Soutenance mémoire
LA TOMOGRAPHIE ELECTRIQUE
La prospection électrique en courant continu constitue une méthode géophysique mise en œuvre par les deux frères Conrad et Marcel Schlumberger en 1927, qui ont eu l’idée de mesurer les propriétés électriques d’un terrain afin de mieux le caractériser. Elle correspond pour l’essentiel à une application directe de la loi d’Ohm. (Wikipédia) La loi d’Ohm est une loi physique permettant de relier l’intensité du courant électrique traversant un dipôle électrique à la tension à ses bornes. Elle illustre le fait que la différence de potentiel est proportionnelle au courant traversant la résistance et est donnée par la relation U=R.I, avec R=résistance du matériau (Ohm), U la tension entre les bornes en Ampère (A), et I le courant en Volt (V).
Caractéristiques d’un milieu naturel
Un terrain naturel est caractérisé par :
➤ la matrice qui correspond à la partie solide constituée par les minéraux possédant chacun leurs propriétés physiques propres ;
➤ la Porosité qui correspond au volume des vides exprimés en % ;
➤ la Saturation en fluides : eau plus ou moins salée, hydrocarbures, gaz, polluants, gaz, air.
Notions de résistivité et de conductibilité
Lorsqu’on envoie un courant continu (I) à l’aide d’une électrode ponctuelle A, l’écoulement se fait par des filets rectilignes appelés lignes de courant qui rayonnent autour de l’électrode d’injection. Cette propagation produit par la suite des variations de potentiel dans le sol à cause de sa résistance ohmique occasionnant la création d’équipotentielles perpendiculaires aux lignes de courant et qui sont captées par les electrodes .
Notion de conductibilité électrique des roches
Dans un conducteur, le courant électrique peut s’écouler selon deux modes distincts:
➤ La conductibilité solide : le passage du courant se fait par déplacement d’électrons. On parle de conductibilité électronique ou métallique car c’est une conductibilité analogue à celle des métaux. C’est le cas de certains sulfures (pyrite, galène) , certains oxydes (magnétite, hématite) , ainsi que le graphite, l’or, l’argent, le platine etc.
➤ La conductibilité liquide électrolytique : dans ce cas, ce sont les ions qui transportent des charges sous l’effet du champ électrique et les roches conduisent le courant électrique grâce à l’eau qu’elles contiennent. La résistivité dépendra alors du mode de distribution de l’électrolyte, de sa quantité et de sa qualité c’est-à-dire de la quantité de sels dissous.
Tomographie de résistivité
Une des limitations des sondages électriques vient du fait qu’ils ne prennent pas en compte les variations latérales de la résistivité du sous-sol. Les méthodes d’imagerie électrique 2D furent mises au point dans le but d’obtenir un modèle du sous-sol où la répartition de la résistivité varie verticalement et horizontalement le long du profil. Cette supposition est raisonnable pour beaucoup de corps géologiques allongés et dans ce cas la méthode pourra être appliquée. On suppose que la résistivité ne change pas dans la direction perpendiculaire au profil. Il faudra alors tenter de placer les profils perpendiculairement au corps à étudier ce qui nous permettra également de déterminer les vraies dimensions de ce corps.
Acquisition
Les tomographies électriques ont été acquises avec un résistivimètre SYSCAL R1 plus 48 switch d’Iris Instruments. Il est constitué d’une unité centrale combinant les fonctions d’injection de courant et de mesure de la différence de potentiel engendrée. Les électrodes sont reliées à cette unité par le biais de câbles multi électrodes branchés directement au dos de l’appareil. Les électrodes utilisées sont en acier d’un diamètre de 1 cm pour 40 cm de longueur. Elles étaient reliées aux câbles grâce à des connecteurs à pince de type Müller .
➤ Préparation de la séquence
La séquence de mesure a été préparée à l’aide du logiciel Electre II (Iris Instruments). L’utilisateur y spécifie différents paramètres :
• le type de câble multi électrode (le nombre de prises d’électrode pour chaque câble) ;
• le nombre d’électrodes ;
• l’espacement inter-électrodes ;
• le dispositif à utiliser (le Wenner- Schlumberger);
• les paramètres de la mesure (nombre de répétitions/stacks, durée d’injection, erreur acceptable, mode de mesure).
