1. Sismologie (plus de détails)
2. Géodynamique (plus de détails)
3. Géophysique de subsurface, ressources naturelles et environnement (plus de détails)

Les membres des structures intégrant le laboratoire de physique du globe ont développé un savoir-faire unique dans l’appréhension de la dimension Ressources/Risques naturels et environnement, sur la base de traitement de données spatialisées, travaux de terrain et de traitement de données d’archives. Et ceci, dans le cadre de plusieurs programmes scientifiques en partenariat nationale et internationale et à vocation pluridisciplinaire.

Ce savoir-faire sur lesquels le laboratoire a accentué ses travaux concerne en particulier la sismologie, le magnétisme, la gravimétrie, la géothermie et la sismique du littoral marin.

Dans ce qui suit une présentation par thème de la stratégie de recherche et objectif recherché :

Recueil des informations existantes et constitution d’une base documentaire à différente échelles

Cette étape est essentielle et incontournable dans notre démarche. Au plan technique, elle présente un double intérêt :

D’une part, celui de dresser un bilan des données existantes et un historique des évènements, ce qui permet d’avoir une idée de la sensibilité des zones d’études vis à vis du phénomène naturel considéré. D’autre part, celui d’identifier les conditions d’environnement ayant favorisé l’apparition des phénomènes et, le cas échéant, de bénéficier des analyses géotechniques effectuées dans le cadre de l’expertise ou du diagnostic.

Les données utiles à la cartographie des risques sont nombreuses. Elles concernent aussi bien le passés que le présents, les évènements historiques (manifestations physiques des phénomènes naturels, conséquences en terme de dommages et victimes), que les conditions actuelles du milieu naturel et de son environnement (météorologique, géologique, morphologique, hydrologique, hydraulique, sismotectonique, etc), ainsi que les composantes de l’occupation humaine (population, habitat, activités, …etc.). Toutes ces données sont contenues dans les archives, les dossiers, les études et les cartes existantes, les imageries satellitaires, les photographies aériennes, le terrain, les banques de données (numérisées ou non) et la mémoire collective.

Les données spécifiques au risque sismique et mouvements de masses :

• Cartes géodynamiques
• Cartes sismotectoniques du Maroc
• Cartes de failles actives ou cartes néotectoniques à l’échelle locale
• Cartes d’iso intensité
• Données de sismicité historique
• Données de sismicité instrumentale : catalogues du département de physique du globe (Institut scientifique de Rabat), du laboratoire de sismologie (centre nationale de recherche scientifique de Rabat), et ceux des centres internationaux de sismologie ; centre internationale de sismologie (ISC), centre Euro-Méditerranéen de sismologie (CSEM), et l’Institut nationale de géographie de Madrid (ING), ainsi que les données de l’ING pour la région du nord du Maroc.

L’Aléa sismique :

Dans toute étude de caractérisation du risque sismique, la première étape consiste à estimer les "agressions" sismiques que vont subir les bâtiments et l'ensemble de l'environnement naturel. Ces "agressions" peuvent être caractérisées soit en termes plutôt qualitatifs (intensité macrosismique matérialisée par une échelle de dommages), soit en termes plus quantitatifs et plus riches (caractéristiques physiques du séisme matérialisées par l’amplitude et le contenu fréquentiel des mouvements vibratoires). Ces mouvements dépendent de la taille des séismes (leur "magnitude"), de leur éloignement et de la nature des terrains de couverture. Quelle que soit la façon dont on les caractérise, il faut donc d'abord choisir des événements de scénario, puis évaluer les mouvements produits sur le territoire concerné en fonction de la distance et de la nature du sous-sol.

De plus, cette agression sismique peut aussi avoir des conséquences sur certains milieux naturels en provoquant glissements de terrain ou liquéfaction des sols entraînant eux-mêmes des dégâts aux implantations humaines, dont l'éventualité et au besoin l'analyse doivent donc être envisagées dans toute étude d'aléa.

Notre démarche consiste donc à définir l’aléa sismique régional, cartographier les effets induits liés aux sites s, à calculer des spectres de réponse à chaque configuration de sol.

Cette approche intégrée de tous les aléas, constitue le microzonage sismique qui est reconnu mondialement comme la référence pour toutes les études de risque sismique, même s’il existe d’autres méthodes de calcul des spectres ou d’évaluation des aléas.

Evaluation et cartographie de l’aléa sismique

L’aléa régional de référence est défini comme le séisme maximum contre lequel la société choisi de se prémunir. Il est supposé se produire avec une probabilité non nulle dans un intervalle de temps de compatible avec la durée de vie des bâtiments et des aménagements à protéger et à une distance en accord avec le cadre sismotectonique de la zone d’étude.

