La gravimétrie mesure les variations infimes du champ de pesanteur terrestre pour détecter des contrastes de densité dans le sous-sol. C'est l'une des méthodes passives les plus anciennes et les plus utilisées en prospection régionale ; elle repose sur un raisonnement de corrections successives qu'il faut savoir reconstituer pas à pas à l'examen.
1. Le champ de pesanteur terrestre
L'accélération de la pesanteur g résulte de l'attraction gravitationnelle de la Terre et de la force centrifuge liée à sa rotation ; elle vaut en moyenne à la surface un peu moins de 10 m/s². g n'est pas uniforme : il diminue de l'équateur vers les pôles (aplatissement de la Terre et effet centrifuge) et diminue avec l'altitude. L'unité usuelle en prospection est le milligal (mGal), fraction du gal (1 gal = 1 cm/s²), car les anomalies recherchées sont très faibles devant g.
En un point donné, la valeur mesurée de g dépend de la latitude, de l'altitude, du relief environnant et de la densité des roches du sous-sol. Le principe de la gravimétrie de prospection consiste à retrancher successivement les effets prévisibles (latitude, altitude, relief) de la valeur mesurée, pour isoler la part due aux hétérogénéités de densité recherchées.
2. Les corrections et l'anomalie de Bouguer
La correction de latitude ramène la valeur mesurée à un référentiel théorique (l'ellipsoïde de référence). La correction d'altitude à l'air libre (Free Air) compense la diminution de g avec l'éloignement du centre de la Terre, sans tenir compte de la masse de roche entre le point de mesure et le niveau de référence. La correction de plateau de Bouguer tient compte, elle, de l'attraction exercée par cette masse rocheuse, assimilée à un plateau infini d'épaisseur égale à l'altitude du point. Une correction de relief affine le résultat en tenant compte des irrégularités topographiques voisines.
Une fois toutes ces corrections appliquées, il reste l'anomalie de Bouguer : l'écart résiduel entre la valeur observée et la valeur théorique attendue pour un sous-sol homogène. Une anomalie positive traduit un excès de masse en profondeur (roche dense, corps minéralisé dense), une anomalie négative un déficit de masse (cavité, sédiments peu denses, dôme de sel).
3. Les instruments : gravimètres
Le gravimètre de prospection est un instrument relatif : il mesure des différences de g entre stations, et non sa valeur absolue. Le principe le plus répandu est celui d'une masse suspendue à un ressort de précision, dont l'allongement varie avec g ; un système optique ou électronique amplifie ce déplacement minuscule. Les campagnes de terrain nécessitent un maillage régulier de stations, un nivellement précis de chaque point (l'altitude entre directement dans les corrections) et un retour périodique à une station de base pour corriger la dérive instrumentale de l'appareil.
4. Applications de la gravimétrie
La gravimétrie sert à la reconnaissance régionale de bassins sédimentaires (les sédiments étant en général moins denses que le socle), à la détection de dômes de sel (peu denses) et de corps minéralisés denses, à l'étude de la structure crustale à grande échelle, et à la détection de cavités souterraines en génie civil et en karstologie. Elle est souvent la première méthode déployée dans une campagne de prospection pétrolière, avant les méthodes sismiques plus coûteuses, pour délimiter les zones d'intérêt.
Écart, exprimé en mGal, entre la valeur de g mesurée et corrigée (latitude, altitude, plateau, relief) et la valeur théorique d'un sous-sol homogène de référence ; elle renseigne sur les contrastes de densité en profondeur.
Unité pratique de la gravimétrie de prospection, égale à un millième de gal (1 gal = 1 cm/s²) ; les anomalies recherchées se chiffrent en dixièmes ou centièmes de mGal.
| Correction | Effet compensé |
|---|---|
| Latitude | Aplatissement terrestre et force centrifuge |
| Air libre (Free Air) | Éloignement du centre de la Terre avec l'altitude |
| Plateau de Bouguer | Attraction de la masse rocheuse entre le point et le niveau de référence |
| Relief | Irrégularités topographiques autour du point de mesure |
Les corrections gravimétriques, dans l'ordre d'application
- La gravimétrie mesure des variations de g liées aux contrastes de densité du sous-sol.
- Quatre corrections successives : latitude, air libre, plateau de Bouguer, relief.
- L'anomalie de Bouguer positive = excès de masse ; négative = déficit de masse.
- Le gravimètre est un instrument relatif : nivellement précis et station de base indispensables.
- Méthode de reconnaissance régionale, souvent utilisée avant la sismique en prospection pétrolière.
Les examens marocains demandent fréquemment de citer et d'ordonner les corrections gravimétriques, et d'interpréter le signe d'une anomalie de Bouguer (dôme de sel vs corps dense). Piège classique : confondre correction à l'air libre et correction de plateau de Bouguer — la première ignore la masse rocheuse intermédiaire, la seconde en tient compte.