Etudier le milieu géologique L’étude du sous-sol

Photos de géologues en train de réaliser un forage

Les géologues disposent d’une palette de procédés pour explorer en détail le milieu géologique. Les forages et les mesures géophysiques leur permettent de connaître la composition, la structure et les propriétés physiques des sous-sol, jusqu’à plusieurs kilomètres de profondeur.

Les forages

Pour analyser le milieu géologique ou pour rechercher et exploiter des ressources naturelles comme l’eau ou le pétrole, on réalise des forages.

Ceux-ci sont des puits creusés dans le sol à l’aide de machines et d’équipements spécifiques. Si leur diamètre mesure quelques dizaines de centimètres au maximum, leur profondeur peut atteindre plusieurs milliers de mètres. Les forages permettent aux géologues de :

  • reconstituer l'empilement des couches géologiques traversées, afin d'obtenir une description en une dimension de la zone étudiée ;
  • accéder aux différentes couches géologiques pour prélever des échantillons de roches et de fluides qui seront ensuite analysés en laboratoire ;
  • mesurer au moyen de sondes les propriétés physiques de chacune des couches géologiques (radioactivité, porosité, conductivité électrique, etc.) ;

L’ensemble de ces observations et analyses donne une connaissance précise des différentes formations géologiques traversées par le forage et de leurs propriétés.

Les mesures géophysiques

Pour élaborer une représentation plus précise du sous-sol, en deux ou trois dimensions, on complète les données fournies par les forages en faisant appel à une autre technique : la sismique réflexion.

Des camions spécifiques, appelés "camions vibrateurs", parcourent les terrains étudiés et provoquent des vibrations qui génèrent des ondes sismiques. Ces ondes traversent le sous-sol et se réfléchissent sur les différentes couches géologiques qu’elles rencontrent, avant de revenir vers la surface. Elles sont alors enregistrées par des géophones, petits récepteurs très sensibles.

Ainsi, les géologues ont accès à des profils sismiques qui constituent de véritables échographies du sous-sol qui nécessitent d'être complétés par des forages pour être interprétés. Pour construire une image en trois dimensions du milieu géologique, ils établissent ainsi des correspondances entre ces profils et les mesures effectuées en forage.

La technique de sismique 2D propose une coupe verticale des terrains. Il existe cependant une technique de sismique réflexion 3D qui permet d'obtenir un relevé précis du terrain directement en 3 dimensions. Cette technique est cependant beaucoup plus lourde à mettre en place sur le terrain.

Pour certains types de sous-sols, la technique de sismique réflexion n'est pas applicable (sols granitiques, couches géologiques peu profondes...). Les géologues réalisent alors des mesures de géophysiques dites légères. A l'aide d'équipements portables, la technique consiste par exemple à faire parcourir un courant électrique ou un champ magnétique à travers les terrains pour mesurer leurs propriétés physiques sur plusieurs dizaines de mètres de profondeur.

Une plate-forme de forage est un emplacement aménagé d'environ 50 x 60 mètres sur lequel sont disposés les machines de forage, les bungalows pour le matériel...A la fin des travaux, l'emplacement est réhabilité dans son état initial.
Grâce aux prélèvements d'échantillons de roches (carottes ou débris), les géologues peuvent reconstituer la succession verticale des couches géologiques.
Tête de forage. Grâce aux forages, les géologues peuvent prélever des échantillons de roches cylindriques appelés carottes.
Les échantillons de roches prélevés en forage sont conservés dans un bâtiment spécifique appelé "carothèque".
Les camions vibrateurs provoquent des vibrations qui donnent naissance à des ondes sismiques. Ces camions se déplacent le long de trajets prédéfinis au sein du secteur à étudier.
Les ondes générées par les camions vibrateurs se réfléchissent sur les différentes couches géologiques rencontrées.
Les profils sismiques montrent une alternance de lignes noires et blanches qui représentent des changements significatifs de propriétés physiques du milieu géologique. Les géologues visualisent ainsi la géométrie du sous-sols entre les forages.
A leur retour en surface, les ondes sismiques sont enregistrées par des petits récepeteurs très sensibles, les géophones.
Modèle géologique simplifié en trois dimensions permettant de reconstituer la succession des couches sur plusieurs centaines ou milliers de profondeur au niveau de la zone étudiée.