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Détection et caractérisation massives de phénomènes sismologiques pour la surveillance d'événements traditionnels et la recherche systématique de phénomènes rares

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Academic year: 2021

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(1)

HAL Id: tel-01155650

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01155650

Submitted on 27 May 2015

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Détection et caractérisation massives de phénomènes

sismologiques pour la surveillance d’événements

traditionnels et la recherche systématique de

phénomènes rares

Nadège Langet

To cite this version:

Nadège Langet. Détection et caractérisation massives de phénomènes sismologiques pour la surveil-lance d’événements traditionnels et la recherche systématique de phénomènes rares. Sciences de la Terre. Université de Strasbourg, 2014. Français. �NNT : 2014STRAH017�. �tel-01155650�

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UNIVERSITÉ DE STRASBOURG

ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES DE LA TERRE ET DE L'ENVIRONNEMENT

EOST/IPGS – UMR 7516

THÈSE

présentée par :

Nadège LANGET

soutenue le : 9 décembre 2014

pour obtenir le grade de : Docteur de l’université de Strasbourg Discipline/ Spécialité

: Géophysique / Sismologie

Détection et caractérisation massives

de phénomènes sismologiques pour la

surveillance d'événements traditionnels

et la recherche systématique de

phénomènes rares

THÈSE dirigée par :

Mme MAGGI Alessia Professeur, Université de Strasbourg

RAPPORTEURS :

Mme DESCHAMPS Anne Directeur de recherches, Géoazur, Nice

Mme MANGENEY Anne Professeur, IPGP, Paris

EXAMINATEURS :

