Gravimétrie

Le terme de gravimétrie désigne soit une méthode géophysique dite de potentiel qui étudie les variations spatiales du champ de pesanteur, soit un ensemble de méthodes d'analyse ou de séparation, basées sur les différences de densité.

Carte gravimétrique de l'océan Austral et du continent antarctique
Ce champ de gravité a été calculé à partir de mesures de hauteur des eaux de surface recueillies par l'altimètre de l'US Navy GEOSAT de Mars 1985 à Janvier 1990. (données déclassifiées par la Marine américaine, en mai 1992 et fournissent la plupart des informations sur la gravité à petite échelle)
Le continent antarctique lui-même est coloré en bleu selon l'épaisseur de la calotte glaciaire (Chaque nuances de bleu correspond à une étape de 1000 m) ; lignes grises matérialisent les bassins versants de glace; les taches roses sont les parties du continent qui ne sont pas couvertes par la glace, les zones grises sont celles pour lesquelles on manque de données

Géophysique

Rappel physique

L'accélération de la pesanteur, g, vaut globalement sur la terre 9.8 m/s². Elle varie cependant selon l'endroit en raison de l'aplatissement du globe terrestre aux pôles (9.83 m/s² sur ces derniers contre 9.78 m/s² à l'équateur) et en raison de la répartition hétérogène des différentes masses avoisinantes (montagnes, fosses...). Ces variations sont également temporelles en raison des mouvements dus à la tectonique des plaques, à la fonte des glaciers...

Méthodes

Deux méthodes complémentaires permettent de l'étudier : la gravimétrie spatiale qui utilise les orbites des satellites induites par le géoïde terrestre (on remonte ainsi à des échelles de 100 km, mais pour l'ensemble du globe), et la gravimétrie-géodésie plus locale mais plus précise.

Les mesures de la pesanteur à la surface de la Terre donnent au géophysicien les moyens de modéliser la structure géologique du sous-sol. Étant donné que les mesures du champ de gravité sont seulement proportionnelles à la densité des roches, les modèles du sous-sol seront des modèles de densité.

Les gravimètres

Les appareils employés sont des gravimètres, qui mesurent des valeurs relatives de la pesanteur avec une extrême précision (à 10^-9 près au moins). S’ils peuvent être manipulés par une seule personne, ils nécessitent néanmoins un calage altimétrique de précision (plus précis que le centimètre, d'où l'existence de bornes de référence altimétriques). Ils sont utilisés facilement dans n’importe quelles situations climatiques, géographiques et de relief c’est-à-dire en montagne, en forêt, en plaine, en ville, en galeries souterraines, sur les lacs gelés, les glaciers, etc.

Il s'agit le plus souvent d'une masse déformant un ressort. Les appareils plus précis sont constitués d'une masse métallique évoluant dans une bobine supraconductrice : l'intensité du courant permettant la lévitation de celle-ci est corrélée avec l'accélération de la pesanteur.

Après l’acquisition des mesures et leurs validations, le géophysicien doit corriger ces mesures de l'altitude et du relief ainsi que des effets de force de marée de la lune et du soleil. En comparant les mesures à des valeurs théoriques de gravité au même point de mesure, on élabore une anomalie dite de Bouguer (Pierre Bouguer (1698–1758)). Cette première interprétation peut aboutir à une analyse quantitative par l’élaboration d’un modèle géométrique 2D, 2,5D ou 3D du sous-sol géologique. On doit prendre soin de relier les hypothèses de travail à des éléments reconnus provenant d’autres méthodes géophysiques ou provenant directement de forages mécaniques.

Gravimétrie spatiale

• article gravimétrie spatiale

La trajectoire d'un satellite artificiel volant à basse altitude est directement influencé par la valeur de g. La déviation en altitude permet donc d'estimer celle-ci. Cette technique a été employée dès les années 80.

En 2000, le satellite CHAMP est lancé. Il est suivi par le système GRACE (Gravity recovery and climate experiment) en 2002. Ce dernier est composé de deux satellites qui se suivent de près en orbite basse et dont les positions relatives sont déterminées avec une précision extrême. La résolution spatiale est alors de l'ordre de 400 km. Le satellite GOCE (Gravity field and steady state ocean circulation explorer), permettant une précision encore meilleure, est lancé le 17 mars 2009.

Applications

Les applications sont très diverses, notamment pour caractériser un aquifère, une cavité, un glacier, un dôme de sel, un site archéologique, un gîte métallifère, un bassin sédimentaire ou la structure d'une chaîne de montagne. La gravimétrie aéroportée permet d’étudier d’importantes étendues en peu de temps, mais avec une précision moindre qu'en gravimétrie terrestre : cette technique donne des résultats applicables à l’exploration pétrolière et minière. Elle permet également d'évaluer l'épaisseur des calottes polaires et aider ainsi à l'estimation du réchauffement climatique.

Références

• La gravité observée depuis l'espace, I Panet, M Diament, Pour la Science, novembre 2006, p46-53

Métallurgie / Minéralurgie

La gravimétrie désigne un ensemble de techniques de séparation de minéraux, qui opère en fonction de la différence de densité de ces minéraux.

Ces techniques sont utilisées en particulier en minéralurgie pour concentrer des minerais. Elles sont également utilisées dans le domaine du recyclage, par exemple pour séparer des matières plastiques de différentes densités.

A titre d'exemple, on citera la technique de "liqueur dense", qui consiste à préparer une phase liquide de densité intermédiaire entre celles des deux minéraux à séparer. L'un des minéraux va flotter, l'autre va sombrer, et l'on pourra donc les recueillir séparément. On peut ainsi séparer un minerai de sa gangue stérile. La technique n'est efficace que si la différence de densité entre les minéraux considérés est suffisante. Elle nécessite le plus souvent une préparation granulométrique préalable (concassage par exemple).

Voir aussi

• Portail de la géodésie et de la géophysique