Goetz BOKELMANN et Guilhem BARRUOL

Fonctions de transfert anisotropes
Goetz Bokelmann, PR & Guilhem Barruol, CR1
Résumé
Une question fondamentale dans la compréhension de la dynamique du manteau est la
localisation verticale des zones de déformations. C'est le cas dans l'étude de l'anisotropie
sismique du manteau et de la déformation du système lithosphère-asthénosphère, mais
également lorsque l'on souhaite aborder les problèmes de couplage croûte-manteau et de la
présence de déformation dans la zone de transition ou dans le manteau inférieur. Cette question
ne peut pas être abordée efficacement par le déphasage des ondes de cisaillement parce que
cette technique classique n'a pas de résolution verticale. Pour résoudre ces problèmes, nous
proposons un sujet de thèse focalisé sur l'élargissement des techniques de fonction de transfert
aux données sismologiques anisotropes. Par l'analyse des phases sismiques arrivant dans la
coda de l'onde P, la méthode classique des fonctions de transfert permet de retrouver la
profondeur des interfaces où l'onde P a subit des conversions en ondes S. Nous proposons de
généraliser cette technique à une Terre anisotrope pour déterminer simultanément la
localisation des interfaces mais également l'anisotropie sismique dans les différentes couches.
Comme dans les fonctions de transfert isotropes, les propriétés du sous-sol (des vitesses et des
épaisseurs des couches) sont récupérées de la série des ondes converties après l’onde P et/ou
avant l’onde S. La généralisation à la technique anisotrope de fonctions de transfert se fera
dans un premier temps en supposant que le milieu a une symétrie d’anisotropie hexagonale.
Nous développerons cet outil en utilisant des données acquises dans des observatoires à bas
niveau de bruit qui devraient permettre d'identifier des phases de très faibles amplitudes et
appliquerons ensuite cette technique à différentes cibles géodynamiques comme la plaque
Eurasie et Pacifique. Pour la plaque européenne, nous essaierons de déterminer le type, la
magnitude et la profondeur de l'anisotropie. Ceci permettra de distinguer les contributions 1) de
l'écoulement dans l'asthénosphère et 2) de l'anisotropie gelée dans la lithosphère, et d'identifier
le type d'anisotropie qui domine, dans le cas d'une plaque continentale 'lente'. Cette question de
la nature de l'anisotropie a en effet été beaucoup discutée durant la dernière décennie sans
atteindre de consensus. Nous proposons ensuite d'appliquer cette nouvelle technique à une
plaque océanique rapide, en profitant des nombreuses données sismologiques acquises ces
dernières années dans le Pacifique sud par l'expérience PLUME (Polynésian Lithosphere and
Upper Mantle Experiment). Les mesures d'anisotropie obtenues par le déphasage des ondes S
mais également par les modèles tomographiques en ondes de surface mettent en effet en
évidence des déformations lithosphériques anciennes et une déformation actuelle du manteau
liée au déplacement de la plaque à des profondeurs asthénosphériques. Les fonctions de
transfert anisotropes permettront de quantifier ces différents effets, de les localiser
verticalement, et donc de préciser les modes d'épaississement et d'entraînement des plaques
océaniques.
Insertion dans des projets nationaux ou internationaux, collaborations extérieures : projets
SEADOME (« Seismic anisotropy, plate-driving forces and the motion of Europe ») de la
Communauté Européenne (projet no. 003953, durée 1.9.2004-31.8.2006), le projet PLUME
(Polynésian Lithosphere and Upper Mantle Experiment), ACI "jeune chercheurs" du Ministère de
la Recherche et le projet DyETI (Anisotropie sismique et la déformation profonde de l’Europe,
durée envisagée 2005-2007).