L’équipe IMAGERIE & ONDES poursuit des objectifs d’imagerie de l’intérieur de la Terre à une large gamme d’échelles et de physique de la propagation des ondes, dans ses attributs, ses observables et sa modélisation. Les travaux de l’équipe s’axent d’une part sur des développements algorithmiques, numériques et métrologiques, d’autre part sur des applications répondant à des problématiques géologiques et géodynamiques. Extraire des signaux géophysiques toute l’information qu’ils portent sur les structures de l’intérieur de la Terre résume pour l’essentiel les objectifs de l'équipe dans ses développements et applications.

Les directions de travail sont :

  1. La physique des ondes : non linéarité, dispersion, atténuation, interactions, anisotropie. Il s’agit d’appréhender la complexité du phénomène ondulatoire appliqué aux ondes marines et à l’extraction d’attributs signant l’atténuation des ondes sismiques dans la Terre ou le caractère anisotrope des milieux traversés. Cet effort s’accompagne d’un travail continu d’implémentation de schémas numériques les plus réalistes et numériquement efficaces pour modéliser ces phénomènes propagatifs, soit en champs d’onde complets, soit sur des attributs de temps de trajet. Ces efforts visent à mieux appréhender certains phénomènes extrêmes (tsunami, leur propagation et leur intensité) dans le cas des ondes marines et à améliorer les méthodologies d’imagerie géophysique basées sur la propagation d’ondes sismiques ;
  2. L’imagerie quantitative des milieux géologiques sur une large gamme d’échelles (du massif rocheux au manteau supérieur). Il s’agit là du domaine d’application privilégié des outils de modélisation d’ondes sismiques développés. C’est donc principalement de la réponse aux ondes sismiques, issues de la sismicité ou de sources artificielles contrôlées, que sont extraites les propriétés des milieux, avec un effort vers la quantification de plusieurs gammes de paramètres : vitesses d’ondes P et S, densité, atténuation, anisotropie. L’approche la plus avancée pour cela, basée sur une expertise internationalement reconnue et une expérience de plus de 15 ans, est l’inversion de champs d’ondes complets (Full waveform Inversion: FWI), avec des applications allant de l’échelle de la prospection pétrolière à celle de l’imagerie lithosphérique télésismique. D’importants développements sont menés sur la reformulation du problème inverse de forme d’onde, incluant (1) une relaxation de la condition de vérification de l’équation d’onde qui réduit fortement le caractère non linéaire du problème, le rendant moins dépendant des caractéristiques du modèle initial et (2) de nouveaux types de régularisation limitant le caractère mal posé du problème pour des solutions sans artefacts. Nous développons par ailleurs fortement des compétences sur des méthodes tomographiques incluant temps de trajet et pentes, avec une optimisation basée sur la méthode de l’état adjoint dans une formulation parcimonieuse réduisant le nombre de classes d’attributs de données exploités, pour des applications en sismique réflexion (stéréo-tomographie) et sismique réfraction. Ces approches sont des compléments indispensables à la FWI ou à des méthodes de migration profondeur avant-sommation (PSDM), en produisant des modèles de vitesse cinématiquement précis préalables à l’imagerie. Les applications sont sur des données à enjeux pétroliers ou académiques. Enfin, un autre type d’imagerie des milieux sur lequel nous sommes investis concerne la tomographie densitométrique par absorption et diffusion du flux de muons cosmiques dans les massifs rocheux, envisagée comme moyen de suivi de l’évolution des aquifères avec des applications au Laboratoire Souterrain à Bas Bruit (LSBB) de Rustrel, auquel nous sommes étroitement associés sur certaines de nos recherches. Ce travail de muographie s’appuie sur un fort développement métrologique pour la détection et la caractérisation des muons.

Notre activité s’articule notamment autour d’un certain nombre d’actions :