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Des données spatiales au service de la géodynamique

Mathieu Plasman est arrivé à Géosciences Montpellier en octobre 2017 dans le cadre d’un contrat post-doctoral CNES de deux ans. Il est chargé de mettre au point une approche combinant gradiométrie spatiale et tomographie régionale pour imager les structures lithosphériques associées à la rupture continentale. Il travaille en collaboration avec Cécilia Cadio et Christel Tiberi, de GM, et Gwendoline Pajot du LAREG (Laboratoire de Recherche en Géodésie) à Paris). Il validera son approche dans le cadre du Rift Est Africain (Tanzanie).

Imager les structures lithosphériques est une étape indispensable pour comprendre la dynamique terrestre. Pour ce faire, l’inversion géophysique est un outil puissant puisqu’elle permet, à partir de données mesurées en surface, d’imager les structures internes à toutes les échelles et selon différents paramètres physiques (vitesse, densité, etc..). Cependant l’utilisation d’une seule méthode géophysique ne fournit qu’une image restreinte et incomplète du sous- sol car l’inversion est alors limitée à un seul paramètre. C’est pourquoi l’inversion conjointe, combinant les inversions de plusieurs paramètres, s’est de plus en plus développée ces dernières années (et notamment les inversions combinant la gravimétrie et la sismologie). Malgré tout, peu d’entre elles utilisent les données gravimétriques satellitaires pourtant très adaptées pour l’étude des structures à une échelle régionale et lithosphérique. Elles présentent tout d’abord l’avantage d’avoir une couverture spatiale très homogène et complètent les données gravimétriques enregistrées à terre en termes de résolution (2mGal pour 150km). Ensuite, les données gradiométriques recueillies par le satellite GOCE apportent une information plus complète du champ de pesanteur terrestre, et nous permettent donc d’espérer une contrainte plus forte sur la géométrie des hétérogénéités.

L’objectif est de développer un nouvel outil combinant les données de gradiométrie spatiale GOCE avec des données sismologiques afin de tirer le meilleur parti des informations contenues dans chacun des signaux. La géométrie globale de l’algorithme sera basée sur l’approche développée par Christel Tiberi et collaborateurs (2003) qui combine des données de tomographie et de gravimétrie dans un schéma Bayésien linéarisé. La première partie du travail est l’adaptation de la partie gravimétrie aux données gradiométriques dans l’inversion actuelle et l’ajustement de la paramétrisation de l’algorithme. De plus, l’information provenant directement des données gradiométriques, plus sensibles à la géométrie, sera utilisée pour s’affranchir de l’a priori résidant dans la paramétrisation des modèles. Le schéma d’inversion serait alors moins sensible aux a priori initiaux, tout en obtenant une information plus complète des structures, en particulier sur leur géométrie.

Une fois la série de tests synthétiques effectués (quantification de la résolution de la méthode, de l’apport de la gradiométrie, etc..) la méthodologie sera appliquée à l’étude de la Divergence Nord Tanzanienne pour 1) confronter nos résultats à un grand nombre de données déjà recueillies à terre (sismologie, magnétotellurique, gravimétrie). 2) apporter des contraintes quant aux processus lithosphériques à l’origine de la rupture continentale (magmatisme, rhéologie, structures héritées, etc.) ainsi que leurs interactions.
La tomographie sismique régionale combinée à la gradiométrie apportera de nouvelles informations sur les structures d’ordre mantellique, comme la géométrie des bords du craton et la structure du rift en profondeur.