Etudes expérimentales et numériques de la propagation d'ondes couplées sismiques et électromagnétiques dans des matériaux saturés non consolidés

Les premieres centaines de metres du sous-sol sont au coeur d'enjeux societaux importants lies aux fluides auxquels la societe doit encore affronter, tels que la detection et la surveillance des ressources en eau et de la pollution, ainsi que le role des fluides dans les differents types d'evaluation des risques ou en geotechnique. Cette gamme de profondeur est marquee par une forte complexite et une forte heterogeneite aussi bien structurale et lithologique qu'en termes de melanges de phases fluides. Parmi les methodes geophysique disponibles, le phenomene de couplage sismo-electrique (et electro-sismique) a le potentiel d'emerger comme une nouvelle technique d'imagerie haute resolution, naturellement sensible aux contrastes des fluides. Deux signaux sismo-electrique ont ete predits et parfois observes: les signaux co-sismique electrique a forte amplitude et les faibles perturbations electromagnetiques generees en profondeur lorque des ondes sismiques traversent une interface. Ce deuxieme phenomene est le plus prometteur, en termes d'imagerie en raison de sa sensibilite aux contrastes originaux par rapport a la reflexion sismique. L'emergence d'une methode sismo-electrique a cependant ete ralentie en raison des difficultes dans l'enregistrement de ces faibles signaux sismo-electrique. Cette these, basee sur la combinaison d'approches experimentales et numeriques, vise a aborder des questions pratiques concernant l'acquisition et le traitement de donnees sismo-electrique et electro-sismique.Dans la premiere partie, afin d'augmenter le rapport signal-sur-bruit (S/N) des signaux sismo-electriques, nous etudions theoriquement et experimentalement leur sensibilite a differents arrangements d'electrodes. Pour cela, nous avons developpe une theorie des filtres concue pour evaluer l'influence d'ensemble d'electrodes pour l'acquisition des signaux sismo-electriques. Cette theorie a ete confrontee avec succes a des donnees experimentales sismo-electriques acquises en utilisant diverses dispositions d'electrodes (c'est-a-dire l'espacement entre les electrodes, le nombre des electrodes et la vitesse sismique apparente) et a des simulations numeriques des formes d'onde complete. En particulier, cette approche explique la difficulte d'enregistrement des ondes converties sismo-electromagnetique generees en profondeur converties a une interface, lorsque la configuration dipole classique est utilise comme recepteur. Nous encourageons ensuite l'utilisation d'une configuration de multi-electrodes dans des mesures sismo-electriques, puisque: 1) il reduit le bruit electrique omnipresent cause par l'homme, et 2) ses proprietes de filtrage amplifient les ondes electromagnetiques provenant des interfaces en profondeur par rapport aux evenements co-sismiques dominants.Dans la deuxieme partie, nous nous concentrons sur les phenomenes reciproques electro-osmotique, c'est-a-dire la generation de signaux sismiques par une source electrique dans des milieux satures poroelastiques. Nous avons d'abord effectue des etudes numeriques pour evaluer la nature et les proprietes des differentes arrivees sismiques generees par une source electrique dans un materiau homogene et heterogene, a l'echelle du terrain. Ensuite, nous avons essaye d'acquerir des donnees de laboratoire electro-sismique dans un materiau homogene, donnees que nous avons de nouveau confrontees a des calculs numeriques de forme d'onde complete. Les resultats montrent que les ondes electro-sismiques peuvent etre observees et qu'elles sont generees localement autour de la source electrique. Nous montrons enfin que ces signaux electro-sismiques sont influences par la conductivite des fluides.