M. GUILBERT Jocelyn Ingénieur chercheur, CEA Bruyères-le-Châtel

Mme LAMBOTTE Sophie Physicien Adjoint, Université de Strasbourg

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P❛rt✐❡ ■

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■✳✶✳✷✳ ❑✉rt♦s✐s ✶✶ ❯♥ s✐❣♥❛❧ ♥♦♥✲st❛t✐♦♥♥❛✐r❡ s(t) ♣❡✉t s❡ ❞é❝♦♠♣♦s❡r ❞❡ ❧❛ ♠❛♥✐èr❡ s✉✐✈❛♥t❡ ✿ s(t) = Z +∞ −∞ ej2πf tH(t, f )dX(f ), ✭■✳✶✳✷✮ ♦ù H(t, f) ❡st ❧✬❡♥✈❡❧♦♣♣❡ ❝♦♠♣❧❡①❡ ❞❡ s(t) ❡t dX(f) ❡st ❧✬✐♥❝ré♠❡♥t s♣❡❝tr❛❧✳ ▲❡ ❦✉rt♦s✐s s♣❡❝tr❛❧ ♣❡✉t ❛❧♦rs s❡ ❞é✜♥✐r ♣❛r ✿ SKs(f ) = |H(t, f)| 4 h|H(t, f)|2i2 ✭■✳✶✳✸✮ ❡t ❞♦♥♥❡ ❧❛ r❡♣rés❡♥t❛t✐♦♥ ❞❡s ❝❛r❛❝tér✐st✐q✉❡s tr❛♥s✐t♦✐r❡s ❞✬✉♥ s✐❣♥❛❧ ❡♥ ❢♦♥❝t✐♦♥ ❞❡ ❧❛ ❢ré✲ q✉❡♥❝❡✳ ▲❡ ❦✉rt♦❣r❛♠♠❡ ❡st ❧❛ r❡♣rés❡♥t❛t✐♦♥ ❣r❛♣❤✐q✉❡ ❞❡s ✈❛❧❡✉rs ❞❡ SK ❡♥ ❢♦♥❝t✐♦♥ ❞❡ ❧❛ ❢réq✉❡♥❝❡ f ❡t ❞❡ ❧❛ ❧❛r❣❡✉r ❞❡ ❜❛♥❞❡ ∆f ✭✈♦✐r ❋✐❣✳ ■✳✶✳✹✮✳ ▲❡ ❝♦✉♣❧❡ ❞❡ ✈❛❧❡✉rs ✭f✱∆f✮ q✉✐ ❝♦rr❡s♣♦♥❞ ❛✉ ♠❛①✐♠✉♠ ❞✉ ❦✉rt♦s✐s ❞♦♥♥❡ ❞❡s ✐♥❞✐❝❛t✐♦♥s s✉r ❧❡s ♠❡✐❧❧❡✉rs ♣❛r❛♠ètr❡s ❞❡ ✜❧tr❛❣❡ à ✉t✐❧✐s❡r ❧♦rs ❞✉ ♣ré✲tr❛✐t❡♠❡♥t ❞❡s ❞♦♥♥é❡s ❡t ❛✈❛♥t ❧❡ ❝❛❧❝✉❧ ❞❡s tr❛❝❡s ❞❡ ❦✉rt♦s✐s✳ ❋✐❣✳ ■✳✶✳✸✿ ❉✐str✐❜✉t✐♦♥s ❞✬❛♠♣❧✐t✉❞❡ ❞✬✉♥ s✐❣♥❛❧ s✐s♠✐q✉❡ ❞❛♥s ❞✐✛ér❡♥t❡s ❢❡♥êtr❡s✳ ✭❛✲❝✮ ▲❡s ❢❡♥êtr❡s ❞❡ ✺s ❝♦♥s✐❞éré❡s s♦♥t ❝♦❧♦ré❡s ❡♥ r♦✉❣❡ ✿ ✭❛✮ ❜r✉✐t✱ ✭❜✮ tr❛♥s✐t✐♦♥ ❜r✉✐t✲s✐❣♥❛❧✱ ✭❝✮ s✐❣♥❛❧✳ ✭❞✲❢✮ ❉✐str✐❜✉t✐♦♥s ❞✬❛♠♣❧✐t✉❞❡ ❝♦rr❡s♣♦♥❞❛♥ts à ❝❤❛❝✉♥❡ ❞❡s ③♦♥❡s ❝♦❧♦ré❡s ❡t s✉♣❡r✲ ♣♦sé❡s à ❧❡✉rs ❣❛✉ss✐❡♥♥❡s ✭❝♦✉r❜❡s ♥♦✐r❡s✮✳ ❯♥ ❛✉tr❡ ♣❛r❛♠ètr❡ ✐♠♣♦rt❛♥t ❞❛♥s ❧❡ ❝❛❧❝✉❧ ❞✉ ❦✉rt♦s✐s ❡st ❧❛ t❛✐❧❧❡ ❞❡ ❧❛ ❢❡♥êtr❡ ❣❧✐ss❛♥t❡ ❝❤♦✐s✐❡✳ ▲❛ ✜❣✉r❡■✳✶✳✺ ♠♦♥tr❡ ❧✬❡①❡♠♣❧❡ ❞✬✉♥ ❦✉rt♦s✐s ❝❛❧❝✉❧é ♣♦✉r ✸ ❢❡♥êtr❡s ❞❡ t❛✐❧❧❡s ❞✐✛é✲ r❡♥t❡s✳ ❖♥ r❡♠❛rq✉❡ q✉❡ ❧❛ ✈❛❧❡✉r ♠❛①✐♠❛❧❡ ❞✉ ❦✉rt♦s✐s ❡t s♦♥ ét❡♥❞✉❡ ❛✉❣♠❡♥t❡♥t ❧♦rsq✉❡ ❧❛

