Plateforme d’instrumentation de géophysique mobile
Le laboratoire de Géologie de l’ENS étudie la déformation à toutes les échelles de temps (des temps géologiques aux instants des ruptures sismiques) et d’espace (de l’échantillon de laboratoire aux plaques tectoniques). Il le fait au laboratoire avec ses plateformes expérimentales et analytiques, mais aussi en milieu naturel sur des chantiers géographiques spécifiques un peu partout sur la planète dont deux sites instrumentés labélisés par l’INSU/CNRS. De nombreux projets de recherche, menés par les trois équipes du LG, s’appuient sur des données acquises in situ. De ce fait, le laboratoire gère des réseaux GNSS permanents de plusieurs dizaines de stations sur divers chantiers, ainsi que des réseaux de centaines de marqueurs géodésiques. Ces instruments doivent être entretenus, ces réseaux doivent être remesurés périodiquement. Sur certains chantiers, s’y ajoutent des stations et des données sismologiques. Toutes ces mesures produisent des masses de données qu’il convient d’organiser et traiter pour l’analyse scientifique.
Pour répondre à ces besoins, la plateforme observationnelle s’organise en deux pôles. Un premier pôle se concentre sur le développement d’une instrumentation géodésique terrestre et sous-marine innovante pour répondre aux besoins du laboratoire LGENS mais aussi de la communauté nationale (F.Boudin, IR1-CNRS, Resp. plateforme et Y.Nmili Apprentie-TCN). Un deuxième pôle opérationnel se concentre sur l’observation in situ et la gestion des données (E. Klein, IR2-CNRS).
© Émilie Klein
Principaux chantiers
- Le Golfe de Corinthe (Grèce)
- La subduction Chilienne
- La Faille Nord-Anatolienne en Turquie
- Les instruments locaux :
- Sismomètre installé en salle E319 à l’ENS (actuellement en maintenance…)
- Station GNSS installée sur le toit de l’ENS
Activités de terrain de la plateforme
- Mai – Maintenance réseau COP2020, Chili
E.Klein, C.Vigny - Novembre – Campagne de mesures du réseau sGPS d’Atacama, COP2020, Chili
H.Boulze, B.Potin, E.Klein, C.Vigny - Avril – Campagne de mesures du réseau sGPS de Coquimbo – Maintenance réseau COP2020, Chili
H.Boulze, E.Klein, C.Vigny, D.Zigone - Novembre – Campagne de mesures du réseau sGPS d’Atacama, COP2020, Chili
E.Klein, C.Vigny - Octobre – Stage de terrain M1 – Mesures géodésiques (GNSS + nivellement) de l’érosion de la plage de Merlimont, Hauts-de-France
E.Klein, N.Rochetin, C.Vigny - Septembre – Mission de maintenance des réseaux CGPS-sismo à Corinthe – Campagne de mesures GPS+observations géologiques dans le Sud du Péloponnèse, Grèce
P. Briole, S. Bufferal, L. Costes, P. Elias, A. Janin, George K., Emilie K., H. Kranis, M.Pubelier - Juin-Juillet – Installation Raspberry Shake sur des églises en Toscane, Italie
A.Montabert, H.Lyon-Caen - Février-Mars : Mesures des réseaux sGPS d’Atacama, Taltal, S5, Chili/Argentine
A.Delorme, Z.Duputel, E.Klein, M.Métois, R.Tissandier, C.Vigny - Novembre – Campagne de mesures du réseau sGPS de Coquimbo, Chili
E.Klein, C.Vigny - Octobre – Stage de terrain Géopotentiel M1, Var, France
E.Calais, E.Klein, V. Lefils, N.Rochetin - Septembre – Mission de maintenance des réseaux cGPS-sismo à Corinthe, Grèce
P.Briole, P.Elias, E.Klein - Août – Campagne de mesures du réseau sGPS de Taltal, Chili
E.Klein, C.Vigny - Juin – Mission de maintenance des réseaux cGPS-sismo à Corinthe, Grèce
P.Briole, P.Elias, E.Klein - Mars – Campagne de mesures du réseau sGPS d’Atacama, COP2020, Chili
E.Klein, C.Vigny
En 2023
En 2022
En 2021
Stage M1, octobre 2021
En 2020
En 2019
Parc instrumental
Notre laboratoire dispose, à ce jour, de :
La réservation de ces équipements, accessible à l’ensemble du personnel du laboratoire, et se fait par retour du formulaire rempli et adressé à Emilie Klein (klein@geologie.ens.fr).
Disponibilité des équipements :
Développement instrumental et valorisation/innovation
Inclinomètre longue base à mesure optique
Brevet France délivré le 21/05/2019 sous le numéro FR 2998957
Brevet USA délivré le 12/06/2018 sous le numéro US 9995579
Brevet Europe délivré le 21/11/2018 sous le numéro EP 2926085 et validé dans les pays suivants : Allemagne, France, Royaume Uni, Italie et Suisse
Suite à l’ANR LINES (Laser INterferometry for Earth Strains) et dans le cadre d’une collaboration national (LGENS Paris, IPGP, LAAS OSE Toulouse, Géosciences Montpellier et LSBB), des capteurs de déformations innovants ont été développés et couplés par fibre optique à un interféromètre laser EFFPI (extrinsic Fabry-Pérot fiber optic interferometer). Ces développements se poursuivent par des projets de valorisation SATTs (CERN) et FUI MIRZA de 2012 à 2019. Au Laboratoire de Géologie, nous avons développé et breveté un nouveau type d’inclinomètre longue base optique (brevet obtenu en France, en Europe et aux USA).
