Multiscale geophysical imaging


Disciplinary field: Solid Earth
Level: M1 or M2
Credits: 3 ECTS



Teachers: Hervé Chauris (Mines), Matthias Delescluse (ENS), Alexandrine Gesret (Mines), Xiaoping Jia (ESPCI), Mark Noble (Mines), Arnaud Tourin (ESPCI)
Teaching type: Cours/TD/TP
Hourly volume: 30 h



Evaluation: Examen et contrôle continu


Keywords: Ondes, sismologie, tomographie, réflectivité, vitesses sismiques
Prerequisites:

Les puits les plus profonds ne dépassant pas la dizaine de kilomètres, les géosciences de la terre interne impliquent des observations indirectes de la géométrie et des propriétés physiques des structures géologiques. En surface et à petite échelle, si l’observation directe est possible, elle nécessite souvent une trop grande perturbation de l’environnement qui implique de recourir à une méthode indirecte moins destructive. L’imagerie géophysique basée sur la propagation des ondes dans les matériaux géologiques est l’outil de choix pour répondre à ces problèmes et ce module propose de détailler ces méthodes à toutes les échelles, depuis le centimètre jusqu’aux milliers de kilometres.

Le cours débute sur un rappel sur la propagation des ondes dans un milieu élastique. On passera en revue la théorie des rais, l’équation des ondes élastiques, les phénomènes de réflexion, transmission et conversion des ondes incidentes sur une interface, avant d’aborder les ondes guidées par une interface et dans une structure stratifiée. Enfin, on discutera l’effet de l’attenuation sur la propagation des ondes élastiques et ses différentes origines, y comprise la diffusion multiple. Cette base permettra de détailler les principales techniques d’imagerie de l’échelle du laboratoire à celle du globe : l’imagerie de réflectivité (sismique active, fonctions récepteurs), et principalement la tomographie, des temps d’arrivées à la forme d’onde. Des travaux pratiques numériques et en laboratoire illustreront les différentes approximations et leurs conditions d’application, ceci en fonction des échelles: applications à la physique des matériaux (propriétés mécaniques, fracturation, milieux poreux), à la caractérisation du sol (hydrologie, archéologie…), à l’imagerie sismique active des bassins et de la lithosphère (prospection géophysique, imagerie crustale, chambres magmatiques…), jusqu’à la sismologie à l’échelle du globe (tomographie régionale et globale, imagerie des slabs…)