Academic literature on the topic 'Géophysique interne'

L’imagerie du manteau de la Terre est motivée par certaines questions fondamentales en géophysique, telle la compréhension des processus présents et passés de dynamique interne à l’origine de la tectonique des plaques. Depuis une vingtaine d’années, l’étude de l’intérieur de la Terre connaît une véritable révolution, notamment grâce au développement de techniques toujours plus performantes de tomographie sismique et à la puissance de calcul rendue possible par l’informatique. À l’heure actuelle, il est possible de calculer de manière précise le champ des ondes sismiques à travers des structures 3D arbitrairement complexes, en géométrie sphérique et pour des durées suffisantes, par des méthodes de calcul numérique, telle la méthode des « éléments spectraux ».

RÉSUMÉ Le delta de la rivière Natashquan (Côte-Nord du Saint-Laurent) offre un exemple typique de construction de structures deltaïques (lobes) dans un contexte de régression, sous la dépendance des processus hydrodynamiques fluvial et marin. Actuellement, depuis la migration de l'embouchure de la rivière, un des lobes du delta est partiellement en voie d'érosion et de fossilisation. La structure du substratum (bouclier cristallin précambrien et roches sédimentaires paléozoïques) détermine la morphologie et le drainage préglaciaires de la région. Les glaciations du Pleistocene ont creusé des vallées en auge. La transgression de la Mer de Goldthwait, liée au relèvement glacioisostatique, donne la morphologie actuelle de la région (paléolignes de rivage, delta). Le delta multilobé, encore partiellement submergé, est limité au large par une ligne de cuestas submergée. Une étude géophysique et sédimentologique décrit les sédiments recouvrant le substratum. Le prisme sableux deltaïque progresse sur des sédiments argilosilteux prédeltaïques de la Mer de Goldthwait. La pente du front du delta varie de 0,5° est à 10° ouest. La structure interne du lobe montre plusieurs unités complexes de couches frontales tronquées, reposant sur des couches basâtes; les couches sommitales érodées sont absentes. Les effets combinés des processus fluvial et marin entraînent une progradation rapide d'un large volume de sédiments à l'ouest avec des couches frontales très inclinées (8°) provoquant des mouvements gravitaires.

Cet article traduit la volonté de deux maîtres d’ouvrages (ayant une compétence interne d’ingénierie conseils en géophysique), que sont SNCF Réseau et EDF, de mettre en commun leurs retours d’expériences pour améliorer la gestion des risques liés à l’aléa cavités souterraines sur des ouvrages de grands linéaires, en contexte ferroviaire ou hydraulique. Cette coopération a permis de valider plusieurs méthodes de diagnostic, par reconnaissance et auscultation, afin de détecter des cavités souterraines et de suivre leur évolution : dans deux contextes géologiques distincts (craie et marnes à gypse), les méthodes sismiques actives et passives basées sur les ondes de surface ont confirmé leurs performances théoriques, aussi bien pour des reconnaissances que de la surveillance en continu : (1) dans un contexte de cavités anthropiques dans la craie et hors nappe, les exemples présentés valident l’intérêt de certaines méthodes industrielles de reconnaissance (DCOS®, ParSeis®) et laissent espérer une industrialisation prochaine de plusieurs autres (SI active et passive), (2) dans le contexte de dissolution de gypse, ces mêmes méthodes utilisant le signal généré par les circulations ferroviaires se sont avérées très pertinentes pour assurer une surveillance en continu, via un monitoring 4D, du sol support de la plateforme ferroviaire. Le résultat de ce développement permettra de s’inscrire dans une démarche de maintenance prédictive vis-à-vis du risque fontis ; dans le contexte de dissolution de gypse, la mesure de déformation par fibre optique en place dans un remblai a démontré sa pertinence pour capter l’amorce de remontée d’un fontis, avant même l’apparition d’indice en surface. Enfin, il faut noter que les méthodes de reconnaissance et d’auscultation, présentées dans les deux premiers cas d’étude, pourraient favorablement être réalisées en utilisant une fibre optique comme celle exploitée dans le troisième cas d’étude, mais il faudrait un interrogateur optique différent de type DAS. Ceci est une perspective à laquelle s’intéressent les deux maîtres d’ouvrages.

