getCount:files/Compteur.txt, Faux
getCount:575355ic=575355, USAGE=Faux
SIG Mines France
 
 
 

Données Géophysiques

 
revient à la page générale

Données gravimétriques

Rappel historique

C'est en 1950 que le B.R.G.G.M. (Bureau de Recherches Géologiques, Géophysiques et Minières, ex B.R.G.G.), Service Extérieur de la Direction des Mines, s'est vu confié l'établissement de la Carte Gravimétrique de la France. Les levés gravimétriques français avaient débuté en 1941 dans la Bresse, dont la couverture a été achevée en 1944 (Goguel 1948), et se sont ensuite poursuivis dans le bassin parisien, de 1947 à 1953 (Goguel, 1954). Ces premières campagnes ont été d’abord sous-traitées par le BRGG à la Compagnie Générale de Géophysique (CGG) qui disposait d’un gravimètre Thyssen, puis de gravimètres North American. A partir de 1947, les équipes du BRGM, dotées également d’un gravimètre North American, se sont jointes à la CGG. En 1951, le Bureau de Recherche des Pétroles (BRP) a pris en charge une partie des levés sur le Bassin de Paris qui ont été également confiée à la CGG. Les différentes équipes mettaient en commun leurs résultats et travaillaient en étroite coordination technique. Il n’avait cependant pas été établi de réseau fondamental de base, auquel auraient été rattachées les bases secondaires de chaque campagne, les compensations, calages et l’homogénéisation des coefficients d’étalonnage des gravimètres étant réalisés au fur et à mesure des besoins par des liaisons relatives.

La nécessité d’un réseau gravimétrique de référence s’est fait sentir au début des années 1960 lorsqu’on dut intégrer, dans le levé gravimétrique français, toutes les prospections effectuées par divers organismes qui utilisaient des bases locales et des gravimètres différemment étalonnés : missions BRGM qui se poursuivaient en Bretagne, en Vendée, à la périphérie du Massif Central, dans les Vosges, le Jura et le Sud-Est, prospections réalisées pour le compte des Sociétés pétrolières, principalement par la CGG, et campagnes effectuées par les Mines Domaniales de Potasse d'Alsace (MDPA). Ce réseau devait s’appuyer sur des bases fondamentales pour lesquelles une valeur de g de référence devait être adoptée ce qui, à l’époque, n’était pas un problème simple car on ne disposait pas de mesures absolues en France.

Système de référence et bases gravimétriques

Depuis les années 40, durant lesquelles les levés gravimétriques ont débuté en France, trois systèmes de référence ont été utilisés :

  • Le système de la Carte Gravimétrique de la France (CGF65) est un réseau national résultant de liaisons relatives avec des stations internationales de mesures absolues pendulaires (système international de Potsdam). Ce réseau a servi d'ossature à la plupart des campagnes de couvertures gravimétriques réalisées en France. Il comporte deux bases fondamentales, Paris et Toulouse, et plus de 2000 bases de premier, deuxième et troisième ordre établies par le BRGM. De nombreuses bases non BRGM ont été intégrées dans ce système pour les besoins de la couverture nationale. La précision de ce réseau a été estimée à 0.3 10 -5 m/s² (300 µGal).
  • Le système IGSN71 (International Gravity Standardisation network) et le Réseau Gravimétrique Français (RGF83) sont basés sur des mesures absolues de pesanteur réalisées à partir de 1967 grâce au principe de la chute d'un corps dans le vide (appareil balistique de A. Sakuma). Le réseau RGF83 a été établi par le BRGM à la suite d'une proposition de Bureau Gravimétrique International (BGI) et du Bureau National de Métrologie (BNM). Il comporte cinq stations absolues (Orléans, Dijon, Marseille, Nancy et Toulouse) mesurées avec le gravimètre absolu portable Jaeger GA60 du BIPM (Ogier et Sakuma, 1983), 53 bases de premier ordre et 280 bases de second ordre résultant de mesures relatives (Ogier, 1983). La précision de ce réseau est estimée à 24 µGal pour les stations absolues, 63 µGal pour le premier ordre et 80 µGal pour le second ordre (Ogier, 1985). Une formule de conversion entre le système CGF et ces deux nouveaux systèmes a été établie.
  • Ces systèmes de référence devront, à terme être convertis et intégrés dans une référence basée sur des mesures absolues encore plus précises réalisées par les gravimètres absolus FG5 français (EOST de Strasbourg et LDL de Montpellier). Depuis 1997, en effet, de nouvelles mesures absolues ont été réalisées en France par l'EOST (Ecole et Observatoire des Sciences de la terre) et depuis 2005, par le LDL. Certaines des stations absolues du RGF83 ont été ainsi réoccupées par l'EOST. Après homogénéisation des corrections appliquées, les écarts entre ces deux séries de mesures restent inférieurs à 16 µGal, dans lesquels est intégrée une possible variation temporelle (Amalvict et al, 2002). Ceci confirme les estimations de précision faites par Ogier et Sakuma. Les informations concernant les nouvelles bases absolues sont disponibles auprès de l'EOST, du LDL, du BGI (bureau Gravimétrique international) ou des organismes hébergeant les sites de mesure absolue. Ces réseaux seront par ailleurs complétés par le réseau de référence gravimétrique géodésique que le Service de Géodésie et de nivellement de l’IGN met en place depuis 2000 dans le but d'améliorer les grilles de conversion altimétriques. Ce dernier réseau sera, à terme, constitué d'environs 1000 sites géodésiques du RBF (Réseau de Base Français).

