La vie des prépas

300 étudiants à la Journée de la Science 2011  par La direction le 2014-11-27

Trois cents étudiants et lycéens à la Journée de la Science 2011 sur « La prévision et la prévention des risques liés à la Géophysique »

dimanche 13 novembre 2011 par Antoine Poncet

Mercredi 19 octobre, près de trois cents étudiants des Classes Préparatoires aux Grandes Ecoles d’Ingénieurs du lycée François Premier, ont pu profiter de la venue de scientifiques de haut niveau, spécialisés dans divers domaines de la Géophysique.
Grâce au soutien de la ville d’Avon, qui mettait à notre disposition sa confortable salle de conférences de la Maison dans la Vallée, ainsi que son équipe technique, les étudiants ont pu suivre avec intérêt, les quatre conférences successives, portant sur ce thème qui marque fortement l’actualité. Nous rappelons ici les principaux temps forts des quatre conférences.

 

Olivier Talagrand, médaille d’argent du CNRS dans la discipline « Sciences de l’Univers » ouvrait la journée, en dévoilant une conférence intitulée « Analyse et modélisation des variations climatiques ». Présentant tout d’abord le bilan radiatif de la Terre, qui reçoit beaucoup plus de rayonnement aux faibles latitudes (équateur) qu’aux pôles, il expliquait qu’en résultent des mouvements de l’air atmosphérique à grande échelle, comme sont créés des mouvement convectifs d’eau dans une casserole que l’on chauffe par le fond. Cette idée simple était complétée, pour expliquer la complexité de l’analyse climatique : les océans possèdent une grande inertie thermique, et régulent le climat sur de longues périodes ; et le système atmosphérique est de type chaotique (c’est-à-dire non déterministe). Les étudiants étaient ensuite attentifs et réceptifs, aux explications de cet éminent chercheur, qui expliquait comment les scientifiques ont accès aux variations climatiques passées sur notre planète. Puis, les lois physiques de l’écoulement atmosphérique étaient explicitées, donnant accès à des modélisations de l’atmosphère terrestre. De ces modélisations, on peut en déduire des scénarios possibles pour le climat futur (évolutions de la température, des précipitations en tout point du globe). Enfin, dans une philosophie de scientifique humaniste, étaient présentés les risques (et aussi, les quelques avantages) pour la planète et pour l’Homme, qui résulteraient d’un échauffement climatique d’envergure (qu’on ne peut plus éviter, mais dont les sociétés modernes peuvent limiter l’impact). M Talagrand répondait ensuite à de nombreuses questions, posées par un public très attentif.

Roger Cojean, Directeur de Recherches à l’école des Mines Paristech, prenait le relais en deuxième moitié de matinée, pour présenter un sujet original intitulé « Paris géologique et son espace souterrain ». L’ « espace sous la ville », sujet d’enjeux majeurs, concerne urbanistes et architectes, ingénieurs du génie civil et du bâtiment (fondations des grands ouvrages parisiens), géologues et hydrogéologues... une difficulté est de réaliser une harmonie entre les différents utilisateurs du sous-sol urbain, c’est-à-dire d’assurer une gestion globale de l’espace souterrain, et d’assurer sa connexion avec l’espace construit en surface. Et puis, dans la vie quotidienne de Paris, l’espace souterrain prend une place sociale et culturelle à part entière... et concerne donc, aussi, les sociologues ! Après avoir ainsi posé le décor de sa présentation, Roger Cojean exposait le cadre géologique de la ville de Paris, puis les risque liés aux souterrains de Paris : carrière souterraines, vides de dissolution naturelle (certaines roches, comme les gypses, sont très solubles dans l’eau et entraînent la formation de trous souterrains non maîtrisés... l’exemple le plus célèbre est le vide très important tout près de la gare du Nord, découvert en 1975). Puis, étaient présentés les instabilités de versants dans la capitale, sur des exemples précis et instructifs (falaises de la Seine, butte Montmartre). De nombreux exemples d’urbanisme souterrain (comme le métro) étaient développés ; les fondations des grands ouvrages d’art doivent être préparées après une étude minutieuse du sous-sol, et celles des bâtiments anciens, souvent bien fragiles, doivent être surveillées attentivement (exemple, lors du creusement de la ligne E du RER, de nombreuses déconvenues sont apparues en surface, en raison de l’instabilité du sous-sol... et d’injections de béton ayant mal pris, en raison de pollutions aux hydrocarbures...). Enfin, les problèmes hydrologiques de Paris étaient développés : il est nécessaire d’étanchéifier les sous-sols des immeubles, ainsi que les piles des ouvrages souterrains, pour palier aux variations de hauteur de la nappe phréatique ; au contraire, des effets de sous-pression peuvent avoir lieu en cas de repli de la nappe, et il faut alors jouer avec la poussée d’Archimède pour sécuriser les ouvrages souterrains, comme c’est le cas pour les stations de la ligne 14 du métro ! Roger Cojean était alors chaleureusement applaudi pour cette prestation très surprenante et de grande qualité.

