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Méthode électrique Dr : BRAHMI Serhane Par: ZERKANE Chaima Plan de travail - In

Méthode électrique Dr : BRAHMI Serhane Par: ZERKANE Chaima Plan de travail - Introduction - Méthodes électriques - Aperçu général -Principe général - Les avantages de cette méthode - Les inconvénients de cette méthode - Dispositifs de mesure - Matériel utilisé - Résultats électriques - Applications de la Méthode - Conclusion 1 1. Introduction La résistivité électrique est un paramètre géophysique qui permet d’apporter des connaissances sur la géologie mais également des informations en 2D ou 3D sur la pollution présente : localisation de source de pollution, délimitation et évolution d’un panache de polluants. La résistivité électrique peut être mesurée par les méthodes électriques à courant continu. Elle est la propriété d’un matériau à résister au déplacement des charges électriques libres (électrons, ions) sous l’effet d’un champ électrique. Elle se mesure en ohm.m et est fonction de la lithologie (porosité, connectivité des pores) mais également des propriétés des fluides présents. La méthode électrique à courant continu consiste à injecter dans le sol un courant d’intensité connue entre deux électrodes (A et B) et à mesurer la différence de potentiels électriques entre deux autres électrodes (M et N). Ce dispositif est un quadripôle. La différence de potentiel mesurée reflète les variations spatiales ou temporelles de résistivité électrique du sol. Ces variations de la résistivité sont ensuite traitées et interprétées. 2. Méthodes électriques 2.1 Aperçu général L'exploration géophysique peut être utilisée avec avantage pour localiser les limites entre les différents éléments du sous-sol car ces procédures sont basées sur le fait que les forces gravitationnelles, magnétiques, électriques, radioactives ou les propriétés élastiques des différents éléments du sous-sol peuvent être différentes. Différences dans la gravitation, les propriétés magnétiques et radioactives des dépôts près de la surface de la terre sont rarement assez grandes pour permettre l'utilisation de ces propriétés dans le cadre de travaux d'exploration pour des projets de génie civil. Cependant, la résistivité méthode basée sur les propriétés électriques et la méthode de réfraction sismique basée sur les propriétés élastiques de les gisements ont été largement utilisés dans de grands projets de génie civil. 2 Figure.01 Exemple schématique d'une mesure de champ de résistivité. 2.2Principe général On mesure la résistivité (ohm.m) des terrains en place en injectant dans le sol un courant électrique continu de faible intensité. Cette valeur de résistivité permet de caractériser une formation géologique. Comme les grains d’un matériau sont en général des isolants parfaits, la résistivité dépend essentiellement de l’état d'humidité et de la proportion d'argile dans le volume du sol intéressé par la mesure. L’argile et l’eau étant présentes dans les vides de toute sorte. On conçoit que la résistivité sera en relation avec la fracturation, la pollution argileuse des fractures, la porosité et le colmatage argileux des alluvions (sable, gravier…). Il y a trois modes de propagation des courants électriques : 1. par conduction électronique (métallique), qui caractérise la plupart des minéraux. Elle est due à la présence des électrons libres pouvant se déplacer facilement dans le cristal métallique. Dans ce cas la résistivité électrique est faible. 3 2. par conduction électrolytique, qui est due aux ions des liquides présents dans les roches poreuses. En fait, elle correspond au mode de propagation des courants électriques le plus commun dans les roches. La résistivité d’une roche va dépendre de : a. la qualité de l’électrolyte, c’est-à-dire de la résistivité de l’eau d’imbibition par conséquent de la quantité de sels dissous ; b. la quantité d’électrolyte contenu dans l’unité de volume de la roche ; c. la géométrie des pores dans lesquels se trouve l’électrolyte. 3. par conduction diélectrique, qui existe dans les semi-conducteurs besoin d’énergie pour libérer des électrons. 4 Figure 02 : Distribution du courant créée par une électrode dans un sol homogène et isotrope. Figure 03 : Distribution du courant créé par deux électrodes dans un sol homogène et isotrope. 2.3 Les avantages de cette méthode sont :  C'est une méthode très rapide et économique.  Il est bon jusqu'à 30m de profondeur.  L'instrumentation de cette méthode est très simple.  C'est une méthode non destructive. 2.4 Les inconvénients de cette méthode sont :  Il ne peut détecter que des strates absolument différentes comme la roche et l'eau.  Il ne fournit aucune information sur l'échantillon.  Les problèmes culturels causent des interférences, par exemple, les lignes électriques, les pipelines, les tubages enterrés, les clôtures.  L'acquisition de données peut être lente par rapport à d'autres méthodes géophysiques, bien que cette différence soit en train de disparaître avec les toutes dernières techniques. 3. Dispositifs de mesure Plusieurs dispositifs sont disponibles pour déterminer la répartition des résistivités dans le sous-sol. Les différentes configurations de mesure classique sont répertoriées dans le tableau suivant. 