Couverture gravimétrique terrestre

La couverture détaillée et complète du territoire français, a fait l'objet de publication de cartes, dressées au fur et à mesure de l'avancement des travaux. Initialement éditées au 1/80.000, les levés ont également été présentés sous la forme de cartes de synthèse à 1/200.000 et à 1/320.000. Une carte gravimétrique à l'échelle du 1/1.000.000, feuilles nord et sud, a été publiée en 1975 malgré une couverture incomplète. Afin de permettre l'interpolation au travers des zones non levées, une mission à très faible densité de points a été effectuée dans le Massif Central.

Le levé régulier à l'échelle du 1/80.000 de la Carte gravimétrique, a été interrompu en 1978. Postérieurement à cette date des levés gravimétriques ont encore été réalisés principalement dans le cadre de grands projets scientifiques, synthèse géologique des Pyrénées, Géologie Profonde de la France et projet GéoFrance3D. En mer des données gravimétriques ont été acquises de 1961 à 1988 principalement par l'IFREMER et le CNEXO. S'y ajoutent, en Méditerranée, les levés réalisés par C. Morelli et des mesures effectuées pour le compte de la CFP.

La saisie numérique des données fut engagée en 1977. Saisies et validations se sont poursuivies jusqu'à fin 1989. En 1990, cette nouvelle banque a été intégrée dans le Système de Gestion de Base de Données "ORACLE" retenu par le BRGM. Cette banque a fait ensuite l'objet de mises à jour et de corrections annuelles. Parallèlement, les données étaient transmises au BGI. L'ensemble des points de la Banque Gravimétrique Française (BGF) est accessible sur le site Infoterre du BRGM et sur le site du Bureau gravimétrique International (BGI). Les couvertures marines sont archivées au BGI.

Densité de la couverture

La couverture du territoire est hétérogène et la répartition des points illustre les diverses méthodes de levé :

  • Levés sur les repères de nivellement et suivant des itinéraires routiers, méthode qui induit une couverture lâche avec une mauvaise répartition des points de mesure (surface des mailles de 20 à 50 km²),
  • levés pétroliers à très haute densité de points (parfois supérieure à 50 stations au km²),
  • en montagne, mesures s'appuyant sur un nivellement barométrique, qui permettait une meilleure répartition des mesures (moyenne de 0.2 station par km²),
  • à partir des années 1975, utilisation des points cotés IGN pour une densité moyenne plus régulière de 1 à 1.5 stations par km² (BRGM), puis plus récemment, positionnement GPS donnant une plus grande liberté d'implantation.

Densité moyenne de mesures (Nombre de stations/km²)

La carte des densités moyennes de mesures permet d'identifier 3 types de régions :

  • des zones de forte densité (plus de 1 point au km²) correspondant à des couvertures pétrolières détaillées (de 5 à 10 points par km²) ou à des levés BRGM récents : Nord de la France, Lorraine, Ouest Massif Central, Nord Bresse, Bourgogne, Jura, Ouest Aquitaine, Couloir rhodanien,
  • des zones de densité moyenne (de 1 à 0.5 point par km²) correspondant à la couverture typique de la carte gravimétrique de France : Bassin de Paris, Bretagne, Sud des Vosges, Sud de la Bresse et du Morvan, Nord de l'Aquitaine, Languedoc Roussillon,
  • des zones de faible densité, correspondant aux zones montagneuses : Centre et Sud-Est du Massif Central, Sud-Est de l'Aquitaine, Pyrénées, Alpes.

