Mesures non destructives

2.2.1.1 Photographie

Le but de cette mesure est d’archiver une image nette de la carotte lorsqu’elle est encore intacte. Ceci permet aussi d’aider à l’identification à haute résolution des faciès sédimentaires. Pour cela, immédiatement après l’ouverture des carottes lorsque le sédiment n’est pas encore oxydé, la surface du sédiment est nettoyée et la carotte est installée sur le banc photo. Les photos sont prises à haute résolution (20 pixels/mm) et à pas constants de 5 cm à l’aide d’un appareil NIKON D80 muni d’un objectif de 35 mm, commandé depuis un ordinateur sur lequel est installé le logiciel Camera Control I Pro de NIKON. L’éclairage est assuré par deux lampes type néon qui viennent éclairer le dessus du sédiment de manière uniforme. Les réglages du banc photo et de l’appareil photo sont gardés identiques, ce qui permet de prendre des photos avec des conditions de lumière et de balance des blancs identiques pour toutes les photos. Dans un second temps, les photos d’une même carotte sont assemblées pour reconstituer la totalité de la carotte avec le logiciel ADOBE PHOTOSHOP CS5. Seul le centre des clichés est utilisé pour éviter de trop grandes distorsions par effet de lentille de l’appareil.

2.2.1.2 Spectrocolorimétrie

La couleur est une caractéristique capitale de la composition des sédiments. Etant un facteur subjectif pour un observateur, la charte de couleurs de Munsell a permis une interprétation plus objective. Depuis des études spécifiques concernant ce paramètre sur des sédiments (Balsam et al., 1998; Balsam and Deaton, 1996; Debret et al., 2006), la technique a été améliorée en utilisant des appareillages spécifiques. La spectrocolorimétrie a ainsi été mise en œuvre afin de déterminer la couleur des sédiments observés. Cette technique a pour principe d’éclairer un objet et d’analyser les caractéristiques de la lumière réfléchie.

La mesure se fait à l’aide d’un spectrocolorimètre MINOLTA CM 2300d décomposant le spectre lumineux de 360 à 740 nm, avec un pas de 10 nm. L’illuminant utilisé est le D65 qui correspond à la lumière du jour moyenne, UV compris. Le paramétrage de l’appareil se fait avec une ouverture de diamètre 5 mm, avec un pas de mesure de 5 mm aussi. L’angle de l’observateur est positionné sur 10°. Le système colorimétrique utilisé est le système L*a*b*, qui permet de

décrire une couleur dans un espace orthonormé : L* représente la clarté, a* l’évolution de la teinte du vert au rouge, et b* l’évolution de la teinte de bleu au jaune.

2.2.1.3 Géochimie haute résolution (XRF Core Scanner)

Les mesures de géochimie minérale à haute résolution ont été réalisées à l’aide d’un scanner de carottes qui fonctionne selon le principe physique de la fluorescence des rayons X (XRF). Elles permettent une analyse non destructive, rapide et à une résolution pouvant aller jusqu’à 100 µm. Quand une matrice est soumise à un rayon de faible longueur d’onde et de forte intensité comme les rayons X, les atomes peuvent subir une ionisation. Lorsque ce phénomène se produit, un ou deux électrons peuvent être éjectés des orbitales atomiques de chacun des différents atomes. Bien que ces atomes soient dans un état d’excitation, la perte d’un ou plusieurs électrons a rendu instable leur structure électronique. La dé-excitation se fait par le transfert d’un électron venant de l’orbite supérieure à une orbite d’ordre inférieure pour combler la perte et ainsi rétablir la stabilité de la structure électronique. Cette transition provoque l’émission d’un photon X, on parle du phénomène de fluorescence X. Une mesure de fluorescence permet d’obtenir un spectre caractéristique des espèces chimiques composant le matériau étudié. Le nombre d’impulsions générées s’exprime en nombre de coups par seconde (cps) : c’est le taux de comptage.

