METHODES ELECTRIQUES Description du milieu Objectifs: Caractérisation du milieu : • Matrice: partie solide constituée par les minéraux possédant chacun leurs propriétés physiques propre • Porosité (f) : volume des vides (%) • Fluides (Sw): ce qui remplit plus ou moins des vides: eau plus ou moins salée, hydrocarbures, gaz, air, des polluants Les paramètres physiques de la roche Î % des divers constituants NOTION DE BASE La loi d’Ohm: V = R.I 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. Î R résistance du matériau. ampèremètre batterie NOTION DE BASE Définition: La résistivité d’un milieu est la propriété physique qui détermine la capacité de ce milieu à laisser passer le courant électrique . Section qui s’exprime en ohm.m Résistivité ρ = R Longueur Conductivité σ= 1 ρ qui s’exprime en (ohm.m)-1 NOTION DE BASE Roche=isolant sauf cas particulier comme les oxydes, les sulfures métalliques, le graphite ou les schistes graphiteux. La conduction = déplacement d’ions provenant des fluides contenus dans les pores du terrain. On parle de conduction électronique ou de conduction électrolytique. NOTION DE BASE Résistivités moyennes de quelques formations: • • • • • • • Argiles et marnes Schistes Craie Calcaire Grès Sable Roches cristallines 4 à 30 ohm.m 40 à 250 100 à 300 100 à 5000 500 à 10000 30 à 10000 x 1000 (3 ordres supérieurs) Echelle relatives des résistivités des roches saines: Gangues > Roches volcan.>Roches sédi.>Marnes>Argiles>Minerais Isolant x 1000 x 100 x 10 x1 Conducteur NOTION DE BASE ampèremètre La loi d’Ohm: batterie V = R.I La différence de potentiel est proportionnelle au courant traversant la résistance. Section qui s’exprime en ohm.m Résistivité ρ = R Longueur Conductivité σ= 1 ρ qui s’exprime en (ohm.m)-1 DEUX ELECTRODES Un demi-espace homogène Les surfaces équipotentielles sont des demi-sphères DEUX ELECTRODES Un demi-espace homogène ρI 1 + cte V= 2π r gradV = − E ρI 1 E= 2 2π r Les surfaces équipotentielles sont des demi-sphères DEUX ELECTRODES Un demi-espace homogène ρI 1 V= + cte 2π r ρI 1 VM = 2π r Les surfaces équipotentielles sont des demi-sphères QUATRES ELECTRODES +I -I ddp A ρI VM = 2π ρI VN = 2π M N B 1 ⎤ ⎡ 1 ⎢⎣ AM − MB ⎥⎦ − RA I + RB I 1 ⎤ ⎡ 1 ⎢⎣ AN − BN ⎥⎦ − RA I + RB I ρI VM − VN = 2π 1 1 1 ⎤ ⎡ 1 ⎢⎣ AM − MB − AN + BN ⎥⎦ QUATRES ELECTRODES +I -I ddp A M ρI VM − VN = 2π VM −VN ρ =K I N B 1 1 1 ⎤ ⎡ 1 ⎢⎣ AM − AN − AN + BN ⎥⎦ K= 2π ( 1 1 1 1 − − + ) AM MB AN NB QUATRES ELECTRODES Milieu homogène Espacement = 50 m Profondeur (m) Profondeur (m) Espacement = 10 m QUATRES ELECTRODES Milieu inhomogène On conserve le même dispositif de mesure mais la résistivité déduite est une résistivité apparente. VM − V N ρa = K I Résistivité apparente Courbe de sondage Sondage Profondeur (m) Résistivité apparente (Ω.m) Espacement = 25 m Profondeur (m) Espacement = 10 m Couches 50 Ω.m sur 250 Ω.m Espacement (m) Espacement = 75 m Profondeur (m) Profondeur (m) Espacement = 50 m QUATRES ELECTRODES QUATRES ELECTRODES Résistivité apparente La combinaison du squelette solide, de la teneur en eau et de la minéralisation définit la résistivité d’une structure rocheuse. Î Deux terrains différents (calcaires et graviers) pourront avoir la même résistivité sans pour cela avoir la même teneur en eau. Î Par contre, deux graviers, ayant la même géologie, pourront présenter des résistivités très différentes suivant leur teneur en eau. Eau douce Eau salée Historique 1927: mesure électrique en forage 1911: mesure électrique de surface (prospection pétrolière) (prospection minière) Objectif: identifier les formations géologiques traversées par le sondage, et notamment les formations productrices d'hydrocarbures, par leur résistance électrique . Mise en œuvre • Le sondage électrique vertical En augmentant les dimensions géométriques, on mesure la résistivité à des profondeurs croissantes • Les traînés de résistivité En conservant les dimensions du dispositif de mesure, on déduit une résistivité à profondeur constante et, par déplacement du dispositif, on obtient des cartes de résistivités. • Les panneaux de résistivité En déplaçant et en augmentant le dispositif, on peut mieux imager. On définit alors une pseudo-section. Sondage électrique vertical En augmentant les dimensions géométriques, on mesure la résistivité à des profondeurs croissantes. Dispositif centré et on augmente l’espacement entre électrodes. Les dispositifs Dispositif Wenner Dispositif Wenner: C’est un quadripôle avec une distance identique entre les électrodes. Le dipôle de mesure de tension est au centre. Les dispositifs Méthode des abaques Des abaques permettent de déterminer la profondeur h séparant deux terrains à partir de la variation de la résistivité et de la distance AB. Résistivités? Epaisseurs? Méthode des abaques Les traînés de résistivité EXPLORATION HORIZONTALE Îprospection à profondeur constante ÎVariations latérales de résistivité Déplacement du dispositif ABMN (dimensions constantes) Exemple: cas d’une faille sub-verticale Les panneaux de résistivité La pseudo-section Les données mesurées ρa sont présentées en sections de contour ou de couleur. L’axe vertical est une pseudo-profondeur proportionnelle à l’écartement des électrodes. La mesure est reportée au point: • d’abscisse = milieu du dispositif utilisé • d’ordonnée = pseudo-profondeur. Résistivité apparente observée Inversion Modification du modèle Pb Inverse DONNEES MESUREES Critère d’erreur DONNEES CALCULEES Pb direct MODELE Inversion Données observées Données calculées à partir du modèle final (res2dinv (Loke,1993)) Modèle final NO SE Fault ??? Drained fault ???? Tinée river 18/01/2012 Water spring –20/30m 31 MONITORING (INFILTRATION) DYKE CONTAMINATION AQUIFERE AQUIFERE