Academic literature on the topic 'Gravimétrie (géophysique)'

Nous abordons le problème de la place requise pour l'intrusion des magmas granitiques dans la croûte par l'usage combiné des techniques de la gravimétrie (forme en 3-D des plutons, profondeur de leur plancher) et de l'anisotropie de la susceptibilité magnétique (ASM) des roches (structures magnétiques). Ces structures sont coaxiales des structures magmatiques elles-mêmes obtenues par analyse d'image de l'orientation préférentielle de forme (OPF) des minéraux. Les zones de plus fort approfondissement du plancher, corrélées avec des linéations à fort plongement et des facies pétrographiques évolués, sont interprétées comme étant des zones de racine. Trois plutons granitiques hercyniens ont été étudiés : (i) le pluton d'Aya (Pyrénées basques) allonge NE-SW a une forme en entonnoir (3,5 km de profondeur maximum) de section ovale allongée en E-W, évasée vers le SW et le NE. Les linéations magnétiques forment en plan un sigmoïde suggérant une fin de mise en place en régime de décrochement dextre e-w ; (ii) le pluton du Sidobre (Massif Central français) a une forme de sill, enraciné au SW (< 3 km), et découpé par des failles normales d'azimut N120°. L'organisation des structures magmatiques et la forme du plancher, suggèrent une mise en place synchrone d'une extension NNE-SSW ; et enfin (iii) le pluton de Mont Louis - Andorre (Pyrénées Orientales) est peu épais (2 a 3 km) à l'est de la faille d'Envalira, et profond (8 a 10 km) a l'ouest. Ceci confirme les interprétations géologiques précédentes qui proposent une mise en place synchrone d'un décrochement NE-SW. Deux principaux types de forme sont définis : les plutons plats ( 3 km de profondeur) s'étendent largement (50 km maximum) dans toutes les directions horizontales, et ont plusieurs racines. Ils ont des formes en sill, et se mettent en place en domaine extensif dans la croûte supérieure. Ils contrastent avec les plutons en coin (10 km de profondeur) qui s'étendent le long d'une direction principale avec une ou deux racines. Les sections transversales ont une forme en V. Ces plutons correspondent au remplissage de volumes dilatants de la croûte fragile crées au cours de déformations régionales transcurrentes. Cette dichotomie des formes des granites est expliquée par un modèle de mise en place interactif entre la pression du magma et les contraintes régionales et locales.

Le lien entre forme de la Terre et contraintes est étudié sans hypothèse rhéologique à priori. Le potentiel externe de gravité est exprimé au deuxième ordre en fonction des variations latérales de densité sur les équipotentielles et de l'altitudes des interfaces. Ces variations latérales sont reliées aux composantes du tenseur des contraintes grâce à l'équation d'équilibre. On en déduit l'expression générale du potentiel en fonction des contraintes. L'importance du deuxième ordre pour le calcul de ce potentiel a été mise en évidence. L'inversion des données de géopotentiel et de topographies est effectuée jusqu'au degré 360 en minimisant le déviateur des contraintes, ou, plus exactement, la différence entre contraintes quasi verticale et quasi horizontale. L'épaisseur de croûte, quantité la mieux déterminée, est en général plus importante sous les reliefs où l'état tectonique est une compression verticale. Les compilations de profondeur sismique du Moho corroborent nos résultats. Cette méthodologie est appliquée à la lune jusqu'au degré 70. Les anomalies de masses positives sous les grands bassins sont clairement visibles jusqu'à grande profondeur. Le calcul des fréquences propres d'une Terre latéralement hétérogène est étendu afin de tenir compte du déviateur des contraintes. Sous l'hypothèse transversalement isotrope les observables sont exprimés en fonction des variations latérales des coefficients élastiques sur les équipotentielles, du déviateur de contraintes et de l'altitude des surfaces de contraintes. L'inversion des données correspondantes permet d'avoir accès aux premiers degrés pairs des variations latéerales des paramètres mécaniques de la Terre

