géophysique - géologie et géophysique.

géophysique - géologie et géophysique. 1 PRÉSENTATION géophysique, science qui applique les principes physiques à l'étude de la Terre. Les géophysiciens observent les phénomènes physiques et leurs relations avec la Terre. Ces phénomènes englobent le champ magnétique terrestre, le champ de gravité, le flux de chaleur, la propagation des ondes sismiques (séismes). La géophysique comprend aussi l'étude des phénomènes spatiaux qui influencent la Terre, même de manière quasi imperceptible, tels que les effets du Soleil sur le champ magnétique terrestre, les radiations cosmiques ou encore le vent solaire. 2 DOMAINES D'ÉTUDE Trois domaines principaux d'études se dégagent : la géophysique interne (l'étude du globe terrestre), la géophysique externe (par exemple, l'étude de l'ionosphère) et l'étude du cycle de l'eau. 2.1 Physique du globe Embrassant tous les domaines liés à la physique interne de la Terre, la physique du globe comprend l'étude du comportement et des propriétés des matériaux terrestres de la croûte au noyau, l'étude du champ de gravité, du champ magnétique et la sismologie. Le domaine spécialisé de la géodésie consiste à déterminer les formes et les mouvements de la Terre grâce à la localisation précise de points sur sa surface. Grâce à la géodésie satellitaire, on étudie aussi les irrégularités de la vitesse de rotation de la Terre, le géoïde (surface équipotentielle du champ de gravité reflétant la répartition de la matière dans la Terre), l'évolution des grands courants océaniques et des calottes glaciaires, l'aplatissement dynamique de la Terre, les marées terrestres et océaniques. Trois nouvelles techniques pour effectuer des mesures géodésiques, l'interférométrie à très grande base, la télémétrie laser sur satellite et le GPS sont utilisées pour déterminer, à une fraction de centimètre près, la vitesse à laquelle les blocs continentaux se rapprochent ou s'éloignent les uns des autres. Voir tectonique des plaques. 2.2 Magnétisme terrestre Le géomagnétisme comprend l'étude des phénomènes magnétiques internes et externes à la Terre. La génération du champ magnétique interne d'origine profonde est liée aux mouvements des couches fluides et conductrices du noyau externe dans une Terre en rotation. Cet effet est similaire à un effet de dynamo auto-entretenue. Le champ de mouvement et le champ magnétique sont couplés et l'étude de ces phénomènes est l'objet de la magnétohydrodynamique (MHD). L'étude de l'évolution du champ magnétique au cours de l'histoire de la Terre, nommée paléomagnétisme, fournit les premières preuves à la théorie de la tectonique des plaques. 2.3 Gravité et marées La gravité (gravitation) est la force d'attraction exercée par la Terre sur une masse unitaire. Le gradient du potentiel gravitationnel, qui est la force de gravité, est perpendiculaire à la surface de la Terre, ce qui signifie que la force agit dans une direction verticale. Les gravimètres, sont utilisés pour la mesure de la pesanteur au sol. Après avoir corrigé les mesures des effets altimétriques et topographiques, on obtient des cartes d'anomalies de gravité (exprimées en mgals) ou anomalies de Bouguer qui reflètent la répartition hétérogène de la matière à différentes profondeurs sous le site de mesure. La rotation de la Terre dans les champs gravitationnels de la Lune et du Soleil impose des déformations périodiques du globe solide comme de son enveloppe fluide. Les marées en sont le résultat le plus évident. Outre les marées océaniques, on constate également que des « marées « se produisent sur la terre ferme, se traduisant par de légères déformations de la croûte terrestre. Ce phénomène induit des variations périodiques de la gravité locale perturbant de façon périodique les trajectoires des satellites artificiels. 2.4 Sismologie La sismologie est l'étude approfondie de l'activité sismique de la Terre. La compréhension et l'étude de cette activité sont étroitement liées à la découverte des plaques tectoniques et des mouvements qui les caractérisent. De plus, une grande partie de ce que nous savons sur le manteau et le noyau de la Terre provient de l'analyse du trajet des ondes sismiques émises lors d'un séisme. Depuis les années 1970, les géophysiciens ont réalisé des pas de géant dans la compréhension de la lithosphère (croûte et manteau supérieur). L'étude de la lithosphère a bénéficié de l'essor des techniques de sondage échographique, utilisées à l'origine en sismique pour la prospection pétrolière et la recherche de poches de gaz. 2.5 Hydrologie C'est la science qui étudie l'eau présente en surface, sous la terre et dans l'atmosphère. Le cycle hydrologique correspond à la circulation constante des masses d'eau (sol et mer) à travers la biosphère et l'atmosphère par évaporation, évapotranspiration (perte d'eau du sol par évaporation et transpiration des plantes), précipitation et écoulement. 