Résumé Des levés régionaux de géologie marine effectués sur trois ans dans l’estuaire du Saint-Laurent permettent pour la première fois de caractériser en détail le relief sous-marin entre l’Ile aux Coudres et Pointe-des-Monts, Québec Canada. Les levés de bathymétrie multifaisceaux, couplés à des levés géophysiques à haute résolution (sismique et sonar à balayage latéral) et à l’échantillonnage du fond marin, ont permis d’imager et de documenter des champs de dunes décamétriques pouvant atteindre une dizaine de kilomètres de longueur et quelques kilomètres de largeur. La présence de ces mégadunes suggère un environnement très dynamique ainsi qu’une grande mobilité des sédiments. Deux de ces champs, localisés à l’intérieur des limites du Parc marin Saguenay‑Saint‑Laurent, font l’objet d’une description plus détaillée afin de comprendre l’environnement physique dans lequel ils ont été mis en place. Des ondes internes modernes dans l’estuaire moyen du Saint‑Laurent, phénomènes connus et documentés, sont peut-être un mécanisme important de la mise en place et de la mobilité des mégadunes. Toutefois, les profils sismiques dans ces champs de mégadunes montrent que certaines pourraient être un vestige d’une période où le régime hydraulique de l’estuaire était différent, avec un débit beaucoup plus fort vers l’aval et des courants de marée plus importants. Des mégadunes imagées sur le fond marin, d’une amplitude de 10 m et d’une longueur d’onde moyenne de 200 m, sont en effet observées sur un des profils sismiques en‑dessous de boues modernes. Les ondulations du fond marin sont identifiables à plusieurs échelles, les plus grosses étant surmontées de plus petites, qui elles pourraient représenter le régime hydrodynamique actuel. Il reste à évaluer l’activité moderne des mégadunes par le biais de levés multi‑annuels afin de quantifier le taux de déplacement, les changements morphologiques et d’établir une relation directe avec les conditions hydrodynamiques modernes.

In der Region Wielkopolska (Großpolen) befinden sich eine Reihe befestigter Siedlungen, die in die frühe Eisenzeit datieren und einzigartige Merkmale hinsichtlich ihrer Funktion, Genese und Chronologie aufweisen. Bedeutsam sind diese Siedlungsbefunde nicht nur im Blickwinkel der Vorgeschichte Polens, sondern auch im überregionalen Kontext. Die Deutung dieser Siedlungen, die bereits über längere Zeiträume im Mittelpunkt der Forschung standen und dabei unter verschiedenen räumlichen und fachspezifischen Fragestellungen betrachtet wurden, ist sehr unterschiedlich, wird in der Forschung jedoch als eher unbefriedigend angesehen. Neben jenen Siedlungen gibt es noch weitere Fundplätze, die jedoch zumeist in nur wenigen Kampagnen oder in vereinzelten Sondagen archäologisch untersucht wurden. Ausgenommen davon sind die Siedlungen Biskupin und Sobiejuchy. Auch die Ergebnisse jener Forschungen müssen unter verschiedenen Aspekten als wenig zufriedenstellend bezeichnet werden. Obgleich der Forschung heutzutage ein breites Spektrum fortschrittlicher und ausgefeilter Technologien für die Gewinnung absoluter Datierungen zur Verfügung steht, liegen doch für die hier betrachtete Region nur wenige Fakten zur Chronologie befestigter hallstattzeitlicher Siedlungen vor. Aus diesen Gründen begannen die Autoren ein Projekt zur Erarbeitung und Sammlung genau jener Schlüsselinformationen. Die wichtigsten Verfahren zur Gewinnung absoluter Daten waren dabei neben der Dendrochronologie Radiokarbonuntersuchungen an Hölzern, organischen Materialen aus den Kulturschichten sowie an osteologischem Material, ferner Lumineszenzuntersuchungen von Keramik. Ein weiterer wichtiger Baustein des Projekts bestand im Vergleich der auf diesem Weg gewonnenen Daten mit solchen aus traditionellen archäologischen Studien (etwa bezüglich der Änderung von Keramikstilen).Die Verfasser strebten außerdem an, die Entwicklung befestigter hallstattzeitlicher Siedlungen mit Hilfe der Fernerkundung, der Luftaufklärung, geophysikalischer Untersuchungen und digitaler Geländemodelle (Geomagnetik, 3D-Modellierungen, Orthofotografien) besser zu verstehen. Der vorliegende Beitrag stellt einen vorläufigen Bericht über die entsprechenden Untersuchungen in Großpolen dar.Le caractère des habitats fortifiés de l’époque de Hallstatt dans la région de Wielkopolska est unique en ce qui concerne leur évolution interne, le rôle qu’ils ont pu remplir, leur origine et leur chronologie. Il s’agit d’un groupe de monuments fondamentaux, et leur étude dépasse le simple examen d’un aspect particulier de la préhistoire polonaise. Ces habitats, qui ont été étudiés au cours des ans de façon fort variable et sous des angles divers, sont mal connus, comme la littérature spécialisée l’a relevé depuis longtemps. Il existe, en dehors des sites fouillés au cours de longues campagnes pluriannuelles (tels Biskupin et Sobiejuchy), des sites qui n’ont fait l’objet que de courtes campagnes d’une ou deux saisons ou des sites ou seuls de petits sondages ont été faits. De plus, l’analyse des résultats de ces fouilles laisse en général aussi à désirer. Malgré les possibilités offertes par les nouvelles méthodes de datation absolue, notre connaissance des habitats fortifiés de l’époque de Hallstatt dans la région de Wielkopolska est encore fort maigre. Les auteurs ont ainsi initié un nouveau projet dont l’objectif est d’obtenir plus d’informations sur des aspects de ces habitats non explorés ou insuffisamment étudiés. La datation absolue par radiocarbone et par dendrochronologie (d’éléments structurels en bois, de matériel organique provenant de couches culturelles, d’ossements) et par luminescence (pour la céramique) constitue l’objectif principal de cette étude. De plus nous tentons d’établir des corrélations entre les dates obtenues et la masse de matériel archéologique récupéré afin de vérifier et de modifier les dates obtenues par les méthodes traditionnelles de datation (basée sur les changements typologiques de la céramique). Enfin, nous espérons obtenir des informations plus étendues sur l’évolution des habitats fortifiés de l’époque de Hallstatt de la région par l’application de méthodes de prospections telles la photographie aérienne, les prospections géophysiques, les modèles numériques de terrain (par magnétométrie, modèles en 3D, ortho-photographies). Notre article est un rapport préliminaire sur l’étude en cours des habitats fortifiés de Wielkopolska.The unique nature of the Early Iron Age fortified settlements of Wielkopolska, in terms of their internal development, alleged function, genesis and chronology, places them in a group of monuments that have a fundamental meaning. Studying these sites goes beyond understanding this particular aspect of Polish prehistory. The recognition of these settlements, studied over the years and considered under various spatial and subject-specific angles, is very uneven and, in general, unsatisfactory, as has long been pointed out in the literature. Apart from the sites explored in long-term excavation campaigns, there are sites where reconnaissance work was carried out over only one or two seasons (excepting Biskupin and Sobiejuchy) or where only sondages were made. Furthermore, the analysis of the results of these investigations is, in general, also fairly unsatisfactory. Despite the opportunities offered by the current methods of absolute dating, we still know very little about the chronology of the fortified Hallstatt settlements of Wielkopolska. Hence the authors have started a new project aimed at gathering key information that has not so far been obtained or that has been insufficiently investigated. The most important element is absolute dating by dendrochronological and radiocarbon methods (timber structural elements, organic material from culture layers, osteological material) and luminescence (ceramics). Another important aspect consists of attempts at correlating the absolute dates obtained with the mass of archaeological material to verify and modify the traditional dating methods (changes in pottery styles). Last but not least we aim to obtain broader information regarding the development of all Hallstatt fortified sites from the study area through remote sensing, which includes aerial reconnaissance, geophysical surveys, digital terrain models (magnetometry maps, 3D models, orthophotographs). This article is a preliminary report on the new investigations of the Wielkopolska fortified settlements currently being conducted by the authors.

