Tâche 6.1 : Méthodes sismiques

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La sismique CRITEX: contexte scientifique et objectifs

Hydrogéophysique

La caractérisation, l’étude et le monitoring de la zone critique (CZ) et des hydrosystèmes reposent principalement sur des données locales voire ponctuelles. Heureusement, l’hydrogéophysique fournit des outils appropriés pour par exemple interpoler les informations entre forages ou pour imager les hétérogénéités de la ZC. L’utilisation combinée de la tomographie de résistivité électrique (ERT) et de l’imagerie sismique en proche surface aide ainsi les hydrogéologues à déterminer les caractéristiques géométriques des hydrosystèmes et à contraindre leurs modèles d’écoulement (séparation des couches aquifères, mise en place des condition aux limites, etc.).

QC, Sapine, 2016

QC, Sapine, 2016

Qu’en est-il des méthodes sismiques?

Le signal sismique est par définition lié aux propriétés mécaniques qui dépendent en partie de la porosité, de la saturation et de la perméabilité. Le comportement des ondes de cisaillement (S-) et de compression (P-) en présence de fluide est partiellement découplé. Le rapport de leurs vitesses de propagation (VP et VS), ou le coefficient de Poisson, permettent donc classiquement l’imagerie des fluides dans les roches. Cette stratégie, bien connue dans diverses applications en géosciences, reste sous-exploitée en géophysique de subsurface… ainsi qu’en hydrogéophysique!

Notre approche

Pourtant, la tomographie de temps d’arrivée des ondes P et l’inversion de dispersion des ondes de surface peuvent être combinées pour produire des sections VP et VS 2D à partir d’une seule acquisition. Au sein de CRITEX, nous avons adapté et testé cette stratégie (voir la liste de référence ci-dessous) sur deux observatoires de la ZC ayant des caractéristiques hydrogéologiques distinctes :un environnement fracturé avec de fortes discontinuités et un hydrosystème stratifié latéralement continu. Sur les deux sites expérimentaux, nous sommes capables d’extraire des variations spatiales du rapport VP / VS, dont l’évolution est fortement associée à la teneur en eau observée localement.

pseudo Poisson's ratio, Orgeval

pseudo Poisson’s ratio, Orgeval

En cours…

Ces premiers résultats sont encourageants. La sismique CRITEX est ainsi impliquée dans des projets nationaux et européens pour développer des moyens d’exploiter la pleine richesse des signaux sismiques pour l’étude hydrogéophysique de la ZC. Au début de son développement, la sismique CRITEX a été principalement déployée sur le bassin expérimental d’Orgeval (RBV) dans le cadre du programme PIREN-Seine et sur le site de Ploemeur de l’observatoire H +. Mais aujourd’hui, notre approche et les équipements associés voyagent…

La sismique CRITEX: l’équipement

CRITEX nous fournit un enregistreur sismique 96 canaux (4 modules Geometrics-GEODE de 24 canaux). Chaque module dispose d’une largeur de bande de 20 kHz (échantillonnage de 8 à 0,02 ms), jusqu’à 65536 échantillons (voir le site web de Geometrics pour les spécifications détaillées des équipements). Les enregistreurs sont livrés avec des flûtes sismiques permettant jusqu’à 1 ou jusqu’à 5 m d’espacement entre géophones. L’équipement comprend 96 géophones 14 Hz à composante verticale et 96 géophones 14Hz à composante horizontale.

La sismique CRITEX : principaux développeurs…

  • Ludovic Bodet (contact principal : rf.cm1597017627pu@te1597017627dob.c1597017627ivodu1597017627l1597017627, Maître de conférences à l’UPMC);
  • Laurent Longuevergne (chercheur au CNRS, Université de Rennes 1);
  • Sylvain Pasquet (thèse de doctorat 2001-2015 à l’UPMC, maintenant Post-Doc à l’Université du Wyoming);
  • Marine Dangeard (thèse de doctorat 2015-2018 à l’UPMC);
  • Solenne Schneider (master de thèse 2017 à l’UPMC – Université de Rennes 1).
  • et d’autres collaborateurs tels que Nicolas Flipo et Agnès Rivière (Mines ParisTech), Roger Guérin, Julien Thiesson et Danièle Valdes-Lao (UPMC), Bruno Cheviron (IRSTEA), Marie Kuessner et Julien Bouchez (IPGP), Konstantinos Chalikakis (Avignon), Paolo Bergamo (ETH Zurich) et beaucoup d’autres que nous avons peut-être oublié de mentionner ici !
Source, Ploemeur, 2012

Source, Ploemeur, 2012

La sismique CRITEX : outils associés

Au cours de sa thèse de doctorat, Sylvain Pasquet a développé une toolbox basée sur Matlab appelée SWIP qui, entre autres caractéristiques, permet d’appliquer notre approche sur la ZC avec des données sismiques classiques. N’hésitez pas à télécharger et à tester le code: https://github.com/SWIPdev/SWIP/releases

Le package est livré avec un manuel d’installation détaillé, des instructions et un exemple de jeu de données. Un tutoriel a été soumis à Geophysics. En attendant sa parution, n’hésitez pas à nous contacter !

Pasquet, S., Bodet, L., 2017. SWIP: an integrated workflow for surface-wave dispersion inversion and profiling. GEOPHYSICS, 82(6), WB47-WB61. https://doi.org/10.1190/geo2016-0625.1

Pasquet, S., Bodet, L., 2016. Integrated workflow for surface-wave dispersion inversion and profiling. In: Near Surface Geoscience 2016 – 22nd European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics. EAGE, Barcelona, Spain (extended abstract, poster).

