Nouveaux développements en électromagnétisme marin : applications scientifiques et industrielles

Présentation de Pascal Tarits (UBO) au Workshop "Instrumentation Géophysique" | 3-5 juillet 2017, Brissac

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1. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Nouveaux développements en électromagnétisme marin : applications scientifiques et industrielles Pascal Tarits IUEM & Mappem Geophysics
2. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Plan • Rappel sur l’électromagnétisme en Géosciences et spécificité du domaine marin • A l’origine le profond • Croûte supérieure, oil&gas • Hydrates de gaz • Near shore / near surface • Perspectives : Ressources minérales marines Un grand merci à Tada-nori Goto, Kyoto U. pour m’avoir laissé utiliser certaines planches de son review paper
3. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Sources en CSEM
4. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Spectre du champ EM dans le domaine d'investigation
5. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Résistivité électrique des matériaux terrestres Eau de mer : 0.25-0.33 -m Atmosphère: ~1011 -m
6. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 B e B i Source : in the exosphere Induced currents P(m)∼500/√f σ Profondeur pénétration SW
7. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Dimension source et/ou distance source/récepteur MT Source naturelle globale DC HF LF LP Source / émetteur temps/fréquence Source / émetteur DC 1 m 100 m 1km 10km 1000km
8. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Specifics Specifics of Marine MT of Marine MT •Water environment •Water depth •Bathymetry/coast •Ocean currents
9. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017
10. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 EM at sea A few days > 1 year
11. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Une grande variété de systèmes développés, en test, abandonnés, à l’étude
12. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017
13. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017
14. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017
15. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Instruments for deep investigations (a few km – a few 100 km)
16. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017
17. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Déploiement 1 an ou plus Déploiement qq jours à qq semaines
18. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017
19. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Innovation pour ces systèmes: réduction en taille et en consommation
20. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Quelques résultats de magnétotellurique profonde (déploiement de quelques mois à > 1 an)
21. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017
22. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Tada, Tarits, et al. 2016
23. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Constable, 2002 Méthodes électromagnétiques pour l’exploration Déploiement des récepteurs quelques jours Profondeur d’investigation quelques km Distances RX-TX 1- 20 km Fréquences ~1Hz
24. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Geoexpro Dec 2007 A variety of configurations
25. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017
26. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Frame Weight Instrumentation spheres -Electronics -Acoustic transponder -Magnetometer Instrument 70kg in Air with weight 200kg in Air 40 kg in Sea Pipes 5m each For electric measurements Les récepteurs IUEM (MT et CSEM) Pas de source (trop chère à faire, à maintenir et mettre en oeuvre)
27. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 CSEM Surface source wave form CSEM Surface source wave form Source towed at sea surface – 300 m +/- 400 A IUEM receiver 850 m in depth Frequency spectra of the wave form Wave form
28. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 The source was tracked from E to W along the red track. The blue dot is the receiver. The E-field and B-field was obtained along the radial r and tangeancial () vectors and stacked every 160 sec in the following examples. The total offset was ~5500 m W E
29. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Radial and tangeancial fields E and B field and the vertical magnetic field at several frequencies. At each frequency, the fields were normalised to the source strength at the same frequency. At long offsets the field is mostly online and shift to off-line at short offsets – note that the source it at the sea surface and the receiver at 850 m depth
30. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Example of MT and CSEM survey for oil exploration (Ellinsrud et al. 2002)
31. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Système à l’étude - sismique+csem
32. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Les communautés académiques et industrielles développent des systèmes pour les hydrates de gaz A la poursuite des hydrates de gaz
33. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Les clathrates sont électriquement résistants Le gaz dissous ou libre diminue la résistivité Accès à la quantité de gaz Allié à la sismique (BSR), objectif quantifier la source
34. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Testé avec des systèmes conventionnels
35. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Wetemeyer et al. 2016, leading edge
36. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 Coupler émetteur et récepteurs
37. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017
38. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017
39. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017 IRIS Instruments
40. Workshop RESIF « Instrumentation Géophysique » 3-5 juillet 2017
41. Nov 2016 Startup de l’IUEM, créée en janvier 2015 Transfert UBO→Mappem (1 brevet) SAS, pdg J.F. D’Eu, ingénieur CNRS, conseil scientifique P Tarits 3 CDI, 2 CDD, 1 Ciffre (tous de l’UBO)
42. Expertise in Marine Electromagnetic Imaging • Imaging of the marine sub-bottom’s Resistivity o MAPPEM System • Electromagnetic environnement measurements o PASSEM System
43. APPLICATIONS Sub-bottom geological nature / Coastal development (Near Shore) • Geotechnical survey • Drilling site positioning • Marine infrastructure (Wind, tidal and wave turbines) • Cable routes • Sand and sediments nature • Port and estuary development Buried objects localization • Cables • Pipelines • UXO Electromagnetic environnement measures • Impact assessment / MRE
44. RESISTIVITY SURVEY Forme d’onde complète de DC à 50 kHz
45. FEATURES • Near sea bottom towed instrument • Penetration up to 50m • Resistivity mapping • Independent of water depth • Submeter resolution • Realtime data visualisation
46. THE MAPPEM SYSTEM FEATURES • 0.5 sec data rate • 2-4 knots survey • 20 simultaneous electric sensors (PDP or DPDP layout) • Typically 40 Amps injection (max 100 Amps) • 24 bits resolution data acquisition • Navigation sensors (depth, altimeter, compass, tilts) • DGPS localization –USBL on demand
47. COMPARISON MAPPEM – SEISMIC : BAY OF BREST
48. Avantage du streamer près du fond en flottabilité nulle
49. Les nouvelles perspective en EM marin: les ressources minérales profondes, notamment les dépots hydrothermaux fossiles
51. Neptune Minerals Nautilus exploration
57. Le projet français, principalement industriel (CMI) DOREMI (MAPPEM, UBO, Ixblue)
58. Etat actuel: MELODI
59. Pour conclure • L’EM marin est globalement assez en forme, notamment grâce à l’industrie O&G (quoique en berne actuellement) • Seuls les pays où le développement technologique pour la science n’est pas un vain mot bénéficie de programme de recherche publique pour l’EM marin (Allemagne, Japon, Chine, Canada) • Dans les autres pays, nécessité de forte collaboration industrielle (USA, France, UK)