Estimation of the amplitude of the Martian hum from Global circulation models and expected observation challenges
Estimation du hum martien à partir des modèles de circulation globale et du défi des observations attendues
par Yasuhiro NISHIKAWA sous la direction de Philippe LOGNONNÉ
Thèse de doctorat en Sciences de la terre et de l'environnement
ED 560 Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers, Paris

Soutenue le lundi 14 décembre 2020 à Université Paris Cité

Sujets
  • Atmosphère
  • Mars (planète)
  • Mars (planète) -- Atmosphère
  • Planètes -- Structure interne

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Mots clés
Modes propres, Nombres de Love, Sismologie planétaire
Resumé
La structure interne de Mars est essentielle pour comprendre la formation et l'évolution des planètes tellurique, y compris la Terre. La plupart des informations sur l'intérieur de la Terre proviennent de la sismologie. Ainsi, l'exploration sismique de Mars devrait jouer un rôle tout aussi important dans les études de structure interne. Pour acquérir et analyser des données sismiques sur Mars, la réduction du bruit et la modélisation du signal sismique sont essentielles. Cette thèse comporte donc une première partie liée aux aspects expérimentaux de la sismologie martienne et les trois autres liées aux aspects de modélisation. Tout d'abord, j'ai conc¿u, dans le cadre de l'effort japonais pour explorer Mars avec un futur lander martien, un pare-vent efficace pour la réduction du bruit du vent. Cela a été réalisé grâce à des tests en soufflerie et des simulations CFD (calcul en dynamique des fluides). Le design est nettement plus léger que le parevent d'InSight. Les tests en soufflerie dans un environnement similaire à Mars (basse pression et vitesse du vent élevé) ont particulièrement montré que le couple est plus critique que la force de portance pour la génération du bruit sismique. Le couple a en outre changé radicalement avec la forme du pare-vent. Nous avons conc¿u un pare-vent sans couple par CFD et démontrons une efficacité environ 8 fois meilleure qu'un simple pare-vent. Le pare- vent sans couple pourrait être proposé pour une future mission et optimise fortement l'allocation de masse par rapport à InSight. Dans la section modélisation, je propose une estimation de l'amplitude des MBF (oscillations du bruit de fond sismique de Mars) excitées par les GCM (General Circular Models). La modélisation a été réalisée avec deux approches différentes. Le premier considère les forces de pression à la surface de Mars, tandis que le second considère mieux le couplage solide-atmosphère en tenant compte des ondes compressibles (ondes acoustiques) dans l'atmosphère. Les sismogrammes MBF résultants sont ensuite comparés au bruit propre de l'instrument InSight VBB. Les signaux sont estimés à environ 5 × 10¿11m/s2/Hz1/2, qui sont plus petits que le bruit instrumental et le bruit thermique du sismomètre. Les MBF peuvent ne pas être détectés à ce niveau sans stacking. La météorologie martienne est cependant dominée par le flux solaire et l'heure locale. Nous analysons donc la périodicité de la force d'excitation des MBF et concluons que les signaux des MBF pourraient être détectés avec plusieurs mois de stacking en raison de sa périodicité. La sensibilité des MBF au manteau peu profond et moyen est également étudiée. Enfin, je calcule les nombres de Love de Mars pour étudier leur sensibilité au manteau inférieur et au noyau, car on ne s'attend pas à des détections d'oscillations libres sensibles à grande profondeur. Bien qu'elle ne soit pas encore utilisée pour Mars, cette partie a été utilisée pour les données lunaires et nous avons analysé l'impact du modèle de Burgers étendu sur les contraintes sur la température de l'intérieur profond lunaire avec une implication sur la sismicité du tremblement de lune profond.