On développe principalement les principes fondamentaux de l'endoscopie microgravimétrie (EMG) qui consiste à comparer directement les mesures brutes au champ de pesanteur dû à un modèle en faisant intervenir les anomalies de Bouguer et diverses techniques mathématiques d'inversion. On montre l'application de l'EMG à la mesure des masses volumiques dans les zones à fort relief et dans les ouvrages souterrains (pyramide de Kheops, tunnel hydroélectrique dans les Alpes et prospection à Bastia)

Dans le massif central, le sud limousin est constitué de quatre unités tectoniques structurées d'w en e par le décrochement d'estivaux, l'antiforme de Tulle et la faille d'Argentat. Au devonien moyen, l'unité supérieure des gneiss est charriée du ne vers le sw sur l'unité inférieure des gneiss. Au devonien terminal, un deuxième épisode tangentiel provoque le charriage du se vers le nw de l'usg et l'uig reunies, sur le para-autochtone, et la mise en place de l'unité de thiviers sur ces unités gneissiques. Cette structuration s'inscrit dans un modèle d'évolution polycyclique du Massif Central. Au tournaisien la tectonique décrochante est responsable du décrochement senestre d'estivaux. L'important magmatisme granitique de cette période induit la mise en place des plutons d'estivaux, et du coeur de l'antiforme de Tulle. Dans le Sud Limousin, l'extension d'age viséen est materialisée par la faille ductile normale-dextre d'Argentat dont le jeu est contemporain de la mise en place des granites du Millevaches. Le jeu ductile de la faille et la mise en place des granites, s'accompagnent de paragénèse de ht/mp puis mt/bp et enfin bt/bp, traduisant un chemin pt rétrograde, caracteristique de l'extension crustale. Au stéphanien le jeu fragile de la faille d'Argentat est responsable de la circulation de fluides minéralisateurs en arsenic et en or. La caracterisation géometrique des mégastructures et des granitoides, ainsi que l'interprétation de données géophysiques et géochimiques nous a permis de construire un modèle 3d du paléochamp hydrothermal le long de la faille d'Argentat. Le granite d'estivaux souligne le décrochement senestre. Les granites de chanteix, s#t#e Fortunade et Albussac sont localisées au coeur de l'antiforme de Tulle. Enfin, granites du Millevaches jalonnent la faille d'Argentat. Ces derniers n'ont été étudiés que succinctement, mais le granite de chambles, à l'ouest de St Etienne, donne une bonne image d'un pluton a proximité d'une faille normale. L'étude pétrostructurale de ces massifs montre qu'il s'agit de plutons syntectoniques. La pétrofabrique des axes <c> du quartz et l'analyse des dislocations par met permettent de caracteriser les mécanismes de la déformation du quartz. L'étude structurale, et l'interprétation des données gravimétriques permet de définir des modèles de mise en place.