La dynamique et la structure interne de la Terre sont mal contraintes en profondeur, car les signaux induits en surface, de faible amplitude et basse fréquence, atteignent le seuil de détection des sismomètres. La gravimétrie devient un outil privilégié d'investigation de la Terre profonde aux longues périodes. Les variations temporelles de la gravité sont enregistrées en permanence par des gravimètres relatifs cryogéniques. Nous étudions les niveaux de bruit de ces stations sur un large spectre de fréquences allant des modes propres sismiques longue période jusqu'aux marées. Nous montrons que les gravimètres supraconducteurs apportent une contribution unique à l'étude des modes de vibration les plus graves qui échantillonnent la Terre de la surface jusqu'au noyau. Nous mettons en avant (1) l'éclatement dû à la rotation et à l'ellipticité du mode propre 0S2 en cinq singlets, (2) la première observation du mode sismique 2S1, après le séisme du Pérou du 23 juin 2001 de magnitude 8. 4. Nous nous consacrons à la recherche du mode propre de translation de la graine 1S1 qui n'a jamais été observé sans ambiguïté. Sa détection est primordiale car elle permettrait de contraindre le saut de densité à l'interface graine - noyau liquide, ainsi que la viscosité à cette interface et la stratification du noyau fluide. Pour cela nous développons des méthodes de sommation, de détection automatique des signaux et une famille d'ondelettes<br>The Earth's dynamics and interior structure are badly constrained, particularly in the deep interior, because the surface induced signals are of weak amplitude and low frequency and reach the detection level of seismometers. Gravimetry is then a privileged tool to investigate the Earth's interior at these long periods. Time varying gravity is permanently recorded at the surface by a worldwide network of cryogenic relative gravimeters. We study the noise levels of all these gravimetric stations over a wide frequency range, from the long period seismic normal modes to the tides. We show that superconducting gravimeters can uniquely contribute to the study of the low frequency Earth's vibrations, which sample the Earth from the surface to the core. We highlight (1) the splitting due to rotation and ellipticity of the 0S2 normal mode into five singlets, (2) the first observation of the 2S1 seismic mode, after the 2001, June 23rd Peru earthquake with a magnitude 8. 4. We search for the normal mode of translation of the inner core, which has never been clearly observed. Its detection is essential as it would constrain the density jump at the inner core boundary, probably also the viscosity and the outer core stratification. For that purpose, we develop some stacking, automatic detection of signals methods and a wavelet representation

