DEUST Géosciences Module de géophysique Université de la Nouvelle‐Calédonie Séance 1 : Introduction à la géophysique J. Collot Service géologique de Nouvelle‐Calédonie DIMENC [email protected] 1
DEUSTGéosciencesModuledegéophysique
UniversitédelaNouvelle‐Calédonie
Séance1:Introductionàlagéophysique
J.CollotServicegéologiquedeNouvelle‐Calédonie
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Séance1:Introductionàlagéophysique
• 1‐Définitions– Historique
– Lesgéosciences
– Lagéophysique
– Lagéophysiqueinterne
– L’outilgéophysique
• 2‐Notionsetconceptsdebase– Notiond’échelle
– Notiondemodèle
– Précisiondelamesure
– Physiquedesroches
– Méthodologieetdispositifsgéophysiques
– Donnéesgéophysiques
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1‐Définitions
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Historique• Exploitationminièreprimitiveautoriseledéveloppementdescivilisations
• Grecs(5esAC)s’interrogentsurexistencerochesetfossiles
• CopernicetGalilée(16‐17es):premiersschémasastronomiques(héliocentrisme)
• Descartes,Hooke,Leibniz(17es):penséecartésienne,«fossilessontlesarchivesdumonde»
• 18esiècle,dansencyclopédieDiderotlemotGéologieapparaît
• Lesgéologuesdoiventalorsrépondreàunequestion:«Commentsontnéeslesmontagnes?»
• 19esiècle,révolutionindustrielle:fortbesoinenressourcesmétalliques,perfectionnerlagéologiepourlaprospectionminière.Lagéologieresteunedisciplinetrèsnaturaliste/descriptive.Catastrophisme.
• 20esiècle,progrèstechniquedelaPhysiqueetChimiedonnenaissanceàlagéochimieetàlagéophysiqueetl’exploration«géologique»desocéans
Définitions
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LesGeosciences• Définition:ensemblesdesdisciplinesscientifiquespermettantd’étudierla
terre.
• Classementdecesdisciplinessoitparrapportàunmoyend’étudeouàunobjet:
– Sédimentologie(objet:sediments)
– Volcanologie(objet:volcans)
– Océanographie(objet:océans)
– Tectonique(moyend’étude:étudedelastructure)
– Géodynamique(étudedeladynamique)
– Géochimie(moyend’étude)
– Géophysique(moyend’étude)
– Géologie(moyend’étude)
Définitions
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LaGéophysique• Définition:Scienceappliquantlesméthodesdelaphysiqueàl’étudedela
Terre,desesenveloppesliquidesougazeusesOUtermeregroupanttouteslesdisciplinesayantpourobjetl’étudedescorpsplanétairesparleurspropriétésphysiquesetlesapplicationsquel’onpeutentirer
Définitions
• Prémicesau18esiècleaveccalculdurayondelaTerreetlesmesuresexactesdelalongueurd’unarcdeméridiend’undegré(LaCondamine,VonHumbolt)
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LaGéophysique• 19esiècle:origineinterneduchampmagnétiqueterrestre(Gauss)
• 20esiècle:progrèstechniques,dispositifsdemesuresélectroniques• Sismologie:structureprofondedelaTerre:graine,noyau,manteau(Lehmann1936;
Oldhan1906;Mohorovicic1909;)• Tectoniquedesplaques,dérivesdescontinents(Werner,1929;Wilson1968)
• Prospectionpétrolière…
Définitions
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Ligne de champs magnétique terrestre Cycle de Wilson
LaGéophysique
• Lagéophysiqueinterne– Étudedel’intérieurdesplanètesetparticulièrementlaTerre
• Lagéophysiqueexterne– Etudedelacouverturenonminéraledesplanètes
» Météorologie
» Océanologie
» Hydrologie
Définitions
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LaGéophysiqueInterne– Définition:Etudedelastructureetl’histoiredescomposantstelluriques
delaTerreàpartirdemesuresdeleurscaractéristiquesphysiques• Tellurique:destructurezonéeenformedesphèresemboitées
• Attentiondifférentdecourantstelluriques!
– Propriétésphysiquesdesmatériauxterrestres:• Gravitaires
• Mécaniques
• Thermiques
• Electromagnétiques
– Méthodesgéophysiquesassociées:• Gravimétrie: Densité
• Fluxdechaleur: Chaleur
• Magnétisme: Susceptibilitémagnétique
• Sismique: Élasticité,densité
• Electriques: Résistivité,capacitancesélectriques
• Electromagnétisme: Conductance,inductance,permitivité
Définitions
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L’outilgéophysique– Lagéophysiqueestunoutild’investigationquinousdonnentdes
informationssurlacroûteterrestreetlasubsurfacedansunbutpratiqueetsouventéconomique
– Domainesd’application• Explorationetproductionminière,pétrolière
• Archéologie
• Environnement
• Géniecivil
• Glaciologie
• Hydrogéologie
• Planétologie
• Géothermie
Définitions
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Super tanker pétrolier
Investigation du sous-sol
2‐Notionsetconceptsdebase
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– Mesuresacquisesdefaçondiscrètesuivantunpasouunegrille
– Lepas(oul’échantillonagespatial)dépenddel’objetd’étude.
