La géophysique sous microscope
Des chercheurs du CNRS (voir encadré laboratoires impliqués) sont parvenus à miniaturiser l’acquisition géo-électrique pour sonder les processus de la zone critique à la micro-échelle.
La zone critique est l’environnement de proche-surface abritant la majeure partie des ressources en eau potable et de la vie continentale. Sa préservation nécessite une compréhension fine des mécanismes régissant sa dynamique impliquant l’eau, le sol, les micro-organismes et la matrice rocheuse. Les méthodes géophysiques permettent d’imager et de caractériser les processus de la zone critique. Elles mesurent les variations spatiales et temporelles des propriétés physiques du sous-sol à l’aide d’appareils de mesure et de capteurs. Parmi elles, les méthodes géo-électriques permettent de surveiller l’évolution des interfaces eau-air-minéral et l’activité microbienne. Cependant, il est difficile d’identifier des signatures propres à chaque processus mis en jeu. Comment différencier le signal d’une réaction chimique d’un déplacement d’air ? La nature opaque et hétérogène des milieux poreux géologiques complexifie l’analyse.
Dans cette étude interdisciplinaire financée par la Mission Initiative Transverse et Interdisciplinaire, les chercheurs ont miniaturisé l’acquisition géo-électrique sur des puces microfluidiques. La microfluidique pour les géosciences permet de visualiser au microscope les processus de la zone critique en conditions contrôlées à des résolutions spatiales et temporelles inégalées.
Ce dispositif innovant a permis d’identifier la signature électrique liée à la dissolution d’un cristal de calcite dans un environnement acide. La calcite est un minéral abondant de la zone critique. Suivre sa réactivité géochimique est nécessaire pour faire face à des enjeux environnementaux et sociétaux majeurs tels que, la formation de cavités souterraines, sources potentielles d’effondrement en surface. L’analyse comparative du signal électrique avec le suivi optique a permis d’identifier la contribution de chaque processus. Ces résultats permettront aux géophysiciens d’améliorer leur compréhension des mesures de terrain pour mieux diagnostiquer la réponse environnementale.
Laboratoires CNRS impliqués
- Groupe de recherches sur l'énergétique des milieux ionisés (GREMI)
Tutelles : CNRS / Université d’Orléans
- Institut des Sciences de la Terre d’Orléans (ISTO / Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre-Val de Loire)
Tutelles : CNRS / BRGM / Université d’Orléans
Légende de la figure
La puce microfluidique contient un échantillon de calcite positionné au milieu du canal. Une solution acide est injectée à débit constant pour dissoudre la calcite. Le processus est suivi par imagerie optique au microscope. Les bulles de dioxyde de carbone (CO2) proviennent de la dissolution rapide de la calcite à pression atmosphérique. Quatre électrodes en or sont réparties uniformément pour suivre la signature électrique microscopique de la dissolution de la calcite. Les électrodes C1 et C2 servent pour l’injection du courant électrique et les électrodes P1 et P2 servent à la mesure de la différence de potentiel électrique. Le suivi optique à micro-échelle facilite l'interprétation des mesures électriques et permettent d’identifier des étapes temporelles au cours du processus.