Deux méthodes géophysiques sont mises en œuvre pour l'étude de la structure interne des planètes telluriques. D'une part, ce travail propose de reconsidérer l'analyse des enregistrements sismologiques large-bande dans la gamme de fréquence 0. 1-1 Hz pour laquelle les phases générées sur les interfaces ont leur signature optimale, et le bruit microsismique une amplitude maximale. Des méthodes d'analyse ont été développées afin d'extraire le signal pertinent à cette étude. Le profil de vitesse obtenu entre 300 et 900 km de profondeur à l'échelle globale, se révèle beaucoup plus complexe que ceux obtenus pour d'autres gammes de fréquence. L'autre application concerne la caractérisation de la structure interne des satellites de glace à l'aide de mesures géodésiques par la modélisation des nombres de Love. Les résultats permettent de définir la précision minimale nécessaire pour la détermination des mesures géodésiques envisageables dans le cadre de la mission Europa Orbiter.

La modélisation d'intérieurs exoplanétaires fait le lien entre deux domaines : la détection et caractérisation d'exoplanètes, en plein essor avec le lancement de nouvelles missions telles que PLATO ou CHEOPS, et la géophysique, permettant l'étude des corps du système solaire à travers missions spatiales et expériences en laboratoire. Nous avons développé un modèle de structure interne dédié aux planètes telluriques décrites par un noyau métallique, un manteau rocheux, et une enveloppe d'eau, permettant ainsi de considérer un grand nombre de compositions planétaires. En appliquant ce modèle à des exoplanètes validées nous confirmons que, au-delà d'une meilleure précision sur les paramètres fondamentaux de ces corps (masse et rayon), la composition de l'étoile hôte est utile pour contraindre celle de la planète, et ainsi progresser vers une caractérisation complète de cette dernière. L'amélioration du modèle se concentre sur plusieurs aspects, tout d'abord par la sélection de la meilleure équation d'état permettant d'extrapoler les données terrestres au domaine des super-Terres. Une modélisation détaillée des matériaux planétaires est implémentée, permettant de reproduire la chimie complexe du manteau, et de prendre en compte la présence d'éléments légers dans le noyau. Ces améliorations permettent au modèle d'avoir la précision nécessaire pour dériver des contraintes sur l'intérieur de planètes du système solaire, qui peuvent ensuite être reportées sur les familles d'exoplanètes correspondantes. L'objectif de ce travail est ainsi d'améliorer notre compréhension de l'importante diversité des mondes extrasolaires, au niveau de leur dynamique, formation, et composition<br>Modeling exoplanetary interiors draws a link between two domains: the detection and characterization of exoplanets, in the context of upcoming missions like PLATO or CHEOPS, and geophysics, with the study of solar system bodies from space missions and laboratory experiments. We have developed a model of internal structure for terrestrial exoplanets describing a metallic core, a silicate mantle, and a water envelope – to span a large range of planetary compositions. Applying this model to confirmed cases strengthens the fact that, beyond the precision on an exoplanet's fundamental parameters (mass and radius), the host star's elemental composition is useful to constrain that of the planet, and thus to progress towards its full characterization. Improving the model goes through several aspects, first by selecting the most appropriate equation of state for extrapolating the Earth's data to the domain of super-Earths. A detailed modeling of the materials is implemented, through the use of a Gibbs free-energy minimization code to describe the mantle's complex chemistry, but also with the incorporation of light elements in the metallic core. This gives the model the precision needed to infer constraints on the interior of solar system bodies, which can then be projected to exoplanet families. The purpose of this work is to better apprehend the vast diversity of exoworlds in terms of dynamics, formation, and composition

