Bernard Giroux

Expertises

Géophysique appliquée

  • Professeur à l’INRS

Téléphone
418 654-2624

Télécopieur
418 654-2600

Courriel
bernard.giroux@ete.inrs.ca

Centre Eau Terre Environnement

490, rue de la Couronne
Québec (Québec)  G1K 9A9
CANADA

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Intérêts de recherche

Le professeur Bernard Giroux s’intéresse à la modélisation et à l’imagerie en géophysique appliquée, plus particulièrement au développement d’outils géophysiques qui permettent de caractériser les réservoirs aquifères de façon quantitative.

Les applications sont multiples, mais il s’est intéressé dernièrement à la séquestration géologique du CO2.

Son équipe

Cecilia Dip

Doctorat en sciences de la Terre

Amirhossein Mardan

Doctorat en sciences de la Terre

Naher Nasr

Doctorat en sciences de la Terre

Sepideh Vafaei

Doctorat en sciences de la Terre

Ehsan Vosoughi

Doctorat en sciences de la Terre

Formation universitaire

  • B. Sc. A. Génie physique, Université Laval
  • M. Sc. A. Géophysique appliquée, École Polytechnique de Montréal
  • Ph. D. Géophysique appliquée, École Polytechnique de Montréal

 

Biographie

Avant son arrivée à l’INRS, le professeur Bernard Giroux a été chercheur au Département de génie civil, géologique et des mines de l’École Polytechnique de Montréal.

Il est cofondateur et coprésident de l’Association des hydrogéophysiciens du Québec ainsi que coorganisateur des trois premières conférences de l’Association des hydrogéophysiciens du Québec.

Projets de recherche en cours

Apport de l’intelligence artificielle pour la détection de la sismicité induite par l’activité minière

L’exploitation des ressources minérales a toujours joué un rôle primordial dans le développement économique du Québec. Avec la croissance de notre société et le développement industriel ainsi que l’émergence des pays asiatiques (notamment la Chine), la demande pour les ressources minérales est en croissance exponentielle. En revanche, les gisements à faible profondeur ont probablement tous été exploités et les annoncent de nouvelles découvertes de gisement sont en forte baisse. Ceci force l’industrie minière à se tourner vers des gisements de plus en plus profonds. Ce nouvel horizon pour l’industrie minière comporte des risques additionnels, car les contraintes géomécaniques augmentent avec la profondeur. Si ces contraintes ne sont pas bien gérées, elles peuvent engendrer des coups de terrain qui sont un danger considérable pour le personnel et ont un impact sur le rendement des opérations minières. De façon générale, les contraintes sont causées par l’excavation des tunnels. Une fois la roche extraite, les parois doivent contenir le poids du massif rocheux environnant, et ce poids est plus important aux grandes profondeurs. La redistribution de cette charge génère des microséismes qui sont souvent précurseurs aux coups de terrain. L’analyse spatiotemporelle de la magnitude de ces microséismes permet donc d’inférer les changements de l’état de contrainte et d’estimer le risque associé.

L’objectif du projet proposé est d’implémenter une méthode de détection des ondes sismiques par réseau de neurones convolutif, qui permet en principe de détecter des événements de magnitude plus faible que ce qui est possible avec les détecteurs classiques.

 

Financement : Ministère de l’Énergie et des Ressources naturelles du Québec

Collaborateur: Erwan Gloaguen, INRS

 

 

Monitoring géophysique des processus induits en sous-surface par l’activité anthropique

Il est établi qu’une action comportant plusieurs moyens de réduction des émissions de gaz à effet de serre est requise pour réduire leur impact sur le climat. Incidemment, le gouvernement canadien a instauré une taxe carbone de 10 $ la tonne à partir de 2018, et laisse le choix des moyens aux provinces pour réduire leurs émissions. Parmi ces moyens, le stockage géologique du CO2 est reconnu comme une avenue incontournable pour réduire les émissions à relativement court terme. Or, le stockage géologique et l’exploitation des ressources naturelles du sous-sol sont des activités qui peuvent entraîner des risques pour l’environnement et les humains. Ces risques ont une incidence directe sur l’acceptabilité sociale, ce qui agit parfois au détriment du développement économique.

Les méthodes géophysiques permettent le monitoring de ces activités et jouent un rôle important pour réduire ces risques. Le monitoring géophysique est possible parce que les activités mentionnées causent un changement temporel de la distribution spatiale des propriétés des roches, et les mesures géophysiques faites avant, pendant et après ces activités contiendront la signature de ce changement. Par inversion, il est possible de traduire cette signature en variation spatiale et temporelle de propriété physique.

Le monitoring géophysique présente des limites d’abord en raison de la non-unicité du problème inverse, mais également parce que les conditions lors de l’acquisition des données sont variables d’un levé à l’autre, ce qui génère des artefacts qui peuvent être interprétés à tort comme des changements dans le sous-sol.

