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Cours imagerie lectrique

Master EGC 2014-2015

Driss KHATTACH

Mthodes des rsistivits

Rappel

SEV

Profil

Carte

Imagerie lectrique

Principe

Acquisition

Traitement

Interprtation

Applications

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24/12/2014 3

La rsistivit et la conductivit

Longueur

SectionR qui sexprime en ohm.m

1 qui sexprime en (ohm.m)-1

Rsistivit

Conductivit

24/12/2014 4

Rsistivits moyennes de quelques roches

Argiles et marnes 4 30 ohm.m

Schistes 40 250

Craie 100 300

Calcaire 100 5000

Grs 500 10000

Sable 30 10000

Echelle relatives des rsistivits des roches saines

Gangues > Roches volcan.>Roches sdi.>Marnes>Argiles>Minerais

Isolant x 1000 x 100 x 10 x1 Conducteur

lectrique

app = k V / I

La rsistivit apparente

Le facteur gomtrique K qui dpend de

la configuration des lectrodes

K = 2 / (AM-1 AN-1 BM-1 + BN-1)

Sondage lectrique

Le SEV (sondage lectrique vertical) est bas sur linjection dans le sol dun courant continu au moyen dlectrodes mtalliques implantes en surface (quatre lectrodes sont utilises, deux pour linjection du courant (A, B) et deux autres pour la mesure du potentiel (M,N)).

Laugmentation de la distance sparant les lectrodes permet datteindre des profondeurs croissantes.

Le sondage lectrique permet dobtenir la succession verticale des rsistivits. Les rsistivits mesures sur le

terrain (rsistivits apparentes) sont interprtes laide dabaques ou de logiciels pour obtenir des couches lectriques caractrises par leurs paisseurs et

rsisitivts.

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Exemple de sondage

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Sondage lectrique (dispositif Wenner) au-dessus dun terrain stratification horizontale

Les trans ou profils lectriques

Permettent dobtenir des profils et des cartes de rsistivits apparentes indiquant

la variation latrale de la rsistivit une

profondeur donne (plus la longueur du

dispositif est grande, plus la profondeur

dinvestigation augmentera).

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Variations des rsistivits apparentes avec la longueur

AB de la ligne dmission (r1< r3 < r 2)

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panneaux lectriques Les dispositifs multi-lectrodes (panneaux lectriques,

imagerie lectrique ou Tomographie lectrique)

permettent de raliser des profils diffrents niveaux

dacquisition et obtenir une section de rsistivit.

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Cartes de rsistivit

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AB=100m

AB=300m

AB=500m AB=1000m

limitations

SEV : ne prend pas en compte les variations latrales de rsistivit du sous sol (Modle 1D)

Imagerie lectrique 2D : les rsistivits varient verticalement et horizontalement le long du profil, on

suppose que la rsistivit ne change pas dans la

direction perpendiculaire au profil (cas des corps

gologiques allongs, Modle 2D).

Imagerie lectrique 3D: pour les modles 3D, une acquisition 3D par la ralisation de plusieurs profils

parallles permettra de dterminer les vraies dimensions

des corps.

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Limagerie lectrique Le Panneau lectrique Tomographie lectrique

(ou Electrical Resistivity Imagery)

1. Acquisition

2. Traitement

3. Interprtation

1. Acquisition

Un rsistivimtre

Un cble multi-conducteurs pour connecter plusieurs

lectrodes

Une boite de commutation pour slectionner

automatiquement les

lectrodes de courant et du

potentiel

Un ordinateur pour crer une squence de mesures selon

un dispositif (fichier texte).

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Lquipement

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17

acquisition

3.24.3

6.08.2

11.315.6

21.529.6

40.756.1

.m

distance (m)

pseudo-p

rofo

ndeur

A M N B A M N BA M N B A M N BA M N B

14 14 18 17 19 15 15 13 13 14 17 22 21 22 25 38 31 44 24 30 25 27 27 23 23 24 24 25 23

11 11 10 9 10 10 9 8 8 8 8 7 9 11 13 13 11 12 15 15 12 12 12 13 13 14

12 10 9 9 9 8 8 9 8 8 7 8 9 10 8 8 8 11 11 11 9 11 13

12 11 10 9 9 9 9 9 9 9 9 10 9 9 9 9 10 10 11 13

13 12 11 11 10 10 10 10 10 11 10 10 10 11 10 11 12

15 14 13 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 13

17 16 15 14 14 15 14 14 14 15 15

18 18 17 18 16 16 16 17

14 14 18 17 19 15 15 13 13 14 17 22 21 22 25 38 31 44 24 30 25 27 27 23 23 24 24 25 23

11 11 10 9 10 10 9 8 8 8 8 7 9 11 13 13 11 12 15 15 12 12 12 13 13 14

12 10 9 9 9 8 8 9 8 8 7 8 9 10 8 8 8 11 11 11 9 11 13

12 11 10 9 9 9 9 9 9 9 9 10 9 9 9 9 10 10 11 13

13 12 11 11 10 10 10 10 10 11 10 10 10 11 10 11 12

15 14 13 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 13

17 16 15 14 14 15 14 14 14 15 15

18 18 17 18 16 16 16 17

Principe

Le principe de mesure est bas sur le dplacement du quadriple ABMN afin de sonder latralement, mais aussi sur laugmentation de lespace inter-lectrodes (a). On parle alors de niveaux dacquisition (n), la profondeur dinvestigation augmentant avec a.

