Thèmes de recherche de l’équipe PSN
Thème central : Systèmes hydrothermaux en contexte de tectonique active
Le travail de l’équipe est organisé autour d’une thématique principale: l’étude des systèmes hydrothermaux en contexte de tectonique active, thématique mise en ouvre sur un chantier phare: l’Himalaya du Népal. Le responsable de cette colonne vertébrale thématique, qui s’associe étroitement à d’autres thématiques de l’institut, est Frédéric Girault.
C’est autour de cette thématique et sur ce chantier phare que se développent les outils expérimentaux, numériques et intellectuels de l’équipe. L’Himalaya du Népal offre en effet le cas, spectaculaire et encore unique, de systèmes hydrothermaux qui servent aussi d’exutoires par des réseaux de grandes failles, à des émissions massives de dioxyde de carbone produit, par des réactions métamorphiques, à des profondeurs de quelques kilomètres où s’initient aussi les grands séismes himalayens, émissions nettement marquées par le gaz radioactif radon. Ces émissions de dioxyde de carbone, avec des flux en surface souvent comparables et parfois supérieurs au flux émis sur les volcans actifs, ont été observées en plusieurs sites du Népal Central, mais aussi en divers sites de l’ouest Népal, et, avec des valeurs plus faibles, dans quelques sites de l’extrême ouest Népal, région encore très peu explorée. Il s’agit donc de sites de surface où on trouve en surface des vecteurs de l’activité de la Terre interne. Les travaux en cours, et en particulier le lien avec les grands séismes, se sont intensifiés depuis le séisme meurtrier de Gorkha du 25 avril 2015. Outre la détermination des caractéristiques physiques et chimiques de ces émissions, et leur cartographie spatiale, le défi des années à venir est dans le suivi temporel et la compréhension physique des mécanismes actifs sur ces sites et leur relation avec les mécanismes crustaux associés à l’accumulation et la relâche des contraintes tectoniques. Pour atteindre cet objectif, il sera nécessaire de développer la compréhension des modes de production, par les réactions métamorphiques, et de transport, par les réseaux de failles préexistantes ou en évolution dynamique, du dioxyde de carbone, ainsi que les signatures de ce dioxyde de carbone dans les observations géophysiques comme les sondages sismiques, les propriétés des ondes sismiques, ou les sondages électromagnétiques et la conductivité électrique de la croûte et ses propriétés de couplage avec les fluides géologiques.
Action satellite 1 : Émissions des gaz géologiques dans les systèmes volcaniques actifs.
Cette action permet à la fois de bénéficier des expériences acquises sur les volcans, et inversement de tester sur ces sites les caractéristiques trouvées sur les sites du Népal. Le site principal étudié actuellement par Frédéric Girault, en collaboration avec l’équipe ISTerre de Chambéry, est le volcan Furnas aux Açores, mais les sites des Antilles sont aussi envisagés. On s’intéresse aussi, en collaboration avec Guillaume Carazzo, aux structures dynamiques créées dans l’atmosphère par les émissions gazeuses des volcans, les panaches volcaniques.
Action satellite 2 : Modélisation des flux des gaz géologiques à la surface de la Terre et applications industrielles
Cette action, pilotée par Frédéric Girault, vise à développer des outils généraux de modélisation numérique des transports des gaz dans la croûte et leurs signatures radon. Elle est soutenue par des contrats avec l’industrie et fait l’objet de collaborations avec des laboratoires de géophysique appliquée.
Action satellite 3 : Étude des atmosphères souterraines et échanges de matière dans les milieux souterrains, application à la préservation des grottes ornées
Cette action, pilotée par Frédéric Perrier, s’insère dans les travaux d’une équipe française coordonnée par François Bourges (http://www.geconseil.com/index.html). Elle vise à partir de cas concrets comme la grotte du Pech Merle, la grotte Chauvet, ou d’autres grottes instrumentées depuis plusieurs décennies, à développer une approche thermodynamique physique des milieux souterrains, en s’appuyant sur les outils et concepts issus de la thématique principale. Ces sites permettent aussi d’appliquer les méthodes du magnétisme dans les matériaux du milieu souterrain comme les dépôts et spéléothèmes (contact Aude Isambert.) et de développer, en collaboration avec la géomicrobiologie, une nouvelle approche des concrétions qu’on trouve sur les systèmes hydrothermaux.
Action satellite 4 : Étude des flux de matière anthropique et évolution des sites et rivières contaminés
Cette action, pilotée par Aude Isambert, vise à développer des outils géophysiques et géochimiques afin de caractériser les mécanismes de marquage résultant des activités humaines. Les travaux, effectués actuellement sur les sédiments de la Seine dans l’équipe de paléomagnétisme de l’IPGP, en collaboration avec Christine Franke (Mines Paris Tech), pourraient évoluer vers une approche générale des milieux contaminés, compatible avec les fondements de la physique des sites naturels.
Action satellite 5 : Flux de gaz, aquifères et échanges dans la zone critique
Cette action, pilotée par Frédéric Girault, vise à étudier des sites où on peut isoler certains mécanismes de l’interaction entre des gaz géologiques, des phénomènes météorologiques, et des phénomènes hydrogéologiques de subsurface, en insistant particulièrement sur les caractéristiques spatiales et temporelles du marquage en gaz radon. Cette action s’effectue en collaboration avec le Réseau des Bassins Versants, avec un travail actuellement sur le site du bassin versant de La Sapine, dans le Mont Lozère, et sur le bassin versant de Valescure dans les Cévennes.