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INITIATION A LA GEOPHYSIQUE Exercices et notes de cours
Chapter · September 2020
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Bernard Guy
Mines Saint-Etienne
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INITIATION A LA GEOPHYSIQUE
Exercices et notes de cours
Bernard GUY
Documents rassemblés en novembre 2013
Enseignement effectué de la fin des années 1970 jusqu’au début des années 2010

2
Avant-propos
L’ingénieur aura dans sa vie professionnelle des problèmes à poser et à résoudre… Ainsi le présent
enseignement d’initiation à la géophysique est surtout fondé sur des exercices rassemblés ici. Des notes de cours
sont rajoutées qui présentent de façon très succincte (et sans doute en partie périmée aujourd’hui du fait de
l’évolution rapide des techniques) les grands domaines de la géophysique. Cette matière est extraite des archives
des cours que j’ai donnés de façon discontinue à l’Ecole des mines de Saint-Etienne depuis la fin des années
1970 jusqu’au début des années 2010. Je suis l’auteur d’un certain nombre d’exercices, d’autres m’ont été
inspirés directement ou indirectement par divers chercheurs que je remercie (voir à ce propos les ouvrages cités
dans la liste de références à la fin du texte). Je salue tous les étudiants-ingénieurs de l’Ecole des Mines de Saint-
Etienne à qui je me suis adressé pendant toutes ces années. On pourra se reporter au cours de Jean-Luc
Bouchardon (« La terre est ronde ») pour des informations plus complètes en matière de physique du globe
(gravimétrie, sismologie, magnétisme). Un fascicule de corrigés accompagnera le présent document.
Table
Introduction
La gravimétrie
La sismique
Le sonar
La télédétection
La géothermie
Le géomagnétisme
(Le biomagnétisme ?)
L’ électricité
La polarisation spontanée et provoquée
L’électromagnétisme
Le géoradar
Les diagraphies
La radiométrie
Inclinométrie et mesures géométriques
Eléments de bibliographie

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Introduction
La géophysique est l’application des méthodes de la physique à l’étude de la terre; le
mot géophysique a un caractère plus appliqué et localisé (Pétrole, Sciences de
l’Ingénieur etc.) que le mot physique du globe où l’on s’intéresse à la terre dans son
ensemble. Les méthodes utilisées sont très nombreuses; elles permettent une
connaissance à distance de parties de la terre inaccessibles à l’observation directe.
Certaines de ces méthodes sont mises en oeuvre par l’homme sous forme de
véritables expériences de physique à l’échelle de zones plus ou moins vastes de la
terre; dans d’autres cas, on se contente de mesurer des champs physiques ou des
effets non directement créés par l’homme. Ces méthodes ne donnent pas toujours des
réponses uniques au sens mathématique: l’interprétation géophysique demande un
dialogue constant avec les hypothèses géologiques. Enfin on remarquera que les
campagnes de géophysique permettent d’acquérir un grand nombre d’informations et
que d’importants domaines des mathématiques appliquées sont mis en oeuvre pour
traiter les données.
On trouvera ci-après des fiches récapitulant les principales méthodes ainsi que des
énoncés d’exercices discutés en classe; on donne à chaque fois le principe et les
domaines d’application. On notera que l’auteur de ces feuilles n’est pas un praticien
de la géophysique mais seulement un géologue intéressé par la physique.
A titre d’exemple :
Liste des sujets retenus pour l’année 2005 et annoncés pour la préparation de l’examen
gravimétrie: les différents termes de l'anomalie de Bouguer (influence de la latitude, de l'altitude,
correction de plateau, de relief); calculs d'anomalies; ordres de grandeurs d'anomalies de l'échelle
locale à l'échelle régionale; mise en oeuvre d'une campagne gravimétrique (influence de la dérive luni-
solaire)
électricité: le quadripôle de Schlumberger: principe et mise en oeuvre théorique; résistivité des
roches, influence de la teneur en eau
radar: principe; longueurs d'ondes, profondeur d'investigation, domaines d'application, mise en
oeuvre de la méthode
sismique: les différents types d'onde; les différentes arrivées (onde directe, réfléchies, réfractées);
interprétation de profils simples; ordres de grandeur des vitesses des ondes, domaines d'application,
imagerie sismique, mise en oeuvre de la sismique réflexion
géothermie: petits calculs de flux de chaleur et anomalies thermiques; loi de diffusion de la chaleur,
ordres de grandeur de paramètres thermiques (conductivité, diffusivité thermiques), flux de chaleur
moyen, gradient géothermique moyen
magnétisme : les composantes du champ magnétique ; moment magnétique ; les propriétés
magnétiques des matériaux ; exemples d’anomalies

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Gravimétrie
Principe:
forces de gravité d’origine terrestre (loi de Newton)
f = Gmm’/r2, G = 6.67 10-11 u. S.I.
à extraire du champ de pesanteur (= gravité + force centrifuge + attraction luni-
solaire)
modèles « a priori » comprenant diverses corrections
définition d’anomalies (Air Libre, Bouguer ; voir exercices)
Appareils, unités mesurées, ordres de grandeur:
gravimètre (allongement d’un ressort); au sol, aéroporté, satellite
mesure de g:
m/s2, gal = cm/s2
valeur moyenne g = 981 gal
On mesure couramment le milligal; on atteind des précisions relatives de 10 -7 à 10-9
sur la mesure de g
Paramètres terrestres auxquels on a accès
distribution des densités ou masses volumiques en profondeur
roches de la croûte: 1.6 à 3.2
jusqu’à 12 (ensemble de la terre: 5.51)
on peut en déduire les pressions (3639 kb au centre de la terre)
méthode intégrante
Domaines d’application
génie civil (cavités)
archéologie
géologie structurale (les grands ensembles géologiques de la croûte dans un secteur
donné)
physique du globe, isostasie (croûte, manteau)
balistique (fusées)