Marine Geosciences

N E P

Les Ministères de la Défense et de la Recherche ont décidé de construire et d’exploiter conjointement deux nouveaux navires en remplacement des BHO D’Entrecasteaux et l’Espérance et du N/O Nadir. Le BHO Beautemps-Beaupré, en construction à Lorient, sera armé par la Marine Nationale et mis en service en 2003. L’Ifremer assure la responsabilité du second navire qui portera le nom de "Pourquoi pas ?" en hommage au Dr J. Charcot.

Le projet de Navire d’Exploration Profonde, NEP, s’organise autour d’un Comité Directeur, d’une Equipe de Projet et enfin d’un Groupe de Suivi de Projet (GSP), représentant les différents intervenants qu’ils soient utilisateurs, partenaires Marine ou scientifiques, opérateurs ou gestionnaires.

Les consultations diverses débutées en 2001, doivent aboutir au lancement de l’appel d’offres pour le chantier en mai 2002, au choix en octobre, au début de construction en janvier 2003 et à une livraison en fin 2004.

Le Groupe "ad hoc" du Comité Directeur a tout d’abord travaillé sur les caractéristiques générales, les missions et la position dans la flotte française du NEP en analysant des scénarios prospectifs de campagnes à la mer . Les résultats ont été validés par le Comité Directeur et présentés au Comité Scientifique. Le Pourquoi pas ? est destiné à effectuer des mesures en route ou des travaux sur chantier permettant aux utilisateurs d’étudier les phénomènes scientifiques à l’échelle globale et à l’échelle du processus.

Le Groupe de Suivi de Projet a défini les besoins des utilisateurs au cours d’un cycle de réunions pendant le 4^ème trimestre . Elles ont rassemblé près d’une centaine de participants (17 de la DRO dont 8 de DRO/GM), et se structuraient selon 5 axes thématiques : Equipements scientifiques, Locaux scientifiques, Pont et mise en œuvre des engins, Motorisation et acoustiques, Vie à bord. Le " Pourquoi pas ? " sera un navire tous océans hors hautes latitudes et disposera d’une capacité d’hébergement de 40 scientifiques et techniciens embarqués. Des apparaux spécifiques permettront la mise en œuvre optimale au cours d’une même mission de deux grands outils océanographiques, ROV et sonar remorqué, Nautile et pénétromètre Penfeld par exemple ou des vedettes hydrographiques du SHOM.

Les chercheurs bénéficieront d’une importante surface de locaux scientifiques et de laboratoires permettant d’assurer le suivi des opérations, l’acquisition et le traitement des données ainsi que la préparation et l’analyse des prélèvements.

Pénétromètre PENFELD

Développé sous la responsabilité de TMSI, le pénétromètre PENFELD (Fig. 13) est un outil géotechnique capable d’enfoncer sur 30 mètres une tige métallique enroulée sur un tambour, tige qui est redressée avant fonçage et qui est ré-enroulée sur son tambour lors du retrait.

Mis en œuvre à partir d’un câble de dragage ou de carottage sur des bateaux océanographiques de type Atalante, Penfeld est un système autonome qui possède son énergie électrique par batteries rechargeables et permet d’effectuer jusqu’à 7 séquences de mesures qui sont programmées avant la mise à l’eau de l’engin. Un lien acoustique bidirectionnel permet à l’opérateur de suivre le déroulement des séquences et d’en modifier leur chronologie.

Nous avons assuré le développement et programmation de la Centrale d’Acquisition et de Mesures (CAM).

Bilan des travaux réalisés :

1. La recette de la structure haute du pénétromètre
2. Les essais terrestres du pont de cran du 23 au 27 avril 2001 ont démontré le fonctionnement de tout l’ensemble mécanique avec la réalisation d’une dizaine de pénétration jusqu’à 18,5 mètres,
3. La campagne ESIMAP sur la Thalassa du 8 au 13 juin 2001 a validé les systèmes de manutention à bord des navires Ifremer.
4. Mise en peinture et remontage du pénétromètre.
5. Mise au point de l’automatisation du fonctionnement du pénétromètre avec la prise en compte des capteurs de servitude et des sécurités.

Figure 13 : Pénétromètre PENFELD en cours de montage à l’atelier

Pointe Multicapteurs 

La pointe Multicapteurs est destinée à être montée en bout de la tige du pénétromètre PENFELD. Elle mesure les paramètres géotechniques des sédiments marins sur une profondeur de 30 mètres. Elle est issue des technologies que nous avons développées pour les pointes du Module Géotechnique avec une intégration très poussée des capteurs dans un volume extrêmement réduit et une mesure de la pression différentielle interstitielle induite avec une pression de ligne de 600 bars. La pointe est interfacée sur la centrale d’acquisition de PENFELD par une liaison numérique.