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✶✷ ■✳✶✳ ❲❛✈❡❧♦❝ t❛✐❧❧❡ ❞❡ ❧❛ ❢❡♥êtr❡ ❛✉❣♠❡♥t❡✳ ❉❡ ♣❧✉s✱ ❧❡ ♠❛①✐♠✉♠ ❞✉ ❦✉rt♦s✐s ❡st s②sté♠❛t✐q✉❡♠❡♥t r❡t❛r❞é ♣❛r r❛♣♣♦rt ❛✉ ❞é❜✉t ❞✉ s✐❣♥❛❧ ✿ ❝❡❧❛ ♣♦s❡ ♣r♦❜❧è♠❡ ♣✉✐sq✉✬♦♥ s♦✉❤❛✐t❡ ✉t✐❧✐s❡r ❝❡tt❡ ✐♥❢♦r✲ ♠❛t✐♦♥ ♣❛r ❧❛ s✉✐t❡✳ ▲❛ ♣❧✉s ❣r❛♥❞❡ ♣ré❝✐s✐♦♥ ♣♦ss✐❜❧❡ ❡st ❞♦♥❝ r❡q✉✐s❡✳ P♦✉r ré❞✉✐r❡ ❧✬❡rr❡✉r ✐♥tr♦❞✉✐t❡ ♣❛r ❧❛ ♠❡s✉r❡ ❞✉ ❦✉rt♦s✐s✱ ♦♥ ♥❡ ❝♦♥s✐❞èr❡ ♣❧✉s s❡✉❧❡♠❡♥t ❧❡ ❦✉rt♦s✐s✱ ♠❛✐s ❧❛ ♣❛rt✐❡ ♣♦s✐t✐✈❡ ❞❡ s❛ ❞ér✐✈é❡ ♣r❡♠✐èr❡ ˙K+ ✿ ˙ K+=  ˙ K s✐ ˙K ≥ 0 , 0 s✐♥♦♥✳ ✭■✳✶✳✹✮ ▲❡s ♥♦✉✈❡❧❧❡s tr❛❝❡s ♦❜t❡♥✉❡s s♦♥t ♣rés❡♥té❡s s✉r ❧❛ ✜❣✉r❡ ■✳✶✳✺❞✳ ❊❧❧❡s s♦♥t ❜❡❛✉❝♦✉♣ ♣❧✉s ✐♠♣✉❧s✐✈❡s✱ ❞♦♥❝ ♠✐❡✉① ❛❞❛♣té❡s ♣♦✉r ❧✬ét❛♣❡ ❞❡ ♠✐❣r❛t✐♦♥ q✉✐ s✉✐✈r❛✳ ❖♥ ♥♦t❡ q✉✬✉♥ ❧é❣❡r ❞é❝❛❧❛❣❡ ♣❛r r❛♣♣♦rt ❛✉ ❞é❜✉t ❞✉ s✐❣♥❛❧ s✉❜s✐st❡✳ ❋✐❣✳ ■✳✶✳✹✿ ✭❛✮ ❑✉rt♦❣r❛♠♠❡ ❝❛❧❝✉❧é à ♣❛rt✐r ❞✉ s✐❣♥❛❧ ✭❜✮✳ ✭❝✮ ❙✐❣♥❛❧ ✜❧tré ❞❛♥s ❧❛ ❜❛♥❞❡ ❞❡ ❢réq✉❡♥❝❡ ❞❛♥s ❧❛q✉❡❧❧❡ ❧❡ ❦✉rt♦s✐s ❡st ♠❛①✐♠❛❧ ✭♥✐✈❡❛✉ ✸ ✿ ❢réq✉❡♥❝❡ ❝❡♥tr❛❧❡ ❞❡ ✷✽✳✶✷ ❍③ ❡t ❧❛r❣❡✉r ❞❡ ❜❛♥❞❡ ❞❡ ✻✳✷✺ ❍③✮✳ ▲❡s tr❛❝❡s ❞❡ ❦✉rt♦s✐s ✭❧✐❣♥❡s ♣♦✐♥t✐❧❧é❡s✮ s♦♥t s✉♣❡r♣♦sé❡s ❛✉① s✐❣♥❛✉①✳ ✭❞✮ ▲❡s ❞❡✉① tr❛❝❡s ❞❡ ❦✉rt♦s✐s s♦♥t r❡♣rés❡♥té❡s s✉r ❧❛ ♠ê♠❡ ✜❣✉r❡ ✿ ♦♥ ♦❜s❡r✈❡ ✉♥ ♥❡t é❝❛rt ❞✬❛♠♣❧✐t✉❞❡ s❡❧♦♥ ❧❛ ❜❛♥❞❡ ❞❡ ✜❧tr❛❣❡✳ ▲❡ ❝❛❧❝✉❧ ❞❡s tr❛❝❡s ❞❡ ❦✉rt♦s✐s ♣❡✉t s✬❛✈ér❡r très ❝♦ût❡✉① ❡♥ t❡♠♣s✳ ❯♥ ♠♦②❡♥ ❞❡ r❡♥❞r❡ ❧❡s ❝❛❧❝✉❧s ♣❧✉s r❛♣✐❞❡s ❡st ❞✬✉t✐❧✐s❡r ✉♥❡ ♠ét❤♦❞❡ ré❝✉rs✐✈❡✱ ❝♦♠♠❡ ❝❡❧❧❡ ♣r♦♣♦sé❡ ♣❛r ❬❈❤❛ss❛♥❞❡✲ ▼♦tt✐♥✱✷✵✵✸❪✳ ❈❡♣❡♥❞❛♥t✱ ❝❡tt❡ ♠ét❤♦❞❡ ♣❡✉t s❡ ré✈é❧❡r ✐♥st❛❜❧❡ ❧♦rsq✉❡ q✉❡ ❧❡s s✐❣♥❛✉① s♦♥t ❢♦rt❡♠❡♥t ♥♦♥✲st❛t✐♦♥♥❛✐r❡s✱ ❝❡ q✉✐ ❡st ❧❡ ❝❛s ❞❡s é✈é♥❡♠❡♥ts s✐s♠✐q✉❡s très ✐♠♣✉❧s✐❢s✳ ❖♥ ✉t✐❧✐s❡r❛ ❞♦♥❝ ✐❝✐ ✉♥❡ ♠ét❤♦❞❡ ❞❡ ❝❛❧❝✉❧ ré❝✉rs✐✈❡ ♠♦✐♥s ❢♦r♠❡❧❧❡✱ ♠❛✐s r❡st❛♥t st❛❜❧❡✳ ❙♦✐t x ✉♥ s✐❣♥❛❧ ❞✬é❝❛rt✲t②♣❡ σx✳ ❆ ❧✬é❝❤❛♥t✐❧❧♦♥ ❞❡ t❡♠♣s i✱ ❧❛ ♠♦②❡♥♥❡ ❞✉ s✐❣♥❛❧ ❡t s♦♥ é❝❛rt✲t②♣❡ s♦♥t ❞é✜♥✐s ♣❛r ❧❡s r❡❧❛t✐♦♥s ré❝✉rs✐✈❡s s✉✐✈❛♥t❡s ✿ xi = Cxi−1+ (1 − C)xi, ✭■✳✶✳✺✮ σi = Cσi−1+ (1 − C)(xi− xi)2, ✭■✳✶✳✻✮ ▲❡ ❦✉rt♦s✐s ré❝✉rs✐❢ s❡ ❝❛❧❝✉❧❡ ❛❧♦rs ❛✐♥s✐ ✿ Ki =    CKi−1+ (1 − C)(xi−xi) 4 σ2i s✐ σi > σx, CKi−1+ (1 − C)(xi−xi) 4 σ2 x s✐♥♦♥✳ ✭■✳✶✳✼✮

