geophysique-tome 1

LA GEOPHYSIQUE POUR LES
GEOLOGUES
Tome 1
LES METHODES ELECTRIQUES
INTRODUCTION
:
Cet ouvrage traitant la géophysique pour les géologues, a pour ambition
tout d'abord, l' actualisation du suppo
rt pédagogique en géophysique appliquée,
par l’intégration de
nouvelles techniques de prospection surtout en sub
-
surface ( la multi électrode
; le géo radar
etc..
)
et
enfin la vulgarisation de ces méthodes d'investigation au sein de
la
communauté universi
taire;
Enseignants, Ingénieurs et chercheurs spécialisés dans les sciences de la terre.
Les géologues trouveront dans cet ouvrage les bases théoriques et pratiques de la géophysique:
géophysique de surface ou superficielle, la géophysique semi
-
profonde et
enfin la géophysique
profonde. Il interessera également le grand public, curieux de s'avoir ce que cache le sous
-
sol et
comme
nt l'explorer; dans le domaine
d
e la
recherche pétrolière et minière, en hydrogéologie et
thermalisme, dans les travaux publique
s (Batiments, Ponts et Chausses) ; en archéologie et
recher
ches océaniques,
en
volcan
ologie
et
en
seism
ologie
.
Les thèmes
developpés dans ce livre sont: L
es
intéractions entre les phénomènes physiques et les
prop
riétés physiques de la matière (
la
R
oche, l
a Terre ou l’Univers
)
.
L
e formalisme
théori
que et
fondamentale
des différents phénomènes physiques ayant des
interractions avec la matière.
.
Les caractéristiques pétrophysiques des roches: Les propriétés élastiques; les propriétés électriques
et électrom
agnétiques, les propriétés magnétiques et gravimétriques ainsi que les propriétés
radiométriques des roches.
Le formalisme géophysique issue de l’interaction entre les champs physiques et les propriétés
physiques de la roche.
Les
classification
s
des
diffe
rentes
méthodes géophysiques
selon divers modes
.
La défi
nition des espaces géologiques et
géophysiques en Algérie
et leurs i
nteraction
s (E
spaces
géologiques et géophysiques
).
Les applications relatives à chaque méthode
géophysique utilisée en surface, en
sub surface en
profondeur
ou dans les puits
de forage
(
méthodes des
diagraphies
, l
es méthodes électriques et
électromagnétiques , les méthodes gravimétriques et magnétiques, les méthodes radiométriques, les
méthodes sismiques
).
Les techniques d’exploitation des differentes méthodes géophysiques depuis l’acquisition, le
prétraitement, le traitement des données jusqu’à l’interprétation
phase finale de toutes études
géophysique.
Réalisation
et
rédaction
d’un
rapport final de géophysique.
Le livre est organisé en plusieurs parties,
regroupant toutes les méthodes géophysiques.

2
PARTIE
-
1
-
METHODE DE PROSPECTION ELECTRIQUE
PAR COURANT CONTINUE
TABLE DES MATIERES
CHAPITRE I
I
-
1
-
Introduction à la prospec
tion électrique.................................................
I
-
2
-
Classification des méthodes électriques.................................................
I
-
3
-
Problématique des méthodes électriques...............................................
I
-
3
-
1
-
Résolution du problème directe.............................................
I
-
3
-
2
-
Résolution du problème inverse.............................................
I
-
4
-
Propriétés électriques des roches...................
.......................................
CHAPITRE II BASES THEORIQUE DE LA PROSPECTION
ELECTRIQUE
II
-
1
-
Relations fondamentales des états stationnaires.....................................
II
-
1
-
1
-
Lois de Kir
chhoff sous forme différentielle...............................
II
-
1
-
1
-
1
-
L'Intensité du champ électrique " E " .......................
II
-
1
-
2
-
Equation de Poisson..........................................................
......
II
-
1
-
3
-
Equation de Laplace................................................................
II
-
1
-
4
-
Loi d'Ohm sous forme différentielle.........................................
II
-
1
-
4
-
1
-
Champ électrique
normal..........................................
II
-
1
-
4
-
2
-
Potentiel électrique...................................................
II
-
1
-
5
-
Champ électrique normal d'une éléctrode sphérique..................
II
-
1
-
6
-
Champ électrique d'une électrode demi
-
sphérique.....................
II
-
1
-
7
-
Champ électrique d'une électrode ponctuelle.............................
II
-
1
-
8
-
Champ électrique de deux électrode ponctuelles........................
II
-
1
-
9
-
Densité du courant électrique et profondeur..............................
d'investigation
II
-
1
-
9
-
1
-
Cas de deux électrodes.............................................
I
I
-
1
-
9
-
2
-
Champ électrique de dipôle.......................................
CHAPITRE III DISPOSITIF DE MESURE

