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1. Ambient seismic noise imaging of the lowermost mantle beneath the North Atlantic Ocean

Author

Pierre Boué, Lise Retailleau, Michel Campillo, Lei Li, Observatoire Volcanologique du Piton de la Fournaise (OVPF), Institut de Physique du Globe de Paris, Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Gustave Eiffel-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry]), Institut de Physique du Globe de Paris (IPG Paris), Department of Geophysics [Stanford], Stanford EARTH, Stanford University-Stanford University, Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Gustave Eiffel-Université Grenoble Alpes (UGA), and The data set was downloaded and processed using python and the seismological community scientific library obspy (Krischer et al. 2015). The figures were produced using Python and MATLAB and the Python module basemap was used to produce the map. The facilities of IRIS Data ervices, and specifically the IRIS Data Management Center, were used for access to waveforms, related metadata, and/or derived products used in this study. IRIS Data Downloaded from https://academic.oup.com/gji/article-abstract/222/2/1339/5827640 by CNRS user on 23 June 2020Services are funded through the Seismological Facilities for the Advancement of Geoscience (SAGE)Award of theNational Science Foundation under Cooperative Support Agreement EAR-1851048.The computation of the correlation functions presented in this paper was performed performed using the GRICAD infrastructure (https://gricad.univ-grenoble-alpes.f r), which is partly supported by the Equip@Meso project (reference ANR-10-EQPX-29–01) of the programme Investissements d’Avenir supervised by the Agence Nationale pour la Recherche. This work has been supported by a grant from Labex OSUG@2020 (Investissements d’avenir—ANR10 LABX56) and Fondation Simone et Cino Del Duca, Institut de France (Prix scientifique 2013). We acknowledge the support from the European Research Council (ERC) under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program (grantagreement No 742335, F-IMAGE). The research of LR was supported by Pacific Gas and Electric. We thank K. Schaukowitch and the Hume centre for writing and speaking at Stanford for useful comments that helped us to improve the manuscript. We thank the Editor, Michael Ritzwoller, St´ephanie Durand and two anonymousreviewers for their comments and suggestions which helped to improve the quality of this paper

Subjects
Composition and structure of the mantle, Seismic noise, 010504 meteorology & atmospheric sciences, [SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], Frequency band, Body waves, Cosmic microwave background, body waves, 010502 geochemistry & geophysics, 01 natural sciences, Mantle (geology), Physics::Geophysics, Core-Mantle-Boundary, Geochemistry and Petrology, Time-series analysis, Core–mantle boundary, 14. Life underwater, Atlantic Ocean, 0105 earth and related environmental sciences, Ambient noise correlations, Microseism, Reflectivity, Geophysics, 13. Climate action, Seismology, Geology
Abstract

SUMMARY Body waves can be extracted from correlation functions computed from seismic records even at teleseismic distances. Here we use P and PcP waves from the secondary microseism frequency band that are propagating between Europe and the Eastern United States to image the core–mantle boundary (CMB) and D” structure beneath the North Atlantic. This study presents the first 3-D image of the lower mantle obtained from ocean-generated microseism data. Robustness of our results is evaluated by comparing images produced by propagation in both directions. Our observations reveal complex patterns of lateral and vertical variations of P-wave reflectivity with a particularly strong anomaly extending upward in the lower mantle up to 2600 km deep. We compare these results with synthetic data and associate this anomaly to a Vp velocity increase above the CMB. Our image aims at promoting the study of the lower mantle with microseism noise excitations.

Published
2020
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2. Variability in fluence and spectrum of high-energy photon bursts produced by lightning leaders

Author

Wei Xu, Sebastien Celestin, Victor P. Pasko, Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace (LPC2E), Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES), Communications and Space Sciences Laboratory [PennState] (CSSL), Pennsylvania State University (Penn State), Penn State System-Penn State System, and Part of the simulation results presented in this paper has been obtained using the computer cluster at the Centre de Calcul Scientifique en région Centre (CCSC).

