Analyse et modélisation des ondes sismiques générées lors des séismes glaciaires induits par le vêlage d'icebergs

Analysis and modelling of seismic waves generated by glacial earthquakes and iceberg calving

• Auteur / Autrice : Amandine Sergeant
• Direction : Anne Mangeney, Jean-Paul Montagner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre. Géophysique
• Date : Soutenance le 16/11/2016
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMR-Institut de physique du globe de Paris (2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Bernard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Mangeney, Jean-Paul Montagner, Pascal Bernard, Luis Rivera, Jérôme Weiss, Fabian Walter
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luis Rivera, Jérôme Weiss

Mots clés

Mots clés contrôlés

Green, Fonctions de

Effets des séismes

Glaciers

Groenland

Effets de la température

Inlandsis

Simulation par ordinateur

Ondes sismiques

Inversion (géophysique)

Icebergs

Mots clés libres

Vêlage d’icebergs

Icebergs calving

Résumé

Les séismes glaciaires ont des magnitudes Mw~5 et sont liés au vêlage d’icebergs instables volumineux (km3). Dans le but de caractériser la force à l’origine des signaux sismiques longue-période (10-100~s) mesurés lors de tels évènements, nous développons une méthode d’inversion de la fonction source et un modèle mécanique numérique du phénomène. Grâce à l’analyse détaillée des histoires de forces inversées, nous mettons en lumière l’existence de plusieurs phénomènes responsables de la génération du signal sismique, à savoir (1) une avalanche de glace déclenchée par le détachement d’un iceberg, (2) le vêlage et le basculement de l’iceberg qui applique une force horizontale normale au glacier, et (3) l’accélération de l’ice-mélange dans le fjord. On montre que la magnitude des séismes glaciaires ne peut être interprétée de manière simple car elle englobe plusieurs processus distincts. D’après les résultats de modélisation numérique, l’amplitude de la force générée par un iceberg tournant contre un terminus ne varie pas de manière linéaire avec le volume de glace mais est largement déterminée par plusieurs facteurs qui influent sur la dynamique du mouvement. Ceci démontre que, l’estimation de la perte de glace lors des séismes glaciaires ne semble pas évidente à partir de leur magnitude. La comparaison des forces inversées et modélisées montre que nous sommes capables de reproduire les signaux sismiques et d’accéder ainsi à la dynamique du phénomène. Les informations contenues dans les variations temporelles de la force de vêlage permettent notamment d’inverser chaque paramètre individuel du modèle et d’estimer ainsi les dimensions et le volume de glace détaché

Glacial earthquakes have magnitudes Mw~5 and associated to the calving of large-scale (km3) unstable icebergs. In order to characterize the force at the origin of long-period seismic signals (10-100~s), we develop a source inversion scheme and a numerical modeling of iceberg capsize. Thanks to detailed analysis of the inverted force histories, we reveal the existence of several phenomena responsible for the seismic signal generation, being (1) an ice-avalanche triggered by the detachment of a first iceberg, (2) the calving and capsize of icebergs which apply a horizontal force normal to the glacial terminus, and (3) the ice-melange acceleration in the fjord. This shows that the interpretation to the event magnitudes is not straightforward as they represent the energy that is released by distinct mechanisms. With mechanical numerical modeling of the phenomenon, we show that the force amplitude does not linearly scales with the iceberg volume but also depends on various parameters that control capsize dynamics. This implies that the calving-induced mass loss cannot be estimated from the glacial earthquake magnitude only. Nevertheless, by comparing between seismic inverted forces and the modeling results, we are able to reproduce seismic signals and access the event dynamics. Informations that are contained in the force histories enable to invert each model parameter and thus estimate the iceberg dimensions and then volume