L’évaluation de l’aléa sismique à l’échelle régionale permet de subdiviser une région en secteurs caractérisés par des comportements similaires par rapport aux paramètres déterminants de l’intensité des mouvements du sol d’origine sismique. Cette démarche conduit à la délimitation de zones pour lesquelles on édictera des règles de construction parasismiques. On précise les caractéristiques de l’aléa par une intensité ou par une accélération (et par intégrale successives la vitesse et le déplacement) qui sont susceptibles d’affecter cette zone au cours d’une période de temps donnée. Le mouvement sismique sera déterminé par des valeurs « au rocher horizontal », C’est-à-dire que l’on se place dans le cas de l’absence de formations superficielles. La prise en compte du rôle de ces dernières se fera dans l’étape suivante à l’échelle locale.

Microzonage sismique

Le microzonage est la prise en compte des effets de la géologie et de la topographie locale sur les sollicitations sismiques. L’objectif du microzonage est d’obtenir un niveau de sécurité homogène pour les nouveaux ouvrages quel que soit la zone sismique ou la géologie locale. Il sert également à identifier les zones dont les sols peuvent comporter des caractéristiques particulièrement défavorables en cas de tremblement de terre et pour lesquels des mesures spéciales peuvent être requises.

Zonage sismotectonique

La notion de « zone sismotectonique » a été introduite pour définir, en l’absence de source sismiques parfaitement localisées, des secteurs de comportement sismotectonique homogène et donc avec un niveau d’aléa donné. Elle est le plus souvent définie par des critères structuraux susceptibles de différencier des « zones structurales » dont les éléments ont a priori un lien avec l’activité sismique. Malgré les difficultés que l’on rencontre dans la pratique pour définir les « zones sismotectonique », ce concept reste un outil indispensable pour les évaluations de l’aléa sismique, notamment dans les régions où l’on a des difficultés à faire le lien entre séisme et faille. Ainsi, dans un souci de globalisation, les zones sismotectoniques seront définies en terme de cohérence géodynamique (observation, démarche dynamique telle que densité et niveau de sismicité, mode de déformation,…)

Sur la base du zonage et de certaines hypothèses, on établit des cartes d’intensités attendues sur les différents secteurs en déplaçant les séismes à l’intérieur de leur zone sismotectonique ou le long des failles auxquelles ils sont associés. Cette démarche permet d’évaluer l’intensité maximale attendue en tout point et d’en déduire le séisme maximal de référence.

Modélisation numérique de l’Amplification

Par la suite, des modélisations numériques des effets de site doivent être réalisées. Il est important de choisir la ou les méthodes de simulation les mieux adaptées au contexte étudié, en tenant compte en particulier :

• selon la géométrie du substratum rocheux, des modélisations 1D ou 2D seront appliquées
• si un comportement non linéaire des sols est attendu (nature des terrains propice à des effets non linéaires, aléa élevé attendu au rocher), il conviendra de le prendre en compte dans les simulations, au moins à l’aide de l’approximation dite « linéaire-équivalente »
• de l’influence de la source sismique (gamme de magnitude », mécanisme, profondeur, distance).

Spectre de dimensionnement et carte d’aléa d’effet de site

Il s’agit à ce stade de synthétiser l’ensemble des informations et des résultats de calculs et de modélisations issus des étapes précédentes sous forme d’une carte d’aléa d’effet de site géologique qui délimite les différents types de sols, associés à des spectres de réponse propres. Il s’agit d’une carte (par secteur d’étude) sur laquelle apparaissent les différentes zones définies d’après l’étude des effets de site.

Vulnérabilité

L’objet premier de cette étude étant de mettre l'accent sur l'impact humain des séismes de références. Ce bilan dépend prioritairement des dommages aux constructions constituant les lieux de vie usuels, à savoir logement, bureaux, établissements d'éducation, commerces, etc. Cependant, parmi ceux-ci, certains ont une plus grande importance que d'autres, soit en raison des enjeux humains qui y sont associés (plus grande concentration de personnes au moins à certaines heures, comme par exemple les établissements recevant du public, en particulier les établissements d'enseignement), soit en raison de leur fonction qui doit absolument être maintenue en cas de crise (centres de secours, hôpitaux, …etc.). Cette différenciation est déjà présente dans la réglementation parasismique actuelle par le biais de la "classe d'importance" des bâtiments, libellée B, C ou D.

