Offre Stage M2 Bruit Sismique

Les territoires agricoles méditerranéens souffrent de plus en plus de tensions sur la ressource en eau, et les périodes
de pénuries observées ces dernières années pourraient s’aggraver avec les changements climatiques prévus. Afin
de mieux comprendre comment est stockée l’eau dans les sols agricoles et quels sont les processus mis en jeu, il
est envisagé d’utiliser les ondes sismiques pour caractériser ces milieux. En effet, l’émergence de méthodes
fondées sur l’exploitation du bruit sismique ambiant a permis de s’affranchir des sources conventionnelles : la
corrélation de séries temporelles longues transforme chaque récepteur en source virtuelle. Cette approche
d’imagerie du sous-sol, intrinsèquement répétable dans le temps, offre un cadre robuste pour de multiples
applications de surveillance des structures géologiques [1].
D’où cette interrogation : à partir d’enregistrements de bruit sismique engendré par les activités humaines, peuton remonter à des informations concernant le stockage d’eau dans le sous-sol ? Dans la littérature scientifique, il
a été montré que les variations des vitesses sismiques dans l’écoute du bruit sont corrélées aux variations de niveau
de nappe phréatique [2]. Il s’agirait ici de tester cette approche dans le cas d’une parcelle agricole entourée de
routes fréquentées à Avignon et de voir si ces variations peuvent aussi reliée au battement de la nappe et au contenu
en eau de la zone non saturée.
Ce stage, à cheval entre différentes disciplines scientifiques mais aussi entre l’INRAE et Avignon Université, est
une excellente opportunité d’allier des techniques de physique modernes, avec des celles des ressources en eau
dans un contexte de changement climatique. Ce stage permet de mettre un pied dans le monde de la recherche
multidisciplinaire, et de développer des compétences en instrumentation, acquisitions de données sur le terrain,
traitement du signal, et d’utiliser des modélisations pétrophysiques de pointe.
[1] Boué, Pierre, and Anne Paul. "Imagerie sismique par corrélation de bruit ambiant: du laboratoire à l’échelle globale."
Reflets de la physique 64 (2020): 12-16.
[2] Garambois, S., et al. "Analysis of ballistic waves in seismic noise monitoring of water table variations in a water field site:
added value from numerical modelling to data understanding." Geophysical Journal International 219.3 (2019): 1636-1647.
 

La/le stagiaire sera inséré(e) dans les équipes PHYSIQUE et HYDRO de l’UMR EMMAH. Celles-ci travaillent
notamment sur la propagation d’ondes mécaniques ou sismiques dans différents milieux et à différentes échelles,
dans un contexte de gestion et d’évolution des ressources hydriques en changement global.
 

Les territoires agricoles méditerranéens souffrent de plus en plus de tensions sur la ressource en eau, et les périodes
de pénuries observées ces dernières années pourraient s’aggraver avec les changements climatiques prévus. Afin
de mieux comprendre comment est stockée l’eau dans les sols agricoles et quels sont les processus mis en jeu, il
est envisagé d’utiliser les ondes sismiques pour caractériser ces milieux. En effet, l’émergence de méthodes
fondées sur l’exploitation du bruit sismique ambiant a permis de s’affranchir des sources conventionnelles : la
corrélation de séries temporelles longues transforme chaque récepteur en source virtuelle. Cette approche
d’imagerie du sous-sol, intrinsèquement répétable dans le temps, offre un cadre robuste pour de multiples
applications de surveillance des structures géologiques [1].
D’où cette interrogation : à partir d’enregistrements de bruit sismique engendré par les activités humaines, peuton remonter à des informations concernant le stockage d’eau dans le sous-sol ? Dans la littérature scientifique, il
a été montré que les variations des vitesses sismiques dans l’écoute du bruit sont corrélées aux variations de niveau
de nappe phréatique [2]. Il s’agirait ici de tester cette approche dans le cas d’une parcelle agricole entourée de
routes fréquentées à Avignon et de voir si ces variations peuvent aussi reliée au battement de la nappe et au contenu
en eau de la zone non saturée.
Ce stage, à cheval entre différentes disciplines scientifiques mais aussi entre l’INRAE et Avignon Université, est
une excellente opportunité d’allier des techniques de physique modernes, avec des celles des ressources en eau
dans un contexte de changement climatique. Ce stage permet de mettre un pied dans le monde de la recherche
multidisciplinaire, et de développer des compétences en instrumentation, acquisitions de données sur le terrain,
traitement du signal, et d’utiliser des modélisations pétrophysiques de pointe.
[1] Boué, Pierre, and Anne Paul. "Imagerie sismique par corrélation de bruit ambiant: du laboratoire à l’échelle globale."
Reflets de la physique 64 (2020): 12-16.
[2] Garambois, S., et al. "Analysis of ballistic waves in seismic noise monitoring of water table variations in a water field site:
added value from numerical modelling to data understanding." Geophysical Journal International 219.3 (2019): 1636-1647.
 

Objectifs du stage
Le stage a pour objectif d’utiliser les enregistrements de bruit sismique engendré par les activités humaines pour
observer des variations de vitesses liées aux variations de stock d’eau souterraine dans les sols. Le travail réalisé
permettra d’apporter des éléments en réponse aux questions scientifiques suivantes :
➢ Comment programmer et où placer les stations d’enregistrements de bruit sur la parcelle d’étude,
permettant de questionner le dimensionnement de l’expérimentation ?
➢ Comment développer/adapter des outils de traitement du signal pour l’étude de la faible profondeur, c’est-
à-dire de la zone non saturé en eau ?
➢ Y-a-t-il des variations de vitesses dans le bruit, et si oui, sont-elles corrélées aux variations de stock d’eau
dans le sous-sol ?
➢ Quelles sont les ondes impactées par ces changements (P, S, Rayleigh ?) ? A quelle profondeur se situent
les variations de vitesses ? Des modélisations et des simulations seront donc nécessaires pour répondre à
ces questionnements.
➢ Enfin, peut-on remonter au propriétés hydriques à l’aide de modèles pétrophysiques ?
 

Le/la candidat(e) devra être en Master 2 ou équivalent dans le domaine de la Physique ou Géophysique. Le/la
candidat(e) devra avoir un goût prononcé pour le travail numérique (développements de scripts en Matlab, python
ou R) et d’exploration (tests sur le terrain, tests numériques). Il/elle devra faire preuve d’un excellent contact
humain, de capacités de travail en groupe et en autonomie. Une connaissance des méthodes géophysiques et de la
programmation seraient appréciées