Pseudo-section

Squences de mesure

La squence de mesure est programme dans un ordinateur (ou un rsistivimtre possdant un

disque dur).

Il sagit gnralement dun fichier texte contenant diverses informations, notamment le

type de dispositif.

La boite de commutation slectionne automatiquement les lectrodes utiliss pour

linjection du courant et la mesure de potentiel.

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Exemple de squence

Version 1

Name 485

Area 0

Line 0

Qmax 3

StackMin 3

StackMax 6

Time 500

Mode Rho

Vmn Range Vmn Low

Array Type Dipole Dipole

Spacing 1 1

Level used 1 2 3 4 5 6

Spacing 2 2

NbElectrode 48

NbQuqdripole 906

20

# X Y Z

1 0.00 0.00 0.00

2 5.00 0.00 0.00

3 10.00 0.00 0.00

4 15.00 0.00 0.00

...... # A B M N

1 1 2 3 4

2 1 2 4 5

3 1 2 5 6

4 1 2 6 7

5 1 2 7 8

6 1 2 8 9

7 1 3 9 11

8 1 3 10 12

9 1 3 11 13

10 1 3 12 14

11 1 3 13 15

.......... 21

Les dispositifs

Le positionnement des lectrodes en surface est variable et influence la

rpartition du courant dans le sous-sol.

Les diffrentes variantes de

positionnement d'lectrodes dfinissent

diffrents dispositifs, qui ont chacun leurs

propres avantages et inconvnients.

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les plus courants.

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K = facteur gomtrique

Valeurs calcules des rsistivits

apparentes provoques par un

modle simple, avec l'utilisation de

diffrents dispositifs.

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Les formes engendres par un

objet identique diffrent fortement

en fonction du dispositif employ.

Les pseudosections (sections non

inverses) ne peuvent tre

correctement interprtes.

Reprsentation des valeurs de la fonction de sensibilit pour les dispositifs les

plus courants.

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Les contours des valeurs de

sensibilit sont quasiment

horizontaux laplomb du centre du dispositif . Wenner

plus sensible aux changements

verticaux quhorizontaux.

Trs sensible laplomb des deux diples. Les contours

sont verticaux : ce dispositif

est alors trs sensible aux

changements horizontaux.

Les contours sous le centre

du dispositif ne sont ni

horizontaux ni verticaux.

Dispositif intermdiaire

entre Wenner et DD.

Avantages/Inconvnients

Chacun des dispositifs a des avantages et des inconvnients diffrents. Les plus courants sont ce sont le Wenner, le Wenner-

Schlumberger, le Diple-Diple et le Ple-Ple. Le choix du meilleur

dispositif dpend de la structure imager, du bruit de fond et de la

sensibilit de l'appareil de mesure. Il y a aussi les diffrentes

caractristiques de chaque dispositif prendre en considration. Ce

sont :

La sensibilit du dispositif aux changements verticaux et horizontaux de la rsistivit.

La profondeur effective d'investigation.

La couverture horizontale.

La force du signal.

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27

Dispositifs Avantages Inconvnients

Wenner sensible aux changements

verticaux de rsistivit

bonne rsolution verticale

faible profondeur

d'investigation

faible densit de

points

Wenner-

Schlumberger

sensible aux variations verticales

et horizontales

profondeur de pntration

d'environ 10% suprieure au

Wenner

densit de points est suprieure

au Wenner

Force de signal plus

faible que Wenner

Diple-Diple sensible aux changements

horizontaux de la rsistivit

profondeur d'investigation plus

leve

densit de points est suprieure

au Wenner

Force de signal plus

faible que Wenner

Sensible au bruit de

fond

Ple-Ple Grande couverture horizontale

Grande profondeur

dinvestigation

2 Electrodes linfini

Sensible aux bruits et

courants telluriques

Traitement des donnes

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inversion Principe Interprtation

distance (m)

pro

fondeur

(m)

3.24.3

6.08.2

11.315.6

21.529.6

40.756.1

.m

a mesure interprte

distance (m)

pseudo-p

rofo

ndeur

a calcule

erreur RMS = 4.1 %

distance (m)

pseudo-p

rofo

ndeur

A M N BA M N BA M N B A M N BA M N B A M N BA M N B A M N BA M N B

14 14 18 17 19 15 15 13 13 14 17 22 21 22 25 38 31 44 24 30 25 27 27 23 23 24 24 25 23

