Géophysique marine

Présentation

Les travaux réalisés par le département de géophysique marine du Shom concernent l’étude et la caractérisation du champ de pesanteur terrestre (gravimétrie) et du champ magnétique terrestre (géomagnétisme).

Ces travaux s’inscrivent dans le cadre d’activités de production et de recherche et développement (R&D) à des fins civiles et militaires.

Le Shom développe ses activités en géophysique marine à tous les niveaux : de l’acquisition, du traitement et de l’archivage des données jusqu’à leur exploitation pour la modélisation et la production des cartes.

Les activités R&D ont pour objectifs l’amélioration des méthodes d’acquisition et de traitement en se dotant d’instruments innovants et d’outils logiciels adaptés. Les travaux réalisés sont valorisés sous la forme de publications et lors de conférences scientifiques.

Le Shom contribue à la formation et au maintien à un haut niveau de compétences en géophysique marine, en interne (école et agents du Shom) et en externe (ENSTA Bretagne, UBO).

Applications

La connaissance des variations des champs magnétique et gravimétrique a des applications en milieu océanique, allant de la détection d’objets anthropiques (épaves, obstructions, etc…), à la cartographie du champ de pesanteur, en passant par l’étude de la marée terrestre et de l’effet de surcharge océanique.

Cette liste d’applications n’est bien sûr pas exhaustive.

La détection d’objets

La détection d’objets se fait grâce à l’utilisation d’un magnétomètre remorqué derrière un bateau. Ce magnétomètre enregistre en permanence l’intensité du champ magnétique total de la Terre qui correspond à la somme de différentes contributions interne (géodynamo), externe (activité solaire) et lithosphérique (géologie et objets anthropiques métalliques). La mesure du champ total permet ainsi de détecter la présence d’objets posés (ou enfouis) sur le fond marin (épaves, munitions, etc.).

Une fois un objet détecté par le magnétomètre, une recherche plus spécifique est menée avec d’autres instruments (sonar latéral, sondeur multifaisceaux) pour préciser sa nature et sa position géographique sur la carte marine.

Cette détection d’objets est donc importante pour assurer la sécurité de la navigation.

©Shom - Mise à l’eau du magnétomètre Seaspy (Marine Magnetics).

©Shom - Exemple de modèle d’anomalie gravimétrique (exprimée en milliGal (1 mGal = 10-5 m/s²).

La modélisation du champ de pesanteur

La gravimétrie est la mesure des variations du champ de pesanteur terrestre. Les mesures gravimétriques n’intègrent pas d’effets temporels majeurs, mais des variations régionales se superposent à une signature locale de la topographie.

Ces variations peuvent être mesurées à faible résolution par satellite ou à haute résolution par avion, par bateau ou à terre.

Le département de géophysique du Shom étudie ces variations de pesanteur en milieu marin, pour le calcul de modèles et la production de cartes.

Ces modèles contribuent à la connaissance des fonds marins et permettent notamment de quantifier les anomalies gravimétriques liées au relief (ex. : mont sous-marin, dorsale, etc.).

L’étude de la surcharge océanique

L’attraction des astres (la lune et le soleil principalement) déplace les masses d’eau (ce sont les marées océaniques) et déforme la terre qui se soulève ou s’enfonce (ce sont les marées terrestres).

Une action supplémentaire est la déformation induite par l’effet des marées sur la croûte terrestre. Dans le massif armoricain, lors des grandes marées d’équinoxe, le sol peut ainsi se soulever et s’enfoncer d’environ 20 cm, sous l’effet de ce qu’on appelle la surcharge océanique.

Ces mouvements du sol sont enregistrés à l’aide de gravimètres très précis pendant au moins plusieurs jours et permettent ainsi de préciser la surcharge océanique prédite par les modèles théoriques. La figure suivante montre que les modèles théoriques sous-estiment de l’ordre de 15 % l’effet de surcharge océanique à Brest.

©Shom - Comparaison entre la surcharge observée à Brest (ligne continue), la surcharge prédite par les modèles théoriques (ligne en petits pointillés) et les variations de la hauteur d’eau enregistrées par le marégraphe (ligne en longs pointillés). Les valeurs sont exprimées en nm/s² pour la pesanteur et en centimètres pour la marée (d’après Llubes et al. 2001).

Partenaires

Le Shom est actif au sein de la communauté scientifique nationale et internationale en géophysique et en géodésie. Il est membre du CNFGG (Comité National Français de Géodésie et de Géophysique), du GRGS (Groupe de Recherche en Géodésie Spatiale) et du BGI (Bureau Gravimétrique International). Il travaille également en collaboration avec des partenaires académiques et institutionnels (IUEM, ENSTA, ONERA, etc.).