lA SCIENCE Au lsbb

1. Un positionnement unique

Les laboratoires souterrains européens sont généralement associés à des infrastructures industrielles qui favorisent une coactivité économique à leur proximité (e.g., tunnels ferroviaires et routiers, stockage souterrain, mines).

Créé en 1997, le LSBB est implanté au cœur du parc naturel régional du Luberon. D’abord destiné à un usage militaire, ses infrastructures souterraines aux caractéristiques hors-norme ont progressivement été transformées en un laboratoire de recherche dont les travaux, menés depuis plus de 25 ans, ont enrichi les connaissances et les compétences dans de nombreux domaines scientifiques. Ce site remarquable, aux propriétés physiques exceptionnelles, est inscrit depuis 2012 au patrimoine architectural du XXᵉ siècle. Le LSBB est une Unité d’Appui et de Recherche (UAR3538) depuis 2024 sous la tutelle d’Avignon Université et du CNRS.

Situé au sein du plus grand aquifère karstique d’Europe (la Fontaine de Vaucluse), le LSBB permet d’étudier in situ les impacts des changements globaux, tels que le changement climatique, sur les ressources en eau souterraines. Par ailleurs, l’analyse des propriétés du réservoir géologique, depuis sa formation jusqu’à son évolution actuelle, contribue à améliorer l’exploitation de réservoirs pétroliers analogues au Moyen-Orient. Grâce à son environnement physique à très faible bruit anthropique – une particularité du LSBB par rapport aux autres laboratoires souterrains – il offre des conditions idéales pour des mesures et observations de haute précision ainsi que pour le développement de capteurs d’une sensibilité extrême.

Cette introduction met en avant deux axes structurants du LSBB :

•Les réservoirs géologiques carbonatés et les ressources hydriques karstiques : le LSBB permet des recherches majeures ayant des implications directes sur la gestion durable des ressources en eau souterraines des pays périméditerranéens, la modélisation des dynamiques des réservoirs carbonatés et la compréhension des processus physiques multi-échelles de la zone critique.

•L’environnement à bas bruit du LSBB, en surface et en profondeur : ce cadre unique offre des conditions exceptionnelles pour l’étude de processus physiques et la détection de signaux de très faible amplitude. Il constitue également un site privilégié pour le développement de capteurs, de protocoles de mesure et de technologies d’imagerie visant des sensibilités et résolutions extrêmes.

2. Caractéristiques

Le LSBB repose sur trois caractéristiques physiques qui en font un site adapté pour la recherche en environnement, technologies et sciences sociétales :

•Une infrastructure souterraine et de surface avec un accès subhorizontal de 4.3km et des configurations expérimentales tridimensionnelles multi-échelles, sous une couverture rocheuse variant de quelques mètres à plus de 500 m.

•Un environnement géologique et hydrogéologique représentatif  des aquifères méditerranéens, où le karst joue un rôle clé dans l’alimentation en eau des plaines environnantes.

•Un environnement à très faible bruit anthropique, préservé des pollutions mécaniques, acoustiques et électromagnétiques, entre les parcs naturels régionaux du Luberon et Mont-Ventoux, à plus de 20 km des zones urbanisées et industrialisées.

Le LSBB offre des conditions d’accueil pour la R&D, grâce à son infrastructure comprenant des galeries souterraines rectilignes quasi-kilométriques, de nombreux puits de forage, ainsi que des salles avec une stabilité thermique et sismique extraordinaire, espaces isolés ou blindés électromagnétiquement, allant de 50 m³ à plus de 1250 m³, jusqu’à 518 m de profondeur. L’exploitation et l’évolution du LSBB sont assurées par une équipe spécialisée, garantissant une modernisation continue et un suivi optimal des activités. Cette organisation favorise une recherche multidisciplinaire, depuis les études fondamentales jusqu’à leurs applications industrielles et sociétales.

3. Thématiques de recherche.

Ce cadre unique permet la conduite de projets de recherche de pointe, le développement d’instruments de haute sensibilité et de protocoles de mesure, ainsi que l’observation multi-physique à haute résolution, tout en favorisant la mise en place de plateformes R&D dédiées aux caractérisations avancées. Le LSBB a rendu possible ou contribué à plus de 400 publications scientifiques interdisciplinaires.

Réservoirs géologiques carbonatés et ressources hydriques karstiques

L’étude et la gestion optimale des ressources en eau constituent un enjeu majeur, en particulier pour la Fontaine de Vaucluse, un site emblématique des aquifères karstiques méditerranéens. Comprendre le fonctionnement de cette ressource essentielle, tant à court qu’à long terme, est crucial pour la biosphère, la société et l’humanité.

Le LSBB joue un rôle central dans ces recherches, qui s’appuient sur des expérimentations, des instruments de mesure et des observations multi-échelles in situ au sein de la zone critique. L’objectif est de développer des outils et des approches transdisciplinaires permettant d’accroître les connaissances et les compétences dans plusieurs domaines :

•L’analyse de la dynamique des transferts dans la zone critique et l’impact du changement climatique,

•L’étude des propriétés mécaniques, hydromécaniques et de porosité-perméabilité du réservoir,

•La compréhension de l’architecture multi-échelles du réservoir depuis sa formation,

•L’analyse des processus couplés impliquant des interactions thermo-hydro-biologiques, mécaniques et chimiques.

Environnement bas bruit multiphysique en surface et en profondeur

L’identification et la caractérisation de signaux de faible amplitude nécessitent un environnement à faible bruit et des instruments d’une sensibilité extrême, un défi technologique majeur. De plus, une approche multiphysique est indispensable pour distinguer les signaux d’intérêt des interférences et artefacts liés aux capteurs et à leur couplage avec leur milieu.

Grâce à des mesures complexes, le LSBB explore des couplages et phénomènes variés, tels que :

•Les interactions sismo-hydro-magnétiques et sismo-ionosphériques,

•Les processus thermo-hydro-mécaniques,

•Les phénomènes électromagnétiques transitoires de haute énergie dans l’atmosphère,

•Les fluctuations multi-échelles de la Terre (gravitation, déformation, vibration, rotation),

•L’étude des signaux électromagnétiques dans la bande gamma du cerveau, en lien avec la recherche sur les maladies neurodégénératives.

Ce cadre de recherche permet d’accueillir des plateformes de référence dédiées :

•À la caractérisation du bruit intrinsèque des capteurs,

•À l’étalonnage des mesures issues de technologies variées,

•À l’intégration de plateformes de caractérisation avancée, notamment optique et électromagnétique,

•Au développement de méthodologies de mesure haute sensibilité adaptées aux environnements bas bruit,

•À la maîtrise du monitoring multi-physique des environnements de mesure sensibles.