Subjects
Physics, [PHYS.PHYS.PHYS-AO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Atmospheric and Oceanic Physics [physics.ao-ph], Photon, 010504 meteorology & atmospheric sciences, [SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], Astrophysics::High Energy Astrophysical Phenomena, Gamma ray, Electron, Astrophysics, Photon energy, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Fluence, Lightning, Spectral line, Corona (optical phenomenon), Geophysics, 13. Climate action, Space and Planetary Science, 0103 physical sciences, 010303 astronomy & astrophysics, 0105 earth and related environmental sciences
Abstract

International audience; In this paper, we model the production and acceleration of thermal runaway electrons during negative corona flash stages of stepping lightning leaders and the corresponding terrestrial gamma ray flashes (TGFs) or negative cloud-to-ground (−CG) lightning-produced X-ray bursts in a unified fashion. We show how the source photon spectrum and fluence depend on the potential drop formed in the lightning leader tip region during corona flash and how the X-ray burst spectrum progressively converges toward typical TGF spectrum as the potential drop increases. Additionally, we show that the number of streamers produced in a negative corona flash, the source electron energy distribution function, the corresponding number of photons, and the photon energy distribution and transport through the atmosphere up to low-orbit satellite altitudes exhibit a very strong dependence on this potential drop. This leads to a threshold effect causing X-rays produced by leaders with potentials lower than those producing typical TGFs extremely unlikely to be detected by low-orbit satellites. Moreover, from the number of photons in X-ray bursts produced by −CGs estimated from ground observations, we show that the proportionality between the number of thermal runaway electrons and the square of the potential drop in the leader tip region during negative corona flash proposed earlier leads to typical photon fluences on the order of 1 ph/cm2 at an altitude of 500 km and a radial distance of 200 km for intracloud lightning discharges producing 300 MV potential drops, which is consistent with observations of TGF fluences and spectra from satellites.

Published
2015
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3. Off-fault plasticity favors the arrest of dynamic ruptures on strength heterogeneity : Two-dimensional cases

Author

Hok, S., Campillo, M., Cotton, F., Favreau, P., Ionescu, I., Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique (LGIT), Institut des Sciences de la Terre [2011-2015] (ISTerre [2011-2015]), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble [1985-2015] (OSUG [1985-2015]), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology [2007-2019] (Grenoble INP [2007-2019])-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology [2007-2019] (Grenoble INP [2007-2019])-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-IPG PARIS-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université de La Réunion (UR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse et de Mathématiques Appliquées (LAMA), Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM)-Fédération de Recherche Bézout-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), All the computations presented in this paper were performed at the Service Commun de Calcul Intensif de l'Observatoire de Grenoble (SCCI). The initial part of this work has been funded by an INSU Program ACI Risques Naturels et Changements Climatiques. M.C. and F.C. benefited from the support of Institut Universitaire de France, Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de La Réunion (UR)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-IPG PARIS-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC), Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Propriétés Mécaniques et Thermodynamiques des Matériaux (LPMTM), Institut Galilée-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sorbonne Paris Nord, Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-IPG PARIS-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université de La Réunion (UR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Mathématiques (LAMA), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), and Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[SDU.STU.TE]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Tectonics, off-fault damage, [SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, rupture arrest, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], rupture dynamics, human activities
Abstract

International audience; We study the effects of a plastic behavior of the volume around the fault on in-plane and anti-plane 2D rupture dynamics. Both rupture modes exhibit similar answer to off-fault yielding, in terms of modification of the kinematics of the rupture front, and in terms of energy lost outside the fault plane. We then compare the ability of the rupture to propagate through a barrier on the interface. The plastic behavior, responsible for a linear increase of the global fracture energy during dynamic crack growth, enhances the rupture front sensitivity to a static resistance increase on the fault. Consequently, the rupture arrest is more easily provoked in heterogeneous models that include a plastic yielding, even with relatively small variations of frictional resistance along the fault plane.

Published
2010
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