Ce programme de recherche vise à améliorer l’efficacité des outils de monitoring et à faciliter l’interprétation des résultats, de façon à mieux comprendre les processus induits par l’activité anthropique, et en particulier par le stockage géologique du CO2.

Le programme comprend trois volets principaux. Des travaux de laboratoire seront réalisés pour mieux comprendre l’interaction entre les roches et les mélanges CO2-saumures. Des développements numériques apporteront une amélioration de la robustesse et de la résolution des méthodes de monitoring géophysique et seront validés avec des données acquises sur le terrain pendant un essai contrôlé d’injection de CO2. Une plateforme logicielle basée sur la réalité virtuelle sera développée pour permettre l’interprétation immersive des données de monitoring à faible coût.

 

Financement : CRSNG – Subvention à la découverte

 

Projets de recherche terminés

Développement d’un système de diagnostic pour la maintenance des ouvrages du génie civil

L’auscultation et le diagnostic des structures en béton sont primordiaux afin d’optimiser la gestion et la maintenance des ouvrages du génie civil. Les techniques de contrôle de l’état des ouvrages proviennent de mesures directes (prélèvements) ou indirectes (méthodes géophysiques). D’un côté, à l’échelle d’un ouvrage, les données directes sont éparses et donc peu représentatives des pathologies observées (corrosion, alcali-réaction, carbonatation, réactions sulfatiques, etc.). D’un autre côté, les mesures indirectes permettent d’acquérir des données beaucoup plus denses, mais avec un support de mesure, des résolutions et des échelles différentes, entre elles et aussi avec les données directes. Un défi majeur réside donc dans l’intégration, la représentation spatiale et l’interprétation conjointe de l’ensemble des données acquises.

Ce projet a pour objectif de créer un système d’exploitation technique et organisationnel de données multivariées (physique, chimique) et multi-échelles (terrain, laboratoire) pour fournir aux maîtres d’ouvrages un outil pertinent d’aide à la décision pour la maintenance des ouvrages.  Ce système expert sera basé sur l’utilisation de méthodes d’assimilation de données novatrices et de techniques d’imagerie 3D unique permettant à la fois d’améliorer la représentativité des données, d’en faciliter la lecture et d’en exploiter la capacité prédictive dans l’espace et le temps afin de planifier et d’optimiser les coûts des travaux de maintenance.

 

Financement : MITACS – Accélération

 

 

Nouveaux développements en suivi par écoute microsismique

L’objectif général du projet est de développer des outils d’aide à la décision permettant d’assurer la sécurité du personnel et d’optimiser l’exploitation des mines souterraines, à partir du monitorage microsismique. Les outils devront fournir un résultat rapide, pour une prise de décision à une échelle quotidienne. Les objectifs spécifiques du projet sont de mettre au point :

1) un algorithme de localisation des hypocentres tenant compte des changements de vitesse dans le massif rocheux et compatible avec les logiciels de modélisation géologique;

2) un algorithme de détection des événements microsismiques de faible magnitude qui permettra de suivre avec plus de précision la sismicité induite;

3) une méthode permettant d’estimer et de mettre à jour la variation spatiale de la broyabilité de la roche.

 

Financement: FRQNT – Projet de recherche orientée en partenariat

Collaborateurs: Christian Dupuis (Université Laval), Claude Robillard (Géophysique GPR International), Martin Côté (CANMET-Mines)

 

 

Exploration des ressources géothermiques profondes au Québec

Des développements technologiques récents permettent de dire que la géothermie profonde stimulée offre un potentiel significatif pour s’ajouter à la liste des nouvelles technologies de production d’électricité.

Le projet vise à améliorer les connaissances sur les ressources géothermiques profondes au Québec afin d’établir le potentiel de développement de cette nouvelle filière. Très peu de données directes sont disponibles pour calculer le flux de chaleur et la distribution de la température à grande profondeur au Québec, et dans ce projet on cherche à développer des méthodes géophysiques qui vont permettre d’inférer la température à grande profondeur.

Trois volets de recherche sont proposés pour mieux contraindre les paramètres permettant de calculer la température à grande profondeur. Une synthèse des résultats sera ensuite faite pour déterminer les sites à plus fort potentiel.

Le premier volet consiste à améliorer les méthodes actuelles permettant de déterminer la profondeur de Curie à partir des mesures du champ magnétique terrestre.

Le deuxième volet vise à identifier les régions où la température en profondeur pourrait être augmentée localement par la génération radiogénique de chaleur.

Le troisième volet consiste à étudier la structure du socle précambrien dans les Basses-terres du Saint-Laurent et les plutons montérégiens crétacés non affleurants, à partir des données de champ de potentiel (gravimétrie et magnétisme), pour identifier les zones à fort potentiel.