Les anciens levés présentent de fortes concentrations de données sur les itinéraires de cheminement tandis que les vides à l'intérieur des mailles peuvent atteindre 100 km². Cette distribution est pénalisante pour l'établissement des grilles d'anomalies car elle oblige à utiliser des mailles d'interpolation larges qui induisent une perte d'information.

Précision

La précision de l'acquisition de la pesanteur dépend de l'instrument utilisé, de 400 µGal, pour un gravimètre Thyssen utilisé dans les années cinquante, à 10 µGal, pour les gravimètres actuels. Hormis en altimétrie, ou la valeur de g suffit (calcul de cotes géopotentielles), des corrections (air libre, Bouguer) sont appliquées pour calculer des anomalies interprétables. Ces corrections nécessitent des mesures altimétriques très précises et la connaissance de la topographie à proximité du point de mesure. Le bilan d'erreur d'une étude gravimétrique doit donc intégrer les erreurs du système de référence gravimétrique, les erreurs instrumentales (étalonnage, dérive, influence des phénomènes environnementaux) et les erreurs liées aux principales corrections appliquées (marées, air libre et topographique) et au positionnement. Pour les grilles, on doit ajouter à ce bilan l'erreur d'interpolation.

La précision de la cartographie de l'anomalie de Bouguer est donc fonction de la qualité et de la densité des mesures initiales et des incertitudes sur le positionnement, les réseaux de base et les corrections topographiques. Cette précision a été récemment améliorée grâce au calcul, pour tous les points de la banque gravimétrique française, de corrections topographiques homogènes pour les reliefs situés dans un rayon de 167 km autour des stations (Masson et al, 1999, Martelet et Debeglia, 2001). Sur le territoire national, la précision de la cartographie de l'anomalie de Bouguer est estimée à 2 à 3 mGal, dans les zones montagneuses, et à 0.5 mGal ou moins, dans les zones de plaines à forte densité.

Couverture gravimétrique aéroportée

Dans le cadre du programme Géofrance 3D (CNRS-BRGM), un levé gravimétrique aéroporté a été réalisé en 1998 sur les Alpes françaises impliquant à la fois le Laboratoire de Géophysique et Tectonique (UMR CNRS 5573, ISTEEM) et le Laboratoire de Géodésie et de Géodynamique de ETH Zurich.

L'altitude de vol était de 5100 m, l'espacement des lignes de vol NS, 10 km, et des traverses EW, 20 Km. Ce levé, qui correspond à plus de 12 000 km de vol, a permis de cartographier le champ de pesanteur sur les Alpes, en particulier dans des zones difficilement accessibles au sol par le géophysicien, avec une précision meilleure que 2 à 3 mGal (Verdun et al, 2002).

Anomalie de Bouguer à 5100 m d’altitude calculée à partir des mesures aéroportées
(densité 2.6, corrections topographiques jusqu’à 167 km).
D’après Verdun et al, 2002

Grilles gravimétriques élaborées dans le cadre du programme GéoFrance3D

En raison de l'hétérogénéité de densités des stations de la banque gravimétrique française, la maille d'interpolation des données pour l'établissement de cartes de synthèse couvrant la totalité du territoire ne peut être inférieure à 4 x 4 km, bien que localement des grilles plus fines puissent être établies. Dans le cadre du programme GéoFrance3D, projet « Million », une carte de l'anomalie de Bouguer, calculée pour une densité de réduction 2.67, a été ainsi réalisée à partir des données de la banque gravimétrique française converties en IGSN71 et de diverses sources internationales (Grandjean et al., 1998). Les données intégrées dans cette compilation sont les suivantes :
- grille gravimétrique établie à l'issue de la synthèse Pyrénées (BRGM-IGME,),
- grille issue de la compilation EGT (European GeoTraverse, Klingele et al, 1992),
- données du service géologique de Belgique,
- cartes du BGS sur la Manche,
- grille issue de la synthèse Atlantique Nord IFP-BIO réalisée à partir des données marines disponibles au BGI.