Cet instrument fonctionne suivant le principe simple des vases communicants. Il est constitué d’au moins 2 pots reliés par un tube rempli d’eau (voir figure 1 et photo 1). Le déplacement de la masse mobile (eau pure) est mesuré à haute résolution (10-9 m) aux extrémités par un faisceau laser sans contact. Pour un instrument d’environ 100 m de long, nous obtenons une résolution angulaire proche de 10-11 rad, mais aussi une meilleure stabilité long terme que les autres inclinomètres à base courte (~1 m) disponibles dans la communauté (inclinomètre de forage vertical, inclinomètre pendulaire ou inclinomètre à bulle résistive). Proportionnellement, sa stabilité est environ 100 fois plus grande. On peut obtenir une précision mensuelle meilleure que les mesures GPS (0,1 mm en déplacement vertical relatif sur une base de 10 km).
Photo 1b : Il n’utilise aucune électronique ; seul un faisceau laser infrarouge traverse le liquide et le signal lumineux est déporté par fibre optique à 300 m.
Une 1ère station fonctionnant sans optique avec des LVDT (Linear Variable Differential Transformer) a été installée dans la lacune sismique nord-chilienne en 2012. Cette station a pu observer les déformations lentes pré-sismiques de très faibles amplitudes (à la limite de détection des mesures GPS) suite à l’événement majeur d’Iquique (Mw = 8.2) en 2014 (voir figure 2). Nos instruments sont également utilisés dans les observatoires nationaux ORE H+ (OSUR à Géosciences Rennes et au LSBB, Laboratoire souterrain à bas bruit, UMS 3538). L’objectif est d’étudier à haute précision les processus de transfert des masses d’eau souterraine.
Les nouvelles caractéristiques optiques apportent d’autres avantages par rapport aux générations de capteurs précédents. L’innovation brevetée porte sur une mesure différentielle effectuée à partir d’une seule source laser permettant de réduire les coûts et permettant de filtrer les bruits thermiques, atmosphériques et électromagnétiques sur toute la bande de fréquence (10-7 Hz – 100 Hz). Ces innovations et cette grande stabilité/précision sont des atouts indispensables pour être couplée aux réseaux GPS et permettre une observation des très faibles glissements lents sur les failles.
L’absence d’électronique à l’intérieur du capteur apporte une grande robustesse sans alimentation électrique ni intervention sur le capteur. Les acquisitions de séries temporelles peuvent donc se faire sur des durées beaucoup plus longues, plusieurs décennies et avec un pas d’échantillonnage jusqu’à 10 kHz. Les signaux déportés par fibre optique entre 100 m et 10 km de distance permettent des déploiements autrefois impossibles : installation en réseau en tunnel profond sur les sites sismo-tectoniques de notre laboratoire (voir photo 2), mais aussi sur des sites radiatifs, électromagnétiques type CERN (accélérateur de particules) ou industriel. Un contrôle métrologique de haut niveau a été fait en collaboration avec le CERN en Suisse et le laboratoire OASIS du LAAS-CNRS à Toulouse (calibration, sensibilité, bruit instrumental, stabilité et précision des mesures). Cela nous a permis d’atteindre une maturité technologique au niveau TRL 6 à 7.
Depuis plus récemment, nous envisageons d’utiliser cette capacité de déploiement pour des installations en fond de mer (projets en cours interreg PREST et futur MARMOR en collaboration avec l’IPGP et l’IFREMER). Les grands fonds marins représentent un environnement extrêmement hostile. Y accéder, pour l’observation et l’acquisition de données scientifiques, demeure – aujourd’hui encore – un défi, qui demande des moyens lourds à la mer. Nous développons un nouveau capteur de pression couplé à l’inclinomètre et à l’interféromètre optique pour une installation en Guadeloupe aux Saintes avant fin 2021 au plus près de l’activité sismique sous-marine récente.
Voir aussi dans «Plateformes»
Plateforme AnalytiqueDédiée à la caractérisation des échantillons naturels et expérimentaux provenant des différentes équipes du laboratoire, la plateforme analytique est composée d'un microscope électronique à balayage, un microspectromère Raman, un diffractomètre à rayon X ainsi qu'un équipement de caractérisation magnétique.
Plateforme ExpérimentaleGrâce aux cinq instruments de sa plateforme de mécanique des roches, le LG-ENS peut reproduire les conditions de la pression terrestre depuis la croûte superficielle jusqu’au manteau asthénosphérique. Le chauffage des échantillons et le contrôle de la pression de fluide permettent de s'approcher au plus près des conditions naturelles.