En plus de préciser le potentiel géothermique profond au Québec, ce projet va permettre d’améliorer les méthodes de traitement et d’interprétation des données de champ de potentiel. Ces nouvelles connaissances seront transférables à d’autres domaines des sciences de la Terre.

À terme, ce projet contribuera également à assurer l’indépendance énergétique et l’activité économique au pays en favorisant le développement de la filière géothermique dans l’est du Canada.

 

Financement : CRSNG – Subvention de recherche et développement coopérative, Hydro-Québec

 

 

Nouvelle approche pour le suivi quantitatif de l’injection de CO2 à l’aide de méthodes géoélectriques

L’objectif du projet est la mise au point d’une technique de mesure des propriétés géoélectriques en puits qui permettra de compléter le monitorage sismique de l’injection de CO2 pour en arriver à une interprétation quantitative.

Les objectifs spécifiques sont :

  • compléter les connaissances des propriétés électriques des mélanges CO2/saumure/roche par des mesures en laboratoire;
  • étudier les relations croisées entre les propriétés sismiques et électriques aux conditions de réservoir par des mesures en laboratoire;
  • contourner le problème d’installation et de corrosion des électrodes de mesure en puits en mesurant le champ magnétique plutôt que le champ électrique;
  • déterminer la configuration de mesure optimale par une étude de sensibilité numérique; développer des algorithmes d’inversion « time-lapse » pour pouvoir déterminer les changements de propriétés causés par l’injection de CO2;
  • étudier la viabilité de la méthode en conditions réelles.

Les retombées sont :

  • une amélioration de l’interprétation quantitative en réduisant l’ambiguïté de l’interprétation sismique, notamment en permettant de séparer les effets de pression de ceux de substitution de fluide;
  • une réduction des coûts de monitorage;
  • l’amélioration de la longévité et de la répétabilité du monitorage en éliminant le recours aux électrodes de mesure.

 

Financement : Réseau Carbon Management Canada

Collaborateurs : Doug Schmitt (U. of Alberta), Don White (Commission géologique du Canada), Klaus Spitzer (TU Bergakademie Freiberg, Allemagne), Cornelia Schmidt-Hattenberger (GFZ Potsdam, Allemagne)

 

 

Étude de détection sismique et acoustique pour la discrimination des ordres de réactions de détonation 

La présence de munitions non explosées (unexploded ordnance, ou UXO) sur les champs de tir entraîne une multitude de risques pour les corps militaires, l’environnement et pour la population dans le cas éventuel d’une désaffectation des secteurs d’entraînement.

Les munitions non explosées sont typiquement des obus ou projectiles n’ayant pas détonné complètement lors de l’impact. Il existe un besoin pour une méthode permettant de détecter et de localiser les UXO en temps réel, de façon à en permettre un retrait rapide et sécuritaire.

L’objectif de la recherche proposée est d’évaluer les performances d’une telle méthode basée sur la mesure des signaux microsismiques et acoustiques générés par le tir et l’impact des projectiles.

 

Financement : Recherche et développement pour la défense Canada

Chaires, groupes et réseaux

Le professeur Bernard Giroux participe activement aux travaux du Groupe de recherche sur les ressources énergétiques des bassins sédimentaires du Québec (GRREBS)

Il fait aussi partie du Laboratoire d’interprétation et acquisition des mesures en géosciences (LIAMG).

 

 

 

Activités scientifiques

Le professeur Bernard Giroux est professeur associé au Département des génies civil, géologique et des mines de l’École Polytechnique de Montréal.

Activités d’enseignement

Le professeur Bernard Giroux donne chaque automne un cours sur les méthodes sismiques.

Publications

Nasr, Maher; Giroux, Bernard et Dupuis, Christian J. (2020). A hybrid approach to compute seismic travel times in 3D tetrahedral meshesGeophys. Prospect., EN LIGNE.
DOI : 10.1111/1365-2478.12930

Anterrieu, Olivier; Giroux, Bernard; Gloaguen, Erwan et Carde, Christophe (2019). Non-destructive data assimilation as a tool to diagnose corrosion rate in reinforced concrete structuresJ. Build. Eng., 23 (Mai) : 193-206.
DOI : 10.1016/j.jobe.2019.01.033

Pinet, Nicolas; Gloaguen, Erwan et Giroux, Bernard (2019). Introduction to the special issue on geophysics applied to mineral explorationCan. J. Earth Sci. / Rev. Can. Sci. Terre, 56 (5) : v-viii.
DOI : 10.1139/cjes-2018-0314

Gloaguen, Erwan; Dupuis, Christian J. et Giroux, Bernard (2018). Portrait de la géophysique au Québec. Geologues, 198 (Septembre) : 65-68.

