Modélisation 3D magnétohydrodynamique des signaux ionosphériques du séisme de Tohoku de 2011 par la méthode des éléments spectraux - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2016

3D modeling of the March 2011 Tohoku-Oki earthquake ionospheric signals based on a spectral-element method

Modélisation 3D magnétohydrodynamique des signaux ionosphériques du séisme de Tohoku de 2011 par la méthode des éléments spectraux

Khaled Khelfi
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1030630

Résumé

From all the ionospheric signals generated by the mega-earthquake of Tohoku, March, 11, 2011 (atmospheric and gravity waves excited from the surface rupture, ionospheric waves forced by the propagating Rayleigh or tsunami), the ionospheric hole, which developed above the source, is the strangest and less modeled signal. This PhD aimed to model the impact in the ionosphere of the arrival of the acoustic wave, by using for the first time a 3D approach, not only for the wave propagation, but also for the geometry of the shoreline and oceanic bathymetry. The seismic source has also been modeled with an extended source model, which represent much better the emission by the propagative rupture of the acoustic waves in the atmosphere. In order to reach that goal, the numerical code SPECFEM3D Cartesian has been modified, in order to introduce the gravity, the atmospheric cutoff and the interaction of the neutral wave field with the ionospheric plasma. Results show the importance of the extended source, not only for a good modeling of the amplitude of the wave, but also for the geometry of a strong wave front likely closely related to the hole generation. Although the modeling lack with an exact modeling of the attenuation, which lead to overestimation of the long period acoustic pulse, we are able to reproduce the ionospheric hole and demonstrate that it is more linked to the non-linearity of the ionospheric coupling than to non-linearity of the wave equation. These results suggest that the ionospheric hole is mostly generated to the non-linearity of the ionospheric advection by the acoustic wave, and that its amplitude depend strongly on the magnitude of the earthquake
De tous les signaux ionosphériques générés par le grand séisme de Tohoku du 11 Mars 2011 (ondes acoustiques ou de gravité ionosphériques excitées par la rupture de surface, ondes ionosphériques forcées par les ondes de Rayleigh ou le tsunami), le trou ionosphérique qui est apparu au dessus de la source est le signal le plus énigmatique et le moins bien modélisé. Cette thèse a consisté à modéliser l’impact dans l’ionosphère de l’arrivée de l’onde acoustique, en utilisant pour la première fois une approche 3D, tant pour la propagation des ondes que pour la géométrie des cotes et de la bathymétrie océanique. La source sismique a également été modélisée avec une source étendue, représentant plus fidèlement l’émission par la rupture, des ondes acoustiques dans l’atmosphère. Nous avons du pour cela modifier les codes numériques SPECFEM3D cartésien, en intégrant tout à la fois la gravité, la fréquence de coupure acoustique et l’interaction du champ de vitesse de l’atmosphère neutre avec le plasma ionosphérique. Les résultats montrent l’importance d’une source étendue, tant pour bien estimer l’amplitude de l’onde des neutres que pour modéliser un front d’onde fort qui entraine, par advection, le plasma ionosphérique. Bien que l’absence d’atténuation dans ces travaux rendent l’amplitude de l’onde directe encore trop forte, un trou ionosphérique est bien reproduit, et son origine semble plus associée à la non linéarité du couplage ionosphérique qu’à la non linéarité de l’équation des ondes. Ces résultats suggèrent que le trou ionosphérique est essentiellement lié à la non linéarité de l’entrainement de l’ionosphère par l’onde acoustique, et que ce dernier à une amplitude qui dépend fortement de la magnitude.
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Paternité - Pas d'utilisation commerciale - Pas de modification

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  • HAL Id : tel-01763694 , version 1

Citer

Khaled Khelfi. Modélisation 3D magnétohydrodynamique des signaux ionosphériques du séisme de Tohoku de 2011 par la méthode des éléments spectraux. Planétologie. Institut de physique du globe de paris - IPGP, 2016. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01763694⟩
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