravitaire qui cr´ee cette sismicit´e. De plus, aucun foyer identifi´e n’est pr´esent dans le quadrant Sud-Est ; la r´eelle absence de s´eismes profonds sous cette r´egion essentiellement compos´ee de Highlands, ou la pr´esence d’une zone de forte att´enuation peuvent expliquer cette particularit´e.