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Géosciences Rennes
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Présentation de l’équipe Imagerie géophysique des systèmes complexes

Personnel :

Responsable de l’équipe : F. Nicollin (MC UR1, 100%)

Chercheurs : Y. Le Gonidec (CR CNRS, 100%), D. Gibert (Physicien CNAP, 100%), J. de BREMOND d’ARS (CR CNRS, 100%)

Ingénieur : B. Kergosien (AI CNRS, 75%)

Mots clés :

Développement méthodologique et instrumental, imagerie acoustique, tomographie électrique, tomographie par détection de muons, problème inverse, interfaces granulaires et rugueuses, hétérogénéités, anisotropie

Thèmes de recherche

Les recherches menées dans l’équipe portent sur le développement de méthodes physiques, principalement acoustiques et électriques et plus récemment par détection de muons, dédiées àl’auscultation de milieux géologiques fortement hétérogènes et évoluant dans le temps. Les objectifs visés sont l’exploitation de nouveaux observables, la modélisation des processus physiques, la mise au point d’algorithmes d’inversion et la conception de prototypes expérimentaux permettant de valider les méthodes. Un aller-retour permanent est assuré entre les travaux théoriques et les études expérimentales effectuées en laboratoire et sur le terrain. Les milieux naturels étudiés relèvent des domaines de la volcanologie (imagerie de systèmes hydrothermaux), de la géomécanique (suivi de l’endommagement de parois de galeries) et de la géoacoustique sous-marine (caractérisation des fonds sédimentaires).

• Imagerie acoustique

Des études théoriques s’appuyant sur des expérimentations en cuve acoustique sont menées pour une meilleure compréhension des processus physiques induits par la complexité de milieux fortement hétérogènes : milieux granulaires de mélanges contrôlés de billes de verre, surfaces rugueuses granulaires ou naturelles, particules en suspension dans un fluide. Par des développements méthodologiques d’imagerie quantitative multi-échelle, nous nous intéressons aux propriétés physiques en terme de milieux effectifs. Nous nous attachons également àdistinguer les effets dà»s aux hétérogénéités présentes dans le volume de ceux liés àla topographie des interfaces. Les principales applications que nous faisons de ces méthodes multi-échelles aux milieux naturels concernent le suivi spatio-temporel de l’endommagement d’un massif rocheux lié au creusement de galeries dans le laboratoire souterrain du Mont Terri en Suisse. Dans le domaine des géosciences marines, nous développons un outil adapté aux mesures de charge de fonds en rivière. Enfin, nous élaborons un prototype de mesures acoustiques pour caractériser les bulles de gaz qui remontent dans un gouffre de la Soufrière de Guadeloupe, afin de contribuer àl’établissement du bilan énergétique du volcan.

Le laboratoire d'acoustique à Rennes

• Tomographie électrique

Après avoir réalisé de nombreuses mesures de tomographie électrique sur la Soufrière de Guadeloupe entre 2002 et 2007, nos efforts se portent actuellement sur la modélisation 3D basée sur l’adaptation et l’utilisation du logiciel EIDORS (Electrical Impedance Tomography and Diffuse Optical Tomography Reconstruction Software) développé pour l’imagerie médicale. Dans le laboratoire souterrain du Mont Terri, nous avons installé des réseaux temporaires et des réseaux permanents pour réaliser depuis 2004 des mesures répétées de tomographie électrique. Ces réseaux comptent plusieurs centaines d’électrodes, placées sur la paroi de la galerie et en forages. Nous avons ainsi pu suivre l’endommagement lié àl’excavation des galeries, àdes échelles temporelles allant de l’heure àquelques jours (expérience EZ-G08 en 2008), et du mois àplusieurs années (expérience EZ-G04 entre 2004 et 2007). Une étude spécifique a en outre été menée en zone EZ-G08 pour caractériser l’anisotropie électrique de la zone endommagée. Nous développons aussi un système multi-voies de mesure de l’impédance complexe, enregistrant le potentiel électrique généré par injection d’un courant alternatif, afin de déterminer non seulement la résistance électrique du milieu mais également ses paramètres capacitifs.

Le laboratoire souterrain du Mont Terri (Suisse)

• Tomographie par détection de muons

Ce thème constitue la part de nos activités que nous avons engagée le plus récemment, en 2008. Dans le cadre du projet Diaphane, un réseau de collaborations IPG Paris – Géosciences Rennes – Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL) s’est mis en place, et des financements complémentaires ont été obtenus via l’ANR et le consortium du Mont Terri. Une collaboration avec l’Observatoire Volcanologique de l’Etna (Catane) a également été mise en place. Trois télescopes ont été construits àRennes et sont actuellement en opération, l’un dans le laboratoire souterrain du Mont Terri, le deuxième sur l’Etna et le troisième sur la Soufrière de Guadeloupe. Trois autres télescopes vont être construits àGéosciences Rennes afin de constituer un parc de 6 télescopes destinés àdes campagnes de mesures sur différents volcans.

Le gouffre Tarissan, Soufrière de Guadeloupe

Financement des projets

• GdR CNRS/ANDRA ForPro I (2000-2007) et ForPro II (2008-2011),

• projet intégré NF-PRO du VIème PCRD (2004-2007),

• ACI INSU « Risques Naturels et Changement Climatique  » (2004-2006),

• ANR programme « Catastrophes Telluriques et Tsunami  » (2007-2009),

• ANR programme « Risques Naturels : Compréhension et Maîtrise  » (2009-2011),

• Programme interdisciplinaire du CNRS « Particules et Univers 2009  » (2009-2010).

Collaborations

• collaborations internes àGéosciences Rennes : équipe « Ã‰rosion et dynamique fluviatile  » (A. Crave, D. Lague), équipe « Dynamique des bassins  » (J. N. Proust),

• collaborations externes : IPG Paris, ENS Géologie Paris, Ifremer, Géosciences Azur, Institut de Recherche Mathématiques de Rennes, LGIT Grenoble, Institut de Physique Nucléaire de Lyon, Geotechnisches Institute AG (Suisse), Swisstopo (Suisse).