Tomographie temporelle de la densité par la mesure des muons

Temporal tomography of the density from muon measurement

• Auteur / Autrice : Fanny Hivert
• Direction : Stéphane Gaffet, José Busto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la planète et de l'univers
• Date : Soutenance le 02/07/2015
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géoazur (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) - Géoazur
• Jury : Président / Présidente : Éric Kajfasz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Gaffet, José Busto, Éric Kajfasz, Christophe Emblanch, Guillaume Hubert, Bernard Massinon, Gilles Micolau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Emblanch, Guillaume Hubert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrogéologie

Karst

Souterrains

Densité

Tomographie

Muons

Mots clés libres

Muon

Tomographie

Densité

Souterrain

Karst

Hydrogéologie

Muon

Tomography

Density

Underground

Karst

Hydrogeology

Résumé

Les muons, particules chargées d'origine cosmique, ont la particularité d'être très pénétrants. L'atténuation du flux de muons dans la matière témoigne de la quantité de matière traversée (profondeur x densité). Sur la base de ce principe, la muographie est une technique permettant d'étudier la densité in-situ de cibles volumineuses telles que des édifices géologiques. Le projet Tomographie Temporelle de la Densité par la Mesure des Muons (T2DM2) a pour objectif la caractérisation des variations spatiales et temporelles de la densité des roches avec un premier champ d'application dans la Zone Non Saturée (ZNS) de l'aquifère karstique de Fontaine-de-Vaucluse, située au-dessus du LSBB. Ce travail de thèse se concentre sur la simulation numérique du flux de muons en profondeur et une première campagne de mesures durant 16 mois consécutifs à différentes profondeurs dans les galeries du LSBB. Les simulations menées sont en accord avec les variations de densité attendues en contexte hydrogéologique. L'influence de la composition atomique de la roche et des processus de diffusion sont discutés ainsi que des pistes pour réduire les durées d'acquisitions (et/ou surfaces de détection et/ou angles solides). Les mesures réalisées au LSBB ont permis d'identifier des zones de plus faibles densités telles que le point X1. Les données acquises ont pu être corrigées de l'influence de la pression atmosphérique grâce à la détermination du coefficient barométrique permettant ainsi l'analyse temporelle du flux de muons.

The muons, charged particles of cosmic origin, have the particularity of being very penetrative. The attenuation of muon flux in matter highlights the quantity of matter (depth x density) passed through. Based on this principle, the muography is a technique allowing the study of the in-situ density of large targets as geological structures. The Temporal Tomography of rock Density using Muon Measurements (T2DM2) aims at characterizing the spatial and temporal density variations with a first application in the unsaturated aquifer of Fontaine-de-Vaucluse located above the LSBB. This thesis work is focused on the numerical simulation of muon flux at depth and a first campaign of measurements during 16 consecutive months at various depths in LSBB galleries. The performed simulations are in agreement with the expected density variations in an hydrogeological context. The influences of the rock atomic composition and of the scattering processes are discussed as well as strategy to reduce the acquisition duration (and/or detection surfaces and/or solid angles). The measurements performed at LSBB allowed to identify areas of lower density such as the X1 point. The acquired data have been corrected thanks to the determination of the barometric coefficient allowing the temporal analysis of muon flux. The comparison of the recorded flux at different depths (~ 60 m, ~ 200 m and ~ 500 m) with the numerical simulations leads to an estimation of the average density of the rocks located above the LSBB of 1.9 ± 0.1 g.cm-3 testifying their important porosity.