En début d’après-midi, Robin Lacassin, Directeur de Recherches CNRS à l’Institut de Physique du Globe de Paris, développait un exposé intitulé « Tsunamis et séismes géants de subduction : enseignements des catastrophes de Sumatra (2004), du Chili (2010) et du Japon (2011) ». Il captivait son auditoire en alternant les phases de modélisation théorique et les phases d’exploitation des résultats glanés sur le terrain. Ainsi, quinze minutes de rudiments de mécanique des roches, permettaient de comprendre le mécanisme à l’origine des séismes : lors de la subduction, il y a déformation plastique des roches de croûte terrestre profonde (qui, à une température élevée de plusieurs centaines de degrés, se comportent comme un fluide visqueux) et déformation élastique de la croûte terrestre proche de la surface (moins de vingt kilomètres de profondeur)... la déformation élastique entraîne l’accumulation d’énergie potentielle élastique dans les roches, laquelle est libérée d’un coup lors d’une rupture : c’est le séisme. En laboratoire, un dispositif simple permet de reproduire ce phénomène et de comprendre le comportement de la croûte terrestre de surface ; le film de cette expérience est accessible à l’adresse suivante : http://pascals-puppy.blogspot.com/2011/03/thurs-demo-one-with-earthquake-machine.html Puis, le phénomène de "rebond élastique" était présenté : il est à l’origine des tsunamis. La loi permettant de déterminer la magnitude d’un séisme suivait, et l’on basculait alors dans l’analyse su séisme du 11 mars 2011 au Japon, où de très nombreuses données ont été collectées, et permettent de tirer de terribles enseignements... au Japon, avait été menée une politique industrielle en cohérence avec le consensus scientifique, mais celui-ci était trop conservateur, et bien trop optimiste (les magnitudes maximales possibles étaient sous-estimées). Les séismes de Sumatra et du Chili étaient également cités, et les données récoltées, commentées. M Lacassin tirait des enseignements nécessaires à l’avenir de la sismologie, et savait les rendre accessibles à son public. Il évoquait alors le cas de la France, en expliquant qu’ici comme ailleurs, on ne saurait prévoir la magnitude des séismes à venir, en exploitant l’histoire connue des séismes sur notre territoire, car la charge élastique d’un système de deux plaques peut être très longue... et donner lieu à un phénomène d’autant plus dangereux ; mais il ne faut toutefois pas dramatiser la situation de la métropole, où le risque sismique reste faible, en comparaison des Antilles, où la pose d’un système de balises sous-marines, permettant de suivre et surveiller les mouvements des plaques, est en projet.

Dans un dernier temps, trois jeunes chercheurs, actuellement en fin de cycle de doctorat à l’école des Mines ParisTech (centre de géosciences de Fontainebleau) se relayaient avec un dynamisme et un enthousiasme emprunts d’une grande fraîcheur, pour présenter une conférence concernant les forages pétroliers ; intitulée « Forage pétrolier : technique, modélisation, validation », elle donnait aux étudiants, une image compréhensible de la recherche dans l’industrie pétrolière actuelle. Dans le cadre du programme Citeph, les compagnies pétrolières et gazières, ainsi que tous les « majors » des services parapétroliers, financent les recherches menées dans les laboratoires de Grandes écoles d’Ingénieurs. Malek Ben Hamida, Salim Bensmina et Dhaker Ezzedine, en thèse à l’école des Mines Paristech – thèses financées par Total et Schlumberger, ont pour objectif d’améliorer les modélisations des tiges de forage pétrolier, pour, par la suite, améliorer leur structure et leur exploitation. Les forages de puits sont, en effet, toujours plus profonds, ont des trajectoires toujours plus complexes, en raison de l’épuisement progressif des gisements à exploitation aisée. Ainsi, après avoir présenté l’état actuel des réserves connues de pétrole onshore et offshore sur l’ensemble de la planète, réserves souvent très enfouies, les trois jeunes chercheurs explicitaient les fortes contraintes s’exerçant sur les équipements de forage, dans des conditions de température et de pression ordinaires (à 6000 mètres de profondeur, plus de 200 degrés, sous 1000 bars !). Après cette introduction commune, Malek Ben Hamida présentait ses travaux sur le comportement directionnel des outils de forage. Il est en effet très difficile de guider l’outil de forage exactement où l’on veut... la modélisation de l’interaction entre l’outil et la roche est au centre de ses travaux de recherche. Puis, Dhaker Ezzedine explicitait les contraintes mécaniques statiques s’exerçant sur une tige de forage... sous l’action de son propre poids, une tige de plusieurs milliers de mètres de longueur risque de « flamber », comme « flambe » une canette de soda vide, si on l’écrase de toute la force de son pied ! Pour prévoir le comportement mécanique de la tige, il faut donc, au préalable, modéliser ce comportement, puis le valider... ce qui est effectué sur un banc de flambage en laboratoire. Enfin, Salim Bensmina présentait le problème des vibrations des tiges de forage : si l’alignement des éléments de tiges n’est pas parfait, si la rigidité des tiges n’est pas contrôlée, les tiges entrent en vibrations (latérales, axiales et en torsion !), entraînant l’usure prématurée des tiges, endommageant l’outil de forage, faisant perdre le contrôle de la direction du forage. Le comportement dynamique des tiges de forage est donc finement modélisé, par une découpe de l’outil en éléments finis. La modélisation est validée en laboratoire par un simulateur de vibrations. Les étudiants ont ainsi compris, grâce à la pédagogie et l’engouement de ces trois jeunes chercheurs, pourquoi des moyens techniques et financiers considérables sont engagés pour améliorer l’exploitation des gisements de pétrole.

Nous adressons nos remerciements chaleureux aux six scientifiques qui ont gracieusement donné ces conférences, avec engouement, dynamisme, pédagogie et passion ; nous leur témoignons notre gratitude de s’être déplacés ainsi à la rencontre des étudiants, pour leur présenter une superbe image du monde de la Recherche scientifique et de l’Industrie.

Antoine Poncet, professeur de Sciences Physiques en deuxième année PSI.