Elle mesure la valeur de l’effort de pointe, de l’effort latéral, de la pression différentielle induite, de la gammadensité, de la température, et de l’inclinaison.

Les caractéristiques dimensionnelles sont conformes au standard des pointes géotechniques.

Célérité et conductivité in situ

1. Pointe célérimétrique

   Développée en collaboration avec le SHOM et TMSI/AS, la pointe célérimétrique, mise en œuvre à partir du Module Géotechnique, mesure in situ la vitesse du son dans le sédiment sur une profondeur de 2 mètres. Elle vient augmenter le parc d’outils du Module Géotechnique destinés à déterminer les caractéristiques géotechniques des sédiments marins (Effort de pointe, Effort latéral, Pression différentielle interstitielle induite, Gammadensité, Température, Carotte).

   Après l’étude de faisabilité réalisée en fin 1999, une convention pour le développement d’un système de mesure in situ des propriétés acoustiques des sédiments est signée entre l’Ifremer et le SHOM lequel s’engage à financer le développement et la construction de la pointe. Après quelques essais en laboratoire et en mer pour déterminer les meilleurs paramètres, celle ci est confiée à la société ORCA.

2. Sonde de Mesure de Conductivité in situ (Sonde CTH)

   Le calcul du flux de chaleur dans les sédiments marins passe par la connaissance de la conductivité thermique qui est mesurée à partir de carottes ramenées à bord. La qualité de la mesure est en grande partie fonction de la qualité de l’échantillon ramené (remaniement). Pour déterminer la conductivité thermique in situ nous avons fait l’étude et lancé la réalisation d’une Sonde de Mesure de Conductivité Thermique In situ dérivée des sondes de Température THP. Un premier prototype est commandé à la société MICREL. Il est utilisé lors des missions ANTAUS et ZAÏROV en fin 2000 et début 2001. Le cahier des charges de la version industrielle pour un fonctionnement en opération océanographique est finalisé avec la société Micrel qui est prête à en assurer la commercialisation.

    

Sondeur THR

Développé en collaboration avec TMSI/AS, le sondeur THR (Très Haute Résolution), mise en œuvre à partir du Module Géotechnique, caractérise la réponse acoustique des sédiments sur une profondeur de 2 mètres avec une définition de quelques centimètres. Couplé avec la pointe célérimétrique, il permet également d’avoir un profil vertical de la vitesse du son dans le sédiment.

Le Groupe instrumentation a entrepris le câblage complet du Module Géotechnique pour intégrer les nouveaux outils et remettre l’ancien câblage à jour ainsi que le logiciel de commande et d’acquisition de la pointe célérimétrique et du sondeur THR.

O B S 

Les résultats de la dernière campagne HYDRATECH pendant laquelle les OBS étaient utilisés, ont révélé la nécessité d’améliorer le couplage des géophones avec les sédiments marins. Nous avons étudié un système de largage pour déposer un ensemble de géophones déportés 3 composants et modifié les électroniques pour améliorer les performances des enregistrements. Cette dernière version sera utilisée lors de la mission HYDRATECH2.

Le projet Mini-OBH

L’expérience d’IFREMER de ces dernières années montre que les opérations de sismique réfraction et réflexion grand angle demandant la mise en œuvre d’OBH (Ocean Bottom Hydrophone : Hydrophone de fond de mer) pourraient être largement optimisées avec un total de 50 à 70 instruments légers et l’utilisation d’un seul bateau. Ces stations sont des équipements de mesure sismique déployés sur le fond des océans ; elles sont utilisées pour préciser la géométrie des structures des marges continentales, lors des campagnes scientifiques portant sur l’étude des processus pouvant amener à la formation du pétrole en eaux profondes.

Cependant, la multiplication des instruments actuellement disponibles à l’Ifremer serait irréaliste, tant sur le plan financier qu’opérationnel.

C’est pourquoi, en fin d’année 2001, DRO/GM a proposé un projet visant à améliorer les coûts d’acquisition et les coûts de mise en œuvre des stations sismiques sous-marines OBH/OBS (Ocean Bottom Hydrophone/Ocean Bottom Seismometer) de l’Ifremer dans le cadre du défi "MARGES".

Le concept Mini-OBH est basé sur un principe innovant qui pourra peut être faire l’objet d’un dépôt de brevet en 2002, ce nouveau concept permet d’obtenir : un coût de revient très faible, un encombrement et un poids de l'appareil considérablement réduits, une maintenance simplifiée de l’appareil tout en maintenant le niveau de performance.

Les avantages d’un tel système sont nombreux à la fois sur le plan financier et sur le plan opérationnel en permettant : d’optimiser les coûts et la logistique des campagnes en utilisant un seul bateau au lieu des deux nécessaires jusqu’à présent (Nadir et Suroît), d’améliorer la résolution des modèles géologiques en utilisant un plus grand nombre d’instruments.