Sismologie planétaire, Structure de subsurface, Diffusion sismique, Apollo, InSight, Sismologie couplée à l'air

Il est important d'étudier la structure souterraine d'une planète car elle reflète fortement les processus géologiques passés, nous donnant une information cruciale pour révéler comment une planète a évolué jusqu'à aujourd'hui. Cette étude se concentre particulièrement sur la Lune et Mars dont la structure souterraine reste incertaine. Comme démontré sur Terre, l'observation sismique est un moyen puissant d'étudier le sous-sol, et elle a été appliquée à la Lune dans les missions Apollo et à Mars dans la mission InSight. Étant donné que l'observation sismique sur les planètes extraterrestres dépend fortement de la conception de la mission et de l'environnement de la planète cible, cette étude a adopté différentes approches en fonction des situations d'observation respectives afin de contraindre efficacement la structure du sous-sol. Dans le cas de la Lune, j'ai effectué une simulation 3D de propagation des ondes sismiques en tenant compte de la structure hétérogène intense pour évaluer les propriétés de diffusion dans la croûte supérieure plus directement qu'auparavant. Bien que le type de calcul lourd n'ait pas été possible auparavant, le supercalculateur haute performance a permis de conduire. En fait, cette étude a réalisé un calcul stable jusqu'à 2 Hz qui couvre complètement la bande de fréquences du sismomètre à longue période Apollo,conduisant à la première comparaison directe entre les synthétiques et les données sismiques lunaires Apollo pour tous les composants de l'axe à la même fréquence. En conséquence, dans des conditions physiques raisonnables,la simulation a reproduit avec succès les ondes sismiques de type lunaire identiques aux données de référence, ce qui a permis l'évaluation quantitative des paramètres tels que la longueur de corrélation, la fluctuation de vitesse, le facteur de qualité de diffusion (Qs). En particulier, la comparaison des Qs entre différentes planètes a révélé que la diffusion lunaire est plus intense que toute autre région de la Terre alors que Mars est en harmonie avec la lithosphère terrestre. En combinant ces faits avec les observations géologiques et les simulations de formation de cratères, il est indiqué que les fragments d'impact jouent un rôle dominant sur la Lune alors que la structure géologique complexe pourrait contribuer à la diffusion sur Mars. En ce qui concerne Mars, profitant de son atmosphère, je me suis concentré sur l'effet de couplage air-solide (dans quelle mesure le sol solide est déformé en raison des variations de pression, appelée « conformité ») pour étudier la structure du sous-sol à l'aide des données InSight. L'atterrisseur InSight est situé près de la dichotomie géologique, et cette région est considérée comme ayant connu certains événements géologiques tels que les volcanismes et l'érosion fluviale. Ainsi, il est important d'y estimer la structure du sous-sol afin de connaître les activités géologiques passées sur Mars. Alors que les travaux précédents sondaient le sous-sol jusqu'à 20 m, j'ai non seulement étudié la profondeur (~100 m), mais j'ai également affiné la résolution de profondeur à la couche supérieure en améliorant la méthode précédemment utilisée. Par exemple, alors que les études antérieures s'étaient principalement concentrées sur les gammes de basses fréquences (<0.5 Hz) en raison de l'absence de données d'échantillonnage élevé au début de la mission, cette étude a tiré le meilleur parti de celles à échantillonnage élevé et a réussi à étendre la fréquence jusqu'à 2 Hz, ce qui a conduit à la détection d'une discontinuité structurelle de 1 m sur le site d'atterrissage d'InSight. De plus, comme les vitesses du vent ambiant sont liées à la longueur d'onde, l'analyse de la conformité pour différentes vitesses de vent m'a permis de récupérer la structure élastique à différentes profondeurs. En particulier, les données de vitesse du vent élevé (>12 m/s) ont permis de contraindre la structure jusqu'à 75 m de profondeur.