(22)

■✳✶✳✸✳ ▼✐❣r❛t✐♦♥ ❡t s♦♠♠❛t✐♦♥ ✶✸ ❛✈❡❝ ❧❛ ❝♦♥st❛♥t❡ C t❡❧❧❡ q✉❡ C = 1 − dt w✱ ♦ù dt ❡st ❧❡ t❛✉① ❞✬é❝❤❛♥t✐❧❧♦♥♥❛❣❡ ❡♥ t❡♠♣s ❡t w ❡st ✉♥❡ ❣r❛♥❞❡✉r ❧✐é❡ à ❧❛ t❛✐❧❧❡ ❞❡ ❧❛ ❢❡♥êtr❡ ❝❤♦✐s✐❡ ♣♦✉r ❧❡ ❝❛❧❝✉❧ ❞✉ ❦✉rt♦s✐s✳ ▲✬✉t✐❧✐s❛t✐♦♥ ❞❡ σx ❞❛♥s ❧✬éq✉❛t✐♦♥■✳✶✳✼ st❛❜✐❧✐s❡ ❧❡ ❝❛❧❝✉❧ q✉❛♥❞ ❧❡s é❝❛rt✲t②♣❡s σi ❞❡✈✐❡♥♥❡♥t ♣❡t✐ts✳ ▲❛ ❝♦♠♣❛r❛✐s♦♥ ❞❡s ❞❡✉① ♠ét❤♦❞❡s ❞❡ ❝❛❧❝✉❧ ❞❡s ❦✉rt♦s✐s ✭ré❝✉rs✐✈❡ ❡t ♥♦♥✲ré❝✉rs✐✈❡✮ ❛ ♠♦♥tré q✉❡✱ ♣♦✉r ✉♥❡ t❛✐❧❧❡ ❞❡ ❢❡♥êtr❡ éq✉✐✈❛❧❡♥t❡✱ ❧❛ ♣ré❝✐s✐♦♥ ❞❡♠❡✉r❛✐t ✐❞❡♥t✐q✉❡✳ ❊♥ r❡✈❛♥❝❤❡✱ ❧❡s ❛♠♣❧✐t✉❞❡s ❞❡s ❦✉rt♦s✐s ré❝✉rs✐✈❡s s♦♥t ♣❧✉s ❢♦rt❡s ❡t ❞é❝r♦✐ss❡♥t ♣❧✉s ❧❡♥t❡♠❡♥t ✿ ♣♦✉r q✉❡ ❧❡s ❞❡✉① t②♣❡s ❞❡ ❦✉rt♦s✐s ❛✐❡♥t ❞❡s ❢♦r♠❡s s✐♠✐❧❛✐r❡s✱ ♦♥ ❛ r❡♠❛rq✉é q✉✬✐❧ ❢❛❧❧❛✐t q✉❡ ws♦✐t ❡♥✈✐r♦♥ ✸ ❢♦✐s ♣❧✉s ♣❡t✐t q✉❡ ❧❛ t❛✐❧❧❡ ❞❡ ❧❛ ❢❡♥êtr❡ ✉t✐❧✐sé❡ ❞❛♥s ❧❡ ❝❛❧❝✉❧ ✧st❛♥❞❛r❞✧✳ ❋✐❣✳ ■✳✶✳✺✿ ✭❛✮ ❙✐❣♥❛❧ s✐s♠✐q✉❡ ❜r✉t✳ ✭❜✮ ❚r❛❝❡s ❞❡ ❦✉rt♦s✐s K(t) ❝♦rr❡s♣♦♥❞❛♥t❡s✱ ❝❛❧❝✉❧é❡s ♣♦✉r ✸ t❛✐❧❧❡s ❞❡ ❢❡♥êtr❡s ❣❧✐ss❛♥t❡s ❞✐✛ér❡♥t❡s ✭❜❧❡✉ ✿ ✾ s✱ r♦✉❣❡ ✿ ✸ s✱ ✈❡rt ✿ ✶ s✮✳ ✭❝✮ ❩♦♦♠ s✉r ❧❛ ♣♦rt✐♦♥ ❞❡ s✐❣♥❛❧ ❝♦❧♦ré❡ ❡♥ r♦✉❣❡✳ ❖♥ r❡♠❛rq✉❡ q✉❡ ❧❡ ♠❛①✐♠✉♠ ❞❡s ❦✉rt♦s✐s ❡st s②sté♠❛t✐q✉❡♠❡♥t ❞é❝❛❧é ♣❛r r❛♣♣♦rt ❛✉ ❞é❜✉t ❞✉ s✐❣♥❛❧✳ ✭❞✮ ▼ê♠❡ ❝❤♦s❡✱ ❛✈❡❝ ❝❡tt❡ ❢♦✐s ❧❡ ❣r❛❞✐❡♥t ❞❡s ❦✉rt♦s✐s ˙K+(t)✳ ▲♦rsq✉❡ ❧❛ ❢❡♥êtr❡ ❞❡ ❝❛❧❝✉❧ ❝❤♦✐s✐❡ ♥✬❡st ♣❛s tr♦♣ ❣r❛♥❞❡✱ ❧❡ ♠❛①✐♠✉♠ ❞❡s ❦✉rt♦s✐s s❡ r❛♣♣r♦❝❤❡ ❞✉ ❞é❜✉t ❞✉ s✐❣♥❛❧✳

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▲❛ ❞❡✉①✐è♠❡ ét❛♣❡ ❞❡ ❲❛✈❡❧♦❝ ❝♦♥s✐st❡ à ♠✐❣r❡r ❧❡s tr❛❝❡s ❞❡ ❣r❛❞✐❡♥t ❞✉ ❦✉rt♦s✐s ˙K+ é✈♦q✉é❡s ❞❛♥s ❧❛ s❡❝t✐♦♥ ♣ré❝é❞❡♥t❡ ✭✈♦✐r ❋✐❣✳■✳✶✳✶✮✳ ❖♥ r❛♣♣❡❧❧❡ q✉❡ ❧❡ t❡♠♣s ❞✬❛rr✐✈é❡ Ti k ❛✉q✉❡❧ ✉♥ é✈é♥❡♠❡♥t i ❡st ❡♥r❡❣✐stré à ❧❛ st❛t✐♦♥ k

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