Les cartes d'anomalie de Bouguer ont de nombreuses applications en géologie régionale ou elles aident à décrire les principaux blocs structuraux à l'échelle crustale et lithosphérique (Goguel, 1954, Autran et al, 1994, Lefort et Agarwal, 2002, par exemple) et en appui à la cartographie géologique. Les cartes gravimétriques ont été ainsi impliquées dans la plupart de grandes synthèses géologiques régionales (Bassin de Paris, Sud-Est, Pyrénées) et des grands programmes scientifiques nationaux (ECORS, Geologie profonde de la France, GeoFrance 3D).

Anomalie de Bouguer (en 10-5 m/s²) cartographiée à partir d’une grille de maille 4 x 4 km.
(d’après Grandjean et al, 1998)

Télécharger la grille : GRAVI-bouguer-million-1998.grd

Gradient vertical de l’anomalie de Bouguer (en mGal/m ou 10-5 s-²) à la maille 4 x 4 km

Télécharger la grille : GRAVI-GV-bouguer-million-1998.grd

Cette compilation a été complétée par le calcul de grilles d'anomalies à l'air libre et de pesanteur, qui peuvent être nécessaire pour des applications de gravimétrie géodésique ou de métrologie. Pour ce faire, certaines études incomplètes, pour lesquelles on ne disposait pas des paramètres d'altitude et de correction topographique, indispensables pour déduire l'anomalie à l'air libre à partir de l'anomalie de Bouguer, ont cependant du être éliminées :
- grilles de données espagnoles intégrées dans la synthèse géologique des Pyrénées,
- grilles de données marines résultant de la digitalisation de cartes en Manche et Méditerranée,
- grilles issues de la synthèse EGT. Par contre, des données plus récentes ont été incluses.

Anomalie de Bouguer (en 10-5 m/s²) cartographiée à partir d’une grille de maille 4 x 4 km
(GeoFrance 3D, 2000)

Télécharger la grille : GRAVI-bouguer-geof3d-2000.grd

Les données de Bouguer initiales étaient dans le système gravimétrique de référence IGSN71, utilisant la formule internationale de 1967 pour le calcul du champ normal g0, et une densité de réduction d de 2.67. L'anomalie à l'air libre (en IGSN71), a, a été obtenue à partir de cette anomalie de Bouguer, b, de l'altitude ou de la bathymétrie, z, et de la correction topographique, ct, de la manière suivante :

  • pour les mesures terrestres, par la formule a = b - ct - 0.3086 * z + 0.0419 * d * z,
  • pour les mesures sous-marines (étang de Berre et golfe du Lion) et marines (Atlantique), par la formule a = b + 0.043 * z - 0.0419 * d * z.

Anomalie à l’air libre (en 10-5 m/s²) cartographiée à partir d’une grille de maille 4 x 4 km
(GeoFrance 3D, 2000)

Télécharger la grille : GRAVI-air-libre-geof3d-2000.grd

La pesanteur g est une donnée de base généralement disponible pour chaque station dans la banque gravimétrique française. Si elle était disponible, elle a été conservée. Pour les autres études elle a été déduite de l'anomalie à l'air libre :
- pour les mesures terrestres, par la formule g = a - 0.3086 * z +g0,
- pour les mesures marines, par la formule g = a +g0.
Comme les données initiales, la pesanteur g est dans le système IGSN71.

Les anomalies de Bouguer, à l'air libre et de pesanteur ont ensuite été interpolée sur une grille de maille 4*4 km, par krigeage, avec un rayon de recherche de 20 km.

Anomalie de pesanteur (en 10-5 m/s²) cartographiée à partir d’une grille de maille 4 x 4 km
(GeoFrance 3D, 2000)

Télécharger la grille : GRAVI-g-geof3d-2000.grd

Données satellitaires et modèles géopotentiels

Les données satellites et modèles de géopotentiel offre une vue globale des anomalies gravimétriques et peuvent être utilisées pour compléter les données existantes en particulier en mer.

