RAPPORT DE STAGE pour l’obtention du DIPLOME D’ETUDES APPROFONDIES EN PHYSIQUE Option : Géophysique et Ressources Naturelles

I – Introduction générale
CHAPITRE II – RAPPELS THEORIQUES
II.1- Notion de base en sismologie
II.1.1- La sismologie
II.1.2- Un séisme
II.1.3- Le sismomètre
II.1.4- Le sismogramme
II.1.5- Les ondes sismiques
a- Ondes de volume
b- Les ondes de surface
c- Les vitesses sismiques
II.2- Structure interne de la Terre
II.2.1 – La croûte terrestre
a- La croûte continentale
b- La croûte océanique
II.2.2- le manteau
a- le manteau supérieur
b – le manteau inférieur
II.2.3 – le noyau
II.3- Théorie du « Receiver function »
II.3.1- Historique de la méthode
II.3.2- Introduction à la méthode
II.3.3- Modélisation des receiver function
a- La méthode « Water-level »
b- La méthode itérative de déconvolution dans le domaine temporel (iterative time-domaine deconvolution):
II.3.4- Inversion des receiver function
a- Modèle recherché
b- Modèle exact ou modèle de référence
c- Modèle initial à utiliser pour faire l’inversion
II.4- Théorie sur la déconvolution
II.4.1- Importance de la transformée de Fourier
II.4.2- Problème de l’existence de solutions à l’équation (2)
II.5- La théorie du filtre gaussien
CHAPITRE III – ACQUISITION ET TRAITEMENT DES DONNEES
III.1- Acquisition des données et matériels utilisés
III.1.1- Acquisition des données
a – Historique des stations sismiques à Madagascar
b – Le cas particulier de la station sismique SBV
III.1.2- Matériels utilisés
a- Le logiciel SEISAN
a.1- ORGANISATION DU LOGICIEL SEISAN
a.2- MANIPULATION DES DONNEES DANS SEISAN
b- Le logiciel SAC (Seismic Analysis Code)
c- Le logiciel GSAC (Generic Seismic Application Coding)
d- Le logiciel CPS (Computer Programs in Seismology):
e- Le logiciel GMT (Generic Mapping Tool)
III.2 -Traitement des données
III.2.1- Travail préliminaire
III.2.2- Préparation des données
a- Changement du format des formes d’onde, application de la correction instrumentale et préparation des données avec SEISAN
b- Conversion des formes d’ondes vers le format SAC et suite du traitement avec SAC
III.2.3- CALCUL DES RECEIVER FUNCTION
a – Rotation des traces obtenues après la correction instrumentale
a.1- Ligne de commande permettant de transporter les données au format SAC d’une machine à une autre sans pertes ni changements d’informations dans les headers des fichiers SAC
a.2- Synchronisation et rotation des fichiers vers le système de coordonnées R T Z
b- Déconvolution des fichiers et filtrage des « receiver function » obtenus
III.2.4- Inversion des « receiver function »
CHAPITRE IV- RESULTATS ET INTERPRETATIONS
IV.1- Interprétation des « receiver function »
IV.2- Interprétation du modèle moyen de vitesse des ondes de cisaillement
Conclusion générale

RAPPELS THEORIQUES

Dans cette partie, nous allons voir certaines notions théoriques en sismologie qui seront d’une grande utilité dans la compréhension du sujet et par rapport à l’interprétation des résultats que nous aurons par la suite obtenus après le traitement des données.

Nous commençons par présenter les notions de base en sismologie, ensuite nous mettrons un peu plus en exergue la méthode d’analyse par receiver function avec toutes les notions qui s’y rapportent.

Notion de base en sismologie

La sismologie

La sismologie peut se définir grossièrement comme étant l’étude des séismes ou des tremblements de terre. En fait, il s’agit surtout de l’étude des caractéristiques d’un séisme et de toutes les caractéristiques qui s’y rapportent. Dans ce cadre là, nous pouvons citer l’étude des caractéristiques de la source du séisme (profondeur, type de faille, etc.), les caractéristiques du séisme lui-même (magnitude, type de séisme, etc.).

La sismologie peut aussi bien servir à l’étude des sources naturelles telles que les tremblements de terre aussi bien qu’à l’étude des séismes artificiels dans le but d’étudier une zone bien définie pour des objectifs d’exploitation ou de connaissances générales du contexte tectonique et géologique en présence.

Un séisme

Le mot séisme sert à désigner un tremblement de terre en général. Toutefois, un séisme peut bien designer un tremblement de terre naturel aussi bien qu’un tremblement de terre artificiel. Dans le cas des tremblements de terre naturels, il s’agit d’ébranlements mécaniques brusques et soudains dans la terre dûs à des contraintes et des accumulations d’énergie trop importantes dans la croûte terrestre. En effet, la croûte terrestre a une structure plus ou moins rigide et sous la contrainte de forces trop importantes, cette croûte cède et craque en donnant lieu à ce qu’on appelle des tremblements de terre ou séisme.

En ce qui concerne les séismes provoqués ou artificiels, ils sont crées par le lâchement de masse de poids très importants en surface ou à l’aide des camions vibro.

Ces genres de séismes sont provoqués pour des études locales, à des fins d’investigation minière ou pétrolière. Une façon commode de classer les séismes est de les classer selon leur mode de génération. Le tableau 1 permet de voir ce classement des séismes suivant le mode de génération.

Classement de séismes selon leur mode de génération
Mécanisme au foyer Séismes naturels Séismes artificiels Jeu de faille
Séismes tectoniques: rupture soudaine des roches
Séismes induits par l’activité humaine: exploitation de gaz
Explosion
Séismes volcaniques:  fracturation des roches due à l’intrusion de magma Tirs d’exploration sismique, tirs de mines et carrières, essais nucléaires souterrains
Implosion
Séismes d’effondrement:
effondrement de cavités ou
effondrement lié à un grand
glissement de terrain
Effondrements d’anciennes
mines .

Les séismes tectoniques sont de loin les plus courants. Ces genres de séismes trouvent leur explication dans la théorie de la tectonique des plaques. Quant aux séismes volcaniques, ce sont des séismes qui accompagnent les éruptions volcaniques. Les observatoires volcaniques s’en servent pour la prévision des éruptions. En ce qui concerne les séismes artificiels, ce sont des petits séismes à l’exception des tirs nucléaires.

Sismogramme à trois composantes enregistrée sur une station sismique large bande
Sismogramme du tremblement de terre de Samoa du 29 Septembre, enregistrée par une station au nord du Québec.
Un séisme est caractérisé :
• par le lieu où s’est déroulé l’ébranlement géologique appelé le « foyer » ou encore « hypocentre ».
• par l’épicentre qui est la projection de l’hypocentre à la surface terrestre, c’est le lieu où l’intensité du séisme est la plus importante.

En ce qui concerne les séismes naturels, il existe plusieurs types de séismes suivant le contexte géologique et tectonique dans lequel s’est produit le séisme.

Nous pouvons aussi classer les séismes suivant la distance épicentrale. La distance épicentrale représente la distance entre la station sismique et l’épicentre du séisme. Suivant la valeur de cette distance, on peut distinguer entre :
– un séisme local : distance épicentrale inférieure à 1000 km (environ 10°).
– un téléséisme ou séisme lointain: distance épicentrale supérieure à 30°. Dans ce mémoire, nous allons utiliser ces genres de séismes pour faire l’étude par les receiver function.
– un séisme régional : distance épicentrale comprise entre celle du séisme local et celle du téléséisme.

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