Les dômes de lave sont associés à des éruptions volcaniques violentes et des indices d’explosivité élevés. L’observation et la surveillance de dômes actifs (e.g. St. Helens, Unzen, Montserrat) ont mis en évidence des modes de croissance caractérisés par des phases d’extrusion, d’explosion et des phénomènes d’effondrement, impliquant une structure interne souvent complexe de ces édifices volcaniques. L’étude du Puy de Dôme (Massif Central français), un dôme trachytique âgé de 11 000 ans, grâce à l’apport de l’imagerie géophysique et à la modélisation des données, ainsi qu’à une analyse morpho-structurale détaillée, a permis d’établir un modèle précis de la structure interne du dôme et a fourni de nouvelles contraintes concernant sa croissance et son évolution. L’analyse du Modèle Numérique de Terrain haute résolution (0,5 m) a permis d’identifier différentes unités sur le dôme, morphologiquement distinctes, et associées à des dynamismes éruptifs différents, ainsi que des structures volcano-tectoniques remarquables sur les édifices volcaniques voisins (Petit Puy de Dôme et Puy des Grosmanaux). Différentes méthodes géophysiques (tomographie des résistivités électriques – ERT -, gravimétrie et magnétisme) ont été mises en oeuvre afin d’étudier la structure interne du dôme, et de caractériser la nature des mécanismes à l’origine des zones de déformations identifiées dans l’environnement du Puy de Dôme. L’utilisation de plusieurs méthodes a permis d’étudier des paramètres physiques différents mais complémentaires, bien que l’interprétation globale des résultats géophysiques ait parfois été délicate dans le cas d’un édifice volcanique aussi complexe. Les modèles géophysiques 2D et 3D obtenus montrent que le Puy de Dôme repose sur des édifices volcaniques préexistants, un ensemble de volcans stromboliens dont la présence et/ou l’extension exacte étaient partiellement méconnues jusqu’alors. La structure interne de l’édifice, très hétérogène, est constituée d’une partie centrale très massive, entourée d’une ceinture de brèches d’effondrement, la zone sommitale du conduit étant affectée de nombreuses évidences d’une forte altération hydrothermale, caractéristique des dômes volcaniques. La partie supérieure du dôme est définie par une carapace de roches consolidées, de quelques dizaines de mètres d’épaisseur au maximum, alors que la base de l’édifice forme un talus constitué des dépôts d’effondrements gravitaires et d’écoulements pyroclastiques associés à la croissance du dôme. Enfin, les données gravimétriques et magnétiques ont permis la mise en évidence de la présence d’intrusions sous les édifices du Petit Puy de Dôme et du Puy des Grosmanaux. La géométrie de ces intrusions, déterminées grâce à différentes approches de modélisation, ainsi que la nature des roches qui les composent indiquent des processus de mise en place complexes<br>Volcanic domes are associated to violent volcanic eruptions and high explosivity indexes. Observation and monitoring of active domes (e.g. St. Helens, Unzen, Montserrat) underlined growth patterns characterized by extrusion phases, explosions and collapse events, involving the complex inner structure of these volcanic edifices. The study of the Puy de Dôme volcano (French Massif Central), a 11,000 years old trachytic lava dome, through geophysical imaging and data modelling, as well as a detailed morpho-structural analysis, allowed to build a precise model of the inner structure of the dome and provided new constraints about its growth and its evolution. The analysis of the high resolution Digital Terrain Model (0.5 m) allowed to identify distinct morphological units on the dome, as well as volcano-tectonic structures on the neighboring volcanic edifices (Petit Puy de Dôme and Puy des Grosmanaux). Different geophysical methods (Electrical Resistivity Tomography – ERT -, gravity and magnetism) have been implemented in order to study the inner structure of the dome and to characterize the initiating mechanisms of the deformations areas identified in the Puy de Dôme vicinity. The use of several methods allowed to study different, but complementary physical parameters, although the overall interpretation of the geophysical results is sometimes difficult in the case of a volcanic edifice so complex. The 2D and 3D geophysical models obtained indicate that the Puy de Dôme is based on preexisting volcanic edifices, a cluster of strombolian volcanoes whose the presence and/or the exact extension were partially unknown until now. The internal structure of the edifice, highly heterogeneous, is composed of a massive central part, encompassed of collapse breccia, and its summit part highlights evidences of a strong hydrothermal alteration, characteristic feature of volcanic domes. The upper part of the dome is defined by a carapace of consolidated rocks, a few meters thick, whereas the base of the edifice forms a talus composed of collapses and pyroclastic flows deposits associated to the dome growth. Finally, gravity and magnetic data pointed out the presence of intrusions beneath the Petit Puy de Dôme and the Puy des Grosmanaux edifices. The geometry of these intrusions, determined through different modelling approaches, and the nature of the rocks that composed them, indicate complex emplacement processes

