Pourquoi.. la mesure locale de la gravité permet-elle de découvrir des gisements souterrains de gaz ou de pétrole ?

Pour ceux qui me suivent sur Facebook, vous avez dû voir que j’annonçais un gros sujet pour me faire pardonner. Je pense pouvoir dire sans problème que je vous donne effectivement un gros sujet cette semaine : la gravimétrie. A mes souhaits. Bref, un article avec un nom plutôt compliqué.. Et le contenu peut paraître plus compliqué que le nom mais on va aborder ça tous ensemble dans le plus grand des calmes (avec beaucoup de STOP !) pour répondre à cette question : « Comment trouve-t-on du pétrole ? »..

 

1. Eötvös et la gravimétrie

Notre ami Lorand von Eötvös était un physicien hongrois et un alpiniste chevronné. Il n’a pas été le premier à utiliser une balance de torsion mais il l’a grandement amélioré !

 

STOP ! C’est quoi une balance de torsion ?

 

Une balance de torsion est un instrument de physique permettant de mesurer de très faibles forces grâce à un système de masses, de miroir et de fil qui peut se tordre.

 

Il cherchait à l’époque à caractériser la différence entre masse inerte et masse pesante et il s’intéressait à la gravimétrie. La gravimétrie étant l’étude des variations dans l’espace du champ de gravité.

 

STOP ! C’est quoi cette différence ?

 

La différence entre masse inerte et masse pesante réside dans le rôle qu’elles tiennent. La masse pesante, comme son nom l’indique, intervient dans la force de gravitation. La masse inerte quant à elle, intervient dans l’accélération de l’objet. Plus simplement, prenons un exemple. Vous êtes dans le métro, sur une balance. Situation peu ordinaire, mais imaginons. La masse pesante est celle qu’affiche votre balance. Que le métro freine, accélère ou qu’il roule à une vitesse constante, cette masse sera toujours la même. Par contre, si le métro freine, la masse inerte est celle qui ira vers l’avant. C’est à elle que vous devez cette chute devant tous les passagers parce que vous ne vous étiez pas assez bien tenu..

 

Le schéma ci-contre représente la balance d’Eötvös mais résumons-le un peu. Au centre, un miroir, et de chaque côté de ce miroir, deux objets de masses pesantes identiques, mais pas forcément de constitution identique. L’une des masses était toujours en platine, l’autre variait. Une fois le dispositif en place, Eötvös étudiait la force d’inertie des deux masses. Si les masses inertes étaient différentes, alors le fil entre elles se tordait. On pouvait mesurer cette torsion grâce au déplacement du miroir qu’elle entraînait.

 

STOP ! C’est quoi cette force d’inertie ?

 

Cette force est la composante horizontale de la force centrifuge créée par le mouvement de rotation de la Terre.

 

STOP ! La force centrifuge ?

 

Prenez un virage un peu trop rapide en voiture et vous serez projetés vers la portière située du côté de l’extérieur du virage. La force centrifuge, c’est cette force qui vous pousse vers l’extérieur lorsque vous effectuez un mouvement de rotation.

 

En réalité, Eötvös, peu importe l’objet qu’il comparait au platine, n’observait pas de torsion. Dis comme ça, on est un peu triste pour lui mais il ne faut pas ! Son « invention » était si ingénieuse et si précise, qu’elle lui permettait de comparer masse inerte et masse pesante d’un objet à la huitième décimale (autrement dit, à 10 nanogrammes près) ! Pour une expérience de la fin du 19ème siècle, c’est plutôt très impressionnant !

 

STOP ! Du coup, c’est quoi le lien entre la gravimétrie et la balance d’Eötvös ?

 

La balance d’Eötvös mesure la différence entre masse pesante et masse inerte, soit. Mais si les deux masses sont également reliées à des ressorts, l’allongement de ces derniers permet de calculer l’intensité du champ de pesanteur, c’est-à-dire la force de pesanteur aux points d’attache du ressort.

 

Les gravimètres relatifs modernes sont construits sur ce principe de mesure (même si ils s’éloignent beaucoup de la balance d’Eötvös). Deux points sont reliés entre eux par un ressort et une masse est suspendue au point le plus bas. La masse va allonger le ressort et cet étirement donnera la mesure de g, l’accélération de pesanteur.

 

2. Comment trouver du pétrole grâce à ça ?

 

 

Tout d’abord, sachez qu’un gisement est le lieu où, dans notre cas, le pétrole s’est accumulé au fil des années. Dans un gisement de pétrole, on ne trouve pas que du pétrole. A l’intérieur, tout s’organise selon la densité des éléments. Le moins dense, plus près de la surface, est un gaz, et le plus dense, au fond du gisement, est l’eau. Entre les deux, on trouve du pétrole. Cependant, même si leur densité diffère les uns des autres, toutes les roches solides seront plus denses que ces trois éléments. Un gisement de pétrole entraîne donc une baisse de densité où il est localisé, et donc une variation du champ de pesanteur.

 

Cette variation, même si elle est extrêmement faible, est suffisamment grande pour être mesurable par la balance d’Eötvös et les gravimètres modernes qui en découlèrent.

 

En résumé..

La gravimétrie est l’étude des variations dans l’espace du champ de gravité. Si un gisement de pétrole est présent dans le sous-sol, la force de pesanteur à la surface est très légèrement modifiée, mais cette variation est suffisamment grande pour être mesurée. Lorand von Eötvös a permis l’amélioration des techniques de mesures à la fin du 19ème siècle grâce à sa balance, un système permettant de calculer les masses pesante et inerte d’un objet jusqu’à la huitième décimale, et a ouvert la voie de la gravimétrie moderne.

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