La recherche sur les superordinateurs utilise les tremblements de terre pour modéliser la planète

Le trou le plus profond jamais creusé par l’homme a atteint un peu plus de sept milles et demi dans la planète, soit moins de 1/1000e du diamètre de la Terre, qui fait près de 8 000 milles. Comprendre la composition de notre planète est donc une proposition difficile qui repose principalement sur l’extrapolation de mesures indirectes. Parmi ces mesures, les ondes sismiques, qui peuvent être utilisées pour effectuer une « tomographie sismique » sur la planète, un peu comme la façon dont un scanner ou une IRM déduit la structure d’un organisme vivant, sont au premier plan. Comme le souligne un récent article du Texas Advanced Computing Center (TACC), ce domaine a connu des avancées rapides ces dernières années grâce à la puissance de supercalcul.

“Nous sommes à un stade où nous devons éviter les approximations et les corrections dans nos techniques d’imagerie pour construire ces modèles de l’intérieur de la Terre”, a déclaré Ebru Bozdag, professeur adjoint au département de géophysique de la Colorado School of Mines, dans une interview avec Aaron Dubrow du TACC. Bozdag a été à l’avant-garde d’une nouvelle vague (sans jeu de mots) de tomographie sismique – un abandon de la tomographie sismique de la «théorie des rayons» (qui traitait les ondes sismiques comme des rayons lumineux) et de «l’inversion de forme d’onde complète», qui utilise la simulation numérique modéliser la propagation des ondes.

Bozdag a dirigé le développement du premier modèle d’inversion de forme d’onde complète en 2016 et, en 2020, a publié un successeur qui a ajouté de nouvelles fonctionnalités telles que des zones de subduction au modèle. “Nous avons montré la faisabilité d’utiliser des simulations d’ondes 3D complètes et des sensibilités des données aux paramètres sismiques à l’échelle mondiale dans nos articles de 2016 et 2020. Maintenant, il est temps d’utiliser une meilleure paramétrisation pour décrire la physique de l’intérieur de la Terre dans le problème inverse », a-t-elle déclaré.

Juste un an après ce deuxième modèle, Bozdag et ses collègues ont discuté de leur travail pour incorporer l’atténuation des ondes sismiques, par laquelle ces ondes perdent de l’énergie lorsqu’elles se diffusent à travers la planète, et l’anisotropie azimutale, qui décrit comment les vitesses des ondes dépendent de l’azimut de propagation

Ce nouveau travail – qui exploite les données de centaines de tremblements de terre – a été alimenté par le système Frontera de TACC, un système Dell 23,5 pétaflops Linpack qui s’est classé 13e sur la liste Top500 de l’automne 2021, et le système Marconi100 du superordinateur italien Cineca, un système 21,6-Linpack pétaflops système IBM qui s’est classé 18e. “Grâce à l’accès à Frontera, aux données accessibles au public du monde entier et à la puissance de nos outils de modélisation, nous avons commencé à approcher la résolution à l’échelle continentale dans nos modèles mondiaux d’inversion pleine onde”, a déclaré Bozdag.

Prochaine étape pour l’équipe de Bozdag : incorporer plus de détails sur les panaches du manteau (un mécanisme de convection à l’intérieur de la Terre) et l’eau dans le manteau supérieur.

Pour en savoir plus sur cette recherche – comme la façon dont cette recherche est également utilisée pour comprendre l’intérieur de Mars – lisez le rapport d’Aaron Dubrow de TACC ici.

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