Les techniques actuelles de mesure de pesanteur, depuis les observations spatiales jusqu’aux mesures ponctuelles en surface, couvrent un large spectre de longueurs d’onde du champ de gravité terrestre. Ces données acquises permettent non seulement la réalisation de modèles de géoïde, mais aussi une meilleure compréhension des transferts de masse affectant la Terre. Cependant, les couvertures spatiale et spectrale des mesures gravimétriques ne sont pas homogènes et certaines régions difficiles d’accès sont quasiment vierges de toute mesure. De plus, la gamme des longueurs d’onde intermédiaires (10/100 km) est mal couverte par ces techniques. La gravimétrie mobile apparaît donc comme la technique complémentaire capable de pallier les insuffisances des techniques gravimétriques actuelles. C’est dans l’objectif de développer un tel système autonome que ce travail a été entrepris. Le système «Limo-G» (LIght MOving Gravimetry system) est un gravimètre vectoriel absolu, composé de trois accéléromètres et d’un système GPS à quatre antennes, embarquable dans toutes sortes de véhicule, fiable, ergonomique et peu onéreux. Un travail métrologique effectué au laboratoire et sur le terrain a permis de concevoir et de tester une méthode d’étalonnage de l’instrument. Puis, un traitement conjoint des données accélérométriques et des données GPS a été développé et testé à partir de simulations issues de données réelles acquises lors d’un levé marin. Les résultats de ces simulations indiquent que les performances du système Limo-G permettent de mesurer la pesanteur au milligal. Les améliorations nécessaires pour accroître la précision ont aussi été mises en évidence et validées par simulation<br>Actual measurement techniques of the gravity field, from space to surface observations, cover a wide range of spatial resolutions of the Earth gravity field. Those data are not only used to determine high resolution geoid models, but also help to understand mass transfers inside the Earth. Nevertheless, spatial and spectral extends of gravity measurements are not homogeneous on Earth’s surface and for some isolated areas, measurements are missing. Furthermore, the intermediary spatial resolutions (10/100 km) are still badly covered by the terrestrial and space gravimetry. The mobile gravimetry from a terrestrial vehicle, a boat or a plane, appears to be the complementary technique to compensate for the lack of current gravimetry techniques. The primary objective of this work is the development of an autonomous mobile gravimetry system. The « Limo-G » (LIght MOving Gravimetry) system is an absolute vector gravimeter, consisted of three accelerometers and a GPS system with four antennas. It can be loaded on every kind of vehicles, is reliable, ergonomic and quite cheap. Metrologic surveys have been done in laboratory and on field to design and to test a calibration method of the instrument. Then, an original treatment method combining accelerometers and GPS data has been developed and tested from synthetic data based on real data acquired from an experimental survey at sea. The results of those simulations indicate that the Limo-G system reaches the milligals accuracy. The appropriate changes needed of the system to improve the accuracy of the gravity estimations have been underlined and validated using synthetic data

L’étude des variations temporelles de pesanteur suscite un intérêt croissant en raison de l’amélioration de la précision des gravimètres et des ses nombreuses applications en géosciences. L’exploitation de cette méthode dans le domaine des études tectoniques, en particulier des processus d’orogenèse, trouve sa justification dans les transferts de masses et les déformations qui caractérisent la formation des chaînes de montagnes. Nous nous sommes intéressés aux variations temporelles de pesanteur qui existent à Taïwan, à partir de mesures de gravimétrie absolue et relative dans le sud de cette île. L’orogenèse taïwanaise, entretenue par la convergence rapide de la plaque de la mer des Philippines vers la plaque Eurasie, est en effet le siège de nombreux transferts de masses et de déformations importantes. Après avoir détaillé l’acquisition et le traitement des mesures gravimétriques que nous utilisons, nous constatons l’existence de variations temporelles significatives de la pesanteur à Taïwan, atteignant parfois plusieurs dizaines de microgals (un microgal vaut un cent-millionième de mètre par seconde carré). Nous considérons que trois phénomènes sont responsables de l’essentiel des variations de pesanteur mesurées : les mouvements verticaux du sol, l’hydrologie locale et les forts taux de sédimentation et d’érosion qui surviennent `a la suite de typhons. Leur séparation se fait à l’aide de données complémentaires issues d’autres méthodes (GPS, pluviométrie, observations de terrain). Nous montrons l’influence des mouvements verticaux du sol sur nos mesures, dans l’est et l’ouest de l’île, mais sans pouvoir conclure sur les redistributions de masses profondes qui les accompagnent, du fait de séries temporelles encore trop courtes. Nous relevons également l’utilité des mesures de pluviométrie pour expliquer les variations de pesanteur observées. Cependant leur valorisation rigoureuse dans l’étude du signal gravimétrique nécessite plus d’une campagne par an. Enfin nous identifions les transferts de masses, par érosion ou sédimentation, qui surviennent dans la chaîne centrale de Taïwan lors du passage de typhons. Nous estimons les auteurs de matériaux déposés ou érodés et proposons des améliorations d’acquisition pour mieux quantifier les volumes mobilisés<br>The rising interest in the study of temporal gravity changes is due to the improvements of gravimeters and to its usefulness in Earth sciences. Tectonic processes, especially mountain building, imply deformations and mass transfers. Consequently, this should lead to temporal gravity changes. Here we study the case of Taiwan mountain building, using both absolute and relative gravity data acquired in the south of this island. This study is motivated by the vigorous mass transfers and deformations which take place in Taiwan, as a result of the fast convergence of the Philippine sea plate toward the Eurasian plate. Once the acquisition and the processing of our gravity data has been performed, we observe significant gravity changes between surveys, up to tens of microgals (one microgal is one hundred-millionth of meter per second square). We suggest that three main processes are responsible for these gravity changes: vertical movements of the ground, local hydrology and the high erosion and sedimentation rates induced by typhoons. The separation of these effects is done jointly with the use of complementary data (GPS time series, rainfall measures, field observation). We especially show the influence of ground vertical movements on gravity changes in the east and in the west of Taiwan. Yet we do not get the mass transfer information, theoretically associated to this signal, because of the youth of our gravity time series. We also note how useful are the rainfall data to explain gravity changes at the first order. More frequent gravity measures are however needed to clearly demonstrate their benefits. To finish, we observe and quantify surface mass transfers which occur with landslides and debris flows, both triggered by typhoons. This is mainly observed in the central range of Taiwan and we suggest improvements to better quantify volumes of moved rocks

