introduction à la géophysique (pdf)

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


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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


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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


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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…


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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


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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)


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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


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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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