The present memoir has two main aims: to document the work done in gravimetric data acquisition in Belgium, going back to the nineteenth century, and to calculate and discuss a new Bouguer anomaly map based on a novel approach with a varying reduction density. Gravity measurements have three main applications: metrology (to locally calibrate instruments such as balances), geology (to understand the local subsoil at varying depths), and geodesy. The first heading of the memoir places the Belgian part of the geoid in the framework of a general presentation of the world geoid. It is used to locate oneself with GPS in altitude with a precision of 2 cm, the Belgian geoid being one of the most detailed in the world because of the very high gravity coverage. Some theoretical considerations concerning gravity measurement, and the realisation of modern networks, are presented in the second and third headings respectively. Since geological interpretation of the Bouguer anomaly map is the main concern of the geological community, the fourth heading gives an overview of the history of gravity acquisition in Belgium and the related evolution of the Bouguer map, giving some short biographical notes about scientists who intensively participated in the gravity acquisition. The fifth heading discusses the development of a new Bouguer map calculated with varying reduction density, adapted to the Belgian subsoil. To reach this goal it was necessary to make use of the bathymetric map of the Palaeozoic and the topographic map of the younger unconsolidated cover rocks. The last heading is concerned with the geological interpretation of the spatial variation of gravity in Belgium, and discusses both the existing scientific literature and the peculiarities of the new Bouguer anomaly map produced in 2011 (this work).

Résumé

Ce mémoire a deux objectifs principaux: d’une part documenter le travail réalisé pour l’acquisition des données gravimétriques belges de terrain depuis le XIXe siècle, et d’autre part la réalisation d’une nouvelle carte de Bouguer calculée avec une densité de réduction variable. La gravimétrie a trois principaux domaines d’application : la métrologie (pour la calibration locale d’appareils tels que des balances), la géologie (pour comprendre le sous-sol local à différentes profondeurs) et la géodésie. Dans le premier chapitre de ce mémoire, nous présentons le géoïde de Belgique dans le cadre du géoïde mondial. Celui-ci est utilisé pour se positionner en altitude avec les GPS avec une précision de 2 cm ; en Belgique, il est un des meilleurs du monde grâce à la grande densité de la couverture gravimétrique belge. Les deuxième et troisième chapitres présentent des considérations théoriques sur la gravimétrie et la manière de réaliser des réseaux modernes. Comme l’interprétation géologique de la carte de Bouguer est une préoccupation majeure de la communauté géologique, nous présentons dans le quatrième chapitre un historique des mesures gravimétriques en Belgique, l’évolution de la carte de Bouguer dans le temps, ainsi que des courtes notes biographiques sur les personnes intensivement impliquées dans l’acquisition des données de terrain. Le cinquième chapitre expose ce qui a été mis en oeuvre pour réaliser une carte de Bouguer avec une densité de réduction variable. Pour atteindre ce but, il a été nécessaire d’impliquer dans les calculs la carte bathymétrique du Paléozoïque et la carte topographique de la couverture plus jeune. Le dernier chapitre est consacré à l’interprétation géologique de la carte de Bouguer belge, et inclut une revue de la littérature scientifique ainsi que l’interprétation des caractéristiques de la nouvelle carte de 2011 (ce travail).

Samenvatting

In deze verhandeling worden twee hoofddoelstellingen gesteld: enerzijds het documenteren van het geleverde werk op het gebied van gravimetrische data-acquisitie in België sinds de 19e eeuw, en anderzijds het maken van een nieuwe Bouguer-kaart met een variabele reductiedichtheid. Metingen van de zwaartekracht hebben drie toepassingsdomeinen: de metrologie (voor het lokaal ijken van toestellen zoals weegschalen), de geologie (voor het begrijpen van de lokale ondergrond op verschillende diepte) en de geodesie. Onder de eerste hoofding van deze verhandeling wordt het Belgische deel van de geoïde geplaatst binnen een algemene voorstelling van de globale geoïde. Deze wordt gebruikt om zich met GPS met een precisie van 2 cm te positioneren in de hoogte. Dit is één van de meest gedetailleerde modellen ter wereld gezien de zeer hoge densiteit van de gravimetrische bedekking van België. De tweede en derde hoofdstukken handelen over theoretische overwegingen betreffende zwaartekrachtmetingen, en over de wijze waarop moderne netwerken gerealiseerd worden. Aangezien de geologische interpretatie van de Bouguer-kaart steeds de belangrijkste bekommernis is van de geologische gemeenschap, wordt in het vierde hoofdstuk een overzicht gegeven van de geschiedenis van de gravimetrische metingen in België, en de daaraan gekoppelde evolutie van de Bouguer-kaart, met enkele korte biografische nota’s over personen die intensief deelgenomen hebben aan acquisitie van terreingegevens. Het vijfde hoofdstuk behandelt het opstellen van een nieuwe Bouguer-kaart met variabele reductiedichtheid, aangepast aan de specifieke Belgische ondergrond. Hiervoor was het noodzakelijk om een bathymetrische kaart van het Paleozoïcum en een topografische kaart van de jongere afdekkende lagen te betrekken bij de berekeningen. Het laatste hoofdstuk is gewijd aan de geologische interpretatie van de ruimtelijke variatie van de zwaartekracht in België, en behandelt zowel de bestaande wetenschappelijke literatuur als de kenmerken zichtbaar op de nieuwe kaart van de Bouguer-anomalie anno 2011 (dit werk).