La nature hétérogène et parfois karstifiée des milieux carbonatés a un impact direct sur nombre de problématiques environnementales, comme celle des aquifères côtiers affectés par une intrusion d'eau salée. Au sud de l'ile de Majorque (Baléares, Espagne), la plate-forme carbonatée de Llucmajor offre un site privilégié pour l'étude de telles intrusions notamment avec le site expérimental de Campos, qui rencontre l'intrusion à faible profondeur. La caractérisation des propriétés hétérogènes du réservoir passe par une description préalable des propriétés des réservoirs carbonatés et notamment celle de la porosité. Au regard de la large gamme d'échelles d'hétérogénéités allant du micromètre à la centaine de mètre, l'utilisation de méthodes multi-échelles est nécessaire. Ce travail de thèse a porté sur la caractérisation multi-échelle de la porosité, allant de la microporosité à la porosité karstique, et l'établissement de relations entre les changements d'échelles d'observation de ces propriétés. A très petite échelle, la microtomographie haute-résolution à rayons X extrait à l'échelle du micron la microporosité et la connectivité des réseaux microporeux. A plus basse fréquence (celle du mm), la tomographie est également utilisée afin d'étudier le réseau micro- et macroporeux à l'échelle des carottes, à laquelle sont réalisées nombre d'observations et de mesures, notamment pétrophysiques. A l'échelle du puits, les images de paroi permettent d'identifier les zones de dissolution allant des macropores centimétriques aux cavités karstiques plurimétriques. A plus grande échelle, la géophysique de surface permet d'étudier l'extension latérale de ces karsts et hétérogénéités. Enfin, la structure poreuse du site étudié sur cette vaste gamme d'échelles est intégrée à la géologie régionale de la plate-forme de Llucmajor. Ainsi, l'observatoire installé sur le site pour surveiller la propagation de l'eau salée dans l'aquifère a pu être replacé dans son contexte géologique et pétrophysique, afin d'affiner l'interprétation de ses mesures de variations de salinité au cours du temps.

Mon sujet de thèse concerne les propriétés acoustiques et sismiques des formations non consolidées. Ce sujet est très mal connu, depuis la surface d'une part parce que la physique des milieux non consolidés est encore mal connue, et en forage d'autre part parce que ces milieux ne sont pas stables mécaniquement. Toute mesure en forage demande donc la pose d'un tubage et la réalisation des mesures à travers ce tubage. Dans le cadre de ma thèse, on appliquera premièrement ces mesures aux domaines du stockage de CO2 dans les formations géologiques, et ensuite à celui des glissements de terrains. Dans ce cadre, des mesures ont été réalisées sur les sites de Maguelone et de Svelvik pour le stockage géologique du CO2, et de Lodève pour les glissements de terrain.Le site expérimental Maguelone (France) a fait l'objet de la surveillance géophysique de la surface et en forages pendant les expériences d'injection de gaz dans un réservoir souterrain de roches clastiques peu profonde. En particulier, les profils sismiques verticaux (PSV) et les logs Sonique (derrière un tubage PVC) ont été enregistrés dans deux puits situés à quelques mètres du puits d'injection, avant, pendant et après une série d'injections de gaz. Les premieres arrivées pour les PSV ont été obtenues par le pointage (picking), et interprétées en termes de modèles de vitesses sismiques. Les données Sonique, après les avoir comparées avec les autres mesures pétrophysiques et géophysiques, ont été traitées et analysées en termes de vitesses et amplitudes. Avant l'injection, la comparaison des vitesses sismiques et d'amplitude entre les expériences dans un seul puits (MAG1), met en évidence l'impact de l'injection de gaz sur les propriétés élastiques des sédiments détritiques poreux au niveau du site d'injection, ce qui indique une augmentation de la saturation en gaz en face des couches sableuses et de couches de gravier. En tout, time-lapse VSP et les sonic logs, fournissent un moyen pour détecter et surveiller l'injection et le stockage de gaz dans des réservoirs géologiques, conduisant à une vue sur la dynamique du sous-sol au cours du temps. L'objectif du projet de CO2FieldLab (Svelvik Site_ Norvège) était de démontrer que les méthodes de surveillances adéquates peuvent être déployées pour documenter les risques de fuites de CO2 dans des réservoirs souterrains. Pour ce faire, une expérience d'injection peu profonde dans le sédiment perméable a été conçu et réalisé à Svelvik (Norvège) en Septembre 2011. L'objectif était de produire une fuite de CO2 afin