souvent le même jeu de données, e.g. Marmousi (Martin et coll.,2006). Nos données expérimentales
pourraient fournir des jeux de données plus variés, dans des milieux contrôlés dont on connait
les propriétés a priori. Les difficultés que l’on aura à surmonter en utilisant les algorithmes de
FWI seront la prise en compte des réflexions au bord omniprésentes dans nos sismogrammes ou
profils radars expérimentaux. Là encore, nous devrons nous appuyer sur les compétences de nos
collaborateurs, que ce soit à l’INRIA/LMAP (Faucher, 2017) ou à ISTerre (Asnaashari et coll.,
2013;Lavoué et coll.,2014).
.
III.2.2.2 Changement d’échelles
La possibilité d’émettre des sources à différentes fréquences existe en laboratoire (de quelques
centaines de kHz à quelques MHz) ce qui ouvre la possibilité de déduire des lois d’atténuations
en fonction de la fréquence. Comme dans la thèse numérique de Bastien Dupuy (2016a), (Dupuy
et coll.,2016c,b), les estimations de Vp, Vs, Qp et Qs obtenues durant la thèse de C. Shen pourraient
être utilisés pour faire du « downscaling » afin déduire les propriétés micro- et meso- des carbonates
de Rustrel (LSBB) mais aussi de remonter à leur anisotropie. Parallèlement, de nombreuses études
de sismique et radar à plus grande échelle existent via la projet ALBION (Massonnat et coll.,2017)
à l’échelle des galeries du LSBB Matonti et coll.(2017) ; Baden (2017) ;Saintenoy et coll. (2017),
à l’échelle de puits forés sur le site du LSBB (Belkowiche,2017), voire à l’échelle de tout le site du
LSBB (Sénéchal et coll.,2013).
L’objectif ici serait d’interpréter quantitativement toutes les données sismiques et
électromagné-tiques acquises à toutes les échelles d’un site en termes de propriétés physiques, par une approche
de fusion de données multi-paramètres, multi-physiques, multi-fréquences. Des paramètres tels que
la(es) porosité(s), la teneur en eau/gaz, l’arrangement des grains, la présence de fractures voire
l’évolution diagénétique vont faire varier les attributs sismiques ou électromagnétiques mesurables
(vitesses, atténuation, dispersion, anisotropie). À partir des relations entre les paramètres et les
propriétés constitutives trouvées, il devrait être possible de valider certaines théories multiphasiques
d’homogénéisations - voire d’en définir pour la partie électromagnétique - et de les incorporer aux
codes de modélisations numériques qui pourront ainsi utiliser cette description constitutive pour
modéliser les champs d’ondes.
III.3 Monitoring hydrique
Projet de recherche accepté
✓ Porteur de la partie du projet UPPA / UGA (Université Grenoble Alpes)ALBION2.0,
por-tant sur la « Modélisation multi-échelles et multi-physiques d’un réservoir carbonaté »,
finan-cement : TOTAL. Une thèse UGA/UPPA (2018-2021) et une thèse UPPA/UGA (2018-2021)
(en cours de discussion/formalisation).
La sismologie et l’imagerie sismologique connaissent depuis une quinzaine d’années un grand
bou-leversement avec une nouvelle méthode basée sur l’exploitation de l’enregistrement en continu du
bruit ambiant (Lobkis & Weaver,2001;Weaver & Lobkis,2001;Campillo & Paul,2003), qu’il soit
d’origine anthropique ou d’origine naturelle (vents, marées, etc.). Cette méthode dite de «
corré-lation de bruit » a prouvé son efficacité dans l’imagerie à différentes échelles (de la proche surface
(Shapiro et coll., 2005) jusqu’à la Terre profonde (Boué et coll., 2013)) mais aussi dans le suivi
dynamique de fluide dans la croûte (Froment et coll., 2013), dans les volcans (Sens-Schönfelder
& Wegler, 2006; Brenguier et coll., 2008) ou encore dans les glissements de terrain par exemple
III.3. Monitoring hydrique 158/173
(Larose et coll.,2015).
Récemment,Voisin et coll.(2016) ont utilisé ces techniques sur le glissement de terrain d’Utiku en
Nouvelle-Zélande ; ils ont réussi à relier les variations de vitesses sismiques du milieu à des mesures
piézométriques situées au niveau des stations sismologiques, laissant présager que les mesures de
bruit de fond sismique pourraient servir à suivre le niveau des nappes phréatiques. Voisin et coll.
(2016) montrent en effet qu’un modèle simple de Biot-Gassman (modélisation de la saturation
partielle du milieu) explique les amplitudes des variations de vitesses observées (de l’ordre de 3 %).
