Vers une autre approche de la tomographie: construire les outils d'imagerie de demain – CLEARVIEW

L'imagerie de ce qui est inaccessible à l'observation directe, en utilisant les ondes élastiques, est un problème majeur ayant une large gamme d'applications d'impact économique et sociétal élevé. Dans ce projet, nous visons à améliorer considérablement la résolution de la tomographie sismologique pour produire des images améliorées et finement résolues dans un domaine ayant un tel intérêt sociétal et économique élevé: la tomographie sismologique régionale à une résolution sans précédent, en particulier pour l'acquisition sismique passive par des réseaux denses de capteurs. Nous allons au-delà des approches classiques d'imagerie passive telles que la tomographie par bruit ambiant ou la migration de fonctions récepteur, en construisant une image haute fréquence de la Terre profonde, pour aider à étudier les racines profondes des orogènes continentaux ou les sources étendues de grands tremblements de terre. Pour atteindre cet objectif, nous étendons nos techniques d'imagerie aux hautes fréquences et construisons des schémas de simulation axés sur les données et sur de nouvelles techniques pour des problèmes irréguliers hautement non structurés en calcul haute performance.

L'une des étapes novatrices que nous proposons est d'abandonner les approximations typiques des modèles de propagation des ondes et de refuser de perdre de la précision dans les images car le coût encouru est considéré comme inabordable. Une autre innovation est d'inclure la contribution complète des ondes de cisaillement. Dans des résultats préliminaires mais prometteurs, nous avons montré que cela peut parfois conduire à une augmentation de la résolution d’un facteur 10 au niveau local. Pour ce faire, nous comblerons conjointement deux lacunes méthodologiques: développer des techniques de calcul hybrides améliorées, et utiliser des approches informatiques bien conçues à haute performance basées sur les données pour des problèmes non structurés et/ou déséquilibrés. Leur utilisation combinée est un concept innovant, qui ouvre une nouvelle voie de recherche dans l'application d’imagerie ciblée.

Quelques groupes dans le monde, y compris le nôtre, ont récemment ciblé les plus grands supercalculateurs du monde pour effectuer des inversions haute résolution de jeux de données sismologiques. Même si cela est impressionnant, cela n'est pas utilisable au quotidien par la communauté car la plupart des géophysiciens n'ont pas accès à ces énormes machines. Dans ce projet, notre approche est donc l’inverse : nous ciblons des centres informatiques régionaux ou nationaux standard de taille modérée, facilement accessibles (les machines dites Tier-2, peut-être Tier-1 dans une période de transition) et développons des workflows d'inversion semi-automatiques avec des mesures de contrôle de qualité pour ces machines, de sorte que la communauté puisse les utiliser au quotidien. L'ensemble des outils d'imagerie que nous allons développer sera basé sur des techniques de calcul haute performance fondées pour l'orchestration, la planification et la coordination des énormes quantités de données impliquées. Le projet lie ainsi les domaines de l'analyse des données et de l'informatique haute performance, ce qui a été identifié comme un défi majeur pour les années à venir.

L'impact scientifique attendu est élevé car nous proposons un nouveau paradigme dans le domaine des méthodes d'imagerie. Ce paradigme portera ces problèmes tomographiques à des résolutions physiques jamais atteintes auparavant. Le projet peut également constituer une avancée avec des conséquences possibles à moyen terme sur des applications industrielles, car disposer d’images tomographiques très précises est d'une importance cruciale pour l'exploration de ressources énergétiques. L'impact sociétal attendu est également élevé car nous contribuerons à développer de nouvelles capacités pour surveiller les zones sismiques peuplées afin d'évaluer leur sécurité, et étudier la source de grands tremblements de terre.