La Géophysique, ou Physique de la Terre

La Géophysique, ou Physique de la Terre a pour but d’étudier les propriétés physiques du globe terrestre. Pour cela, le géophysicien se repère dans l’espace et le temps. Les trois mots clés qu’il a toujours à l’esprit sont la dynamique, la structure et les échelles. Généralement, on sépare la Physique du Globe de la Géophysique Appliquée pour des raisons d’échelle, mais on distingue aussi ces deux dernières de la Géodynamique qui s’attache plutôt à l’étude du fonctionnement dans le temps et dans l’espace des systèmes complexes qui interviennent dans la vie de notre planète (Dubois J. et al., 2011). La géophysique applique les moyens de la physique à l’étude de la structure des terrains. Elle se pratique à partir de la surface du sol (géophysique de surface), dans un forage au moyen d’une sonde portant les instruments de mesure (diagraphies) ou entre forages, forage et surface, forage et galerie (géophysique de forage).

La géophysique fut pour la première fois utilisée par les deux frères Conrad et Marcel Schlumberger en 1919, à Pelcherborn, en Alsace. Ils ont eu l’idée de mesurer les propriétés électriques d’un terrain afin de mieux le caractériser, et qui donnèrent ainsi naissance à la géophysique.

Elle s’est développée ensuite en considérant d’autres propriétés physiques comme la conductivité électrique, la vitesse de propagation des ondes, la susceptibilité magnétique, la densité, la radioactivité,…etc. Plusieurs méthodes de prospection géophysique ont ainsi vu le jour. Il est à noter que chaque méthode est liée à une propriété physique et elle peut être appliquée dans plusieurs domaines de recherche en Sciences de la Terre. L’exploration géophysique fait appel à l’étude de la variation des propriétés physiques des sols dans l’espace, mais aussi dans le temps (Dubois et al, 2011) :
❖ à l’échelle du kilomètre (recherche pétrolière et gazière, recherche minière, géothermie),
❖ à l’échelle du centimètre à la centaine de mètres (génie civil, hydrogéologie, géologie, prévention des risques, archéologie).

GENERALITES

Définition de la géophysique appliquée

La géophysique appliquée est la discipline qui consiste à étudier (observer, mesurer) un champ physique à la surface du sol ou dans des cavités creusées dans le sol. Ce champ physique, dont l’origine peut être naturelle ou provoquée, dépend d’un ou de plusieurs paramètres caractéristiques des matériaux dont on cherche à déterminer la répartition dans le terrain (Lagabrielle R., 1986). On utilise la géophysique pour détecter ou pour déduire la présence et la position des concentrations de minerais et des réserves utiles dans le sous-sol.

Rappel des objectifs

Le sous-sol renferme de substances utiles que les géophysiciens appliqués délimitent et/ou évaluent en mettant en œuvre l’outil géophysique. Ce travail a pour objectif de mettre en valeur la contribution de la géophysique à la reconnaissance du sous-sol et à l’évaluation de ses ressources. Dans le cas de la reconnaissance, l’étude se porte en général sur la détermination de la formation du sous-sol et se décline en étude structurale, en modélisation géodynamique,…etc. Par contre, l’étude beaucoup plus détaillée vise à déterminer les caractéristiques d’une substance cible définie au préalable.

Notion de gisement
La notion de gisement s’applique à toute concentration minérale, contenant une ou plusieurs substances utiles (minéraux, eaux, gaz,…etc), exploitable économiquement. Le terme gîte possède une signification proche mais il ne contient pas de connotation économique (Harcouët V., 2005). Un gisement est, selon la définition de Raguin E. (1958), « une concentration locale exceptionnelle de substances qui sont ailleurs diffuses, dans l’écorce terrestre, à faible teneur ». A la notion de teneur s’ajoute, par conséquent, la notion de quantité.

Notion de cible et d’encaissant 

Une anomalie géophysique provient du contraste significatif du paramètre physique considéré entre celui du corps cible et celui du milieu encaissant. Pour le paramètre de résistivité, la présence de certains corps métalliques (cuivre, fer, tuyauterie enfouie, etc…), de graphite et des solutions électrolytiques donne une anomalie bien accentuée sur une carte ou sur une coupe de résistivité électrique. On utilise aussi le contraste de densité dans le cas de recherche et de délimitation de corps à masse excessive (chromite à densité supérieure à 3.2, dôme de sel les dépôts sédimentaire, etc…) ou d’un corps à défaut de masse (cavité, etc…).

