Instruments et techniques de la gravimétrie
Le gravimètre mesure l’intensité du champ de pesanteur, le fameux “g”, dont la valeur est de l’ordre de 9.8 mètre par seconde au carré (m/s**2), en un point donné. Si le point de mesure bouge (par exemple se déplace vers le zénith du à un mouvement du “continent” ou plus localement du sol, où se trouve l’appareil) alors la valeur de g diminue. Si l’appareil est déplacée vers le nadir alors la valeur de g augmente. La précision des gravimètres absolus est équivalente à quelques mm (environ 3-5 mm), autrement dit, ils sont capables de détecter un déplacement du sol de cet ordre là. L’accélération de la pesanteur (g valant autour de 9.80 m/s2) se mesure à l’aide de gravimètres qui peuvent être utilisés en surface, aéroportés et bien encore embarqués sur des navires pour couvrir des surfaces plus importantes, mais avec des précisions moindres. Ces instruments peuvent être de deux types : relatifs ou absolus.
Les gravimètres relatifs
Un gravimètre relatif ne permet pas de déterminer la valeur exacte (ou absolue) de la gravité, mais mesure précisément ses variations entre deux mesures successives, dans l’espace et/ou dans le temps.
- Dans le cas de mesures de terrain, on peut alors cartographier avec précision les variations de gravité par rapport à un point de référence.
- Dans le cas de mesures à différents moments sur un même point fixe, on mesure alors précisément les variations temporelles de la gravité.
Les instruments classiques, dits mécaniques à ressort, permettent des précisions de l’ordre de 10 puissance -8 g (7ème décimale après la virgule). Les autres gravimètres supraconducteurs, reposant sur la lévitation d’une sphère dans un champ magnétique ultra-stable, permettent d’atteindre des précisions de l’ordre de 10 puissance -11 g (10ème décimale après la virgule). Par contre, ils ne sont pas transportables et sont donc utilisés pour des mesures des variations dans le temps à un point de référence.
Gravimètres relatifs Scintrex CG5 – CG6 du parc de gravimètres mobiles GMob de l’infrastructure de recherche Epos-France © Véronique Bertrand, Eost – En savoir plus
Le gravimètre supraconducteur iOSG de l’observatoire gravimétrique de Strasbourg © Nolwenn Portier, Eost – En savoir plus
Gravimètre absolu quantique Muquans AQG sur le site d’observation du Larzac © Véronique Bertrand, Eost – En savoir plus
Gravimètre absolu Micro-g Lacoste A10 sur le site de LROC, La Rochelle © Sylvain Lucas – En savoir plus
Les gravimètres absolus
Ils mesurent la chute libre d’un objet dans le vide et donnent une valeur exacte (dite absolue) de la gravité. Si le principe de mesure est simple (mesures de couples temps/distance), le dispositif expérimental est assez complexe (horloge atomique, laser stable) pour permettre des précisions de l’ordre de 10 puissance -9 g. Une version plus récente repose sur la chute d’un nuage d’atomes à très basse température.
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Utilisation des gravimètres sur le terrain
Frédéric Masson, professeur à l’Université de Strasbourg et spécialiste de géodésie, nous explique les objectifs, les caractéristiques instrumentales et le déroulement des mesures gravimétriques sur le terrain, dans le cadre du projet DREEM de l’Institut Terre et Environnement de Strasbourg. L’objectif de ce projet est de collecter des données sur la dynamique des stocks d’eau sur la bassin versant du Strengbach, situé dans le Haut Rhin, sur la commune d’Aubure. Les données recueillies seront utilisées pour la construction et la calibration d’un modèle reproduisant les écoulements souterrains pour comprendre la dynamique de l’évolution des eaux dans ces zones de moyenne montagne.