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Blog de la Mission Sismaoré

Principe de la sismique



On peut comparer la sismique à une échographie géante. Quand une future maman va faire une échographie chez le médecin, celui-ci applique une sonde qui envoie des ondes. Pour faciliter la pénétration des ondes un gel est appliqué. L’échographie médicale utilise des ondes dont les fréquences sont comprises entre 2 000 000 Hz (=2MHz) et 10 000 000 Hz (=10MHz).
Ces ondes ultrasonores pénètrent à l’intérieur du corps de la future maman et se réfléchissent sur les différentes discontinuités rencontrées. En connaissant la vitesse de propagation des ondes et en enregistrant le temps d’arrivé au récepteur de ces ondes, il est possible de connaitre les distances des discontinuités rencontrés lors du trajet des ondes. Ainsi l’échographie du futur bébé n’est pas une photographie mais bien le résultat d’une acquisition de données analysées et traitées en amont.



L’analogie entre l’échographie médicale et la sismique est élégante mais il y a tout de même des différences, bien sûr. Tout d’abord c’est la taille de ce que l’on souhaite imager, ce n’est pas un bébé mais le sous-sol, en dessous de l’océan ! Pour arriver à cela, les ondes utilisées en sismiques ont des amplitudes qui vont jusqu’aux fréquences les plus basses, de l’ordre de 10 Hz à 180 Hz (pour la SMT), ce qui en fait une autre différence notable par rapport à l’échographie.
En outre, si l’échographie utilise une unique sonde pour envoyer et recevoir les ondes, la sismique quant à elle envoie des ondes grâces à des canons à air et réceptionne les ondes grâce à une flûte. Tout ce dispositif est trainé à l’arrière du navire.
C’est donc le principe de la propagation des ondes acoustiques, en utilisant un spectre de fréquences assez large qui est utilisé en sismique. Ainsi, les ondes acoustiques générées par les canons à aire vont se propager dans le sous-sol. Ces ondes vont pouvoir se réfléchir sur des horizons différents, c’est-à-dire des couches dans le sous-sol qui ont des contrastes de vitesses différentes. Ces ondes réfléchis vont pouvoir être captées par les hydrophones qui sont dans la flûte qui est trainée à l’arrière du bateau. On enregistre ainsi les temps de trajet des ondes.
Après traitements et analyses des données, il est possible d’obtenir une image des différentes structures du sous-sol.


Ainsi, ce que nous appelons dans le jargon scientifique de la sismique c’est le fait d’utiliser des ondes sismiques provoquées (on provoque des ondes sismiques à l’aide de canons à air) pour acquérir des informations sur la géométrie des couches géologiques. Le facies sismique peut s’interpréter comme une formation géologique mais il faut pour cela associer d’autres données géophysiques (données de réfraction, magnétisme, gravimétrie) ou mieux encore géologiques (prélèvements de sédiments et/ou roche).



Le schéma ci-dessous permet de mieux visualiser le principe de la sismique :

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Le comportement des ondes sismiques est décrit par des lois similaires à celles de l’optique (loi de Snell Descartes)

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Il existe deux principales techniques de sismique réflexion utilisée lors de SISMAORE, la sismique réflexion multitrace rapide (appelée SISRAP) et la sismique réflexion multitraces de plus forte puissance (appelée SMT, aussi dite sismique lourde).
La sismique SISRAP utilise une flûte de 600m environ et deux canons à air tractés à l’arrière du navire à une vitesse rapide de 10 noeuds. C’est ce qui a été fait pendant le leg 1 de la mission SISMAORE. Avec cette technique, on ne ressent pas les secousses sur le bateau comme c’est le cas avec la SMT. En effet les deux canons envoient peu d’énergie donc, nous le ressentons moins.
La sismique rapide permet d’enregistrer des profils sismiques (ce sont les images obtenues, je vous détaillerais ceci dans un prochain article) de l’ordre de 9 std (seconde temps double, en anglais twtt) ce qui correspond en gros à une épaisseur de 3 à 5 km de profondeur. Cette technique est parfaite pour imager des bassins sédimentaires et le toit de la croûte terrestre.

La sismique réflexion multitrace de type SMT utilise un appareillage beaucoup plus imposant (d’où son nom dans le jargon de sismique lourde). C’est cette technique de sismique qui est actuellement réalisée lors du leg 2. Ainsi, le Pourquoi pas ? traine actuellement derrière lui six kilomètres de flûtes et deux rangées (bâbord et tribord) de 16 canons ! À une vitesse de 5 nœuds (2 fois moins rapide que la SISRAP).
La SMT permet d’acquérir des profils sismiques don l’échelle est en temps (un article sur les profils sismiques en parlera prochainement). Ces profils sont comme des coupes qui permettent de visualiser le sous-sol sur 12 std ce qui correspondrait à visualiser le sous-sol jusqu’à 10 à 15km de profondeur. Grâce à cette technique, il est possible d’imager toute la croûte terrestre du toit jusqu’à sa base marquée par la discontinuité de Mohorovicic (appelée le Moho, c’est le socle de la croûte terrestre).

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Auteur : Paul Deparis
publié le jeudi 28 janvier 2021