Profil d'atténuation dans la Lune : Contraintes sur la structure du mégarégolite lunaire

Présentation de Marie Calvet (OMP) aux 3èmes Rencontres Scientifiques et Techniques Résif | 10-12 octobre 2017, St Jean de Monts

Transcript

1. Profil d’att´ enuation dans la Lune: Contraintes sur la structure du m´ egar´ egolite lunaire Physics of the Earth and Planetary Interiors, 262, 28-40 , 2017 K. Gillet1, L. Margerin1, M. Calvet1, M. Monnereau1 1Institut de Recherche en Astrophysique et Plan´ etologie, CNRS, Toulouse, France JST RESIF 2017
2. Structure interne de la Lune   ‹‰—” ”‡ͳʹ  Heiken et al., 1991
3. Structure interne de la Lune Porosit´ e de la croˆ ute (%) 12% en moyenne Epaisseur crustale (km) entre 34 et 43 km Wieczorek et al., 2013 Fracturation jusque dans le manteau lunaire? Peut-on le voir sur les enregistrements lunaires?
4. Sismogrammes pour diff´ erents types de source Données
5. Sismogrammes pour diff´ erents types de source Yes, we can! Les enregistrements d’impacts ont un aspect plus diffus que ceux des s´ eismes lunaires Il existe une couche tr` es h´ et´ erog` ene en surface Peut-on d´ eterminer l’´ epaisseur de cette couche?
6. Caract´ eristiques des enregistrements lunaires Mo o n q u a k e ( ≈ 3 0 0 k m) Attenuation sismique = scattering + absorption Scattering: tmax , temps d’arriv´ e du maximum de l’enveloppe Augmente avec l’intensit´ e du scattering Absorption: Qc , facteur de qualit´ e de la coda Domin´ e par l’absorption ` a temps long
7. Mise en ´ evidence d’une stratification du scattering 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Epicentral distance (°) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 tmax(s) Low frequency (0.5 Hz) Deep moonquakes
8. Mise en ´ evidence d’une stratification du scattering 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Epicentral distance (°) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 tmax(s) Low frequency (0.5 Hz) Shallow moonquakes
9. Mise en ´ evidence d’une stratification du scattering 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Epicentral distance (°) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 tmax(s) Low frequency (0.5 Hz) Shallow moonquakes Deep moonquakes
10. Mise en ´ evidence d’une stratification du scattering 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Epicentral distance (°) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 tmax(s) Low frequency (0.5 Hz) Impacts
11. Mise en ´ evidence d’une stratification du scattering 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Epicentral distance (°) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 tmax(s) Low frequency (0.5 Hz) Impacts Shallow moonquakes Deep moonquakes tmax est syst´ ematiquement plus grand pour les impacts que pour les s´ eismes: stratification Impacts: variation complexe de tmax en fonction de la distance ´ epicentrale
12. Mise en ´ evidence d’une stratification du scattering 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 twindow 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Qc Low frequency (0.5 Hz) Pas de d´ ependance claire de Qc avec la profondeur de la source ou le temps dans la coda Dans notre modle: une seule valeur de pour l’absorption pour tout le volume de la Lune Tomographie de temps de diffusion: retrouver le profil de scattering partir de tmax
13. Mod` ele Mod` ele de diffusion ∂I(r, t) ∂t − ∇ · D(z)∇I(r, t) + ωI(r, t) Qabs = S(r, t) Qabs : facteur de qualit´ e d’absorption, D = c2τs (z) 3 : diffusivit´ e (km2s−1) Qsc (z) = ωτs (z): facteur de qualit´ e de scattering NEW: G´ eom´ etrie sph´ erique Solution num´ erique de l’´ equation de diffusion: tmax = f(r) Discr´ etisation : 100 couches, 400 pas en longitude Diffusivit´ e varie dans les 150 premiers kilom` etres, Qabs constant
14. Inversion On minimise le carr´ e de la diff´ erence tmax mesur´ e et calcul´ e Impl´ ementation d’un algorithme g´ en´ etique Bon accord du mod` ele aux donn´ ees La bosse! Dans le modle et dans les donn´ ees!
15. Traquer la propagation du maximum de l’intensit Pourquoi cette bosse? Snapshots de la propagation de l’´ energie dans notre mod` ele 0 A’ A B C O A’ O A’ O A’ O A’ La bosse dans la courbe des tmax est la signature d’un fort contraste de diffusivit´ e
16. Profils de diffusivit´ e et d’absorption dans la Lune La diffusivit´ e varie sur 3 ordres de grandeur Discontinuit´ e 100 km de profondeur: la base du m´ egar´ egolite Lune: un mod` ele de diffusion explique bien les mesures de tmax
17. Implications pour les s´ eismes “superficiels” On peut pr´ edire le temps d’arriv´ ee des ondes diffuse dans notre mod` ele de Lune On l’utilise pour re-localiser les s´ eismes superficiels La profondeur de source la plus probable est de 50 km
18. Conclusions Profil de diffusivit´ e: une nouvelle m´ ethode pour explorer les h´ et´ erog´ en´ eit´ es dans la Lune M´ egar´ egolite: nos mesures s’expliquent par un tr` es fort contraste de diffusivit´ e autour de 100 km de profondeur S´ eismes superficiels: dans notre mod` ele, leur source se situe autour de 50 km A faire: Diffusivit´ e → Porosit´ e, r´ ealiser les inversions dans d’autres bandes de fr´ equences