Écouter la houle pour sonder les aquifères

Extraire de l'information du bruit sismique par l'étude de longues séries temporelles

La houle exerce des variations de pression sur les fonds marins et sur les côtes, variations de pression qui sont converties en ondes sismiques de faible amplitude. Ces ondes sismiques sont continuellement enregistrées par les sismomètres installés sur les continents. Des séries temporelles sur 30 ans sont disponibles et permettent d'étudier et analyser les variations saisonnières et interannuelles de ce fond sismique. Comme pour les ondes issues de grands séismes, la vitesse des ondes dépendent des paramètres physiques du milieu traversé, ici la croûte superficielle. Les vitesses, et surtout les variations de vitesse, des ondes constituant ce fond sismique semblent dépendre essentiellement de deux paramètres : la température et le stock d'eau dans les aquifères.

Les variations saisonnières de température produisent une onde thermique qui affecte une épaisseur de l'ordre de 10m à l'échelle annuelle et même plusieurs dizaines de mètres avec un signal de plus faible amplitude mais de plus longue période. La variation du stock d'eau dans un aquifère induit des varitions de vitesse plus importantes mais plus localisées.

L'étude de séries temporelles montrent des variations de vitesse de l'ordre de 0,01%. En intégrant les données de température de surface, la modélisation arrivent à reproduire les variations de vitesses observées en séparant effet thermique et effet hydrologique. Cette méthode semblent donc prometteuse comme nouvel outil d'étude du stock d'eau des aquifères qui montre un intérêt particulier pour des études à moyenne échelle en comblant les résultats d'échelle locale (piézomètres, gravimétrie au sol) et d'échelle "nationale" (gravimétrie satellitaire).

Une meilleure contrainte de l'effet pétro-hydrologique sur la vitesse des ondes est cependant nécessaire pour passer de l'extraction du signal "effet hydrologique" à son interprétation plus précise en terme de stock d'eau souterrain.

Actuailté INSU / CNRS : Quand les océans chuchotent aux aquifères

Thomas Lecocq, Laurent Longuevergne, Helle Anette Pedersen, Florent Brenguier, Klaus Stammler, 2017. Monitoring ground water storage at mesoscale using seismic noise: 30 years of continuous observation and thermo-elastic and hydrological modeling, Scientific Reports 7, 14241. doi:10.1038/s41598-017-14468-9 (article en accès "open")

O.D.- 30/11/2017