Évaluation du flux de chaleur, des ressources géothermiques et pétrolières au Maroc

1- Évaluation des ressources géothermiques du Maroc oriental :

L’évaluation du potentiel hydrogéothermique d’une région donnée, se base sur les deux paramètres fondamentaux : la température (énergie) et l’eau comme facteur véhiculaire (réserve hydrique). Dans le Maroc oriental il y a de nombreuses sources chaudes et d’importants réservoirs d’eau chaude, révélés par les puits hydrogéologiques et pétroliers qui sont autant d’indices plaçant cette région comme une cible prometteuse en énergie géothermique et en eaux thermominérales. Ainsi et pour identifier, caractériser et décrire ces aquifères et évaluer les ressources géothermiques qui sont à l’origine de nombreuses sources thermales une bonne connaissance de la répartition de la température, des caractéristiques chimiques des eaux, de l’hydrodynamisme des réservoirs et de leurs caractéristiques pétrophysiques s’est avérée nécessaire. Pour mieux utiliser et explorer l’énergie géothermique dans les réservoirs plusieurs méthodes et techniques seront réalisées (la prospection géothermique de surface, la prospection géothermique de subsurface et l’étude géothermométrique) pour cerner les potentialités hydrogéothermiques des différents réservoirs d’eau chaude du Maroc oriental. Aussi, la compilation et le traitement des données géologiques, géophysiques, hydrogéothermiques et hydrochimiques permettront de subdiviser cette zone en unités hydrogéothermiques limitées par des zones de recharges et d’autres de décharges.

Chaque bassin hydrogéothermique fera l’objet d’une étude minutieuse pour repérer les indices et les anomalies thermiques, identifier le réservoir d’origine, ses limites physiques, sa natures lithologique, sa température, les mélanges éventuelles et le circuit souterrain emprunté par les eaux chaudes. Aussi un modèle de fonctionnement hydrodynamique des aquifères d’eau chaude de la région sera réalisé ce qui permettra d’envisager la meilleur façon d’utiliser l’énergie accumulé dans les aquifères ce que devienne très important au moment ou le prix du pétrole est de plus en plus cher. Ce ressource énergétique constitue alors un réservoir d’énergie qu’il faut mieux connaitre pour mieux l’explorer et utiliser dans un futur plus ou moins proche.

2- Évaluation du flux de chaleur au Maroc :

L’étude a pour objectif de proposer une nouvelle analyse du flux géothermique au Maroc s’appuyant sur une méthode fiable d’estimation de la conductivité thermique des roches sédimentaires à partir des logs géophysiques en forage. Cette méthode utilise la technique des réseaux de neurones qui permet d’estimer n’importe quelle fonction non linéaire par apprentissage ; elle a été testée avec succès sur la base de données mondiale des forages profonds ODP. Dans un premier temps, les logs géophysiques seront dépouillés à partir des documents pétroliers obtenus auprès de l’ONHYM. Dans un deuxième temps, les données seront réduites afin d’estimer le flux de chaleur, ainsi que la distribution des températures en profondeur. L’étude examinera également la présence des BSR, réflecteurs sismiques superficiels caractérisant une interface thermodynamique entre des hydrates de méthane et gaz libres.

Ces BSR peuvent être interprétés en termes de température et s’intégrer dans une analyse globale des transferts thermiques actuels. Les retombées scientifiques concerneront la connaissance globale des transferts de chaleur sur les marges continentales et d’un point de vue économique une meilleure compréhension des systèmes pétroliers, du potentiel géothermique basse et moyenne enthalpie, et des ressources en hydrates de gaz.

Pourquoi cette étude ?

De nombreux phénomènes géologiques sont liés d’une manière ou d’une autre à la température. Le flux de chaleur qui s’échappe de la surface de la Terre est donc une observation de première importance, car elle permet de prévoir la distribution des températures en profondeur. C’est malheureusement une des mesures les plus complexes à réaliser et à interpréter, parce qu’elle nécessite l’estimation à l’équilibre du gradient vertical de la température, qui ne peut être obtenu, à l’exception des domaines océaniques, que dans des forages profonds, ainsi que l’estimation de la conductivité thermique associée à ce gradient. Dans les domaines où le socle continental affleure, les sondages miniers ou hydrologiques (>100 mètres) sont utilisés pour obtenir des mesures du flux de chaleur.