Les données de gravimétrie spatiale sont généralement des grilles d'anomalies à l'air libre calculées à l'altitude 0. Les grilles suivantes sont disponibles sur le site du BGI :

  • Anomalie à l'air libre en mer à la maille de 2'×2', grille établie par Cheinway Hwang,
  • Anomalie à l'air libre en mer à la maille de 2'×2', grille établie par D.T.Sandwell et W.H.F.Smith. A terre, cette grille utilise le modèle EGM96 (Lemoine et al, 1998)

Anomalie à l’air libre sur la France (en 10-5 m/s²) d’après la grille de D.T. Sandwell

Il existe également des modèles de développement du potentiel en harmonique sphérique qui peuvent être utilisés pour calculer des grilles d'anomalies. Le plus récent de ces modèles est le modèle EIGEN-CG03C disponible sur le site du GFZ Potsdam (http://www.gfz-potsdam.de/grace/index_GRACE.html). Cette dernière version est une combinaison des données des satellites CHAMP et GRACE et de données terrestres (Forste et al, 2005).

Voir également la table des modèles gravimétriques globaux disponibles (http://icgem.gfz-potsdam.de/ICGEM/ICGEM.html).

Bibliographie

Amalvict M., Debeglia N. and Hinderer J., 2002 - The absolute gravity measurements perfomed by Sakuma in France, revisited 20 years later., in International Association of Geodesy - 3rd meeting of the International Gravity and Geoid Commission - Gravity and Geoid 2002, ed. I.N. Tziavos.

Collectif, 1998. Synthèse géologique et géophysique des Pyrénées (VOL,1). Référence : EDV-MB129, BRGM 1998, 156 Auteurs, 11 chapitres, 26 cartes couleur en hors-texte.

Förste C., Flechtner F., Schmidt R., 2005. A New High Resolution Global Gravity Field Model Derived From Combination of GRACE and CHAMP Mission and Altimetry/Gravimetry Surface Gravity Data. Poster presented at EGU General Assembly 2005, Vienna, Austria, 24-29, April 2005.

Goguel J., 1948. Essai d'interprétation de la prospection géophysique de la Bresse et du Bas-Dauphiné. Publication BRGG n°6.

Goguel J., 1954. Levé gravimétrique détaillé du Bassin Parisien. Publication B.R.G.G.M. n° 15.

Grandjean G., Mennechet C. Debeglia N. and Bonijoly D., 1998. Insuring the quality of gravity data. Eos, Transactions, American Geophysical Union, vol 79, n°18, May 5, p217-221.

Klingelé E., Lahmeyer B., Freeman R. 1992. Bouguer gravity anomaly, in Atlas of compiled data - A continent revealed - The European Geotraverse, Freeman R., Mueller S., Ed University Press, Cambridge, 27-30.

Lemoine F.G., Kenyon S.C., Factor J.K., et al, 1998. The Development of the Joint NASA GSFC and the National IMagery and Mapping Agency (NIMA) Geopotential Model EGM96; NASA Technical Paper NASA/TP1998206861, Goddard Space Flight Center, Greenbelt, USA, 1998.

Masson F., Verdun J., Bayer R. Debeglia N., 1999. Une nouvelle carte gravimétrique des Alpes occidentales et ses conséquences structurales et tectoniques. C.R.A.S. Paris, Sciences de la terre et des Planètes, 329, p 865-871.

Martelet G., Debeglia N., 2001. Homogénéisation et validation des corrections de terrain gravimétriques jusqu'à la distance de 167 km, en vue de réactualiser la banque gravimétrique française. BRGM/RP-51287-FR.

Ogier M. et Sakuma A., 1983. Mesures absolues de pesanteur en France. Bulletin d'information du BGI n° 53.

Ogier M., 1983. Le nouveau réseau gravimétrique français. Bulletin d'information du BGI n° 53.

Ogier M., 1985. Le réseau gravimétrique français RGF83. Fascicule 15 . Précision Rapports internes du BRGM, 1985 GPH 107.

Verdun J., Klingele E., Bayer R., Cocard M., Geiger A., and Kahle H.G., 2003, The Alpine Swiss-French airborne gravity-survey: Geophysical Journal International, v. 152, p. 8-19.

Haut | Accueil

Précédent | Suivant

Dernière mise à jour : 29/10/2009 11:41:26


BRGM - Service Ressources Minérales - 3, avenue Claude Guillemin - BP 36009 - 45060 Orléans cedex 2 - France - tél. : 02 38 64 36 98 - courriel : f.maldan@brgm.fr