Publications

Pasquet, S., Bodet, L., 2017. SWIP: an integrated workflow for surface-wave dispersion inversion and profiling. GEOPHYSICS, 82(6), WB47-WB61.

Pasquet, S., Bodet, L., Bergamo, P., Guérin, R., Martin, R., Mourgues, R., Tournat, V., 2016. Small-scale seismic monitoring of varying water levels in granular media. Vadose Zone Journal, 15(7).

Pasquet, S., Bodet, L., Longuevergne, L., Dhemaied, A., Camerlynck, C., Rejiba, F., Guérin, R., 2015. 2D characterization of near-surface Vp/Vs: surface-wave profiling versus refraction tomography. Near Surface Geophysics, 13(4), 315-331.

Pasquet, S., Bodet, L., Dhemaied, A., Mouhri, A., Vitale, Q., Rejiba, F., Flipo, N., Guérin, R., 2015. Detecting different water table levels in a shallow aquifer with combined P-, surface and SH-wave surveys: insights from Vp/Vs or Poisson’s ratios. Journal of Applied Geophysics, 113, 38-50.

Communications

Bodet, L., Dangeard, M., Pasquet, S., Guérin, R., Jougnot, D., Longuevergne, L., Rivière, A., and J. Thiesson, 2015. Towards water content monitoring in the vadose zone from active seismic. In: EGU General Assembly 2017, Vienna, Austria (PICO).

Dangeard, M., Pasquet, S., Bodet, L., Guérin, R., Longuevergne, L., Thiesson, J., 2016. Temporal variations observed in near-surface seismic data at the Ploemeur hydrogeological observatory. In: 43rd IAH International Congress. IAH, Montpellier, France (poster).

Dangeard, M., Pasquet, S., Bodet, L., Guérin, R., Longuevergne, L., Thiesson, J., 2016. Temporal variations of near-surface seismic data at the Ploemeur (France) hydrogeological observatory. In: Near Surface Geoscience 2016 – 22nd European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics. EAGE, Barcelona, Spain (extended abstract, poster).

Rivière, A., Flipo, N., Mouhri, A., Ansart, P., Baudin, A., Berrhouma, A., Bodet, L., Cocher, E., Cucchi, K., Durand, V., Flageul, S., de Fouquet, C., Goblet, P., Hovhannissian, G., Jost, A., Pasquet, S., Rejiba, F., Rubin, Y., Tallec, G., Mouchel, J.M., 2016. Spatio-temporal surface-subsurface water exchanges: from the local to the watershed scale. In EGU general assembly 2016, Vienna, Austria (talk).

Pasquet, S., Guérin, R., Barhoum, S., Audebert, M., Bodet, L., Dangeard, M., Gombert, P., Valdès-Lao, D., Vitale, Q., 2016. Geophysical characterization of the vadose zone above an abandoned underground quarry of Chalk. In: 29th Symposium on the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems, EEGS, Denver, USA (talk).

Bodet, L., Pasquet, S., Bergamo, P., Martin, R., Mourgues, R., Tournat, V., 2015. Experimental illustrations of seismic-wave properties of interest for hydrogeological studies. In: AGU Fall Meeting. AGU, San Francisco, USA (invited presentation).

Pasquet, S., Bodet, L., Chalikakis, K., Flipo, N., Longuevergne, L., Guérin, R., 2015. Encouraging the use of seismic methods for the hydrogeophysical characterization of the critical zone. In: AGU Fall Meeting. AGU, San Francisco, USA (poster).

Pasquet, S., Bodet, L., Bergamo, P., Camerlynck, C., Dhemaied, A., Flipo, N., Guérin, R., Longuevergne, L., Mouhri, A., Mourgues, R., Rejiba, F., Tournat, V., Vitale, Q., 2015. Contribution of seismic methods to hydrogeophysics. In: Near Surface Geoscience 2015 – 21th European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics. EAGE, Turin, Italy (extended abstract, poster).

Pasquet, S., Bodet, L., Guérin, R., 2015. Contribution of seismic methods to hydrogeophysics: recent advances within CRITEX. In: 20th International Association of Hydrogeologists French Chapter Technical days. “Hard-Rock Aquifers: the up to date concepts and the practical applications”. CFH-AIH, La Roche-sur-Yon, France (extended abstract, poster).

Pasquet, S., Bodet, L., Dhemaied, A., Flipo, N., Guérin, R., Mouhri, A., Rejiba, F., Vitale, Q., 2013. Seismic velocities to characterize the soil-aquifer continuum on the Orgeval experimental basin (France). In: AGU Fall Meeting. AGU, San Francisco, USA (poster).

Pasquet, S., Bodet, L., Dhemaied, A., Guérin, R., Longuevergne, L., Rejiba, F., 2013. Seismic surface-wave dispersion profiling versus shear-wave refraction tomography on a granite-micaschists contact at Plœmeur hydrological observatory (France). In: AGU Fall Meeting. AGU, San Francisco, USA (poster).

Pasquet, S., Bodet, L., Longuevergne, L., Dhemaied, A., Rejiba, F., Camerlynck, C., Guérin, R., 2012. Surface-wave dispersion stacking on a granite-micaschists contact at Ploemeur hydrological observatory, France. In: Near Surface Geoscience 2012 – 18th European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics. EAGE, Paris, France (extended abstract, talk).

Responsable du WP : Ludovic Bodet

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