Concepts et domaines de la géophysique.
L'un des concepts fondamentaux de la géophysique est la propagation des ondes sismiques. Ces ondes, générées naturellement par les tremblements de terre ou artificiellement lors d'expériences de prospection, se propagent dans les roches selon leurs propriétés élastiques. On distingue les ondes de volume, qui traversent l'intérieur de la Terre, et les ondes de surface, qui se propagent le long de la croûte. L'analyse du temps de parcours, de l'amplitude et de la fréquence de ces ondes permet de déterminer la structure interne du globe, comme la discontinuité de Mohorovičić séparant la croûte et le manteau, ou la distinction entre noyau externe liquide et noyau interne solide.

La gravimétrie étudie le champ de gravité terrestre, produit par la répartition des masses dans le sous-sol. Les variations locales du champ de gravitation révèlent des anomalies de densité liées à des structures géologiques ou à la présence de ressources minérales et pétrolières. Les mesures gravimétriques, effectuées à la surface, en avion ou par satellite, permettent aussi de suivre les mouvements de masse à grande échelle, tels que les déformations tectoniques, les changements de volume des glaciers ou les variations du niveau des océans.

Le magnétisme terrestre est un autre pilier de la géophysique. Le champ magnétique global résulte de mouvements de convection du fer liquide dans le noyau externe, qui agissent comme une dynamo naturelle. Ce champ n'est pas statique : il fluctue au cours du temps, change de direction et s'inverse périodiquement. L'étude des roches magnétiques permet de reconstituer l'histoire des inversions magnétiques et d'établir la théorie de la tectonique des plaques, car l'aimantation fossile enregistrée dans les basaltes des dorsales océaniques témoigne de l'expansion des fonds marins.

L'électricité et l'électromagnétisme jouent également un rôle central. Les méthodes électriques mesurent la résistivité du sous-sol en injectant des courants et en observant la différence de potentiel entre des électrodes. Ces techniques servent à cartographier les nappes phréatiques, à repérer des gisements de minerais ou à étudier les structures volcaniques. Les méthodes électromagnétiques, quant à elles, exploitent les champs naturels ou induits pour caractériser la conductivité électrique des terrains, révélant la présence de fluides, de sels dissous ou de zones fracturées.

La géothermie étudie la distribution de la chaleur à l'intérieur de la Terre. Le flux géothermique résulte de la désintégration radioactive des éléments dans le manteau et la croûte, ainsi que de la chaleur résiduelle de la formation de la planète. Les gradients de température mesurés dans les forages permettent d'estimer le transfert de chaleur par conduction ou par convection, et d'évaluer le potentiel énergétique des régions géothermiques.

La géodésie physique s'intéresse à la forme et aux mouvements de la Terre. En mesurant précisément la position de points à la surface grâce aux systèmes GPS et aux satellites d'altimétrie, elle permet de suivre les déformations de la croûte, la montée du niveau marin ou les oscillations du globe. Ces observations contribuent à la compréhension de la dynamique des plaques tectoniques et des phénomènes associés, comme les séismes et les éruptions volcaniques.

La sismologie appliquée et la tomographie sismique utilisent les ondes sismiques pour construire des images tridimensionnelles de l'intérieur de la Terre, analogues à des coupes médicales. Ces méthodes permettent de localiser les zones de subduction, les panaches mantelliques et les chambres magmatiques, et d'évaluer la dangerosité des failles actives.

Méthodes et applications de la géophysique.
On distingue les techniques passives, qui observent des champs naturels (comme le champ de gravitation ou le champ magnétique terrestre), des méthodes actives, qui génèrent un signal et en mesurent la réponse. Parmi ces dernières, la réflexion sismique envoie des ondes acoustiques dans le sous-sol et enregistre leurs échos sur les différentes couches géologiques. Les méthodes électriques et électromagnétiques sondent la résistivité du sous-sol. La thermique étudie le flux de chaleur provenant des profondeurs de la Terre. Les observations satellitaires servent à produire des modèles intégrés du sous-sol. Les simulations numériques et la modélisation mathématique jouent un rôle croissant dans l'interprétation de ces données, en reproduisant les processus physiques tels que la convection du manteau, la déformation des plaques ou la circulation des fluides. La géophysique étend aussi l'application de ses méthodes et principes à l'étude d'autres planètes que la Terre, grâce aux missions spatiales et aux observations gravitationnelles et magnétiques. Ces recherches permettent de comparer la Terre à aux autres corps célestes et de mieux comprendre son l'évolution et celle des autres planètes telluriques.

Les applications pratiques de la géophysique sont nombreuses et critiques. Dans le secteur des ressources naturelles, elle est indispensable pour la localisation des gisements d'hydrocarbures, de minerais et de ressources géothermiques. En ingénierie et en environnement, elle permet de caractériser les sites avant la construction d'ouvrages, de localiser des cavités souterraines, de suivre la propagation de polluants ou de cartographier les nappes phréatiques. Elle joue un rôle essentiel dans l'évaluation des aléas naturels, en contribuant à la prévision des séismes, des éruptions volcaniques et des glissements de terrain.