2.6 Volcanologie La volcanologie regroupe l'étude des différents phénomènes éruptifs (éruption avec émission de coulées de lave, explosions, phréato-magmatisme, etc.), l'étude des éruptions passées et dépôts volcaniques, l'étude des phénomènes physiques et chimiques associés aux éruptions (déformations, magnétisme, sismicité, géochimie des gaz). La mesure en continu de ces phénomènes donne des indications sur les reprises d'activité des volcans. On surveille par exemple les variations spatio-temporelles du champ magnétique, la micro-sismicité, le gonflement des flancs du volcan, la distribution des courants électriques dans le sol, les anomalies de température parfois détectées par des thermocouples ou à partir de photographies aériennes à infrarouges, les émanations de gaz de fumerolles et de sources hydrothermales ainsi que la tumescence de dômes de magma. 2.7 Électricité terrestre (ou courants telluriques) Il s'agit des courants électriques statiques ou alternatifs, qui circulent dans le sol, produits par des champs magnétiques, des champs électriques naturels ou artificiels. La résistivité électrique profonde de la Terre est estimée à partir des sondages magnétotelluriques. Les géophysiciens ont déterminé, grâce aux effets de courants induits par les variations géomagnétiques, que la conductivité, en général, augmentait en profondeur dans le manteau (1 à 10 Siemens par mètre dans le manteau inférieur). 2.8 Phénomène atmosphérique La physique de la basse atmosphère, où l'air est assez dense pour être soumis aux lois de la dynamique des fluides, relève du domaine de la météorologie. Ces dernières années, les techniques de télédétection ont commencé à jouer un rôle majeur dans la surveillance d'orages et d'autres phénomènes atmosphériques transitoires, comme l'éclair Les phénomènes de la haute atmosphère constituent le sujet de l'aéronomie et de la physique magnétosphérique. Le champ magnétique de la Terre réagit avec le vent solaire pour former une sorte d'enveloppe, appelée la magnétosphère, qui agit comme un bouclier géant, de plus de 100 000 km d'un bout à l'autre. Quand les particules de haute énergie émises par le Soleil pénètrent cette enveloppe et sont piégées dans les ceintures de radiations de Van Allen, elles engendrent des orages magnétiques ; au contraire, lorsqu'elles rentrent dans l'ionosphère au niveau des zones aurorales, elles génèrent des aurores boréales. 3 ÉTUDES GÉOPHYSIQUES L'exploration géophysique, appelée aussi géophysique appliquée ou prospection géophysique, est menée afin de localiser les réservoirs de pétrole, de gaz naturel, les gisements miniers et les nappes phréatiques ayant une importance économique. D'autres recherches géophysiques, comme la prédiction du comportement des matériaux terrestres (sol ou roches), sont menées en relation avec la construction de routes, chemins de fer, d'immeubles, de tunnels et de centrales nucléaires. L'intitulé de ces études dépend de la propriété mesurée : propriété électrique, magnétique, thermique ou radioactive, propriété de réflexivité ou de densité. À l'origine utilisées pour la recherche de pétrole, de gaz ou de minerais, les études électriques et électromagnétiques permettent d'obtenir des profils de conductivité dans les terrains rencontrés. Mesurées grâce à des outils spéciaux introduits dans des trous forés pour la recherche de pétrole et de gaz, les variations de conductivité fournissent aux géophysiciens des indices à partir desquels ils peuvent estimer la teneur en hydrocarbure des couches géologiques. Les courants continus et alternatifs sont utilisés dans les levés au sol, mais les fréquences radio basses sont employées dans les levés électromagnétiques au sol ou aéroportés. Les campagnes gravimétriques permettent d'obtenir des informations sur les anomalies de densité des roches. Utilisées principalement dans la prospection pétrolière, ces études reposent sur l'emploi d'un appareil appelé gravimètre. Les études gravimétriques sont réalisées au sol, en mer et dans les forages. Dans les levés magnétiques