Thèse soutenue par Matteo Scarponi, le 2 septembre 2021, Institut des sciences de la Terre (ISTE)
La chaîne des montagnes alpine présente une structure très complexe à de nombreuses échelles spatiales : des morceaux de roches étudiés en laboratoire aux grandes structures régionales situées sous la surface de la Terre. Une longue histoire d’enquêtes géophysiques et géologiques a fourni de plus en plus d’informations pour mieux comprendre la structure crustale des Alpes ; cependant, une lacune de résolution persiste entre les différents domaines.
Dans le cadre de cette thèse, j’ai récolté de nouvelles données gravimétriques et de sismologie passive dans deux régions d’intérêt : le Corps d’Ivrée dans la région du Piémont en Italie, et le long du Tunnel de Base du Saint-Gothard en Suisse. Dans les deux régions, j’ai traité ces données et je les ai combinées avec des observations géologiques à la surface et des analyses de laboratoire d’échantillons de roches pour imager la structure du sous-sol.
Pour ces études, j’ai développé de nouveaux outils pour le traitement des données gravimétriques et sismologiques. Ceux-ci m’ont permis d’effectuer une meilleure approximation des anomalies de gravité en 3D et en 2D, une meilleure exploration des modèles possibles ainsi que de leurs propriétés physiques, et d’expliquer plusieurs types de données de manière simultanée. Autour du Corps d’Ivrée j’ai mesuré 207 nouveaux points gravimétriques et j’ai installé 10 stations sismologiques pour plus de 2 ans. La modélisation gravimétrique 3D confirme que le Corps d’Ivrée, composé de roches typiquement proche de la limite croûte–manteau (environs 30-35 km de profondeur), se situe à une faible profondeur (1-3 km sous la surface) sur une zone étendue.
L’étude conjointe gravimétrique-sismologique en 2D le long du Val Sesia confirme ces résultats, et montre qu’ils sont compatibles avec des observations géologiques faites à la surface en terme de densités et de vitesses sismiques. Pour l’étude centrée sur le Tunnel de Base du Saint-Gothard j’ai mesuré 80 nouveaux points gravimétriques et j’ai bénéficié de 77 points mesurés dans le tunnel.
Ces données, et la prise en compte des variations 3D dans un modèle 2D aussi bien que possible, ont permis de montrer que le profil géologique établi lors de la construction du tunnel est raisonnable en terme de densité de roches mesurés sur place. L’ensemble de mes résultats de thèse indiquent que les informations géologiques locales sont très utiles pour l’imagerie et la modélisation des enquêtes géophysiques passives, qui, à leurs tour, permettent de mieux contraindre la structure de la Terre à l’échelle kilométrique, ainsi réduisant la lacune de résolution.