Liu, Hejuan; Giroux, Bernard; Harris, Lyal B.; Quenette, Steve M. et Mansour, John (2018). Numerical analysis of the role of radiogenic basement on temperature distribution in the St. Lawrence Lowlands, QuébecGeoth. Energ., 6 : Art. 30.
DOI : 10.1186/s40517-018-0115-2

McLeod, Joe B.; Ferguson, Ian J.; Craven, Jim; Roberts, Brian et Giroux, Bernard (2018). Pre-injection magnetotelluric surveys at the Aquistore CO2 sequestration site, Estevan, Saskatchewan, CanadaInt. J. Greenh. Gas Contr., 74 (Juillet) : 99-118.
DOI : 10.1016/j.ijggc.2018.04.024

Bouchedda, Abderrezak; Giroux, Bernard et Allard, Michel (2017). Down-hole magnetometric resistivity inversion for zinc and lead lenses localization at tobermalug, county Limerick, IrelandJ. Appl. Geophys., 137 (Février) : 25-33.
DOI : 10.1016/j.jappgeo.2016.12.010

Bouchedda, Abderrezak; Giroux, Bernard et Gloaguen, Erwan (2017). Constrained electrical resistivity tomography Bayesian inversion using inverse Matérn covariance matrixGeophysics, 82 (3) : E129-E141.
DOI : 10.1190/geo2015-0673.1

Fabien-Ouellet, Gabriel; Gloaguen, Erwan et Giroux, Bernard (2017). Time-domain seismic modeling in viscoelastic media for full waveform inversion on heterogeneous computing platforms with OpenCLComput. Geosci., 100 (Mars) : 142-155.
DOI : 10.1016/j.cageo.2016.12.004

Fabien-Ouellet, Gabriel; Gloaguen, Erwan et Giroux, Bernard (2017). Time domain viscoelastic full waveform inversionGeophys. J. Int., 209 (3) : 1718-1734.
DOI : 10.1093/gji/ggx110

Perozzi, Lorenzo; Giroux, Bernard; Schmitt, Douglas R. et Gloaguen, Erwan (2017). Sensitivity of seismic response for monitoring CO2 math formula storage in a low porosity reservoir of the St Lawrence Lowlands, Québec, Canada: Part 2 – Synthetic modelingGreenhouse Gases: Sci. Technol., 7 (4) : 613-623.
DOI : 10.1002/ghg.1670

Perozzi, Lorenzo; Giroux, Bernard; Schmitt, Douglas R.; Gloaguen, Erwan et Kofman, Randy S. (2017). Sensitivity of seismic response for monitoring CO2 storage in a low porosity reservoir of the St Lawrence Lowlands, Québec, Canada: Part 1 – Laboratory measurementsGreenhouse Gases: Sci. Technol., 7 (4) : 602-612.
DOI : 10.1002/ghg.1671

Paradis, Daniel; Gloaguen, Erwan; Lefebvre, René et Giroux, Bernard (2016). A field proof-of-concept of tomographic slug tests in an anisotropic littoral aquiferJ. Hydrol., 536 (Mai) : 61-73.
DOI : 10.1016/j.jhydrol.2016.02.041

Paradis, Daniel; Lefebvre, René; Gloaguen, Erwan et Giroux, Bernard (2016). Comparison of slug and pumping tests for hydraulic tomography experiments: a practical perspectiveEnviron. Earth Sci., 75 : Art. 1159.
DOI : 10.1007/s12665-016-5935-4

Perozzi, Lorenzo; Gloaguen, Erwan; Giroux, Bernard et Holliger, Klaus (2016). A stochastic inversion workflow for monitoring the distribution of CO2 injected into deep saline aquifersComput. Geosci., 20 (6) : 1287-1300.
DOI : 10.1007/s10596-016-9590-3

Saint-Pierre, François; Philibert, Alain; Giroux, Bernard et Rivard, Patrice (2016). Concrete quality designation based on ultrasonic pulse velocityConstr. Build. Mater., 125 (Octobre) : 1022-1027.
DOI : 10.1016/j.conbuildmat.2016.08.158

Paradis, D.; Gloaguen, E.; Lefebvre, R. et Giroux, B. (2015). Resolution analysis of tomographic slug test head data: two-dimensional radial caseWater Resour. Res., 51 (4) : 2356-2376.
DOI : 10.1002/2013WR014785

Claprood, M.; Gloaguen, E.; Sauvageau, M.; Giroux, B. et Malo, M. (2014). Adapted sequential Gaussian simulations with Bayesian approach to evaluate the CO2 storage potential in low porosity environmentGreenhouse Gases: Sci. Technol., 4 (6) : 761-776.
DOI : 10.1002/ghg.1458

Duchesne, M. J.; Giroux, B. et Hu, K. (2014). Hydrocarbon indicators on seismic data: insights from poro-viscoelastic forward