– Rochessontdesassemblagesdeminérauxetsontporeuses:selonéchelledelamesure,caractéristiquesphysiquestrèsdifférentes
Notions et concepts de base
Notiond’échelle
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Echelle microscopique Echelle d’un massif
Notiondemodèle
– Apartirdesmesures,legéophysicienétablitunestructurethéorique‐lemodèle‐,quirendracompteaumieuxdesdonnées
– Améliorationetnon‐unicitédumodèle
– Croiserlesdifférentesméthodes:modèlesmultiparamètres
Notions et concepts de base
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Cadrant du haut : en rose les données réelles, en rouge les données modélisées - Cadrant du bas : le modèle
Ici, le modèle ne rend pas compte des données Ici, le modèle rend bien compte des données (les données modélisées reproduisent bien les données réelles)
Notiondemodèle
• Modèlenumérique
• Modèleanalogique14Modélisation structurale d’une zone de subduction
Modélisation des vitesses sismique d’une zone de subduction
Notiondeprécisiondelamesure– Unemesureesttoujoursentachéed’erreurs:appareillage,positionnement,lecturede
lamesure,bruitsdusignal…
– Unemesuren’ad’intérêtquesil’onconnaîtlamarged’erreurdanslaquelleellesesitueParexemple:120mGal+‐2mGal
– Lasommedeserreurspermetdeprocéderaucalculdel’incertitudeetdoncdelaprécisiondurésultat
– Pouraméliorerl’incertitude:répétitiondesmesures
Notions et concepts de base
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Propriétésphysiquesdesroches• Propriétésacoustiques
– Lorsqu’unerocheestsoumiseàunecontrainte,undéplacementdumilieuseproduitetsepropagesousformed’uneondeacoustique
– Fonctiondedensité(ρ),rigidité(μ),compressibilité(κ)
– Ondesdecompression(ondesP):V=√(κ/ρ)
– Ondesdecisaillement(ondesS):V=√((κ+1.33μ)/ρ)
• Propriétésélectriques– Réactionàuneinjectiondecourant
– Fonctiondelarésistivité(ρ)ouconductivité(σ)etlachargeabilité(M)
– Injectiond’uncourantdanslesol:
• Loid’ohm:U=RIavecR=ρL/Ad’oùU=ρIL/A
– Injectiond’uncourantbrutalementcoupé
• tempsdedéchargenousdonnesurCapacitéElectriquedechargeabilité(M):
• M=Vp/V0
Notions et concepts de base
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Propriétésphysiquedesroches
• Propriétésgravimétriques– Mesureduchampd’accélérationdelapesanteur(Force
d’attraction)– Fonctiondelamasse(etdoncdeladensité)etdela
distance
• Propriétésmagnétiques– Magnétisation,aimantation
– Fonctiondelasusceptibilitémagnétique(κ)sansunité
• Propriétésélectromagnétiques– Ondesélectromagnétiques(combinaisonchamps
magnétiqueetélectrique)
• Propriétésmécaniques– Comportementmécanique,flexuraletc…
Notions et concepts de base
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Méthodologiegéophysique– Définitiondel’objectif
• Quecherche‐t‐on?Quelleestlacible?satailleetc..?
– Élaborationdeshypothèses• Adoptiond’unouplusieursmodèlesconceptuelsfondéssur
connaissancesgéologiquespré‐existantes(milieutabulaire?)
– Choixdesméthodesetdispositifs,enfonction:• duparamètrephysiquequiseracontrastéparlaprésence
delacible• Taille,orientationetprofondeurdelacible
– Acquisitiondesdonnées• Époquedel’année• Préparationduterrain?• Tests
– Traitementdesdonnées• Nettoyage• AméliorationdurapportSignal/Bruitetl’incertitude• Corrections
– Modélisation• Construireunmodèlegéologiquequivérifielesdonnées
traitéestoutens’appuyantsurleshypothèses
– Interprétationgéologique• Intégrationaucontextegéologiquelocal,régional
Notions et concepts de base
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Dispositifsgéophysiques
• Acquisitionsdedonnéessefaitviaplusieursdispositifspossibles:
– Forage• Appareilplacédansletroud’unforage• Diagraphies,logssonics..
– Sondage(1D)• Sondageindirect• Enunpointfixeoneffectueplusieursmesuresquisondentàdifférentes
profondeurs– Profilage(2D)
• Dispositifdéployéetdéplacédefaçonrépétitiveensurfacelelongd’unprofilrectiligne
• Permetdetracercourbe«Distancevsvaleurmesurée»
• Intermesuredéfinitlepasd’échantillonage• Orientationdesprofilsenfonctiondelaciblepourmaximiserles
contrastes
– La3D• Idemqueprofilagemaisavecplusieursprofilslongitudinauxet
transversaux
– La4D• Idemque3Dmaisrépétéàintervallesréguliersdansletemps(suivide
l’évolutiontemporelle)
Notions et concepts de base
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Dispositifsgéophysiques
• Phénomèned’ALIASING– Correspondàunmauvaiséchantillonnagespatialauregarddelatailledelacible
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Donnéesgéophysiques
• Bruitaffecte,polluelesdonnées
• Bruitcohérent:– Façonsystématiqueet
régulière– Ligneshautetension,
variationsséculaires(rayonnementsolaire)
– Correctionsnotammentviadesfiltresfréquentiels
• Bruitincohérent– Aléatoire
– Orages,vagues,pluie,passaged’unvéhicule
Notions et concepts de base
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Donnéesgéophysiques
• Stacking– Répéterlesmesuresenun
mêmepointetlesadditionner
– AméliorationdurapportS/N
– Nefonctionnepaspourlebruitcohérent
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http://dimenc.gouv.nc/portal/page/portal/dimenc/les_services/geologie/telechargement_geologie
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