Nous proposons un nouveau processus d'inversion conjointe qui prend en compte trois paramètres différents et qui mène à l'obtention d'un modèle lithosphérique tridimensionnel. Notre méthode utilise trois types de données gravimétriques et sismologiques qui présentent une bonne complémentarité : les fonctions récepteur P, les délais de temps d'arrivées P des téléséismes et les anomalies gravimétriques. Nous avons opté pour l'algorithme de voisinage qui présente l'avantage de concentrer sa recherche dans les régions qui minimisent l'écart aux données sans toutefois abandonner les autres régions afin de limiter les risques de convergence vers un minimum local. Nous avons réalisé plusieurs tests synthétiques afin d'évaluer le comportement de notre méthode. Ils ont permis de montrer que les variations du Moho ainsi que les anomalies de vitesse et densité sont bien retrouvées. Ils ont également montré l'importance de la prise en compte de ces trois types de données dans un même schéma d'inversion. Enfin, la méthode a été appliquée à une région continentale en phase de rifting où les processus de déformation sont complexes et mal connus. Notre nouvelle méthode a apporté davantage de contraintes sur les paramètres inversés et a permis d'obtenir un modèle correctement résolu de la croûte et du manteau supérieur sous le dôme de Hangai (Mongolie Centrale). Une anomalie asthénosphérique sous le dôme est souvent invoquée pour expliquer sa topographie élevée mais c'est une anomalie crustale qui s'exprime dans nos modèles. Ses effets sur la topographie et son origine sont encore débattus et nécessiteraient des études plus poussées.

Cette thèse a pour objet l'étude de quatre marges continentales passives non-volcaniques de l'océan atlantique nord. L’intérêt de ce travail est d'établir la structure crustale de marges conjuguées deux à deux. Ceci permet de reconstituer la structure du rift continental au moment de la formation de la première croute océanique. La structure crustale profonde de ces marges est déterminée a l'aide de diverses données géophysiques telles que les données de sismique réflexion profonde, gravimétriques et magnétiques. Le premier chapitre consiste en une présentation générale du sujet, des régions étudiées, des données et de leurs méthodes de traitement. Les chapitres suivants sont consacres à l'étude particulière des marges, a savoir la marge de l'éperon de Goban, la marge de la Galice et les marges nord-est et sud-est du bonnet flamand. Enfin, le dernier chapitre permet de proposer une synthèse en comparant les marges conjuguées. Les marges de l'éperon de Goban et du nord-est du bonnet flamand présentent une bonne symétrie et le rift entier semble avoir été forme par étirement pur. Par contre, les marges de la Galice et du sud-est du bonnet flamand ne sont pas symétriques et les profils de sismique réflexion indiquent la présence de réflexions au sein de la croute relativement continue. Celles-ci sont interprétées comme la trace d'une faille de détachement intracrustale le long de laquelle du cisaillement simple a du avoir lieu dans la partie supérieure de la croute continentale au moment de la formation de ces marges