3
III
-
1
-
Technique de mesure.........................................................................
III
-
1
-
1
-
Dispositif de
Schlumberger...................................................
III
-
1
-
2
-
Dispositif de Wenner............................................................
III
-
1
-
3
-
Dispositif de dipôle...............................................
................
CHAPITRE IV BASES THEORIQUES ETPRATIQUES CAS DU
SONDAGE ELECTRIQUE VERTICAL ( S.E.V )
IV
-
1
-
Bases théoriques du sondage électrique vertical
-
Application..............
pour les couches su
périeures
IV
-
1
-
1
-
Potentiel électrique dans le cas de deux couches.....................
IV
-
1
-
2
-
Etablissement de la formule de la résistivité apparente.............
IV
-
1
-
2
-
1
-
Résistivité apparente............
..................................
IV
-
2
-
Construction d'Abaques....................................................................
IV
-
2
-
1
-
Rappel sur la représentation bilogarithmiques des...................
diagramm
es électriques
IV
-
2
-
1
-
1
-
Exemple numérique ( cas de 2 terrains )..................
IV
-
2
-
1
-
2
-
Exemple numérique ( cas de 3 terrains )..................
IV
-
2
-
2
-
Rappel sur les abaques th
éoriques C.G.G...............................
CHAPITRE V BASES THEORIQUES DE L'INTERPRETATION
D'UN SONDAGE ELECTRIQUE VERTICAL
V
-
1
-
Introduction..........................................................................
.............
V
-
2
-
Principe d'équivalence........................................................................
V
-
3
-
Loi de Humel....................................................................................
V
-
4
-
Courbe de Dar
-
Zarouk......
.................................................................
V
-
5
-
Phénomène de disparition...................................................................
CHAPITRE VI TRAITEMENT ET INTERPRETATION
ANALYTIQUE PAR
ABAQUES
VI
-
1
-
Exemple pratique d'interprétation par Abaque (Abaques CGG)...........
VI
-
1
-
1
-
Cas de deux couches horizontales.........................................
VI
-
1
-
2
-
Cas de trois couches horizontales..................
........................
VI
-
1
-
2
-
1
-
Rappel du principe d'équivalence.........................
VI
-
1
-
2
-
2
-
Cas où l'équivalence n'intervient pas....................
VI
-
1
-
2
-
2
-
1
-
Courbe en cloche (C)......................
VI
-
1
-
2
-
2
-
1
-
Courbe en fond de bateau (B)..........
VI
-
1
-
2
-
3
-
Détermination de la résistance transversale............

4
R
t
de la 2
ème
couche
VI
-
1
-
2
-
4
-
Détermination de la conductance.........................
longitudinale C
l
de la 2
ème
couche
VI
-
1
-
2
-
4
-
1
-
Exemple numérique........................
VI
-
1
-
3
-
Cas de plusieurs couches surmontant un substratum..............
résistant
VI
-
1
-
3
-
1
-
Rapp
el de la règle de Humel................................
VI
-
1
-
3
-
2
-
Règle de Humel approchée..................................
VI
-
1
-
3
-
3
-
Exemple de 3 couches sur substratum...................
résistant
CHAPITRE VII INTERPRETATION AUTOMATIQUE DANS
LA PROSPECTION ELECTRIQUE
VII
-
1
-
Introduction...................................................................................
..
VII
-
2
-
Méthode du gradient........................................................................
VII
-
2
-
1
-
Principe...........................................................................
VII
-
2
-
2
-
Algorithme de calcu
l........................................................
VII
-
3
-
Traitement automatique d'un sondage électrique vertical....................
VII
-
3
-
1
-
Principe............................................................................
VII
-
3
-
2
-
Calcul de la courbe modèle................................................
VII
-
3
-
2
-
1
-
Méthode directe .............................................
VII
-
3
-
2
-
2
-
Méthode indirecte...
.........................................
VII
-
3
-
3
-
Algorithme de calcul de la fonction "transform"..................
VII
-
3
-
4
-
Calcul de
a
théorique.......................................................
V
II
-
4
-
Traitement automatique d'un profil de résistivité................................
VII
-
3
-
1
-
Principe............................................................................
VII
-
3
-
2
-
Méthode de Calcul (modèle sphériqu
e) .............................
VII
-
3
-
2
-
1
-
Dérivation par rapport à la résistivité du............
milieu perturbateur (sphère)
VII
-
3
-
2
-
2
-
Dérivation
par rapport à la résistivité du............
milieu encaissant
VII
-
3
-
2
-
3
-
Dérivation par rapport au rayon "a" de la..........
sphèr
e
VII
-
3
-
2
-
4
-
Dérivation par rapport à la profondeur..............
"z" de la sphère
CHAPITRE VIII CONSTRUCTION ET INTERPRETATION DES
CARTES ET
PROFILS DE RESISTIVITE
BIBLIOGRAPHIE

5
CHAPITRE I INTRODUCTION
I
-
1
-
Intoduction à la prospection
électrique
La prospection électrique est une des méthodes géophysiques, appliquée dans l'exploration du sous
sol, par s
ondage vertical
ou par profilage
(
recherche des conducteurs
).
La profondeur d'investigation s'étale de quelques
centi
mètres à quelques centaines de mètres de
profondeur; donc son spectre d'utilisation est très large:
En sub surface, e
n
recherche
minière ,
dans
l'agriculture ,
dans
l'aménagement
du territoire
, construction de batiments, des ponts et chaussés,
voies ferrées,
dans les recherches
archéologi
ques
,
également dans la recherche des aquifères en
hydrogéologie.
Elle est utilisée en sub surface, grace
aux techniques de multi électrodes, on peut osculté la partie
superficielle du sol avec une grande précision.
I
-
2
-
Classification des méthodes
électriques
Les méthodes se distinguent selon:
1
-
Le type du champ: Continue ou Alternatif; 2
-
Le
procédé
d'exploitation du champ: Naturel ou Artificiel; 3
-
Le régime du champ étudié: Stationnaire ou
Transitoire.
I
-
3
-
Problématique des Méthodes
électriques
Parmi les méthodes de résolution des problèmes géoélectriques, on distingue:
-
La r
ésolution du problème Directe ( méthode directe)
-
La résolution du problème Inverse ( méthode inverse)
I
-
3
-
1
-
Résolution du problème directe.
La résolution du problème directe dans la prospection électrique, consiste à étudier le champ
électrique corresp
ondants aux coupes géoélectriques prédéfinies ou données théoriques (modèles
théoriques).
I
-
3
-
2
-
Résolution du problème inverse.