principe et methode de la prospection a resonnance

IGEOTEST S.L. registre de comerce 913974Z Feuille 13831 et date d’incription 22-12-1997
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Géologie, géotechnique, risques naturels,
hydrogéologie, environnement et services
scientifico-techniques
PRINCIPE ET METHODE DE LA
PROSPECTION A RESONNANCE MAGNETIQUE
(MRS)
INTRODUCTION ET APPAREILLAGE DE MESURE
PRINCIPE PHYSIQUE DE LA METHODE
TESTS PREALABLES A L’EXECUTION D’UN MRS
EXECUTION D’UN SONDAGE A RESONANCE MAGNETIQUE
INFORMATION OBTENUE ET QUALITE DE CELLE-CI
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PROSPECTION A RESONNANCE MAGNETIQUE
Traduction de Romain Roger Roch GIL, Ingénieur géologue de l'école nationale supérieure de géologie (Nancy)
1.3
Principe physique de la méthode
Contrairement aux autres méthodes géophysiques, le principe du MRS
n'est pas basé sur des propriétés pétrophysiques, mais sur une propriété
physique de l'atome d'hydrogène : le phénomène de résonance magnétique
nucléaire (NMR) dans un champ géomagnétique. Ce phénomène physique est
dû au fait que les atomes d’hydrogène, en présence d'un champ magnétique,
peuvent absorber de l’énergie (Δε), mais seulement à une certaine fréquence (f)
et en une certaine quantité qui est un multiple de la constante de Planck (h):
Δε = 2π f h = ϖ h
Les noyaux atomiques qui possèdent un nombre impair de nucléons
(protons ou neutrons) génèrent, à cause de leur révolution, un champ
magnétique. L'intensité et la direction de cette rotation sont représentées par le
moment magnétique nucléaire (Mo, Figure 2a). En présence d'un champ
magnétique externe et statique (champ terrestre), les Mo sont orientés
(polarisés) dans le sens des lignes de force du champ magnétique externe (B0,
Figure 2b).
Si on génère (par la spire B1) un champ artificiel dynamique additionnel
(Figure 2c), on assiste à la nutation du moment magnétique Mo des protons
qui s'inclinent en fonction du champ magnétique terrestre selon un angle qui
maintient sa précession à la fréquence de Larmor ωL = 2π fL (Figure 2d).
Figura 2
On observe la relation entre le vecteur du moment magnétique et celui du moment terrestre
Lorsque le champ artificiel B1 est arrêté, les protons reprennent leur
position d'équilibre (M0 aligné avec B0) avec une relaxation caractérisée par
une amplitude initiale E0 et un temps de décroissance T2*.
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Figura 3: Impulsion du champ magnétique artificiel crée pour exciter les protons et leur réponse
Le champ magnétique terrestre B0 (statique) détermine la fréquence de
Larmor des protons de la molécule d'eau.
fL (Hz) =
" .B 0
= 0,04258*Bo (nT) ⇒ ω /2πFlarmor
2!
La profondeur d’investigation avec la résonance magnétique dépend
d’une série de facteurs géologiques. Parmi ces facteurs, il faut mentionner la
résistivité des roches et le champ géomagnétique.
1)
Les formations du sous-sol se comportent comme un conducteur
électrique et atténuent le champ électromagnétique par un facteur caractérisé
par la “skin depth”. La “skin depth” est proportionnelle à ! 0 / F , où ρo est la
résistivité du sous-sol et F la fréquence du champ électromagnétique.
Cependant, en augmentant la dimension de l’antenne, on parvient à une
profondeur plus importante, bien que : pour une fréquence de Larmor de
200Hz, pour des roches d’une conductivité non-excessive de 100 Ωm, pour des
configurations d’antenne habituelles de 75X75 ou de 100 m de diamètre, la
profondeur d’investigation est inférieure à celle du facteur “skin depth” et la
résistivité a peu d’influence sur la profondeur d’investigation, puisque :
Zs = 503
!0
= 112 m
F
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Si on veut atteindre des profondeurs supérieures, en augmentant la taille
de l'antenne, alors la profondeur investiguée sera supérieure à celle de la “skin
depth” et la conductivité électrique aura un effet plus important sur le signal
MRS.
2)
La fréquence de Larmor utilisée est proportionnelle à la magnitude du
champ géomagnétique (fL~B0). En conséquence, là où le champ magnétique
est faible (près de l'Equateur), la fréquence est inférieure et l'atténuation
provoquée par le sous-sol est également plus faible que là où le champ
magnétique est plus élevé (vers les pôles). Cependant la réponse du signal
MRS sera également proportionnelle au carré du champ géomagnétique (E0 ~
B02), ce qui améliore le rapport signal / bruit.
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