Géophysique appliquée 3 Techniques 3.1 Trainé électrique (Cartographie)

Géophysique appliquée
Les géophysiciens doivent souvent installer de l'équipement sur le
terrain. Ici, un numériseur de données sismiques et un disque dur
reliés par un câblage SCSI de terrain.
La géophysique appliquée est une branche de la
géophysique qui utilise des méthodes pour mesurer les
propriétés physiques du sous-sol terrestre, afin de détecter
ou de déduire la présence et la position des concentrations
de minerais et d'hydrocarbures.
1 Exploration géophysique
L'exploration géophysique fait appel à l'étude de la varia-
tion des propriétés physiques des sols dans l'espace, mais
aussi dans le temps :
•à l’échelle du kilomètre (recherche pétrolière et ga-
zière, recherche minière, géothermie),
•à l’échelle du centimètre à la centaine de mètres
(génie civil, hydrogéologie, géologie, prévention des
risques, archéologie).
2 Histoire
La discipline est apparue à l’entre-deux guerres afin d’as-
surer les besoins mondiaux croissants en hydrocarbures et
en minerais.
Ce sont deux frères, Conrad et Marcel Schlumberger, qui
ont eu l’idée de mesurer les propriétés électriques d’un
terrain afin de mieux le caractériser, et qui donnèrent ainsi
naissance à la géophysique.
3 Techniques
3.1 Trainé électrique (Cartographie)
3.1.1 Principe
Le traîné électrique est une méthode de prospection géo-
physique qui permet de caractériser le sous-sol par le biais
d’une interprétation de la résistivité apparente du terrain.
Les mesures se font en mesurant une différence de poten-
tiel (ΔV) et une intensité (I).
Sur le terrain, on réalise la prospection en implantant des
électrodes, puis en effectuant la mesure de la résistivité
apparente. Enfin, on dresse une carte de la parcelle après
calcul de la résistivité électrique du sol :
r=k. ∆V
I
k : coefficient géométrique du dispositif.
3.1.2 Mode Opératoire
On se sert de quatre électrodes que l’on implante dans le
sol et qui sont reliées à un appareil de mesure de la résis-
tance électrique. Selon le placement des électrodes d’in-
jection, on a différents dispositifs (cf images ci-contre) :
•Wenner Alpha : Les électrodes d’injection se si-
tuent de chaque côté du point de mesure. (k = 2π.a)
1

23 TECHNIQUES
•Wenner Beta : Les électrodes d’injection se situent
du même côté par rapport au point de mesure. (k =
6π.a)
aétant l’écartement entre deux électrodes.
Ensuite, on déplace l’ensemble du dispositif au point de
mesure suivant.
à savoir : Il existe une astuce pour gagner du temps lors
de très nombreuses mesures : comme toutes les électrodes
sont identiques, il suffit juste de déplacer la dernière élec-
trode en aval de la première.
3.2 Panneau électrique (Profil)
3.2.1 Descriptif du dispositif
Dans un premier temps, on implante le long du profil que
l’on veut étudier, des électrodes espacées à un intervalle
constant (en général 5 mètres). Ensuite, on raccorde cha-
cune d’entre elles à un multinode. Cet appareil permet
de « reconnaître » chacune des électrodes (connaître leur
emplacement, leur ordre…). Enfin, on utilise un multi-
plexeur pour pouvoir attribuer un rôle à chaque électrode.
Le tout est relié à un résistivimètre qui effectuera les me-
sures automatiquement. Pour ce profil, on utilisera uni-
quement un dispositif Wenner-Alpha (écartement entre
les électrodes identique).
3.2.2 Principe
Le panneau électrique, comme le trainé électrique, repose
sur la mesure d’une différence de potentiel et d’un courant
entre deux électrodes implantées dans le sol, afin de cal-
culer la résistance électrique du terrain.
Un panneau électrique est en fait composé d’une multi-
tude de point de sondage. En effet, on utilise la plage
des 32 électrodes pour créer différents écartements (mi-
nimum 1,5m, et maximum 10m) sans avoir à déplacer
les électrodes ; ce qui diminue considérablement le temps
des mesures. En effet, grâce à ce système, on peut faire
155 configurations de sondages différents (grâce au mul-
tiplexeur) et effectuer les mesures en ½ heure environ.
Exemple de résultats pour un panneau électrique obtenu avec le
logiciel RES2DINV
3.3 Sondage électrique (Sondage)
L’objectif du sondage est de savoir comment varie verti-
calement la résistivité apparente, en un point donné à la
surface. Sachant que la profondeur d’investigation dépend
de la dimension du dispositif, on effectue une succession
de mesures en augmentant à chaque fois la longueur du
dispositif, ainsi l’augmentation de celui-ci entérinera une
plus grande profondeur d’investigation du courant élec-
trique, chaque valeur de la résistivité apparente est affec-
tée à une pseudo profondeur relative au type du dispositif.
3.4 Prospection Magnétique
À la surface de la Terre, le champ magnétique varie
dans l'espace et dans le temps. Les variations spatiales
sont produites par les variations des propriétés magné-
tiques des matériaux environnants. Les variations tempo-
relles sont la conséquence du changement d'orientation
de la Terre par rapport au Soleil, la variation diurne, de
l'activité solaire et des interactions électro-magnétiques
dans la haute atmosphère. La prospection a pour ob-
jet de mettre en évidence la variation spatiale des pro-
priétés magnétiques des matériaux (aimantation induite
(dia-, para-, ferro-magnétique s.l.), aimantation réma-
nente (ferromagnétique s.l.). Ainsi, il faut corriger la va-
riation temporelle du champ magnétique locale au cours
de la prospection. Pour cela deux approches peuvent être
utilisées : utiliser un magnétomètre en position statique
comme base, ou mesurer le gradient local soit en utilisant
un gradiomètre (gradiomètre fluxgate) ou un dispositif à
double capteurs (pompage optique). Les magnétomètres
à protons ont été les premiers à être utilisés. Les magné-
tomètres à pompages optiques permettent des cadences
de mesures accrues (10 à 20 Hz). La technologie flux-
gate permet des fréquences plus élevées et surtout permet
d'alléger le dispositif de par la plus faible consommation
électrique. Le pompage optique permet une mesure ab-
solue de l'intensité du champ magnétique à une résolu-
tion de 0.1 nT à 10 Hz. Avec une technologie fluxgate,
la mesure est uni-axiale ou tri-axiale mais avec une er-
reur instrumentale ne permettant pas d'atteindre une telle
résolution.
3.4.1 Magnétomètre à protons (Cartographie)
Principe et mode opératoire On utilise un
magnétomètre à protons (en) pour mesurer le champ
magnétique global, c'est-à-dire, le champ magnétique
terrestre ajouté au champ magnétique créé par les
anomalies. Cependant, comme la sensibilité de l’appareil
est un à 1nT près, il est indispensable que la personne
qui tient le magnétomètre soit amagnétique, afin de ne
pas perturber les mesures. Cet appareil a une profondeur
d’investigation qui varie avec l’altitude du capteur.
Par ailleurs, entre deux profils (Aller-Retour), on effec-

