Écouter la houle pour sonder les aquifères
La houle exerce des variations de pression sur les fonds marins et sur les côtes, variations converties en ondes sismiques de faible amplitude. Ces ondes sont continuellement enregistrées par les sismomètres continentaux. Des séries temporelles couvrant 30 ans permettent d’analyser les variations saisonnières et interannuelles de ce bruit sismique de fond. Comme pour les ondes issues de séismes majeurs, la vitesse des ondes dépend des propriétés physiques du milieu traversé : ici, la croûte superficielle. Ces vitesses — et surtout leurs variations — semblent régies principalement par deux paramètres : la température et le stock d’eau dans les aquifères.
Les variations saisonnières de température génèrent une onde thermique affectant une épaisseur d’environ 10 m sur une période annuelle, et plusieurs dizaines de mètres pour des signaux plus longs et plus faibles. La variation du stock d’eau dans un aquifère, en revanche, provoque des changements de vitesse plus importants mais plus localisés.
L’étude de ces séries temporelles révèle des variations de vitesse d’environ 0,01 %. En intégrant les données de température de surface, la modélisation reproduit les observations en distinguant l’effet thermique de l’effet hydrologique. Cette méthode apparaît prometteuse comme outil indirect d’estimation du stock d’eau des aquifères : elle comble l’écart entre les mesures locales (piézomètres, gravimétrie au sol) et les observations satellitaires à grande échelle.
Une meilleure connaissance de l’effet pétro-hydrologique sur la vitesse des ondes reste nécessaire pour passer de la détection du signal hydrologique à son interprétation quantitative en termes de volume d’eau souterraine.
Ressources associées
Actualité : INSU / CNRS — Quand les océans chuchotent aux aquifères
Référence scientifique :
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 libre accès (open access).