L’existence d’un corps solide « indéformable » change la caractéristique mécanique du soussol et fait varier la vitesse de propagation des ondes mécaniques traversant le milieu considéré (roches massives sous la couverture latéritique, sable induré, dépôts consolidés, etc…). On peut alors étudier la distribution d’un paramètre physique donné s’il présente un contraste significatif entre la cible et l’encaissante .

Problématiques

La géophysique est l’un des outils utilisés pour l’étude et l’évaluation des substances utiles et pour la reconnaissance de la structure du sous-sol. Dès lors plusieurs questions dont les suivantes se posent :
– Comment fait-on pour choisir la méthode appropriée à l’étude du sous-sol?
– Quels critères sont à prendre en considération pour la détermination de la technique à mettre en œuvre?
– Quels sont le(s) apport(s) et la (les) contribution(s) de la géophysique dans le cas de son utilisation?

Dans le cas de la recherche de point d’implantation de captage d’eau souterraine, les hydrogéologues commencent toujours leur étude par le bilan hydrique pour connaitre la recharge et l’apport en eau de la zone. L’étude du milieu suit immédiatement le bilan si le résultat s’avère concluant. Alors, l’outil géophysique n’est adopté que si le système aquifère considéré présente de la complexité et/ou les eaux ont des qualités différentes d’un milieu à un autre (aquifère complètement hétérogène, eau minéralisée ou contaminée dans certains milieux, etc…). La technique géophysique à mettre en œuvre est donc fonction de la situation, caractéristique de la formation cible « aquifère » et de la disponibilité de l’espace de travail. La réussite de l’investigation repose sur l’adéquation de la réponse aux deux premières questions évoquées précédemment. Et l’application ou non de la géophysique dépend de la pertinence de la troisième question. Le choix de la méthode qui dépend en premier lieu du contraste du paramètre entre celui associé à la cible et celui associé à la formation encaissante doit être adapté à la morphologie du site, à la nature des structures à détecter ainsi qu’aux contraintes environnementales. Il existe plusieurs catégories de méthode, étudiant chacune le comportement d’une grandeur physique particulière dans le sol. A chaque catégorie de méthode correspond un ou plusieurs appareillages géophysiques spécifiques. On utilise le résistivimètre pour la méthode électrique, le gravimètre pour la méthode gravimétrique, le magnétomètre pour la méthode magnétique, etc… Le rapport dimension – profondeur et le paramètre d’échantillonnage de mesure ont également des conséquences sur l’efficacité de la technique adoptée. Cette dernière nous introduit dans la discipline de la géostatistique. Il est nécessaire de maîtriser la propriété du gisement à explorer, ce qui demande alors des connaissances de base en géologie. Il faut dans ce cas rechercher les minerais dans les zones favorables géologiquement à leurs emplacements. On doit ainsi introduire la notion de métallogénie et de gîtologie. Certains cas importants font cependant exception: les minéraux peuvent être transportés loin du lieu de leur formation par transport mécanique dans le cas de dépôts de minerai alluvial (cas de l’or, du saphir du Sud de Madagascar, etc…) ou encore par dissolution (cas du gypse, du sel, etc…). En plus de la précédente problématique, il existe également le problème d’exploration propre à la situation de Madagascar. L’île est constituée de formations géologiques diverses, alors l’application et l’utilisation de l’outil géophysique sont vraiment sollicitées dans plusieurs domaines, tant dans la recherche hydrogéologique (Castany, 1982), dans la recherche minière et dans l’étude structurale que dans le diagnostic et test géotechnique (Andrieux P., 2007). Il faut dans ce cas tenir compte de la situation de terrain et adopter la méthodologie adéquate pouvant donner de l’anomalie significative.

Table des matières

Introduction
Généralités
I.1 Définition de la géophysique appliquée
I.2 Rappel des objectifs
I.3 Notion de gisement
I.4 Notion de cible et d’encaissant
I.5 Problématiques
Axes de recherche abordés
II.1 Historique des activités de recherche
II.2 Domaines d’application des recherches
II.3 Développement méthodologique
Perspectives de recherche
Conclusion
Références bibliographiques
Annexe

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