➤ Mise en place des électrodes et des câbles
Les électrodes sont plantées le long du profil aux emplacements définis par l’espacement interélectrodes. Celles-ci doivent être enfoncées suffisamment pour assurer un bon contact avec le sol, en particulier si le sol est électriquement résistant (sol sec par exemple). Les câbles multi électrodes sont déroulés en positionnant les prises au niveau de chaque électrode, tout en prenant soin d’arranger les longueurs de câble de façon à ce qu’elles ne gênent pas.
➤ Mise en route et lancement de la mesure
Une fois l’installation terminée, une vérification des connexions du dispositif de mesure et des résistances de prise est faite à l’aide d’une fonction du Syscal appelée RS-CHECK. Pour que la mesure puisse être réalisée, une résistance de prise inférieure à 5 KOhm est nécessaire. Le contact électrique entre les électrodes et le terrain était correct, en majorité sous 1.0 k Ohm et entre 1.0 et 3.0 kOhms à quelques positions spécifiques. Toutes les électrodes ont été arrosées à l’eau salée pour garantir ce bon contact.
Lors d’une mesure, l’appareil sélectionne un quadripôle électrique AMNB, injecte le courant et mesure la différence de potentiel engendrée. Cette procédure est répétée au moins trois fois afin de s’assurer que la valeur mesurée est la même à chaque fois (procédure de stacking). Le Syscal calcule l’écart type Q des mesures et l’affiche à l’écran pour chaque série de stack, ce qui permet de renseigner sur la qualité des acquisitions. Le nombre de stacks (minimum =3 et maximum =5) et la valeur minimale du paramètre Q (2%) ont été définis sur le terrain lors de la création de la séquence à l’aide du clavier du Syscal. La mesure est répétée autant de fois que le nombre minimal de stack, jusqu’à ce que Q atteigne la valeur fixée (Q = 2 %). Si cette valeur n’est pas atteinte, l’appareil réalise des stacks supplémentaires, jusqu’au nombre maximal défini. Ainsi, une fois la mesure lancée, il est nécessaire de contrôler à l’écran, les valeurs du paramètre Q, afin qu’il reste proche de la valeur fixée lors de la définition de la séquence.
➤ Fin de la mesure
Une fois la mesure terminée, il est absolument nécessaire de contrôler la qualité des données. Cela se fait à l’aide d’un ordinateur, et permet de détecter d’éventuels problèmes ayant eu lieu au cours de la mesure (électrode malencontreusement débranchée, problème de transmission). Pour cela, les mesures doivent être transférées de la mémoire du Syscal vers l’ordinateur et vérifiées à l’aide du logiciel PROSYS (Iris Instruments).
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Table des matières
INTRODUCTION
I. CONTEXTE GEOLOGIQUE REGIONAL
II. PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE
I. LA TOMOGRAPHIE ELECTRIQUE
I.1 Caractéristiques d’un milieu naturel
I.2. Notions de résistivité et de conductibilité
I.3. Tomographie de résistivité
I.4. Paramètres d’acquisition
I.5. Acquisition
Mise en place des électrodes et des câbles
II.1. Principes généraux de la transmission des ondes
II.2. Notions de bases
II.3. Propagation dans les milieux discontinus : Cas d’une bicouche
II.4. Tomographie par sismique réfraction
I. RESULTATS
I.1. Traitement et résultats de la tomographie électrique
I.2. Traitement et résultats de la sismique réfraction
II. INTERPRETATION
II.1. Interprétions par méthode
II.2. Interprétation conjointe
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXE 1 : MATERIELS UTILISE POUR LA TOMOGRAPHIE ELECTRIQUE
ANNEXE 2 : MATERIELS UTILISE POUR LA SISMIQUE REFRACTION
ANNEXE 3 : DONNEES DES QUATRE SONDAGES ETUDIES