5 Dans cette sortie nous avons utilisé la technique Wenner-schlumberger. 4. Matériel utilisé Le matériel minimum est composé :  D’une batterie (source d’énergie électrique),  D’un résistivimètre (générateur de courant continu et récepteur qui mesure les différences de potentiels électriques),  Et de 24 électrodes reliées entre elles par un ensemble de flûtes (câbles multiconducteurs) ;  L’opérateur choisit les couples d’électrodes d’injection et les couples d’électrodes de mesure ;  Ordinateur de terrain. 6 Figure 04 La configuration de la technique Wenner-schlumberger. Figure 05 Matériel pour une campagne de mesure de résistivité électrique. 5. Résultats électriques Les données de la méthode électrique permettent d’estimer à différentes profondeurs la résistivité et la chargeabilité électrique apparente le long d’un même profil, et de visualiser les résultats sous la forme d’une pseudo section. Un graphe selon ce profil présente la distribution verticale des résistivités et des chargeabilités observées et les résistivités vraies (interprétées) (=f(x)) et =f(x)). Pour cette étude plusieurs configurations d'électrodes sont utilisées afin de comparer les résultats de la modélisation et d’inversion d’un profil électrique 2D. Sur ce même profil on a utilisé les techniques VLF et VLF-R de la méthode électromagnétique. Ces techniques d'interprétations contribuent à l’amélioration de la connaissance du sous-sol. Les constatations préliminaires entre les coupes de résistivités mesurées 7 Connexion entre la flute Et L’électrode de mesure Les Electrodes Une batterie 12 V Flute de mesure repliée. Résistivimètre connecté à une flute de mesure, (observées) et les résistivités obtenues après inversion (interprétées) nous permettent de dire qu’il est impossible d'interpréter correctement une pseudo section (non inversée). On peut seulement faire quelques hypothèses sur la distribution des résistivités ou de chargeabilités apparentes. Les résultats obtenus par les données synthétiques sont : 8 Figure 06 : Présente les variations latérales et verticales de la résistivité électrique observée et interprétée obtenues à partir d’un dyke affleurant avec diverses configurations d’électrodes et un graphe représentant la variation de la résistivité en profondeur. 9 Figure 07 Example de Résultats d’une méthode électrique. 6. Applications de la Méthode  Les applications des sondages de résistivité sont : Caractériser l'hydrogéologie du sous-sol Déterminer la profondeur du substratum rocheux/mort-terrain épaisseur 10 Déterminer la profondeur des eaux souterraines Stratigraphie cartographique Carte des aquitards d'argile Carte de l'intrusion d'eau salée Cartographier l'étendue verticale de certains types de sols et contamination des eaux souterraines Estimer l'épaisseur de la décharge  Le profilage de résistivité est utilisé pour : Cartographier les défauts Cartographier l'étendue latérale du contaminant conducteur panaches Localiser les vides Cartographier la contamination des sols par les métaux lourds Délimiter les zones d'élimination Carte des paléocanaux À la recherche de sable et de gravier Cartographier les sites archéologiques  Génie civil - Géotechnique Recherche de cavités potentiellement présentes au droit de projets de construction, Identification de zones de fracturation et/ou d’effondrement sous des ouvrages d’art, Localisation de zones d’affaissement sous la voirie publique, Zonage de sols argileux pour l’étude des risques d’inondation, Recherche d’unités géologiques massives et profondes avant le percement de tunnels, Étude de la stabilité de talus et des glissements de terrain.  Environnement : délimitation de décharges et recherche de contaminants,  Hydrogéologie : recherche d’eau souterraine (thermale, minérale, potable et agricole…),  Archéologie : recherche de vestiges archéologiques,  Mines et carrières : aide de l’exploitant de carrières à développer et à étendre géographiquement ses zones d’extraction (recherche de minerais, de graves, de sables ou de roches massives). 11 Conclusion En prospection de sub- surface, le problème le plus fréquent est de localiser les structures du sous-sol, de préciser la géométrie de celles-ci et de caractériser le type de roche qui les composent. Ces dernières années les besoins en reconnaissance de ces structures proche de la surface du sol s’accroissent de jour en jour ; notamment dans les domaines d’archéologie, de l’environnement, du minier, etc… Les méthodes électriques, développées lors de cette étude, ont été un moyen adéquat pour la détection et l’identification de ces structures de subsurface. Ces dernières, de différentes formes, peuvent être minéralisées ou non. Les méthodes électriques de résistivité ont été développées et mises en œuvre simultanément, car le couplage de celles-ci permet de délimiter plus précisément les formations étudiées. Effectivement, les anomalies obtenues par l’utilisation de ces méthodes de résistivité provoquée correspondent aux mêmes limites des structures. 12 uploads/Geographie/ methode-electrique-repaired.pdf