3.6 GéoRadar (Profil) 3
tue une mesure à la base pour pouvoir établir la dérive
temporelle du champ magnétique de la Terre. Pour aug-
menter la précision des mesures, on choisit de revenir à
la référence après la fin d’un profil et avant le début du
suivant.
3.5 Prospection électromagnétique
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3.5.1 EM31 (Cartographie)
Dispositif EM31 (Stage de Géophysique de Polytech'Paris-UPMC
à l'INAPG Grignon (2006))
Ce type de méthode exploite le principe d'induction élec-
tromagnétique dans les matériaux conducteurs. Cette mé-
thode est dite « active » car on émet artificiellement un
champ magnétique primaire, qui est conduit par le sous-
sol, et dont les modifications mesurées en surface nous
renseignent sur les propriétés du terrain. Par ailleurs, c’est
une méthode fréquentielle (9,8 kHz) et qui, de par sa géo-
métrie (distance émetteur/récepteur : 3,66m), est à faible
nombre d’induction.
Descriptif du dispositif En réalité, la méthode que
l’on applique est une méthode de type Slingram, qui uti-
lise deux boucles : une émettrice et une réceptrice. Le
dispositif utilisé, EM31, a été créé par la société Geonics
qui est spécialisé dans le domaine et est très fiable. En ef-
fet, de par sa configuration géométrique, les mesures ne
sont plus trop soumises à l’effet de peau (effet d’atténua-
tion selon la distance du signal). Pour la prospection du
terrain nous avons choisi une configuration HCP (Hori-
zontales Coplanaires), c’est-à-dire que le plan des bobines
est horizontal (le dipôle magnétique est donc vertical).
Avec un tel dispositif, on a une profondeur d’investiga-
tion environ égale à 5,5 mètres (1,5 fois la distance Émet-
teur/Récepteur). Néanmoins, en HCP, la profondeur la
plus prise en compte est s/2 (s : surface des bobines).
Principe En pratique, on mesure le champ magnétique
du sol, champ qui est proportionnel à la conductivité élec-
trique apparente σ(siemens/mètre) de la parcelle.
En effet, quand l’EM31 est mis sous tension, un courant
parcourt les bobines, ce qui induit un champ magnétique
(le champ primaire). Ce champ se propageant dans le
sol rencontre des zones plus conductrices dans lesquelles
vont être induits des courants de Foucault, qui vont eux-
mêmes générer un nouveau champ magnétique (le champ
secondaire). Finalement, la bobine réceptrice de l’appa-
reil mesure la somme du champ primaire et du champ
secondaire. C’est la raison pour laquelle le dispositif est
plus sensible aux milieux conducteurs qu’aux milieux ré-
sistants.
Mode Opératoire Le principal avantage de cette mé-
thode réside dans le fait qu’elle est relativement rapide et
ne nécessite pas de contact avec le sol. Il suffit donc de se
déplacer sur le terrain suivant une maille prédéfinie.
3.6 GéoRadar (Profil)
Le géoradar est un dispositif électromagnétique permet-
tant d’établir un profil en fonction de la topographie, de
la permittivité diélectrique et de la conductivité. C’est une
méthode similaire à la sismique réflexion.
3.6.1 Descriptif du dispositif
L’appareil est composé d’un émetteur et d’un récepteur
(bobines) équidistants du point de mesure (la distance
entre ces deux unités reste constante), et d’une interface
avec un PC pour l’acquisition des mesures. On peut éga-
lement ajouter un odomètre (système monté sur roue)
pour déterminer la distance parcourue. L’onde électro-
magnétique envoyée est dans la gamme des hautes fré-
quences (225 MHz). Pour chaque mesure, elle est émise
sous forme d’une impulsion répétée un certain nombre de
fois, afin de faire une moyenne pour optimiser la précision
des mesures.
Les ondes ont une trajectoire et une vitesse influencées
par la permittivité diélectrique relative εr(on rappelle :
ε=ε0.εr), la conductivité σet leur perméabilité ma-
gnétique µ(dont les variations ont peu d’effet sur nos me-
sures). La présence d’argile rend les terrains trop conduc-
teurs pour laisser passer les ondes. En effet, l’onde se-
rait presque totalement réfléchies et empêcherait d’obte-
nir des informations sur ce qui se trouve en dessous ; de
la même manière qu’une plaque de métal (élément très
conducteur) enfouie dans le sol réfléchirait parfaitement
les ondes. Il est également nécessaire de faire une topo-
graphie du profil pour pouvoir interpréter correctement
le profil obtenu en fonction de la profondeur.