Dans les océans mais à des profondeurs d’eau supérieures à 1000 mètres, les mesures de flux de chaleur sont effectuées grâce à des sondes d’une dizaine de mètres qui pénètrent dans les sédiments pélagiques superficiels. Dans les régions sédimentaires on shore et sur les marges continentales, les conditions ne sont favorables ni à des mesures dans des forages superficiels parce que les circulations dans les nappes aquifères y perturbent le champ de température, ni à des mesures de type océanique parce que les courants marins superficiels induisent des fluctuations saisonnières qui perturbent également les mesures. Seules les données de forages pétroliers sont utilisables, mais les températures ne pouvant être obtenues à l’équilibre et les conductivités thermiques n’étant pratiquement jamais mesurées, une forte incertitude demeure quant à l’estimation des flux de chaleur dans les zones sédimentaires.

Pour différentes raisons scientifiques comme économiques, ces zones sédimentaires sont pourtant d’un intérêt primordial. Par exemple, les marges continentales semblent affectées par des perturbations locales de la convection du manteau terrestre (Figure 1) qui pourraient en faire des zones où le flux de chaleur est anormalement élevé (Lucazeau et al., 2004a; Lucazeau et al., 2004b), mais ceci reste à démontrer. Sur le plan économique, on peut noter que le pic de production pétrolier approchant, l’exploration va devoir s’intéresser à des réserves de plus en plus dispersées, et donc faire appel à des moyens de prédiction de plus en plus sophistiqués. Parmi ceux-ci, la prédiction de l’évolution des systèmes pétroliers requiert une bonne connaissance du champ de température au cours du temps.

Méthodologie

Le flux de chaleur à la surface de la Terre peut-être déterminé par le produit de la conductivité thermique λ et du gradient vertical de température dT/dz. L’idéal serait de disposer d’estimations régulières de températures et de conductivités thermiques. Mais dans les forages pétroliers, les températures sont généralement peu nombreuses (entre 1 et 5 en moyenne), rarement à l’équilibre thermique et les conductivités thermiques ne sont jamais mesurées. Si les températures BHT (Bottom Hole Temperatures) peuvent être corrigées de manière standard (par exemple en utilisant les méthodes Horner ou par comparaison statistique avec les DST (Drilling Stem Test) jugées plus représentatives de la température des formations, les conductivités thermiques sont estimées de manière variable suivant les études, depuis l’empirisme complet jusqu’à l’estimation à partir de lois compositions minéralogiques.

Une autre approche pour l’estimation de conductivité est basée sur les corrélations avec des logs géophysiques en forages, mais les domaines d’application et de validation de ces méthodes sont essentiellement locaux. Afin de pouvoir utiliser un estimateur universel de la conductivité thermique, une méthode basée sur les réseaux de neurones, est mise au point à l’IPG de Paris et validée sur l’ensemble des données disponibles dans la base ODP (Pribnow et al., 2000). Cette méthode utilise les réseaux de neurones comme des approximations de fonctions reliant la conductivité thermique aux propriétés des logs géophysique (typiquement sonique, densité, porosité neutron, résistivité et gamma ray). Les conductivités peuvent ainsi être estimées avec une précision de 10-15 %.

Magnétisme

• Traitement des données géomagnétiques de l’observatoire Averroès, et suivi des mesures magnétiques absolues.
• Réalisations des Bulletins géomagnétiques du Maroc.
• Campagne de mesures magnétique de répétition du Maroc, dans les mêmes stations de la dernière compagne qui a été effectuée en 1967.
• Sondages géomagnétiques dans le l’Anti Atlas et le Pré-Rif.

1. Etude de l’aléa sismique sur l’axe Tanger Kenitra et extension du tracé entre kenitra casablanca 2012 - 2016 (Projet avec ONCF)
2. Membre du projet GIREPSE, 2014-1017 : L’adaptation au changement climatique dans le bassin de Tensift au Maroc par une gestion améliorée du bassin versant et le paiement pour les services environnementaux. AMSR-ACRI
3. Membre du Rapid environmental changes and human activity impacting continental shelf systems 15 partenaires
4. Nouvelle évaluation du flux de chaleur terrestre sur la base de données géophysiques des forages pétroliers au Maroc. Implications en recherche du pétrole, partenaire (ONHYM, Maroc)
5. TOPOIBERIA-GPS (Geociencias en Iberia : Estudios integrados de topografía y evolución 4D : Topo-Iberia) par l’installation de stations GPS à enregistrement continu au Maroc et en Espagne
6. CO2 Storage, towards an infrastructure for CO2 transport and storage, “COMET” SEVENTH FRAMEWORK PROGRAMME (FP7)