Au travers de leurs instabilités, les ondes internes de gravité, qui se propagent dans les fluides stratifiés, jouent un rôle crucial dans la dynamique océanique. En effet, ces instabilités transfèrent de l'énergie vers les petites échelles et créent ainsi du mélange. Parmi ces mécanismes, nous avons étudié l'instabilité triadique résonante (TRI). Ce processus se caractérise par l'émission à partir d'une onde-mère de deux ondes-filles, dont les fréquences et vecteurs d'onde vérifient avec l'onde-mère des conditions de résonance temporelle et spatiale. Dans le cas où une rotation globale du fluide (cas général en géophysique) s'ajoute à la rotation, celle-ci va changer les propriétés non seulement des ondes internes, on les appellera alors ondes gravito-inertielles, mais aussi de la TRI. L’étude expérimentale sur table tournante de l'instabilité d'un faisceau de forme contrôlée d'onde gravito-inertielle a mis en évidence l’importance de la rotation sur les caractéristiques de la TRI, comme le seuil d'instabilité ou les caractéristiques des ondes secondaires. En outre, ces résultats sont en très bon accord avec un développement asymptotique de cette instabilité qui prend en compte la taille finie du faisceau, paramètre déterminant au laboratoire et dans un contexte océanique. Cet effet est responsable notamment de l'existence d'une latitude critique dans l'océan.Dans un second temps, la réalisation d'un nouveau type de générateur d'onde axisymétrique a permis d'étudier la propagation d'ondes axisymétriques à trois dimensions. Les modes axisymétriques générés par ce nouveau dispositif ont été caractérisés et comparés aux solutions analytiques. Ce dispositif permet également de créer une excitation annulaire localisée qui focalise les ondes internes au centre de la cuve. En changeant la vitesse de groupe de ces ondes, au travers d'une stratification non-linéaire, nous pouvons créer une forte accumulation d'énergie au point de focalisation. En fonction de l'amplitude de l'excitation, on observe la transition entre un état stable vers un état fortement instable<br>Through their instabilities, internal gravity waves, which propagate in stratified fluids, play a paramount role in the oceanic dynamics. Indeed, their instabilities transfer energy to small scales and lead to mixing. Among these instabilities, we studied the triadic resonant instability (TRI). This process is characterized by the generation from a primary wave of two secondary internal waves, whose frequencies and wave vectors fulfill the spatial and time resonance conditions. If the fluid is also rotating (which is in generally the case in geophysics), rotation changes not only the properties of internal waves, which, in this case, are named inertia-gravity waves, but also the properties of the TRI. The experimental study on a rotating plateform of the instability of a controlled internal wave beam highlighted the role played by rotation on TRI features, such as the instability threshold or the characteristics of the secondary waves. Moreover, these results are in excellent agreement with an asymptotic development of the instability that takes into account the finite width of the wave beam, key parameter in a laboratory and oceanic context. this effect is responsible for the existence of a critical latitude in the ocean.In a second part of this work, we built a new wave generator, which allowed for the study of tridimensional axisymmetric waves. The axisymmetric modes generated by this new set-up were characterized and compared to analytical solutions. The generator can also produce a localized axisymmetric bump which focalises the wave in the center of the tank. By changing the group velocity of the waves, through a non-linear stratification, we are able to create a large energy build-up at the point of focalisation. Depending on the amplitude of the wave, we observe the transition from a stable state to a strongly unstable one

La thèse se compose de trois parties. La première partie est consacrée à une nouvelle méthode d'interpolation des champs vectoriels utilisant les moindres carrés a l'aide des polynômes orthogonaux. Cette méthode a été appliquée à la modélisation des trajectoires de forage de deux gisements en Albanie. La seconde partie concerne les méthodes géostatistiques d'estimation à l'aide des indicatrices. Les méthodes conventionnelles d'interpolation (krigeage des indicatrices) sont difficilement utilisables et nécessitent une connaissance préalable des fonctions de covariances pour chaque valeur de coupure. Étant donné ces difficultés, deux stratégies ont été suivies. La première consiste à construire un modèle général des fonctions de covariances des indicatrices en s'appuyant sur les propriétés spectrales. La seconde stratégie consiste a utiliser une autre méthode d'interpolation des indicatrices à l'aide de DSI(discrete smooth interpolation). Cette méthode a beaucoup d'avantages par rapport aux méthodes classiques: rapidité, simplicité et surtout respect des contraintes nécessaires pour que les indicatrices interpolées soient une estimation de la répartition locale. La dernière partie est consacrée aux traitements et a l'analyse d'images numériques. L'utilisation de plus en plus fréquente d'images numériques en géosciences a conduit au développement d'un logiciel spécifique IMEGEO (images géologiques). Le logiciel a été conçu selon les principes suivants: portabilité, interactivité, modularité et configuration systeme minimal. Dans sa version initiale, IMGEO était un outil de visualisation des images en deux dimensions, actuellement il représente un logiciel plus complet contenant des modules d'analyse