43 TECHNIQUES
3.6.2 Mode Opératoire
On déplace le dispositif le long du profil et on effectue
une émission, donc une mesure, tous les 10 centimètres.
À l’aide d'un odomètre, il n’y a qu’à faire rouler le radar,
les mesures se font automatiquement.
Manuellement il faut poser le radar au sol et déclencher
la mesure. Les câbles transmettent les mesures à l’unité,
ainsi on observe directement les résultats sur le profil.
Par ailleurs, pour pouvoir déterminer un modèle de vi-
tesse du terrain, on doit réaliser un CMP (Common Mid-
Point). Il suffit de placer le radar sol assez loin de l’ano-
malie puis au-dessus et d’écarter au fur et à mesure la dis-
tance entre les deux bobines (émission/réception).
3.7 Prospection gravimétrique
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Article détaillé : Gravimétrie.
Une méthode classique pour déterminer la différence de
masse sous la surface du sol est l’utilisation de la gravi-
métrie. Cette différence de masse est mise en évidence
par les anomalies du champ de pesanteur. Théoriquement
avec cette méthode on mesure les différences du champ
de pesanteur par rapport à un champ de pesanteur de ré-
férence, calculé sur l’ellipsoïde de référence.
3.8 Prospection sismique
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Article détaillé : Sismique.
3.8.1 Sismique réflexion
La sismique réflexion utilise la réflexion des ondes sur
les interfaces entre plusieurs niveaux géologiques. La sis-
mique réflexion peut être monotrace ou multitrace. Dans
ce dernier cas, en plus d'augmenter le rapport signal sur
bruit, il est possible de calculer les vitesses des milieux
traversés. Cette information permet ensuite de convertir
les données en profondeur.
3.8.2 Sismique réfraction
La sismique réfraction utilise la propagation des ondes le
long des interfaces entre les niveaux géologiques. Cette
méthode convient en particulier à certaines applications
de génie civil et d'hydrologie. Elle permet d'estimer le
modèle de vitesse et le pendage des couches. Elle est ac-
tuellement limitée dans le domaine pratique à des objec-
tifs dont la profondeur est inférieure à 300m, mais elle
est à l'origine de la découverte en 1956 du gisement de
pétrole d'Hassi-Messaoud, le plus important d'Afrique, à
une profondeur moyenne de 3300 m.
•Portail de la géodésie et de la géophysique

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4 Sources, contributeurs et licences du texte et de l’image
4.1 Texte
•Géophysique appliquée Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9ophysique_appliqu%C3%A9e?oldid=110683944 Contribu-
teurs : Abrahami, Sherbrooke, Romanc19s, Grecha, Xofc, Rémih, Scrabble, Gz260, SieBot, Laddo, Vlaam, WikiCleanerBot, ZetudBot,
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