Ils auscultent les montagnes

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octobre 2009
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Florence Nicollin (à gauche) et un collègue préparent une antenne acoustique pour son introduction dans un des forages de 6 cm de diamètre et 8 m de long creusés horizontalement au fond de la galerie, dans le laboratoire souterrain du Mont Terri, en Suisse.

Avec les ondes acoustiques, les géologues scrutent l’intérieur des montagnes. Pour suivre la formation de fissures.

Comme les dauphins et les chauves-souris les utilisent pour voir et communiquer, les médecins pour réaliser des échographies, les géophysiciens se servent des ultrasons, des ondes acoustiques comprises entre 25 et 100 kHz... pour ausculter les montagnes !

Des roches qui cicatrisent

Dans le laboratoire d’imagerie géophysique du département Géosciences, à Rennes, ils étudient l’endommagement de milieux complexes (roches hétérogènes, milieux granulaires) lié au creusement de galeries. Comment va réagir la roche ? Où vont apparaître les fissures et dans quelle direction vont-elles se propager ? Se résorbent-elles ? « Des roches comme les argilites arrivent à cicatriser ! », assure Florence Nicollin, responsable de l’équipe. Pour suivre ces évolutions, les chercheurs mesurent la vitesse et l’amplitude des ondes qui se propagent dans les parois de galeries fraîchement creusées. « Classiquement, les ondes sont réfléchies ou subissent des diffusions multiples dues à l’hétérogénéité de la roche. Mais des ondes très énergétiques arrivent à “fermer” les fissures au moment de leur passage, précise Florence Nicollin. On appelle cela des effets non linéaires. »

Du laboratoire au terrain

Au laboratoire, les expériences commencent dans une cuve acoustique de 5 m3 d’eau. Car les ondes acoustiques ne se propagent pas dans le vide. « Nous fabriquons nous-mêmes nos émetteurs et nos antennes car le matériel du commerce n’est pas forcément adapté à nos conditions de travail, explique Bruno Kergosien, l’ingénieur du laboratoire. Nous les testons ici avant de les emporter sur le terrain. » Les dernières antennes fabriquées sont des grands tubes qui ont été introduits dans des forages de six centimètres de diamètre sur huit mètres de long. Et, lors de la dernière expérience, il a fallu trouver une astuce pour assurer un couplage liquide entre l’émetteur et la roche dans des forages horizontaux.

Dans les montagnes en Suisse

Le travail est minutieux car les ondes ne pénètrent dans la roche que sur quelques mètres. Au final, l’image obtenue est très précise, avec une résolution de l’ordre du centimètre. Ces études peuvent trouver des applications dans le génie civil, le stockage des déchets radioactifs. Le laboratoire souterrain du Mont Terri, en Suisse, dans lequel les chercheurs rennais se rendent régulièrement, est d’ailleurs un consortium international dont un partenaire français est l’Andra, l’Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs. « En Bretagne, ils peuvent aussi intéresser nos collègues hydrogéologues qui étudient les milieux fracturés », souligne Yves Le Gonidec, géophysicien. 

Les bulles de la Soufrière

Les chercheurs de Géosciences vont emporter leur matériel d’acoustique sur la Soufrière, en Guadeloupe, pour compter des bulles de gaz dans un lac d’acide au fond d’un gouffre du volcan ! Ces bulles sont produites dans la chambre magmatique et remontent à travers un conduit volcanique. « Les quantifier permettra de faire un bilan énergétique du volcan », précise Florence Nicollin. Des tests méthodologiques et de matériel ont été réalisés au laboratoire, avec des bulles d’air comprimé de quelques millimètres de diamètre propulsées dans la cuve acoustique. Dans le volcan, elles mesurent plusieurs centimètres ! La première mission aura lieu à la fin de l’année et les expériences devraient se poursuivre courant 2010.

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Nathalie Blanc

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