Perturbations ionosphériques liées aux séismes

Plusieurs papiers ont été publiés pour présenter des exemples de perturbations des paramètres ionosphériques en liaison avec des séismes (Parrot et al., 2006 ; Bhattacharya et al., 2007a, 2007b ; Pulinets, 2007 ; Sarkar et al., 2007). Il faut noter aussi une autre série de papiers qui concerne le changement d'intensité des signaux émis par les émetteurs TBF au sol et reçus à bord de DEMETER (Molchanov et al., 2006 ; Rozhnoi et al., 2007 ; Muto et al., 2008).

Mais le plus important est l'étude statistique sur l'intensité des ondes mesurées par les antennes électriques de DEMETER en fonction de l'activité séismique effectuée avec la méthode des époques superposées (Nemec et al., 2008). Dans cette méthode, toutes les occurrences de séismes sont ramenées à un temps zéro. Les résultats sont présentés en fonction de la fréquence sous forme d'intensité relative normalisée par la déviation standard. La Figure 1 correspond au champ électrique mesuré de nuit pour des tremblements de terre de magnitude supérieure à 4.8 (à gauche) et à 5 (à droite), de profondeur inférieure à 40 km, et une distance avec l'épicentre inférieure à 3° (les répliques n'ont pas été prises en compte). Les figures montrent une diminution de l'intensité des ondes mesurées par DEMETER (d'autant plus forte que la magnitude est plus grande) dans une gamme de fréquence entre 1 et 2 kHz qui commence à avoir lieu quelques heures avant les séismes. La Figure 2 présente les mêmes résultats mais en fonction de la distance avec l'épicentre.

Figure 1 : - (gauche) Spectrogramme fréquence temps de la densité de probabilité normalisée obtenu avec les mesures d'une antenne électrique effectuées de nuit jusqu'à 330 km de tremblements de terre ayant une magnitude plus grande que 4.8. - (droite) Même spectrogramme mais pour des tremblements de terre ayant une magnitude plus grande que 5.

Figure 2 : Les résultats de la Figure 1 (droite) sont maintenant montrés en fonction de la distance pour la gamme de fréquence 1055 - 2383 Hz.

Des variations de densité électronique et ionique importantes ont été enregistrées quelques jours avant des séismes de forte magnitude.

La Figure 3 montre une observations de DEMETER 7 jours avant le tremblement de terre de Samoa (Magnitude 8) qui a eu lieu le 29 Septembre 2009 à 17.48.11 UT (épicentre à 15.51°S, 187.97°E). De haut en bas, les panneaux montrent la densité électronique, la température électronique, la densité de l'ion O⁺, et les séismes qui ont lieu le long de l'orbite du satellite. Les triangles rouges indiquent la position de l'épicentre et des nombreuses répliques. On peut observer une augmentation des densités électronique et ionique et une diminution de la température qui sont extrêmement bien localisées au dessus du futur épicentre (voir l'orbite sur la figure 4).

+ , et la position des épicentres des séismes le long de l'orbite (triangles rouges)" class="shutterset"> Figure 3 : De haut en bas les panneaux montrent la variation de la densité électronique, la variation de la température électronique, la variation de la densité de l'ion O+ , et la position des épicentres des séismes le long de l'orbite (triangles rouges).

Figure 4 : Orbite de DEMETER correspondant à la Figure 3. L'étoile représente l'épicentre du tremblement de Terre.

La Figure 5 montre une observation de DEMETER 3 jours avant le tremblement de Terre de HAITI (magnitude 7) qui a eu lieu le 12 janvier 2010 à 21.53.09 TU (épicentre à 18.451°N, 72.445°W). Le panneau du haut montre la variation de la densité électronique mesurée de nuit à l'altitude du satellite. Le triangle rouge dans le panneau du bas indique le moment où le satellite passe au dessus du futur épicentre. Une diminution de la densité est localement observée autour de cette position (voir l'orbite dans la Figure 6).

Figure 5 : Variation de densité électronique observée par DEMETER.

Figure 6 : Orbite de DEMETER correspondant à la Figure 5. L'étoile représente l'épicentre du tremblement de Terre. La variation est observée à l'endroit où le trait est plus épais.

Le tremblement de Terre du Chili qui a eu lieu le 27 Février 2010 à 06:34:14 UT (35.85°S, 72.72°W) est le second plus puissant séisme (M = 8.8) enregistré après le lancement de DEMETER. Sa profondeur est d = 35 km. De nombreuses perturbations ionosphériques ont été observées. Les Figures 7, 8, et 9 montrent des exemples de ces variations recueillies le long des orbites représentées dans la figure 10.

Figure 7 : Variation de densité observée 9 jours avant le séisme du Chili. De haut en bas les panneaux montrent la densité électronique, la température électronique, la densité de l'ion O+, la température des ions, et l'emplacement de l'épicentre du choc principal et des répliques le long de l'orbite (triangles rouges). On observe une variation de densité quand le satellite passe très prés de l'épicentre mais on voit aussi une autre variation vers 02.36 UT qui correspond à un passage au point conjugué de l'épicentre à l'altitude du satellite. Pour cette observation, il y aussi un chauffage des électrons et des ions.

Figure 8 : Variation de densité observée 11 jours avant le séisme du Chili. De haut en bas les panneaux montrent la densité électronique, la densité de l'ion O+, et l'emplacement de l'épicentre du choc principal et des répliques le long de l'orbite (triangles rouges). On observe une variation de densité quand le satellite passe très prés de l'épicentre.

Figure 9 : Variation de densité observée 17 jours avant le séisme du Chili. De haut en bas les panneaux montrent la densité électronique, la température électronique, la densité de l'ion O+, la température des ions, et l'emplacement de l'épicentre du choc principal et des répliques le long de l'orbite (triangles rouges). On observe une variation de densité quand le satellite passe très prés de l'épicentre.

Figure 10 : Orbites de DEMETER où les perturbations électroniques ont été observées respectivement de gauche à droite, 17, 11, et 9 jours avant le séisme du Chili dont l'épicentre est indiqué par un astérisque. Les étoiles sur les 3 orbites indiquent les endroits où l'augmentation de densité est maximum.