d'évaluer la sensibilité relative de plusieurs outils de surveillance des émissions de CO2 géochimiques et géophysiques. Cette étude a mis en évidence le potentiel des méthodes acoustiques pour la surveillance et la détection de faible profondeur le stockage du CO2 et de la migration. Dans chacun des sites de l'étude, les séries de techniques ont été utilisées avec succès pour monitorage le stockage du CO2 et de la migration dans les réservoirs peu profonds, ces techniques se combinent les approches géophysiques et géochimiques. Sur le site de Lodève, mon travail s'est focalisé sur l'analyse de diagraphies et d'images ultrasoniques de parois obtenues sur seulement 20 mètres en trou nu dans la zone de déformation d'un glissement de terrain actif dans cette région. Des profils sismiques de surface ont également été enregistrés. Par contre, du fait de l'instabilité mécanique du forage, une légère déformation élastique ovale du forage a été mise en évidence aussi bien sur les images en distance qu'en amplitude. En utilisant la méthodologie utilisée traditionnellement pour l'analyse de déformations cassantes en forage (appelées "breakouts"), on note que la direction d'ovalisation correspond à la direction de plus grande pente du flanc de colline affectée par le glissement traversé par le forage entre 60 et 70 mètres, dans l'intervalle où les images ont été enregistrées. / The objective of My thesis concerns the acoustic and seismic properties of unconsolidated formations. This topic is poorly known, from the surface -of one hand- because the physical of unconsolidated environments is still poorly understood, and in the well on the other hand where these environments are not mechanically stable. Therefore any downhole measure requests the installation of a casing and taking measurements through this casing. In my thesis, these measurements were used for the geological storage of CO2, and then in the landslide. In this context, measures have been carried out on sites Maguelone and Svelvik for the geological storage of CO2, and in the Lodeve site for landslides.The Maguelone experimental site (France) has been the subject of surface and downhole geophysical monitoring of gas injection experiments in a shallow subsurface clastic reservoir. In particular, vertical seismic profiles (VSP) and downhole SONIC logs (through PVC liners) were recorded in two holes located within meters of the gas injection hole, before, during and after a series of gas injections. VSP first-arrival times were obtained by picking, and interpreted in terms of seismic velocity models. The sonic data, once compared to other logs and core petrophysical measurements, have been processed and analyzed in terms of velocities and amplitudes. Before injection. The comparison of seismic velocities and amplitude between experiments for a single hole brings out the impact of gas injection on the elastic properties of the porous clastic sediments at the injection site, suggesting an increase in gas saturation in front of the sandy and gravel-rich layers. . In all, time-lapse VSP and sonic logging through PVC provide a means to detect and monitor gas injection and storage in geological reservoirs, leading to a view on subsurface dynamics over time. The objective of the CO2FieldLab project (Svelvik site_ Norway) was to demonstrate that adequate monitoring methods can be deployed to document potential leaks of CO2 from subsurface reservoirs. For this, a shallow injection experiment through permeable sediment was designed and conducted at Svelvik (Norway) in September 2011. The goal was to produce a CO2 leak in order to assess the relative sensitivity of several geochemical and geophysical CO2 monitoring tools. This study highlighted the potential of acoustic methods for shallow monitoring and detecting of the CO2 storage and migration. In each of the study sites, the series of techniques have been successfully used to monitor CO2 storage and migration in the shallow reservoirs, these techniques combine geophysical and geochemical approaches On the Lodeve site, my work focused on the well logging analyzes especially the ultrasonic images obtained 20 meter only of the hole in the deformation zone un active landslide in the region. A slight elastic deformation oval of the hole was demonstrated both the distance and amplitude images. Using the methodology traditionally used for the analysis of the breakouts, we have noted that the ovalisation direction corresponds to the direction of slope of the hillside affected by slipping, traversed by the well between 60 and 70 meters of depth, the interval were the image ultrasonic recorded.