Les spectres obtenus sont comparés à des spectres de référence. Le paramétrage de la mesure se fait selon deux paramètres principaux : le voltage, permettant de régler le seuil de comptage à un niveau significatif et le temps de comptage, qui lorsqu’il est rallongé, améliore le rapport signal/bruit. Les carottes ont été passées dans un appareil core scanner de la marque AVAATECH, au laboratoire EDYTEM (Université de Savoie-Mont Blanc), à deux tensions d’excitation (10 et 30 kV). Le pas de mesure choisi a été de 1 mm pour les carottes du lac de la Muzelle et 5 mm pour le lac de Lauvitel.

Ces mesures ont été effectuées pour supporter les corrélations stratigraphiques haute résolution des carottes d’un même site. L’apport de cette mesure est aussi d’aider à l’indentification et la détection des dépôts événementiels par l’utilisation d’éléments ou rapports d’éléments comme marqueurs granulométriques haute résolution (Giguet-Covex et al., 2012; Wilhelm et al., 2012b).

Les limites de la méthode sont l’obtention de variations relatives en coups par seconde et non une mesure quantitative. En effet, les matrices sédimentaires présentent des différences de densité ou de porosité qui peuvent biaiser l’analyse (Tjallingii et al., 2007; Hennekam and de

Lange, 2012). Pour s’assurer que les variations géochimiques de la carotte n’en soient pas affectées, il est nécessaire de les comparer à des données quantitatives sur des échantillons discrets pour ainsi calibrer cette méthode.

2.2.1.4 Géochimie par fluorescence X portable (pXRF)

Des analyses de géochimie XRF ont aussi été effectuées à l’aide d’un pistolet à fluorescence X (S1 Titan, BRUKER) sur le terrain et en laboratoire. La configuration mise en place a permis d’identifier les éléments majeurs et les éléments traces des sources sédimentaires préalablement tamisées en différentes classes granulométriques. Ces mesures ont été effectuées sur des échantillons discrets en mode « Traces ». La mesure s’effectue en deux phases de 30 secondes sur la fenêtre du détecteur (0,5 x 0,5 cm), une première excitation de fluorescence X est réalisée à 15 keV afin d’identifier les éléments dits légers, suivie d’une seconde excitation qui a lieu à 45 keV, pour déterminer les éléments dits lourds.

2.2.1.5 Computerized Tomography scan (CT scan)

Les rayons X ont étés utilisés depuis de très nombreuses années dans le domaine médical, et depuis plus de 50 ans dans l’étude de carottes sédimentaires (A. H. Bouma, 1964; Baker and Friedman, 1969). Les radiographies permettent d’obtenir une image en 2D relative à la densité des éléments présents. Cette méthode a surtout été utilisée pour imager la structure interne des dépôts sédimentaires lorsque la carotte est toujours intacte. Le problème principal était la perte d’informations liée à la profondeur. Depuis quelques années, la technologie a évolué pour arriver à une imagerie par CT scan qui sur le même principe des rayons X, permet de reconstituer des objets en 3D et ainsi proposer des nouvelles possibilité pour les géosciences (Cnudde and Boone, 2013).

L’instrument utilisé est un multidetector CT scanner GENERAL ELECTRIC Healthcare Discovery 750 HD des hôpitaux Universitaires de Genève (HUG) avec la collaboration de Xavier Montet (HUG). Le principe est qu’un objet est posé sur un banc mobile, qui lors de la mesure va passer au centre d’un anneau tournant, sur lequel sont attachés une série d’émetteurs et de récepteurs intercalés. Une partie des rayons X est donc arrêté par l’objet que l’on mesure, les rayons restant sont eux utilisés pour recomposer une série d’images 2D qui représentent des tranches de l’objet. Ces images sont obtenues en format DICOMM à une résolution de 512x512 pixels. Un traitement informatique permet ensuite d’associer toutes ces images pour former un objet en 3D. La séquence sédimentaire de Lauvitel a fait l’objet de cette mesure avec un pas de mesure d’1 mm effectués sur les demi-carottes uniquement.

Figure 2-9: Photographie de l’analyse d’une demi-carotte sédimentaire du lac de Lauvitel dans le CT-scan des Hôpitaux Universitaires de Genève