Caractérisation Physique de l’Environnement et du Paléoenvironnement

Compétences techniques

Préparations et analyses d’échantillons issus de prélèvements de sols, de roches, de sédiments et également d’échantillons de bois

Domaines d'application

Géosciences, géomorphologie, hydrogéologie, glaciologie, géotechnique (inspection d’ouvrage, bâtiment…), paléoenvironnement et archéologie

Analyses et équipements

Prélèvement et préparation d’échantillons

• Prélèvements et mesures dans les eaux de surface et souterraines :
  • Échantillonneurs automatiques ISCO et SIGMA
  • Préleveurs à messagers
  • Pompes forage électrique, électrique ou à main
• Lithopréparation : 
  • Tronçonnage de roches (bloc 15 cm d’épaisseur maxi) par tronçonneuse à roche, Carotteuse SD80
  • Rodage de lames minces de roche à 30µm et de lames épaisses à 120 µm avec une rodeuse semi-automatique BROT
  • Confection de lames minces de roche de dimensions 30x45mm et 60x45mm. Scie d’arasement
  • Imprégnation et collage des talons et d’échantillons de roche grâce à une presse de collage BROT
  • Polissage de surface d’échantillon de roche et de lames minces de roche (4 étapes de granulométrie 6-3-1-1/4µm) grâce à des Polisseuses semi-automatique (3 appareils)
  • Concassage et broyage de roche et de végétaux par concasseur RETSCH, broyeur RETSCH PM200 , broyeur IKA-WERKE
• Préparation d’échantillons pour l’analyse des phases minérales argileuses de sédiments en vue de leur caractérisation :
  • par Diffraction des Rayons X
  • au Microscope Électronique à Transmission

Cartographie horizontale et verticale de la sub-surface terrestre et lacustre :

• Mesure de susceptibilité magnétique par un susceptibilimètre Bartington MS2 (geotek MSCL-S) + MS2E
• Mesure du magnétisme par un magnétomètre (gradiomètre) Bartington GRAD-601
• Mesure de la conductivité électrique par Electro-magnétomètre Geonics Limited EM31-MK2
• Mesure de permittivité diélectrique par Radar-sol (GPR) MALA Pro-Ex (100, 250, 500 MHz)
• Mesure de la résistivité électrique (SEV et tomographie) par Résistivimètres Iris Instruments Syscal switch 72 + Syscal Junior et par (geotek MSCL-S – en cours de développement)
• Mesure de la vitesse des ondes sismiques, épaisseur des couches, géométrie, H/V par Flûte 24 géophones, 2 micro-capteurs sismologiques 3C
• Mesure de la propagation de la vitesse de l’onde P : P-wave velocity (geotek MSCL-S)
• Mesure de la vitesse des ondes sismiques en milieu lacustre par Pinger Knudsen 3.5-15 kHz
• Mesure de la densité par geotek MSCL-S Cs¹³⁷
• Mesure de la spectrophotométrie par geotek MSCL-S
• Photographie haute résolution par geotek MSCL-S

Mesures par granulométrie :  

• Étude statistique de la répartition volumique des dimensions de particules en poudre ou en suspension dans l’eau par granulométrie laser de 0.004 à 2000 µm, LS230 BECKMAN Coulter équipé de 132 détecteurs, permettant ainsi de déterminer 116 classes de particules.

Mesures dendrochronologiques et détermination xylologique

• Des unités techniques de prélèvement, tarières de Pressler, tarière électrique, tronçonneuse, de calibrage, scie à ruban, de surfaçage, ponceuse grain 40-1200, de stockage, chambre froide, d’acquisition, chaine de mesure des largeurs de cerne : 2 TSAP-win, C-dendro sur scan ou photographie et d’analyse de données sur les bois, Système de gestion relationnel des données : Base de données de références dendrochronologiques, Sylphe, dendron, DplR constituent une chaine opératoire complète d’identification des taxons ligneux (bois gorgés d’eau et charbons : anthracologie) et de datation par dendrochronologie.
• Le matériel traité provient de sites archéologiques (ex. sites d’archéologie préventive INRAP, collaboration projet de recherche Bibracte Mont-Beuvray) et de monuments historiques (ex. Notre-Dame de Paris) ou pour l’analyse rétrospective de la croissance d’arbres vivants (carottages), dendroécologie et dendrochimie (Phytoremédiation Pierrelaye, Oise).
• La combinaison de moyens d’identification taxonomique, Microscope à réflexion avec caméra numérique type z-stack et d’acquisition de données d’anatomie quantitative (largeur de cerne, surface de vaisseaux), Microscope numérique Keyence permettant une recomposition 3D, l’analyse d’images, les mesures d’anatomie quantitative, permet un développement spécifique en dendro-anthracologie dédié à l’étude des restes de bois de structures industrielles anciennes : rejets d’activités métallurgiques de l’Age du fer (Puisayes, Bibracte), étude de charbonnières (Forêt de Chailluz, Haut-Jura).

