Abstract: .La densification du névé en glace est un processus essentiel à comprendre pour interpréter les enregistrements climatiques. Une bonne connaissance des mécanismes permet une datation précise de l'air capturé dans la glace lors de la fermeture des pores. Celle-ci est plus vieille que l'air capturé à cause du transport des gaz dans la colonne de névé plus rapide que la densification de celui-ci. Cette différence d'âge entre la glace et le gaz est généralement appelé le Δage. La densification de la neige consiste en un processus complexe de réarrangement de grains, de frittage et de déformation viscoplastique. Bien que le comportement viscoplastique du cristal de glace soit fortement anisotrope, les modèles de densification actuels ne tiennent pas compte de cette anisotropie. De plus, le caractère granulaire du névé affecte aussi sa densification. La relation entre la fermeture des pores et les mécanismes microstructuraux sous-jacents est encore méconnue. Le but de cette thèse est d'incorporer l'aspect granulaire ainsi que l'anisotropie du cristal de glace dans une approche de modélisation innovante de la densification. Des expériences sur l'indentation viscoplastique de cylindres monocristallins de glace ont été réalisées pour proposer une loi de contact basée sur la théorie de l'indentation, et prenant en compte la déformation préférentielle du cristal de glace sur les plans basaux. Cette loi de contact a été implémentée dans un code utilisant la méthode des éléments discrets pour prédire la densification du névé.La micro-tomographie aux rayons X a été utilisée pour caractériser ex situ le névé polaire en trois dimensions à différentes étapes de la densification (ρ= 0.55-0.88 g/cm3), i.e. pour différentes profondeurs (~23 à 130m). Une étude fine de la fermeture des pores et de différentes caractéristiques morphologiques et physiques a été réalisée pour les sites polaires Dome C et Lock In. Des essais mécaniques ont aussi été réalisés in situ sur du névé extrait de Dome C dans le but de modéliser la densification du névé. Les observations microstructurales des expériences ex situ et in situ révèlent d'importantes différences dues aux vitesses relativement importantes utilisées lors des essais mécaniques. Ces vitesses rapides permettent de découpler la contribution des cinétiques de diffusion de la contribution viscoplastique de la déformation. Les effets de ces contributions sur la morphologie des pores et leurs fermetures sont discutés. Pour caractériser la fermeture des pores, cette thèse propose un indice de connectivité définit par le ratio entre le volume du plus gros pore sur la porosité totale. En effet, cet indice est plus approprié lors de l'utilisation de la tomographie aux rayons X que le ratio de pores fermés pour prédire la densité au close-off.

Abstract: The state-of-stress within subducting oceanic plates controls rupture processes of deep intraslab earthquakes. However, little is known about how the large-scale plate geometry and the stress regime relate to the physical nature of the deep intraslab earthquakes. Here we find, by using globally and locally observed seismic records, that the moment magnitude 7.3 2021 East Cape, New Zealand earthquake was driven by a combination of shallow trench-normal extension and unexpectedly, deep trench-parallel compression. We find multiple rupture episodes comprising a mixture of reverse, strike-slip, and normal faulting. Reverse faulting due to the trench-parallel compression is unexpected given the apparent subduction direction, so we require a differential buoyancy-driven stress rotation, which contorts the slab near the edge of the Hikurangi plateau. Our finding highlights that buoyant features in subducting plates may cause diverse rupture behavior of intraslab earthquakes due to the resulting heterogeneous stress state within slabs.

Abstract: We develop and apply a method to constrain the space- and frequency-dependent location of ambient noise sources. This is based on ambient noise cross-correlation inversion using numerical wavefield simulations, which honour 3-D crustal and mantle structure, ocean loading and finite-frequency effects. In the frequency range from 3 to 20 mHz, our results constrain the global source distribution of the Earth’s hum, averaged over the Southern Hemisphere winter season of 9 yr. During Southern Hemisphere winter, the dominant sources are largely confined to the Southern Hemisphere, the most prominent exception being the Izu-Bonin-Mariana arc, which is the most active source region between 12 and 20 mHz. Generally, strong hum sources seem to be associated with either coastlines or bathymetric highs. In contrast, deep ocean basins are devoid of hum sources. While being based on the relatively small number of STS-1 broad-band stations that have been recording continuously from 2004 to 2013, our results demonstrate the practical feasibility of a frequency-dependent noise source inversion that accounts for the complexities of 3-D wave propagation. It may thereby improve full-waveform ambient noise inversions and our understanding of the physics of noise generation.

Abstract: We use seismic data together with a subglacial bedrock relief from the BEDMAP2 database to obtain a new three-layer model of the consolidated (crystalline) crust of Antarctica that locally improves the global seismic crustal model CRUST1.0. We collect suitable data for constructing crustal layers, analyse them and build maps of the crustal layer thickness and seismic velocities. We use the subglacial relief according to a tectonic configuration and then interpolate data using a statistical kriging method. The P-wave velocity information from old seismic profiles have been supplemented with the new shear-wave velocity models. We adjust the thickness of crustal layers by multiplying a total crustal thickness by a percentage ratio of each individual layer at each point. Our results reveal large variations in seismic velocities between different crustal blocks forming Antarctica. The most pronounced differences exist between East and West Antarctica. In East Antarctica, a high P-wave velocity (vP > 7 km/s) layer in the lower crust is absent. The P-wave velocity in the lower crust changes from 6.1 km/s beneath the Lambert Rift to 6.9 km/s beneath the Wilkes Basin. In West Antarctica, a thick mafic lower crust is characterized by large P-wave velocities, ranging from 7.0 km/s under the Ross Sea to 7.3 km/s under the Byrd Basin. In contrast, velocities in the lower crust beneath the Transantarctic and Ellsworth-Whitmore Mountains are ~6.8 km/s. The P-wave velocities in the upper crust in East Antarctica are within the range 5.5–6.4 km/s. The upper crust of West Antarctica is characterized by the P-wave velocities of 5.6–6.3 km/s. The P-wave velocities in the middle crust vary within 5.9–6.6 km/s in East Antarctica and within 6.3–6.5 km/s in West Antarctica. A low-velocity layer (5.8–5.9 km/s) is detected at depth of ~20–25 km beneath the Princes Elizabeth Land.