La dynamique et la structure interne de la Terre sont mal contraintes en profondeur, car les signaux induits en surface, de faible amplitude et basse fréquence, atteignent le seuil de détection des sismomètres. La gravimétrie devient un outil privilégié d'investigation de la Terre profonde aux longues périodes. Les variations temporelles de la gravité sont enregistrées en permanence par des gravimètres relatifs cryogéniques. Nous étudions les niveaux de bruit de ces stations sur un large spectre de fréquences allant des modes propres sismiques longue période jusqu'aux marées. Nous montrons que les gravimètres supraconducteurs apportent une contribution unique à l'étude des modes de vibration les plus graves qui échantillonnent la Terre de la surface jusqu'au noyau. Nous mettons en avant (1) l'éclatement dû à la rotation et à l'ellipticité du mode propre 0S2 en cinq singlets, (2) la première observation du mode sismique 2S1, après le séisme du Pérou du 23 juin 2001 de magnitude 8.4.<br />Nous nous consacrons à la recherche du mode propre de translation de la graine 1S1 qui n'a jamais été observé sans ambiguïté. Sa détection est primordiale car elle permettrait de contraindre le saut de densité à l'interface graine - noyau liquide, ainsi que la viscosité à cette interface et la stratification du noyau fluide. Pour cela nous développons des méthodes de sommation, de détection automatique des signaux et une famille d'ondelettes.

L'océan et l'atmosphère sont des milieux stratifiés, supports d'ondes internes de gravité. Ces ondes peuvent se propager sur de très grandes distances, transportant de l'énergie loin de leurs sources et jouant ainsi un rôle clé dans le bilan énergétique global des écoulements géophysiques. Notre approche expérimentale modélise de façon idéalisée les topographies océaniques et la stratification du milieu afin de comprendre les mécanismes fondamentaux mis en jeu en présence d'ondes internes. Cette démarche a été couplée au développement de techniques d'analyse des données telles que la démodulation complexe. Différents types d'ondes internes ont été utilisées. Pour cela, un point clé a été la caractérisation et le contrôle d'une nouvelle source d'ondes. Notre étude combinant expériences, simulations numériques et prédictions analytiques permet la génération contrôlée de structures spatiales variées (faisceaux localisés, modes verticaux occupant toute la hauteur du uide, ondes planes). L'étude du problème classique de la réflexion d'une onde plane sur un plan incliné a permis de vérifier l'absence d'onde retour pour des pentes proches de la criticalité, tout en mettant en évidence que ce cas d'école est encore un sujet ouvert. Nous avons également étudié la conversion d'un mode vertical modélisant la marée interne lors de l'interaction avec une topographie de grande échelle. Cette conversion est régie par des mécanismes linéaires et non-linéaires. La présence de pentes sous-critiques inuence la conversion du mode incident en de plus petites échelles spatiales, tandis que la hauteur de la topographie joue un rôle notable dans l'amplitude des modes transmis ainsi que l'intensité de processus non-linéaires générant des ondes harmoniques et un courant moyen. Nous avons réalisé la première mise en évidence expérimentale de la génération locale de trains d'ondes non-linéaires (solitons) lors de la réflexion d'un faisceau d'ondes internes intense et localisé au niveau d'une pycnocline. Ce phénomène dépend de la stratification considérée, qui caractérise la nature de la pycnocline. Enfin, une étude de la dynamique couplée entre un bateau évoluant à force constante et le fluide stratifié environnant a été menée. Le régime particulier des dépend d'un unique nombre sans dimension, le nombre de Froude associé à l'onde la plus rapide de la stratification sur laquelle le bateau évolue. Nous avons généralisé le cas classique à deux couches à tout type de stratification constituée d'une couche homogène en surface.

