Les méthodes gravimétriques

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Master Professionnel CIS jean-Pierre Fourno
Les méthodes électriques
I.- Introduction
Les méthodes électriques sont caractérisées par divers types de champs et de
techniques de mesure employées pour évaluer ces champs.
L'école française dite "école Schlumberger connut son origine en 1912 lorsque
Conrad Schlumberger initia une série d'expériences dans le but de trouver des
gisements par méthodes électriques. Il mit d'abord au point la méthode de
polarisation spontanée, puis en 1914 la méthode des lignes équipotentielles. En
1920, il fit le premier relevé de résistivité électrique qu'il applique à la recherche de
conducteurs métallifères et à la recherche de structures favorables à la découverte
de champs pétrolifères.
Cette société devait donner naissance un peu plus tard à deux grandes
organisations mondiales, soit la Compagnie Générale de Géophysique de France et
ses filiales mondiales et la "Schlumberger Well Surveying Corporation".
J. Cagniard (1953) conçut et mis au point une technique qui a tous les avantages de
la méthode tellurique mais qui ne nécessite pas de lectures continues à une station
de base ; c'est la méthode magnéto-tellurique. J. Duroux (1967) est le dernier
membre de l'école française qui ait apporté une contribution importante en
prospection électrique. Il a conçu et mis au point une méthode qui est en tout point
identique à celle de Cagniard excepté que la source du champ électrique est
artificielle au lieu d'être naturelle (c'est la méthode magnéto-électrique par ondes
de surface).
Par méthodes électriques, on entend généralement toutes les méthodes où un
courant électrique artificiel est envoyé dans le sous-sol par conduction au moyen
d'électrodes ou bien les méthodes où l'on établit la distribution des potentiels
électriques (voltages) au moyen d'électrodes enfouies dans le sol. Une variation de
la conductivité électrique du sous-sol altère la distribution du passage du courant
dans le sous-sol et en conséquence celle du potentiel électrique. Les méthodes
électriques peuvent être classifiées en deux groupes principaux : celles qui font

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l'emploi de courants artificiels et celles qui font l'emploi de courants naturels. Dans
le premier cas, on utilise soit des courants ou champs électriques ininterrompus
(continus ou alternatifs) artificiels tels, par exemple, la méthode des lignes
équipotentielles, la méthode du quotient de différences de potentiel, la méthode de
résistivité électrique et la méthode magnéto- électrique, soit des courants ou
champs électriques interrompus périodiquement (transitoires) artificiels, tels par
exemple dans la méthode Eltran ou la méthode de polarisation induite (domaine
temporel). Dans le second cas, on utilise des courants ou champs continus naturels
locaux tels que ceux de la méthode de polarisation spontanée, ou des courants
ininterrompus mais plus ou moins périodiques qui circulent dans de grandes
étendues du sous-sol, tels que dans la méthode des courants telluriques ou dans la
méthode magnéto-tellurique.
II.- Les propriétés électriques des minéraux et des roches
Les anomalies électriques dépendent du contraste de conductivité électrique qui
existe entre les conducteurs et la roche encaissante. Il est donc important de bien
connaître les propriétés électriques des roches, c'est-à-dire la conductivité
électronique, la conductivité diélectrique et la conductivité électrolytique.
III.- L'appareillage employé pour les mesures électriques
La description de l'appareillage peut se scinder en deux groupes soit la description
de l'appareillage utilisé sur le terrain et celle de l'appareillage employé en
laboratoire. Dans chacun des groupes on décrira l'appareillage relatif à une
méthode électrique spécifique.
1.- L'appareillage pour mesures électriques sur le terrain
L'appareillage de polarisation spontanée nécessite deux électrodes de
voltage non-polarisables du fil électrique recouvert de matière isolante et un

