D4 Potentiel géophysique

Topique

La géophysique potentielle regroupe les méthodes de mesure de deux champs dérivés d'un potentiel sous-jacent : le champ gravitationnel et le champ magnétique. Ces deux champs, indépendamment de leurs sources, obéissent à la même relation mathématique qui régit leur variation spatiale continue. Cette même relation permet de mesurer l'un ou l'autre de ces champs en surface afin d'en déduire la distribution de la densité et de la susceptibilité magnétiques du sous-sol. Ce sont des méthodes passives, ne nécessitant aucune source artificielle, et leur portée s'étend de l'échelle centimétrique d'un puits à l'échelle planétaire d'un satellite en orbite.

La gravimétrie mesure l'accélération gravitationnelle en un point donné, ou sa variation d'un point à un autre. Une anomalie gravitationnelle, corrigée de la latitude du point, de son altitude et de l'effet de la couche rocheuse entre la station de mesure et le niveau de référence du géoïde, reflète directement une variation de densité dans le sous-sol : une anomalie négative apparaît au-dessus d'une croûte continentale particulièrement épaisse, car cette croûte s'enfonce davantage dans le manteau pour maintenir l'équilibre, générant un déficit de masse directement en dessous. Une anomalie positive, en revanche, apparaît au-dessus d'un corps particulièrement dense, comme une roche ultramafique ou une minéralisation métallique.

La magnétotellurique exploite les variations naturelles du champ électromagnétique terrestre, qu'elles soient dues aux orages géomagnétiques ou à l'activité électrique atmosphérique, pour déterminer la conductivité électrique de la croûte et du manteau. Cette conductivité est très sensible à la présence de fluides partiellement fondus ou de graphite dans la roche ; ainsi, une zone contenant des fluides partiellement fondus ou du graphite conduit l'électricité bien mieux que la roche sèche environnante.

Le potentiel spontané mesure les différences de potentiel électrique naturelles directement en surface. Ces différences reflètent la circulation des fluides dans le sous-sol, la présence de minéralisations sulfurées agissant comme une pile galvanique naturelle, ou l'existence d'un gradient thermique sous la surface. Le potentiel spontané est particulièrement utile dans les zones hydrothermales et les volcans actifs, où la circulation des fluides chauds est intense.

Le comportement attendu de toutes ces méthodes de géophysique potentielle partage une limitation fondamentale : différentes distributions de sources dans le sous-sol peuvent produire exactement le même champ mesuré en surface. Par conséquent, aucune méthode géophysique ne permet à elle seule de déterminer avec certitude la distribution des sources à l'origine du phénomène. Cette limitation impose l'intégration de contraintes indépendantes issues d'autres méthodes afin de lever cette ambiguïté, établissant ainsi le lien entre les champs gravitationnel et magnétique initiaux et l'incertitude qui les caractérise quant à leur interprétation.

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