Soutenance mémoire
Madagascar possède des ressources minières inestimables mais mal exploitées fautes de moyens financiers et matériels. L’Université de Madagascar fourni par contre des personnes compétentes en matière de recherche minière. Dans ce sens, la connaissance des différents paramètres physiques qui caractérisent le sous sol est incontournable dans la prospection minière. Par exemple la vitesse de propagation des ondes sous la surface du sol, la résistivité des couches du sous-sol, etc…
Dans un tel contexte, la méthode Géophysique telle que la méthode électrique peut apporter des informations importantes sur les caractéristiques du sol in-situ sur une grande surface. La méthode d’imagerie électrique suscite un intérêt grandissant dans d’autres domaines tels que l’archéologie, l’environnement. Cette méthode constitue une alternative aux méthodes in situ en puits. Elle est non intrusive et facile à mettre en œuvre pour un cout relativement modéré. Cette méthode peut être utilisée en surface ou en sub-surface dans les forages. L’imagerie électrique 2D consiste à restituer une section verticale de la résistivité à la méthode d’inversion.
RESISTIVITE ET METHODES ELECTRIQUES
La prospection électrique implique la détection d’effets produits lorsqu’un courant électrique traverse le sous-sol. Il existe une grande variété de techniques utilisant les méthodes électriques, on peut mesurer par exemple :
-Une chute de potentiel
-Un courant
-Un champ électromagnétique .
Par ailleurs, dans un domaine envisagé, il existe de nombreuses techniques de mesure. Les méthodes fondées sur la mesure du paramètre » résistivité » sont actuellement les plus répandues, plus développées et les plus diversifiées (méthodes imaginées en l9l2 par les frères Schlumberger).
Les paramètres physiques qui affectent la résistivité électrique d’une roche
Dans un conducteur, le courant électrique peut circuler selon deux modes différents, soit par les électrons et on parle de conductibilité électronique, soit par les ions et on parle de conductivité ionique. En présence d’une phase fluide, les charges mobiles présentes dans les roches sont principalement des ions qui peuvent se déplacer de deux façons :
-Ils peuvent circuler dans l’eau contenue dans les pores et on parle de conduction électrolytique.
-Ils peuvent être également liés à la surface des grains où ils sont absorbés et on parle de conduction de surface.
Dans les deux cas ce sont les ions qui assurent les 2 types de conduction. Ainsi, la conductivité globale est la somme de ces deux effets mais le dernier est négligeable sauf s’il y a présence d’argile dans le milieu (Tabbagh, 1995). Il existe une conductivité électronique pour certains minéraux particuliers comme : La pyrite, la galène, la magnétite, l’hématite, Le graphite, l’or, l’argent De ce fait, la conduction électrique dans les roches poreuse se fait principalement par transport ionique en présence d’eau. Cependant, le comportement électrique d’une roche dépend aussi de la matrice électriquement conductrice même si elle l’est peu. Pour une roche poreuse, la conduction électronique due à la matrice est négligeable devant la conduction ionique. Ainsi, pour une roche poreuse, on parlera d’une conductivité électrique de type électrolytique. Toutefois, une seconde conductivité de type électronique peut exister si la roche contient des impuretés comme les oxydes et les sulfures (Olhoeft, 1985).
La conductivité électrique d’un matériau poreux varie en fonction du volume, de l’arrangement des pores, de la conductivité électrique de l’eau d’imbibition et du volume occupé par celle-ci dans les pores. Par exemple dans les sédiments, la résistivité électrique va dépendre de la porosité, de la teneur en eau, de la concentration des matériaux dissous dans l’eau interstitielle, de la température (pour les structures très profondes), de la présence d’argile.
Concentration en ions
Plus la salinité de l’eau interstitielle du milieu poreux est importante, plus la conductivité électrolytique est importante puisque le déplacement des ions des sels est le moyen par lequel le courant électrique se déplace dans le milieu. En effet, les ions qui permettent la conduction électrolytique dans les matériaux proviennent de la dissociation des minéraux lorsque ces derniers sont dissous dans l’eau. Plus il y a de minéraux dissous dans l’eau interstitielle, plus il y a d’ions présents en solution dans les pores et plus grande sera alors la conductivité.