Dans la première partie de ce travail de thèse, on a étudié les causes d'anomalie de pesanteur, et plusieurs causes de bruit afin d'en tirer des conclusions sur la faisabilité de certaines applications industrielles qui impliqueraient notamment l'utilisation de gravimètres ou de gradiomètres embarqués. On envisage en particulier la possibilité de constituer un système de prévention des collisions pour la navigation sous-marine, d'utiliser un gravimètre pour détecter des cavités enfouies ou encore d'observer l'anomalie de pesanteur créée par le passage d'une vague de tsunami d'une part, et d'autre part on cherche autant que possible à quantifier en spectre de puissance les bruits classiques rencontrés en gravimétrie embarquée, ainsi que le bruit gravitationnel causé par les vagues. Dans la seconde partie, on décrit la réalisation d'un gravimètre à ondes de matière, qui aura la particularité d'utiliser des atomes piégés au voisinage d'une puce en carbure de silicium. Le développement des gravimètres à ondes de matière est en effet extrêmement prometteur en terme d'exactitude de mesure du champ de pesanteur, mais le principe de réalisation utilisé jusqu'à maintenant implique que la sensibilité limite de l'instrument est proportionnelle à sa taille. D'un autre côté depuis une dizaine d'années des puces constituées de fils conducteurs déposés sur un substrat en silicium ont été développées pour le piégeage et le refroidissement d'atomes. L'utilisation d'une puce à atomes devra permettre de démontrer la possibilité de mesurer le champ de pesanteur avec une sensibilité indépendante de la taille de l'instrument, ce qui mènera à la réalisation d'un gravimètre à atomes froids compact, donc potentiellement utilisable dans un véhicule. Le défi de ce démonstrateur est d'effectuer pour la première fois la séparation spatiale cohérente d'un nuage d'atomes sur une puce atomique, à des fins de métrologie

La dynamique et la structure interne de la Terre sont mal contraintes en profondeur, car les signaux induits en surface, de faible amplitude et basse fréquence, atteignent le seuil de détection des sismomètres. La gravimétrie devient un outil privilégié d'investigation de la Terre profonde aux longues périodes. Les variations temporelles de la gravité sont enregistrées en permanence par des gravimètres relatifs cryogéniques. Nous étudions les niveaux de bruit de ces stations sur un large spectre de fréquences allant des modes propres sismiques longue période jusqu'aux marées. Nous montrons que les gravimètres supraconducteurs apportent une contribution unique à l'étude des modes de vibration les plus graves qui échantillonnent la Terre de la surface jusqu'au noyau. Nous mettons en avant (1) l'éclatement dû à la rotation et à l'ellipticité du mode propre 0S2 en cinq singlets, (2) la première observation du mode sismique 2S1, après le séisme du Pérou du 23 juin 2001 de magnitude 8. 4. Nous nous consacrons à la recherche du mode propre de translation de la graine 1S1 qui n'a jamais été observé sans ambiguïté. Sa détection est primordiale car elle permettrait de contraindre le saut de densité à l'interface graine - noyau liquide, ainsi que la viscosité à cette interface et la stratification du noyau fluide. Pour cela nous développons des méthodes de sommation, de détection automatique des signaux et une famille d'ondelettes<br>The Earth's dynamics and interior structure are badly constrained, particularly in the deep interior, because the surface induced signals are of weak amplitude and low frequency and reach the detection level of seismometers. Gravimetry is then a privileged tool to investigate the Earth's interior at these long periods. Time varying gravity is permanently recorded at the surface by a worldwide network of cryogenic relative gravimeters. We study the noise levels of all these gravimetric stations over a wide frequency range, from the long period seismic normal modes to the tides. We show that superconducting gravimeters can uniquely contribute to the study of the low frequency Earth's vibrations, which sample the Earth from the surface to the core. We highlight (1) the splitting due to rotation and ellipticity of the 0S2 normal mode into five singlets, (2) the first observation of the 2S1 seismic mode, after the 2001, June 23rd Peru earthquake with a magnitude 8. 4. We search for the normal mode of translation of the inner core, which has never been clearly observed. Its detection is essential as it would constrain the density jump at the inner core boundary, probably also the viscosity and the outer core stratification. For that purpose, we develop some stacking, automatic detection of signals methods and a wavelet representation