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potentiomètre .
L'appareillage de la méthode des lignes équipotentielles requiert une
génératrice de courant alternatif à basse fréquence, au moins quatre électrodes
métalliques, du câble, un voltmètre pour champ alternatif. Si on emploie du
courant continu au lieu d'un courant alternatif, on utilise des piles sèches de haute
tension au lieu de la génératrice et un voltmètre de champ continu.
L'appareillage de la méthode du quotient de différences de potentiel emploie
une génératrice de courant alternatif dont la fréquence se situe dans la bande audio
10, 1000 Hz, au moins cinq électrodes métallique, du câble, un pont de calibration
conçu suivant le principe du pont de Wheatstone et des écouteurs.
L'appareillage de résistivité électrique consiste en une génératrice ayant une
génératrice ayant une puissance de 5 ou 10 Watts allant jusqu'à 1 ou 30 kilowatts
fournissant du courant continu ou des piles sèches de haute tension, quatre
électrodes métalliques, un milliampèremètre, un voltmètre et du fil électrique
recouvert de matière isolante. Le courant alternatif de la génératrice peut être
redressé à l'aide d'un commutateur ou d'un pont de diodes. Le système génératrice-
ampéremètre-potentiomètre peut être remplacé par un ohmètre spécialisé doublé
d'une génératrice utilisée manuellement . La profondeur d'investigation de cette
méthode est limitée par la puissance de la source émettrice et par les courants
telluriques.
L'appareillage des méthodes telluriques est très simple. Il se compose d'électrodes
non-polarisables, de deux ou trois récepteurs avec enregistreurs sur papier ou
digitalisés, de câble et d'un système de chronométrage par radios. La profondeur
d'investigation peut être très grande.

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L'appareillage de la méthode magnéto-tellurique se compose de trois électrodes
non-polarisables, d'un récepteur comprenant un système d'amplification stabilisé et
à courant continu, d'un filtre accordable et d'un voltmètre pour capter le champ
électrique. Les variations du champ magnétique sont captées à l'aide de deux
bobines (une mesurant la composante verticale et l'autre la composante horizontale
à 90° avec le champ électrique). Les micro-fluctuations du champ magnétique sont
mesurées, par exemple, à l'aide d'un magnétomètre à induction qui est en quelque
sorte un système d'amplificateurs et de voltmètres. La profondeur d'investigation
est de l'ordre du kilomètre.

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L'appareillage de la méthode magnéto-élecrique par ondes de surface consiste en
un émetteur comprenant un générateur de signal, un amplificateur de courant, une
boucle d'émission (dipôle émetteur) de diamètre variable (jusqu'à 120 m de
diamètre de grande puissance ( 1500 VA) et un récepteur comprenant des capteurs
de champ électrique et de champ magnétique, des amplificateurs, des filtres et des
sources d'alimentation. La fréquence est variable entre 1 et 20,000 hertz et la
profondeur d'investigation va actuellement jusqu'à 300 mètres.
IV.- La polarisation spontanée (PS)
Cette méthode a été inventée et mise au point par Conrad Schlumberger (1912). La
polarisation spontanée (PS) mesure les différences de potentiel naturel, en partie
constantes et en partie variables, qui existent entre deux points de mesure à la
surface terrestre. De tels potentiels naturels se rencontrent au-dessus de masses de
sulfures ou de graphite et leurs causes peuvent s'expliquer simultanément ou tour à
tour par des phénomènes de couches ioniques, d'électrofiltrage, de différences de
pH et de Eh et d'électro-osmose. La PS est une des rares méthodes électriques où la
profondeur de pénétration du courant ne peut être contrôlée. Une interprétation
quantitative des résultats obtenus ne peut donc être directe.
En pratique, on obtient des lignes de contour d'une anomalie de PS par la méthode
des lignes équipotentielles. Les différences de potentiel des anomalies de
polarisation spontanée varient entre -30 et -1750 mV maximum.
V.- La méthode de résistivité électrique
Dans le cas de cette méthode qui a été inventée et mise au point par Conrad
Schlumberger, le courant électrique pénètre dans le sous-sol en deux points et le
potentiel est mesuré en deux autres points dont la distance par rapport aux deux
premières électrodes est variable. La différence de voltage et l'intensité du courant
étant mesurées, la résistance est calculée et la résistivité électrique apparente qui
dépend de la configuration employée est déterminée en fonction de la profondeur
de pénétration. Cette méthode est couramment usitée de nos jours, surtout en
Europe.