11 11 10 9 10 10 9 8 8 8 8 7 9 11 13 13 11 12 15 15 12 12 12 13 13 14

12 10 9 9 9 8 8 9 8 8 7 8 9 10 8 8 8 11 11 11 9 11 13

12 11 10 9 9 9 9 9 9 9 9 10 9 9 9 9 10 10 11 13

13 12 11 11 10 10 10 10 10 11 10 10 10 11 10 11 12

15 14 13 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 13

17 16 15 14 14 15 14 14 14 15 15

18 18 17 18 16 16 16 17

14 14 18 17 19 15 15 13 13 14 17 22 21 22 25 38 31 44 24 30 25 27 27 23 23 24 24 25 23

11 11 10 9 10 10 9 8 8 8 8 7 9 11 13 13 11 12 15 15 12 12 12 13 13 14

12 10 9 9 9 8 8 9 8 8 7 8 9 10 8 8 8 11 11 11 9 11 13

12 11 10 9 9 9 9 9 9 9 9 10 9 9 9 9 10 10 11 13

13 12 11 11 10 10 10 10 10 11 10 10 10 11 10 11 12

15 14 13 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 13

17 16 15 14 14 15 14 14 14 15 15

18 18 17 18 16 16 16 17distance (m)

pro

fondeur

(m)

distance (m)

pro

fondeur

(m)

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LES DIFFRENTES TAPES DUN RELEV EN IMAGERIE LECTRIQUE

Construction dune squence de mesure selon le dispositif choisi

Ralisation des mesures sur le terrain laide dun rsistivimtre

Inversion des rsistivits obtenues par un logiciel (RES2DINV par exemple) pour passer des valeurs

mesures aux valeurs de rsistivits relles

Prsentation des rsultats et calage avec la gologie.

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Profil continu Profondeur =1/5 L (wenner ou diple-diple)

L

Tomographie 3D

Les structures 3D peuvent tre

images par une

tomographie 3D

en ralisant des

profils parallles.

Les lectrodes

se rpartissent

selon une grille.

32

33

3D

Coupes horizontales

Tomographie en forage

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Profondeur dinvestigation des SEV et de la Tomographie

rho = K x VMN / IAB,

K facteur gomtrique dpend de la disposition des lectrodes A, B, M, N :

K = 2 / (AM-1 AN-1 BM-1 + BN-1).

Paramtres contrlant la profondeur

dinvestigation Sur le plan thorique la profondeur dpend de la

longueur de la ligne AB et de la sparation entre AB et MN

Les dispositifs (Schlumberger, Wenner, dipole-dipole, pole-pole, gradient, ) : Avantages, limitations en termes de la pntration verticale et de la rsolution latrale et la mise en uvre, mais ils sont soumis la mme rgle gnrale :

Plus la longueur AB est grande, plus la profondeur de pntration du courent est grande

Plus M,N sont espacs de A, B, plus le potentiel mesur en surface est plus reprsentative des rsistivits des couches profondes

Sur le plan pratique la profondeur dinvestigation dpend aussi de la mesurabilit du potentiel VMN

VMN = rho x IAB / K.

Pour des grandes profondeurs dinvestigation, lespacement entre lectrodes est grand, la valeur de K est aussi importante, le signal VMN devient petit , souvent difficile mesurer.

Plusieurs facteurs favorisent de bonnes mesures pour des grandes profondeurs dinvestigations :

une roche de rsistivit assez leve rho: 1000 ohm.m (roche compacte) produise un signal VMN dix fois plus grand quune roche de 100 ohm.m (roche sdimentaire) et cent fois plus grand quune roche de 10 ohm.m (argiles) (le paramtre rsistivit ne dpend pas de loprateur).

Une intensit leve du courent IAB = VAB / RAB, qui signifie : un sous-sol de faible rsistance RAB: pour une couche en surface

forme de sable sec (rsistivit trs leve) la rsistance de A et B est plus leve que pour une couche argileuse (rsistivit faible). Cependant, il est possible de rduire RAB par arrosage des lectrodes par de leau sale.

et/ou appliquer un voltage VAB assez lev, obtenu par un puissant quipement. (les appareils sont caractriss par un maximum courent, voltage et puissance)

un rsistivimtre assez sensible ( filtrage, stacking, limination de bruit (Self Potential, interfrences lectromagntiques naturelles ou artificielles,), pour mesurer une faible VMN dans un temps assez court.

Profondeur dinvestigation pour les SEV

SEV : suppose couches horizontales superposes.

Rgle gnrale

p= 0.1 0.3 x AB

AB de 1km profondeur 100 300m

(dpendant des couches : un substratum conducteur peut tre atteint avec

un court AB quun rsistif, mais signal cas 1< cas 2)

Profondeur dinvestigation pour la Tomographie

Schlumberger, Wenner et Dipole Dipole : Profondeur maximum est de lordre de 0.2 x L (Longueur du profil)

Pole Pole profondeur max 0.9x L

Gologie

Gnie-civil Archologie

Hydrogologie Environnement

Recherche minire

DOMAINES DAPPLICATION

Applications

Dtermination de la profondeur d'une couche.

Estimation de l'paisseur d'altration

Caractrisation des aquifres

Dtection des fractures et des failles

Localisation des cavits et des karsts

Identification des structures enterres

Etude de site de stockage

Surveillance de la rsistivit dans le temps

Exploration et dlimitation de gisements.