De nombreux corps du système solaire possèdent des enveloppes liquides internes, comme par exemple les noyaux métalliques des planètes telluriques et les océans profonds des satellites de glace de Jupiter et Saturne, dans lesquelles se produisent des courants de convection. La modélisation de la dynamique de ces enveloppes est cruciale pour comprendre la génération des champs magnétiques planétaires (pour les noyaux) et pour mieux déterminer l’habitabilité potentielle des satellites joviens. La convection dans ces enveloppes est généralement produite par la combinaison d’au moins deux sources de flottabilité : une source thermique et une source solutale. Une telle situation est plus complexe qu’un régime de convection purement thermique ou purement solutale, d’une part en raison de l’existence d’un couplage thermochimique lorsqu’un processus de fusion ou de cristallisation se produit à l’une des frontières de l’enveloppe, et d’autre part à cause de la forte différence de diffusivité moléculaire entre les champs thermique et compositionnel qui permet potentiellement le développement d’instabilités double-diffusives. Classiquement, ces complexités ont été ignorées dans les simulations numériques de la dynamo terrestre ; les champs thermique et compositionnel ayant été combinés en une seule variable nommée « codensité ». Cette approche est sans doute simpliste mais permet d’esquiver une difficulté technique liée à la description du champ compositionnel dont la très faible diffusivité nécessite de recourir à des méthodes numériques adaptées. Cette thèse présente d’abord l’implémentation d’une méthode semi-Lagrangienne du type « particle-in-cell » dans un code de dynamo pré-existant, permettant ainsi de traiter de manière plus réaliste le champ de composition dans les enveloppes liquides internes des planètes. Les optimisations réalisées sont détaillées ainsi que les résultats de tests sur des cas de benchmark qui valident cet outil. Une comparaison avec des méthodes Eulériennes est également présentée. Une première exploration de la physique de la convection compositionnelle et thermochimique en rotation dans la limite d’un nombre de Prandtl compositionnel infini est ensuite conduite dans le contexte du noyau liquide terrestre. Il est montré que la dynamique convective est très différente de celle de la convection thermique pure. Notamment, les matériaux légers injectés à la frontière graine/noyau liquide sont capables d’atteindre la frontière noyau/manteau et de s’y accumuler pour former une couche chimiquement stratifiée, dont l’existence a été évoquée théoriquement mais qui n’a jamais pu être produite dans de précédentes simulations. Enfin, la dynamique double-diffusive des couches stratifiées est également discutée, et de premières simulations de « salt fingers » sont présentées<br>Numerous planetary bodies contain internal liquid layers in which convective currents are generated by the combination of buoyancy sources of thermal and compositional origin. The strong difference between the thermal and chemical molecular diffusivities and the possibility of thermo-chemical coupling at melting or freezing boundaries create a convective regime that is much more complex than pure thermal convection, partly due to the potential occurrence of double-diffusive instabilities. Traditionally, numerical simulations have modeled the dynamics of the liquid part of planetary cores in a more simplistic way by neglecting the diffusivity difference and combining both fields into one single variable, an approximation that is convenient but maybe not relevant. However, distinguishing both fields and dealing with a large or infinite diffusivity ratio makes it compulsory to use numerical methods that minimize numerical diffusion as much as possible. In this thesis, I adapted a semi-Lagrangian particle-in-cell method into a pre-existing dynamo code to describe the weakly diffusive compositional field. I optimized the code for massively parallel computing and validated it on two different benchmarks. I compared the particle-in-cell method to Eulerian schemes and showed that its advantages extend beyond its lower numerical dissipation. Using this new tool, I performed first numerical simulations of rotating pure compositional and thermochemical convection in the limit of null chemical diffusivity. I explored the physics of pure compositional convection and addressed questions related to the existence and the dynamics of a stratified layer below the Earth’s core mantle boundary. In particular, I showed that the stratification could potentially be of chemical origin and proposed some mechanisms to explain its formation. In the case of a thermally stratified layer, I performed a scaling analysis of fingering instabilities, wrote the first steps of a linear stability analysis and ran a few simulations of fingering instabilities in the rotating case. The potential effects of the magnetic field and the coupling of thermochemical boundary conditions in planetary cores are finally discussed in this thesis

Notre approche expérimentale modélise les interactions entre ondes internes et topographies ou stratification du milieu, et est couplée au développement de techniques d'analyse des données telles que la démodulation complexe. Différentes ondes internes ont été utilisées grâce à la caractérisation et au contrôle d'une nouvelle source d'ondes. La réflexion d'une onde plane sur une pente a permis de vérifier l'absence d'onde retour pour des pentes critiques. L'interaction d'un mode vertical avec une grande topographie a montré le rôle des pentes sous-critiques et de la hauteur de la topographie sur la conversion du mode incident. Nous avons réalisé la première expérience de génération de trains d'ondes non-linéaires (solitons) lors de la réflexion d'un faisceau d'ondes internes sur une pycnocline. Enfin, l'étude de la dynamique couplée entre un bateau et le fluide stratifié environnant a montré que le régime des « eaux mortes » ne dépend que du nombre de Froude associé à la stratification<br>Our experimental approach models interactions of internal waves with topographies or background stratification. Signal processing of experimental data such as complex demodulation has also been developed. Different types of internal waves have been generated, thanks to the characterization and control of a new wave maker. Internal plane waves reflecting on slopes have been studied to verify the absence of back-reflected waves near critical reflection. The interaction of a vertical mode with a large topography have revealed the importance of sub-critical slopes and of the height of the topography on the conversion of the incident mode. We have realized the first experimental generation of nonlinear wave trains (solitons) by internal wave beams impinging on a pycnocline. Finally, the study of the coupled dynamics of a boat with the surrounding stratified fluid have shown that the « dead water » regime is solely defined by the Froude number associated to the stratification considered