Étude et caractérisation de la haute atmosphère au moyen des ondes infrasonores acquises par des vols de ballons stratosphériques, et par inversion numérique

Soutenance de thèse de doctorat de Solène Gerier.

La soutenance de thèse se déroulera le mercredi 23 octobre 2024 à 14h00 en SALLE des THESES de l’ISAE-Supaero, 10 avenue Marc Pélegrin 31400 Toulouse.

Le jury sera composé de :

M. Christophe BAILLY, Rapporteur, École centrale de Lyon
M. Philippe LOGNONNÉ, Rapporteur, Institut de Physique du Globe de Paris, Université Paris Cité
M. François COULOUVRAT, Examinateur, CNRS, Institut Jean-Le-Rond-d’Alembert
Mme Lucie ROLLAND, Examinatrice, Université Côte d’Azur
M. Thierry JARDIN, Examinateur, Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace
M. Raphaël GARCIA, Directeur de thèse, Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace
M. Roland MARTIN, Co-directeur de thèse, CNRS – Géosciences Environnement Toulouse

Résumé de la thèse :

La compréhension de l’atmosphère est une part importante de l’étude d’une planète. En particulier, les infrasons peuvent contribuer à cette compréhension, puisqu’ils intègrent, lors de leur propagation, des informations sur la structure de l’atmosphère. En outre, l’analyse des infrasons informent sur les sources acoustiques, telles que des éruptions volcaniques ou des séismes. 

Parmi les axes de recherche autour des infrasons, de forts enjeux concernent l’instrumentation, notamment les performances et la couverture géographique. Face à ces enjeux, les capteurs à bord de ballons stratosphériques apparaissent comme un atout de choix. D’autres études s’intéressent à la possibilité d’intégrer l’information des infrasons dans des modèles de prévision météorologique, afin d’acquérir une meilleure représentation de la structure verticale de l’atmosphère. Ces travaux contribuent à ces deux axes de recherche.

Notre premier axe d’étude se concentre sur l’interprétabilité des mesures à bord de ballons stratosphériques. En particulier, nous étudions le cas d’infrasons issus d’événements sismiques. Afin de comprendre et d’identifier les différents trains d’ondes et la signature du séisme, nous utilisons des modélisations numériques en 2D dans un domaine sol-atmosphère Cette étude montre que les signaux enregistrés par les capteurs à bord de ballons stratosphériques sont particulièrement sensibles aux mouvements verticaux sous le ballon. La forme d’onde acquise est marquée par le contenu fréquentiel de la source, ainsi que par la dispersion des ondes sismiques lors de leur propagation dans la structure interne de la Terre.

Notre second axe d’étude s’intéresse à l’imagerie de l’atmosphère. Nous exploitons les techniques d’inversion de forme d’onde complète utilisées en sismologie, qui estiment la sensibilité de l’onde au domaine géophysique par la méthode adjointe. En adaptant cette méthode aux ondes infrasonores, nous montrons, pour la première fois, les sensibilités de la forme d’onde au vent et à la température, dans le cas d’une explosion sur le site de Hukkakero en Finlande. Ces résultats encourageants nous permettront d’envisager l’intégration de la méthode dans un problème inverse afin de retrouver la structure de l’atmosphère.