Anomalie et choix des méthodes
Les variations des propriétés physiques doivent être suffisamment importantes pour que leurs effets puissent être mesurés par les instruments disponibles sur le marché. Ainsi quelle que soit le type de structure recherchée et quelle que soit la méthode employée, il s’agit de mettre en évidence des structures anormales. C’est-à-dire des structures différant du milieu environnant par l’une ou l’autre de leurs caractéristiques physiques. Une anomalie ne peut être définie que par rapport à une norme. La première question que se pose est donc : La structure géologique peut elle provoquer une anomalie par rapport à la norme qui est son environnement. Le contraste est-il suffisamment important pour provoquer une anomalie mesurable. Cette notion conduit tout naturellement au problème du choix des méthodes. La meilleure méthode est celle qui fournit :
-Une norme aussi stable que possible
-Une anomalie bien marquée .
Il est important d’avoir plusieurs méthodes à disposition pour pouvoir faire des essais comparatifs. La qualité du contraste entre l’anomalie et la norme varie aussi avec :
-La nature des structures
-La nature du terrain environnant
-La méthode employée .
Le choix de la méthode la mieux adaptée dépend en définitive de :
-La nature des structures enfouies et leur possibilité de provoquer une anomalie sur la ou les grandeurs mesurées, donc l’existence d’un contraste entre la structure et son environnement.
-Le but des travaux de prospection et la superficie de l’aire à explorer. Il est évident que les méthodes employées ne seront pas les mêmes pour une campagne de reconnaissance générale ou pour une étude de détail portant sur un problème spécifique.
-La précision demandée. Chaque méthode et chaque technique mise en œuvre se caractérisent par un certain pouvoir de résolution.
Ainsi sous le terme résistivités ou prospection électrique en courant continue ou très basse fréquence, nous pouvons utiliser :
-Les cartes de potentiel
-La mise à la masse
-Le traîné électrique
-Le sondage électrique
-Les panneaux électriques au sol (ou pseudo-sections)
-Les panneaux électriques entre forages en forage .
Il faut donc non seulement choisir le type de méthode qui s’applique au problème posé mais aussi choisir la technique à utiliser en fonction des conditions d’application, de la taille et de la profondeur de la cible, etc..
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre I : RESISTIVITE ET METHODES ELECTRIQUES
I-1 Introduction
I-2 Définition de la résistivité
I-3 Paramètre physique d’une roche
I-4 Les paramètres physiques qui affectent la résistivité électrique d’une roche
I-4.1 Concentration en ions
I-4.2 Porosité
I-4.3 Teneur en eau
I-4.4 Température
I-5 Relation entre propriétés physiques et résistivité électrique
I-6 Anomalie et choix des méthodes
I-7 Equations Fondamentales pour les méthodes électriques
Chapitre II : THEORIE DE L’EXPLORATION DU SOUS-SOL EN COURAN CONTINU
II-1.Principes Physiques
II-2.Répartition du Potentiel électrique
II-3.Les lignes de courant
II-4.Dispositifs des électrodes
II-4.1 Wenner
II-4.2 Dispositif Schlumberger
II-4.3 Dipôle-Dipôle
II-4.4 Pôle-Dipôle
II-4.5 Pôle-Pôle
II-5 Potentiel à la surface du sol pour un milieu tabulaire
II-5.1 Solution au potentiel
II-5.2 Conditions aux limites
II-5.3 Méthode de Pekeris
II-5.4 Relations de récurrence de Pekeris
II-6 Résistivité apparente d’un milieu tabulaire pour les différents dispositifs
II-6 1 Wenner
II-6 2 Schlumberger
II-6 3 Dipôle-Dipôle
II-6 4 Pôle –Dipôle
II-6.5 Pôle – Pôle
Chapitre III : EXPLORATION DU SOUS-SOL
III 1 Exploration verticale : les sondages électriques
III-1.1 Introduction
III-1.2 Représentations d’un sondage électrique
III-1.3 Les dispositifs en sondage électrique
III-I.4 Interprétation des sondages électriques : Les paramètres géoélectriques
III-1.5 Les différents types de sondages électriques
III-1.5.1 Milieu homogène et isotrope
III-1.5.2 Milieu à deux couches
III-1.6 Interprétations des sondages électriques à deux terrains
III-1.7 Les sondages à trois couches
III-1.8 Principe d’équivalence
III-1.9 Le principe de suppression
III.2 Exploration horizontale: les profils et les cartes de résistivité
III-2 1 Principe
III-2.2 Les dispositifs utilisés
III-2 3 Espacement des mesures
III-2.4 La représentation des résultats
III-2 5 Interprétation des profils de résistivité
III.3 les panneaux électriques
III-4 Sensibilité et résolution spatiale
Chapitre IV : SIMULATION DES ANOMALIES GEOELECTRIQUES
CONCLUSION
