La géophysique
Objet et méthodes
La géophysique étudie la structure et les propriétés physiques de la Terre à partir de mesures effectuées en surface, en forage, en mer ou depuis un satellite. Elle recourt à la mécanique, à l'électromagnétisme et à la thermique pour déduire la nature du sous-sol sans l'excaver.
La sismique
La sismique repose sur la propagation des ondes élastiques. Une source produit une onde, des capteurs enregistrent les signaux réfléchis ou réfractés par les interfaces du sous-sol, et le traitement de ces enregistrements fournit une image des couches. La sismique réflexion est la méthode la plus employée pour l'exploration profonde.
La gravimétrie
La gravimétrie mesure les variations locales du champ de pesanteur, qui reflètent les contrastes de densité des roches. Les anomalies positives signalent des corps denses, les anomalies négatives des cavités, des sédiments récents ou des massifs de sel.
Le magnétisme
La prospection magnétique enregistre les variations du champ magnétique terrestre dues aux minéraux ferromagnétiques contenus dans les roches. Elle sert à cartographier le socle, à repérer des intrusions et à détecter des objets métalliques enfouis.
Les méthodes électriques et électromagnétiques
Ces méthodes exploitent la résistivité des terrains. La tomographie de résistivité électrique injecte un courant entre deux électrodes et mesure la différence de potentiel entre deux autres. Le radar de sol émet des impulsions électromagnétiques et enregistre les échos, avec une résolution fine sur les premiers mètres.
Les mesures en forage
La diagraphie consiste à descendre des sondes dans un forage pour mesurer en continu la résistivité, la radioactivité naturelle, la densité et la vitesse des ondes. Ces enregistrements servent à caler les données de surface sur des valeurs mesurées directement.
Domaines d'application
Les méthodes géophysiques interviennent dans la recherche de ressources, dans les études de sol préalables aux travaux, dans la surveillance des risques naturels et dans l'archéologie.
La recherche de ressources
La prospection pétrolière et minière constitue le premier débouché historique de la discipline. Les mêmes méthodes servent aujourd'hui à la géothermie, au stockage souterrain et à la caractérisation des aquifères.
Le génie civil
Avant la construction d'un ouvrage, la géophysique renseigne sur la profondeur du substratum rocheux, sur la présence de cavités et sur la compacité des remblais. Elle complète les sondages mécaniques en couvrant l'ensemble de l'emprise plutôt que des points isolés.
Les risques naturels
Les réseaux sismologiques enregistrent les séismes et permettent de localiser les failles actives. La surveillance des volcans associe sismomètres, inclinomètres et mesures de déformation par satellite. L'auscultation des versants instables suit l'évolution des glissements de terrain.
L'archéologie
Le radar de sol et la prospection magnétique repèrent les structures enfouies avant la fouille, ce qui limite l'étendue des excavations et précise l'implantation des sondages.
Intérêt de ces méthodes
La géophysique fournit une information continue sur de grandes surfaces, sans destruction du terrain, pour un coût inférieur à celui d'une campagne de forages de densité équivalente.
Une approche non destructive
Les mesures s'effectuent depuis la surface, ce qui autorise leur emploi sur des sites protégés, en milieu urbain ou sur des terrains dont l'accès est contraint.
Une couverture spatiale étendue
Un profil sismique ou une carte magnétique couvre plusieurs kilomètres carrés. Les forages donnent une information plus précise mais ponctuelle, et les deux approches sont employées ensemble.
Les limites de l'interprétation
Une mesure géophysique n'identifie pas directement une roche : elle renseigne sur une propriété physique, dont plusieurs modèles géologiques peuvent rendre compte. L'interprétation suppose donc des données de calage, forages ou affleurements.
L'apport du traitement numérique
L'augmentation de la puissance de calcul a rendu possible l'inversion tridimensionnelle des données et l'imagerie sismique en profondeur. Le traitement constitue désormais une part importante du coût d'une campagne.