VESPA : bulletin N° 9 - Les outils géophysiques pour dévoiler le domaine sous-marin

Bien que l’objectif principal de la campagne VESPA soit d’effectuer des dragages de roches, plusieurs outils géophysiques sont utilisés à bord et sont particulièrement utiles lors de ces dragages. En effet, ces méthodes non invasives permettent de cartographier les reliefs sous-marins et de reconstruire la géométrie des sédiments et intervalles rocheux sous-jacents.

Trois principaux types d’outils sont utilisés, et cela de manière presque continue et simultanée. 

L’acquisition est suivie par l’équipe technique de l’équipage et par les géophysiciens de l’équipe scientifique.

Le sondeur multifaisceaux 

Le sondeur multifaisceauxest un outil acoustique fournissant une cartographie haute-résolution du fond marin, avec une résolution spatiale de 10 à 30m. Les cartes produites forment un jeu de données très utile puisque qu’elles permettent de définir précisément les cibles des dragages et les zones où affleurent potentiellement des roches anciennes (telles que les flancs de canyon sous-marins, les escarpements de faille, les édifices volcaniques, etc).

En plus de ces données bathymétriques, le sondeur multifaisceaux procure également une cartographie détaillée de la réflectivité du fond marin, donnée qui permet d’interpréter le dégrée de consolidation du matériel formant les premiers centimètres du fond marin, et, dans une certaine mesure, sa nature.

Les profils de sismique réflexion 

Les profils de sismique réflexion sont des images en deux dimensions de la structure profonde des sédiments et roches situés sous le fond marin. Ils sont acquis grâce à l’enregistrement du temps de retour d’ondes acoustiques émises depuis le navire et réfléchies sur les différentes discontinuités des roches profondes.

La pénétration de ces ondes et la résolution des lignes sismiques associées est dépendante de la fréquence du signal émis. Deux types de sismiques sont utilisés sur cette campagne :

  1. une sismique de surface (sondeur de sédiment en mode « CHIRP ») qui utilise une source à 3.5KHz
  2. une sismique rapide (SISRAP) qui utilise une source de 55 kHz.
    Cette dernière implique deux canons à air situés sur les côtés du bateau, dont le signal est réceptionné à son retour par des géophones positionnés à l’arrière du bateau, le long d’un câble de 600m de long (appelé « flûte »).

Le magnétomètre

Le magnétomètre enregistre le champ d’induction magnétique, abusivement appelé “champ magnétique”, exprimé en Tesla.

Il est tracté quelques centaines de mètres derrière le bateau pour éviter que ce dernier ne contribue au signal enregistré. Lors des acquisitions de données sismiques, le magnétomètre est placé au bout de la flûte. Le signal enregistré contient 2 composantes :

  1. une composante globale (le champ magnétique terrestre) 
  2. une composante locale venant de la croûte océanique. 

 

La croûte océanique se forme lorsque du magma se forme en profondeur dans la croûte ou le manteau et remonte à la surface.

Une partie du magma est refroidi rapidement au contact de l’eau. Des cristaux se forment dans le champ magnétique terrestre et sont magnétisés. Des millions d’années plus tard, ces petits aimants, qui ont enregistré les inversions du champ magnétique terrestre, contribuent au signal qu’on enregistre à bord de l’Atalante !

Le bassin de Norfolk se serait ouvert il y a environ 25 millions d’années

Il a enregistré dans son plancher océaniques les changements de polarité du champ magnétique terrestre sur toute la durée de son ouverture. En comparant ces inversions à l’échelle de temps de la polarité géomagnétique, c’est-à-dire l’histoire des inversions de polarité, on pourrait dater précisément l’ouverture du bassin de Norfolk ! Cependant, des roches datées sont souvent nécessaires pour rendre cette approche utilisable.

L’utilisation combinée de la bathymétrie multifaisceaux, de la réflectivité et des profils de sismique CHIRP permettent de cartographier la distribution des sédiments et des roches en surface, mais également de reconstruire les processus tectoniques et sédimentaires actifs (e.g. courants sous-marins ou failles actives).

L’interprétation provisoire des données sismiques faite à bord a permis de mettre en évidence des zones de dépôts et/ou d’érosion préférentielles des roches sédimentaires (séquences de remplissage de bassin) et des zones relativement profondes de croûte océanique sur laquelle peu de sédiments sont déposés. Elle révèle également des zones tectoniquement déformées grâce au décalage et la déformation des unités sismiques.

A terme, l’intégration de ces données avec les résultats des dragages permettra de proposer une interprétation complète des événements géologiques ayant façonné l’histoire géologique de la zone.

 

Texte de Samuel ETIENNE et Clément ROUSSEL

 

Using geophysics to unravel the deep ocean

While the main goal of the VESPA cruise is to dredge rocks from the seafloor, several geophysical tools are being run on board and are particularly helpful for dredging. Indeed, these non-invasive methods allow to map the relief of the ocean floor and to reconstruct of geometrhe relief of the ocean floor and to reconstruct of geometrhe relief of the ocean floor and to reconstruct of geometrhe relief of the ocean floor and to recustrhe onstbun sdief/p>

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