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Cédric Champollion : "Chercheur d’avenir" 2015

Cédric Champollion : "Chercheur d'avenir" 2015

"Chercheur(se)s d’avenir" est un dispositif mis en place par la région Languedoc-Roussillon pour soutenir financièrement des jeunes scientifiques talentueux et leur équipe de recherche. L’objectif est de renforcer la compétitivité et l’attractivité des laboratoires en soutenant l’excellence scientifique dans le cadre de la stratégie de spécialisation intelligente, la mutualisation, la lisibilité à l’échelle internationale et la valorisation dans l’économie régionale.
Cédric Champollion, enseignant-chercheur à Géosciences Montpellier, est un des 26 lauréats de "Chercheur(se)s d’avenir" 2015 pour son projet : SismEau - Utilisation de la gravimétrie et de la sismologie pour comprendre les karsts.

Sismeau : « Le géologue qui écoutait à l’oreille des karsts »

Les karsts sont les châteaux d’eau de la Méditerranée. Les plateaux carbonatés karstiques constituent en effet des réservoirs exploités par l’homme depuis l’Antiquité (fontaine de Nîmes, par exemple) et même avant. De nos jours, Montpellier, pour ne citer qu’un exemple, est dépendante de l’eau issue de la source karstique du Lez.

Les causses du Larzac sont des réservoirs carbonatés karstiques importants. Depuis plus de dix ans, sous l’impulsion de Royer Bayer, une partie de l’équipe Risques du laboratoire Géosciences Montpellier, grâce au soutien de l’OSU OREME et du SNO H+ a investi le Larzac et plus particulièrement l’hydrosystème du Durzon. En effet, il se révèle être un laboratoire naturel d’expérimentation géodésique et géophysique pour l’étude du fonctionnement hydrologique des karsts.

L’identification des variations spatiales des propriétés hydrogéologiques est essentielle tant pour la quantification de la ressource en eau souterraine que pour l’évaluation de la vulnérabilité et la préservation de sa qualité. Pour cela, les scientifiques ont à leur disposition la gravimétrie, qui permet de peser, avec succès, les variations des masses d’eau souterraines, et la sismologie, qui permet "d’écouter" l’eau dans les karsts. Ces deux méthodes ont la particularité de se faire sans forages, depuis la surface, avec une multitude de points de mesures.

Alors comment un sismologue peut apporter des connaissances nouvelles et utiles pour l’hydrogéologie ? C’est ce qu’apporte le projet "Chercheur d’avenir" porté par Cédric Champollion, avec la collaboration de collègues des laboratoires de Grenoble, de Besançon et le soutien d’entreprises locales comme Fugro-Geoter, SismOcean, Cenote ainsi que le parc national des Grands-Causses.

Le sismologue étudie, entre autres, deux sujets majeurs : les sources à l’origine des ondes sismiques (séismes, etc...) et la propagation de ces ondes (vitesse, atténuation).
On sait depuis quelques années que les écoulements aériens sont une source de bruit sismique. En conséquence, les écoulements souterrains constituent-ils potentiellement des sources à l’origine d’ondes sismiques ? Il n’y a que très peu d’étude jusqu’à présent sur cette thématique. Or, sur le Larzac, il existe sous terre des rivières actives (figure 1), parfois en crue. Peut-on les entendre ? Les localiser ? Afin de répondre à ses questions, il est prévu dans le projet d’installer une dizaine de stations sismologiques proches de rivières souterraines connues ou supposées et d’écouter ce qui se passe pendant une crue. Le défi majeur est de séparer ce bruit mal connu des autres sources anthropiques ou naturelles. Ensuite, des techniques éprouvées de la sismologie pourront être mises en œuvre pour caractériser les sources et potentiellement les localiser.

Par ailleurs, il existe sur le Larzac une multitude de sources de bruit sismique, certaines naturelles comme le vent, les vagues en Méditerranée… et d’autres anthropiques comme la circulation routière. L’ensemble de ces sources peut être utilisée pour caractériser la propagation des ondes sismiques et surtout en déduire les propriétés du milieu. Les ondes sismiques se propagent à une vitesse qui dépend de la nature de la roche, des fractures, de la température et de la saturation en eau. Comme tous les paramètres, sauf la saturation en eau, sont constants à l’échelle de quelques années, on obtiendra une mesure directement dépendante de la saturation en eau souterraine.

Benjamin Fores, qui termine actuellement sa thèse sur l’application de la gravimétrie et de la sismologie à l’hydrogéologie karstique démontre (fig. 2 en teasing) que ces variations de vitesses sont mesurables et significatives. Ainsi les sismomètres installés sur le Larzac serviront deux objectifs : écouter le karst et évaluer sa saturation via la variation des vitesses des ondes sismiques. Ces données sont complémentaires des mesures de gravité déjà existantes et ont vocation à être modélisées (assimilées en réalité) dans des modèles hydrologiques locaux issus des travaux de thèse de Benjamin. Les données seront mises à disposition et archivées grâce à l’aide des services informatiques de GM et l’OSU OREME. Pour réaliser ce projet, l’aide précieuse d’un post-doctorant est incluse dans le financement du projet.

Figure 1 : Jean Chéry est-il une source sismique active proche de la rivière souterraine de la Bise (120 m sous la terre du Larzac) ?

Figure 2 : Premiers résultats de B. Fores montrant des variations de vitesse obtenues à partir du bruit sismique ambiant sur un cycle hydrologique complet