Caractérisation pétrophysique des géomatériaux naturels ou artificiels (bétons, céramiques)

• Mesure la porosité
  • totale à l’eau (Nt), de la densité apparente et de la densité minérale par la méthode d’Archimède
  •  librement accessible à l’eau par capillarité à 48 heures (N48) et détermination du coefficient de saturation d’Hirschwald (S48)

• Détermination des courbes de pressions capillaires et de la distribution des rayons d’accès aux pores par porosimètrie à mercure Micromeritics AutoPore IV, 200 MPa.
• Mesure de la perméabilité au gaz (correction Klinkenberg) sur carottes par perméamètre à gaz à charge constante
• Mesure de la vitesse de propagation des ondes P dans les géomatériaux grâce à banc de mesure de la vitesse des ondes acoustiques sur carottes (Pundit)
• Mesure de conductivité électrique et détermination de la tortuosité du réseau poreux dans les géomatériaux
• Mesure de la cinétique de l’imbibition capillaire dans les géomatériaux
• Mesure de la vitesse de séchage de géomatériaux sous humidité contrôlée
• Cinétiques et isothermes d’adsorption de vapeur d’eau dans les géomatériaux
• Imprégnation de talons de roche par des résines colorées pour la visualisation du milieu poreux en lames minces : imprégnation totale sous vide puis sous pression (régime monophasique) ; imprégnation sélective à la pression atmosphérique (régime biphasique), mise en évidence sélective de la porosité libre et de la porosité piégée.

Caractérisation physico-chimique des milieux aquatiques de surface et souterrains

• Mesures physico-chimiques :
  • Par sondes multiparamètres :
    • Fixes : Sondes Hydrolab MS5X (conductivité, PH, turbidité, oxygène dissous, salinité, pression, température), Sondes CTD OTT (Température, pression, conductivité), Sondes CTD Troll, fibre optique (température)
    • Mobiles : Sondes manuelles WTW Multi (conductivité, PH, oxygène dissous), Sondes manuelles Odéon de Ponsel (pH, conductivité, O₂ et photomètre)
    • A câble : pour mesures en grandes profondeurs : Sonde YSI EXO 1 (Conductivité, PH, oxygène dissous, Chlorophylle)
  • Par Sondes spectrométriques : Sonde spectro lyser scan.
  • Par Sondes CTD OTT (Température, pression, conductivité), Sondes OTT Orpheus mini (Température et profondeur)
  • Par Fluorimètres (Rivières, forages) : GGUN de chez Albilia
• Mesures hydro-dynamiques : 
  • Par Sondes piézométriques, Courantomètres à moulinet, Infiltromètre
• Installation de stations de mesure pérennes in situ : Stations météorologiques BWS 200 Campbell Scientific (Température, humidité relative, rayonnement solaire et rayonnement global, vitesse du vent, évapotranspiration, direction du vent, précipitations, pression atmosphérique)
• Mesures hydro-sismologiques

Caractérisation microscopique des géomatériaux

• Observation en lumière polarisée analysée et non analysée (stéréomicroscope et microscope optique)
• Observation en cathodoluminescence (microscope optique)

Exemples de réalisations

• Lithopréparation : Lames minces de météorite, sable, tous type de roches, scories…
• Granulométrie :
  • Étude paléo-écologique des dynamiques fluviales du passé et du présent sur le site d’Autrecourt-et-Pourron (Ardennes) - GéoArchEon SARL
  • Analyse d’échantillons plastiques dans le but de voir si les particules plastiques, après avoir été ingérées par les escargots, ont la même granulométrie dans les fèces que dans l'échantillon initial.
  • Validation du protocole de séparation des fractions argileuses très fines (<0.2 microns) par centrifugation. Ces séparations sont en effet indispensables pour réaliser des mesures d'âges à partir d'analyses isotopiques sur des argiles.
• Physico-chimie des milieux aquatiques et souterrains :
  • Programme Sismoclim, hydro-sismologie, Fontenotte
  • Instabilités de versants – observatoire OMIV, Séchilienne
  • Réseau karstique – Observatoire SNO Karst, Doubs
  • Bassin versant d’Arcier (alimentation en eau potable de la ville de Besançon) – Programme Transkarst, Grand Besançon
  • Tourbière de Frasne – Programme Critical Peat, Frasne
• Caractérisation pétrophysique des géomatériaux naturels ou artificiels :
  • Caractérisation des hétérogénéités sédimentaires et pétrophysiques d’un réservoir carbonaté microporeux : le cas de la craie (Crétacé supérieur, Bassin de Paris).
  • Étude de l’altération d’un géomatériau exposé en milieu urbain pendant plusieurs décades : le calcaire de Saint Maximin mis en œuvre sur des monuments parisiens.