Technologie et fonctionnement des navires sismiques de recherche
De nombreuses études sismiques sont réalisées en mer du Nord pour la recherche de réserves de pétrole et de gaz potentielles dans les formations rocheuses sous-marines.
Des vastes navires d’étude sismique sont utilisés pour le remorquage de flûtes suspendues sous la surface et équipées d’hydrophones.
Des ondes acoustiques transmises à partir du navire à l’aide de canons à air comprimé traversent le fond marin et sont renvoyées par les différentes couches de roche.
Les navires d’étude sismique remorquent généralement plusieurs flûtes (entre 1 et 12) d’une longueur variable pouvant atteindre 5 000 mètres.
Leurs voyants et leurs feux indiquent qu’il s’agit de navires possédant une faible capacité de manœuvre.
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Les flûtes (câbles) sont écartées par des déviateurs qui ressemblent à un type de panneau de chalut pélagique et peuvent s’étendre sur une largeur de 500 mètres.
Le remorquage par le navire d’étude sismique s’effectue à une vitesse de 4 à 5 nœuds et doit suivre une ligne droite pendant les relevés.
Les navires sont généralement accompagnés par un bateau d’assistance chargé d’avertir les autres navires des activités sismiques.
Les zones étudiées varient considérablement de taille et peuvent couvrir de vaste étendues sur la surface de la mer.
L’objectif premier de notre programme de recherche est d’en arriver à mieux connaître la géologie de la sous-surface et la répartition du pergélisol et des hydrates de gaz.
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L’acquisition de données sismiques est fonction de la production d’ondes de pression sismiques (aussi dites acoustiques).
Des appareils appelés canons à air libèrent de l’air comprimé dans l’eau pour produire une onde sismique.
Cette onde descend jusqu’au fond et pénètre le sédiment.
Une partie de l’énergie sismique est réfléchie de la partie supérieure de l’une ou l’autre des couches sous-jacentes et revient à la surface où elle est enregistrée par des appareils d’écoute appelés hydrophones.
Ces hydrophones sont disposés dans une flûte remorquée par le navire.
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La flûte de l’Araon, d’une longueur de 1,5 kilomètre, est remorquée à 6 mètres sous la surface de l’eau.
Durant notre expédition, nous utiliserons une grappe de canons à air comprimé à raison de 420 pouces cubes de volume.
Cette grappe convient particulièrement à la production d’une image des différentes couches du plancher océanique, jusqu’à une profondeur d’à peu près 1 000 mètres.
Nous consacrons cinq jours de notre programme de recherche à des levés sismiques menés le long de lignes de levés d’intérêt spécifique.
Bon nombre de ces lignes auront pour cibles des éléments et des zones dont nous connaissons l’existence, mais dont l’interprétation des origines nécessiterait de meilleures données; d’autres lignes combleront quelques lacunes dans un territoire à peu près inexploré.
Nous comptons collecter des données sismiques le long de 12 à 14 lignes de levé pour une longueur totale d’environ 1 000 kilomètres.
Pour mener ces recherches, nous avons mis en place un grand nombre de mesures d’atténuation, élaborées en consultation avec Pêches et Océans Canada, afin d’en réduire le plus possible les effets sur l’environnement et, en particulier, durant les levés acoustiques, sur les mammifères marins.
C’est ainsi que nous avons à notre bord des observateurs des mammifères marins, dont la tâche consiste à détecter la présence de mammifères dans un rayon de sécurité de 1 000 mètres autour du navire, avant et pendant les levés.
L’acquisition de données sismiques ne peut commencer que si cette zone de sécurité est libre de tout mammifère marin depuis une heure.
La mer s’est calmée et depuis peu le soleil est couché.
La source sismique SMT repose sur l'utilisation de deux flotteurs souples de 12 m de long permettant de constituer deux lignes de source, remorquées de chaque côté du navire.
Chaque flotteur est équipé de 5 positions de fixation de canons à air ou cluster (Ggun ou Bolt, volumes des chambres de 45 à 520 inch3).
Le système de déploiement permet d'ajuster l'immersion des canons entre 5 et 10 mètres.
Les deux lignes de sources sont intégrées dans deux conteneurs 40 pieds, équipés de rails et treuils permettant leur stockage et leur déploiement à la mer.
Pour chaque ligne, un ombilical unique assure les fonctions de traction, d'alimentation en air haute pression et de transmission des signaux électriques.
Les lignes de canons sont équipées de capteurs haute pression, de capteurs d'immersion et d'hydrophones pour vérifier le comportement et le bon fonctionnement des sources au cours de l'acquisition.
Plusieurs compresseurs (4 ou 5 compresseurs, total 1200 m3/h) fournissent l'air comprimé (140 bars).
Un système de filtre & lubrification des canons a été ajouté de façon à limiter le vieillissement des canons.
Le système de contrôle des canons Gunlink permet de synchroniser précisément le déclenchement des canons.
Deux configurations sont possibles, pour des acquisitions de type réflexion ou réfraction.
Par rapport aux configurations proposées, des ajustements peuvent également être réalisés en fonction des objectifs scientifiques des missions (modification du nombre de canons, du type de canons, de l'immersion des canons...).
Les équipements de prospection sismique marine sont des outils largement utilisés pour explorer la croûte océanique à des profondeurs variant de quelques mètres à plusieurs kilomètres.
Ces équipements sont constitués d'une source acoustique (compresseurs et canons à air) associée à un ensemble de capteurs de réception répartis le long de câbles tirés par le navire.
Entre 2014 et 2018, l'Ifremer a entièrement renouvelé son parc d'équipements sismiques et trois équipements entièrement modernisés, SMT, HR et SISRAP, sont aujourd'hui disponibles.
Les sismomètres sous-marins (OBS = Ocean Bottom Seismometers) sont des instruments autonomes permettant d’enregistrer les mouvements de la Terre via les vibrations sismiques pouvant être causées par des processus naturels ou artificiels.
Les OBS sont posés sur le fond de mer et collectent les données au fil du temps, en continu, mais sans pouvoir transmettre les données en temps réel.
Ce sont donc des stations sismologiques marinisées et autonomes (les données sont stockées dans l’instrument).
Ils sont déployés depuis un navire océanographique comme le Marion Dufresne, conçus pour être immergés a de grande profondeur (jusqu’à 5000 mètres).
Figure 1. Les deux types d’OBS utilisés pendant la campagne MAYOBS33 : BB-OBS (gauche) et SP-OBS (droite) lors de mises à l’eau.
La partie jaune est le flotteur.
Les « BB-OBS » partagent des caractéristiques similaires au OBS classiques. Les différences majeures résident dans la bande passante couvrant les basses fréquences et leur usage.
Les BB-OBS ont des sismomètres nivelés électroniquement et externes à la structure, qui sont équipés d’un jeu de batterie supplémentaire dans l’objectif de compenser la surconsommation associée.
Dans le cadre de la surveillance du risque sismique au large de Mayotte, le déploiement d’OBS est déterminant pour étudier la distribution et l’évolution spatio-temporelle des séismes.
En effet, la mise en place de plusieurs OBS sur le fond de mer a permis de mieux contraindre les séismes déjà enregistrés auparavant via le réseau à terre et de positionner précisément les séismes qui se sont produits depuis leur mise en place grâce à la couverture azimutale permise par ces instruments.
Ces stations ont notamment permis de bien distinguer la position et la géométrie des deux essaims sismiques.
La campagne MAYOBS33 a impliqué des opérations de récupération et de déploiement des OBS, avec 3 SP-OBS et 2 BB-OBS relevés.
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