C’est précisément cette idée de monitoring hydrique qui va être le cœur d’une thèse co-dirigée
entre ISTerre (C. Voisin, S. Garambois) et le LFCR (D. Brito, C. Bordes) dans le cadre du
pro-jet ALBION2.0 (Massonnat et coll., 2017). Ce projet a pour cible la modélisation multi-échelles
et multi-physiques d’un réservoir carbonaté, les calcaires Urgonien des Monts de Vaucluse où est
situé leLSBB. C’est au cœur de ces calcaires Urgoniens que se situe le bassin versant de Fontaine
de Vaucluse et ses aquifères karstiques très nombreux dans la région (Carriere,2014). Nous
propo-sons dans cette partie « Monitoring Hydrique » du projet de suivre dynamiquement à différentes
échelles (10, 30, 100 km de tailles caractéristiques) les flux hydriques à différentes profondeurs (de
40 à 700 m) à l’aide la sismologie passive.
La plateforme carbonatée, cible du projet ALBION2.0, présente plusieurs niveaux de complexité,
dont la structuration en trois blocs visibles sur la Figure III.13 (Ventoux Fontaine de Vaucluse ;
plateau de Saint-Christol ; bloc Est). Chacun de ces blocs possède lui-même une organisation
com-plexe, possiblement karstique. Chacune de ces échelles influe sur le mode de transfert des fluides au
sein de la structure et cette imbrication d’échelles appelle une approche indépendante de l’échelle
observée qui permette de suivre les flux hydriques à différentes profondeurs, et sur des distances
allant de la centaine de mètres à la centaine de kilomètres. Le monitoring sismologique passif peut
répondre à ce besoin comme démontré dansVoisin et coll.(2016). Nous proposons donc de réaliser
un monitoring sismologique passif à trois échelles distinctes (voir Figure III.13) : l’ensemble de
la plateforme (environ 100 km) ; les zones de Saint-Christol (environ 30 km de coté) et de
Fon-taine de Vaucluse (environ 10 km de coté) ; le LSBB (environ 1 km de coté). L’un des objectifs de
cette expérimentation est de caractériser le fonctionnement hydrologique de ces blocs et de
confir-mer/infirmer le fonctionnement indépendant de chacun d’entre eux.
Au-delà des mesures sismologiques, le doctorant sera en charge de developper un modèle
Biot-Gassmann de substitution de fluides qui permette de reproduire l’amplitude et le contenu
fréquen-tiel des variations de vitesses sismiques. Cette modélisation permettra de remonter au niveau absolu
des nappes et à l’amplitude des variations dès lors que le modèle de vitesse est relativement bien
connu. L’analyse et l’interprétation quantitatives ce ces mesures multi-échelles seront appuyées et
renforcées par des simulations de flux hydriques à échelle réduite en laboratoire au LFCR. Pour
notre groupe de « Géophysique expérimentale », ce projet constitue une excellente opportunité
de travailler sur cette méthode innovante de sismologie passive en laboratoire, et de
potentielle-ment tester son utilisation dans bon nombre de problèmes d’imagerie en laboratoire (Hadziioannou
et coll., 2009). Des premières expériences ont été réalisées au LFCR au printemps 2016 dans du
sable des Landes contenu dans un bac d’environ 50 cm × 50 cm × 50 cm. Nous avons pu montrer
de façon préliminaire, mais néanmoins convaincante, que le niveau d’eau dans le bac peut-être
en effet suivi par un monitoring sismique passif. Nous pensons que faire du monitoring passif en
laboratoire peut ouvrir de nombreuses perspectives quant à la compréhension et l’identification
des paramètres majeurs du milieu étudié permettant de suivre l’évolution du niveau hydrique par
corrélation de bruit (sismique).
III.3. Monitoring hydrique 159/173
Figure III.13 : Principaux dépôts sédimentaires Barremien et Aptien du bassin hydrologique de
Fontaine de Vaucluse. La zone d’étude est localisée avec un point rouge sur la carte de France en bas
à gauche de la Figure. Le déploiement prévu des stations sismologiques est indiqué aux trois échelles
d’études : échelle globale 100 km (stations schématisés avec des ⊕
), échelle intermédiaire 10 à 30
km (zones Outlet et Saint-Christol), échelle réduite autour du LSBB (stations sismologiques
sché-matisées avec des cercles pleins). Tiré du projet ALBION2.0, contribution UGA/UPPA. Figure :
C. Voisin (adapté de Massonnat et coll.(2017)).
Dans le document
Couplages entre les champs de vitesse et électromagnétique : applications au noyau terrestre et à la prospection géophysique
(Page 158-161)