au sol, les variations du champ magnétique de la Terre sont mesurées dans des stations proches les unes des autres. Des levés aéromagnétiques sont aussi réalisés, particulièrement dans la prospection pétrolière. Des appareils appelés magnétomètres, remorqués par des avions ou derrière un bateau de recherche sismique, permettent de détecter les anomalies magnétiques ou de distinguer des structures géologiques qui pourraient être assimilées avec les seules données de la sismique. La mesure du temps de trajet d'une onde sismique est l'une des méthodes géophysiques les plus couramment employées dans ces études. L'exploration sismique est divisée en études de réfraction et de réflexion, selon les caractéristiques du trajet des ondes (trajet essentiellement horizontal ou vertical). Les études de réfraction sismique sont utilisées en ingénierie géophysique, dans la prospection pétrolière et pour localiser les nappes phréatiques ou les gisements enfouis de minéraux aurifères. D'autre part, les études de réflexion sismique détectent les limites entre les différentes formations géologiques. Cette détection aide à cartographier des structures géologiques profondes. L'énergie sismique est mesurée à terre en utilisant des appareils appelés géophones, qui réagissent aux mouvements du sol sous le site de mesure ; elle est mesurée dans l'eau en employant des appareils piézométriques, qui mesurent des variations de pression hydrostatique. Les études géothermiques concernent les variations de température, la production, la conduction et la perte de chaleur de la Terre. La géothermométrie est aussi importante pour les études volcanologiques que pour localiser les ressources d'énergie géothermique. Les études de radioactivité, menées au sol et dans l'air, mesurent la radiation naturelle de la terre. Les compteurs Geiger et de scintillation sont employés pour détecter les minerais d'uranium et pour rechercher les métaux rares, les gisements de potasse et autres matériaux radioactifs. 4 ORGANISATIONS ET PROGRAMMES Les principales organisations géophysiques internationales sont l'Union internationale de géodésie et de géophysique (IUGG), le Conseil international des unions scientifiques (ICSU), la Société astronomique royale, la Société des géophysiciens et l'Organisation météorologique mondiale (WMO). De telles organisations prennent part à la recherche et aux efforts de prospection, ainsi qu'au regroupement et à la publication des résultats de ces recherches. Des programmes de géophysique sont conçus pour collecter, échanger, analyser et synthétiser les données de nombreux sites (observatoires, stations) sur de longues périodes de temps. L'Année internationale de géophysique (AIG, 1957-1958), par exemple, était un programme international qui se concentrait sur l'étude des atmosphères terrestre et solaire. Il a été suivi en 1964-1965 par les Années internationales du soleil (AIS) pour comparer les temps maximum et minimum de l'activité solaire et leurs effets sur le phénomène terrestre. À la même époque, les programmes de géophysique sur la Terre comprenaient l'étude magnétique internationale et le programme du manteau supérieur. La Décennie hydrologique internationale (IHD, 1965-1974) a été lancée par l'Organisation des Nations unies pour l'éducation, la science et la culture (UNESCO) afin de traiter de sujets liés à l'eau nécessaire à l'humanité. L'Expédition internationale dans l'océan Indien (IIOE, 1961-1966) a été l'un des divers programmes géophysiques océanographiques. Les programmes géologiques pour forer en profondeur la croûte terrestre, comme le Programme de forage en eaux profondes achevé en 1983 et, plus tard, le Programme de forage des océans, sont également importants pour les géophysiciens. Le puits le plus profond du monde, qui a déjà atteint plus de 12 000 m de profondeur, est en train d'être foré dans la péninsule de Kola, dans le nord de la Russie. Les données géodésiques fournies par les satellites américains du système de positionnement terrestre Navstar permettent de mesurer les mouvements sismiques et ceux de la tectonique des plaques. La Recherche météorologique mondiale, programme de science atmosphérique en cours, est un système mondial de collecte, de traitement et de diffusion de données qui sert toutes les nations. Le Programme de recherche atmosphérique mondial est un effort de recherche adapté à la prédiction météorologique quantitative. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.