ACQUÉRIR ET INTERPRÉTER LES
DONNÉES D’IMAGERIE ÉLECTRIQUE
PRÉSENTATION
Les méthodes de prospections électriques permettent d’obtenir
des informations sur un milieu en étudiant les effets induits
d’un courant continu sur les propriétés électriques de ce
milieu.
Ici, seules les méthodes injectant du courant dans le sol sont
présentées, soit la tomographie de résistivité et la polarisation
induite.
DOMAINE D’APPLICATION
Les techniques d’imagerie électriques sont couramment
utilisées dans les domaines tels que la prospection minière,
l’hydrogéologie, le génie civil ou encore l’archéologie. Elles
permettent notamment de caractériser efficacement des
structures géologiques souterraines (glissements de terrain,
fractures, cavités, anomalies structurelles, etc.), des aquifères,
ou encore des zones polluées.
DÉFINITIONS
La conductivité électrique représente la capacité de la
matière à mettre en mouvement les charges libres sous
l'action d'un champ électrique.
La résistivité électrique r correspond à la capacité d’un
milieu à s’opposer au passage d’un courant électrique.
RÉSISTIVITÉ ÉLECTRIQUE
La résistivité électrique dépend essentiellement de la
porosité des sols, paramètre lié à la taille et la répartition
des grains constituant les sols. Ainsi, des sols très hétérogènes
sont résistants, alors que des sols bien agencés de type
argileux sont très peu résistifs. Cette particularité constitue
l’avantage majeur des prospections géoélectriques, car il est
possible d’identifier des variations infimes de la composition
sédimentaire.
La résistivité dépend également d’autres facteurs tels que la
teneur en eau, la température ou encore l’état de
fracturation des sols. Sa connaissance permet alors
d’appréhender les structures et lithologies des formations
sous-jacentes.
RÉSISTIVITÉ ÉLECTRIQUE
RÉSISTIVITÉ ÉLECTRIQUE
PRINCIPES DE LA MÉTHODE
Un courant électrique est injecté dans le sol à l’aide de deux
électrodes (A et B) et, selon la méthode, deux autres électrodes
dites de réceptions (M et N) vont mesurer la différence de
potentielle résultante ou le temps de décharge du courant
dans le milieu. Un profil linéaire comporte une série
d’électrodes et permet alors d’obtenir une coupe 2D des
terrains en présence.
•
•
•
Injection de courant entre les
électrodes A et B
Mesure du potentiel induit
entre les électrodes M et N
Calcul de la résistance R=V/I
RÉSISTIVITÉ APPARENTE
• La résistivité apparente est la valeur de résistivité obtenue
sur le terrain.
• Elle résulte de la contribution volumique de toutes parcelles
du milieu traversé par le courant émis en fonction de la
distance à la source.
• Si le sol est homogène la résistivité apparente est égale à la
résistivité intrinsèque.
• La valeur de la résistivité déduite est dite apparente, car elle
prend en compte l’ensemble des contributions du volume de sol
au-dessus du point de mesure.
TYPE DE MESURES
a) Sondage électrique: 1D
b) Traîné électrique: 1.5 D
c) Tomographie: 2D ou 3D
TYPE DE MESURES: SONDAGE
ELECTRIQUE
• Dispositif à 4 électrodes, avec écartements croissants.
• Mesures reportées en un point de sondage.
• On suppose le milieu latéralement uniforme.
• Inversion 1D.
TYPE DE MESURES: SONDAGE
ELECTRIQUE
TYPE DE MESURES: TRAINÉ ÉLECTRIQUE
TYPE DE MESURES: TRAINÉ ÉLECTRIQUE
• Ensemble de points de mesure à
écartement constant.
• Présentation de profils
résistivité apparente.
• Élaboration de carte
résistivité apparente.
de
d’iso
TYPE DE MESURES: TRAINÉ ÉLECTRIQUE
TOMOGRAPHIE ÉLECTRIQUE
Les sondages par panneaux électriques consistent à mesurer
en plusieurs points la différence de potentiel engendrée par
l’injection d’un courant d’intensité connue dans le sol. Les
différences de potentiel mesurées sur le terrain permettent
ensuite de déterminer la résistivité apparente produite par les
couches de sols sous-jacentes (loi d’Ohm). Afin d’obtenir un
modèle des résistivités vraies des formations en place, il est
alors nécessaire d’effectuer le traitement des données
collectées en utilisant un processus d’inversion itératif.
TOMOGRAPHIE ÉLECTRIQUE
TOMOGRAPHIE ÉLECTRIQUE
Le dispositif de mesure est alors constitué d’électrodes de
réception et d’émission disposées en lignes et réparties selon
un écart constant
Le résistivimètre sélectionne ensuite selon une séquence
programmée, dépendant du protocole choisi, les électrodes
utilisées pour l’injection du courant et celles utilisées pour la
mesure du potentiel.
L’écartement entre les électrodes d’injection et de réception
permet de faire pénétrer le courant à des profondeurs
variables dans le terrain.
TYPE DE MESURES: TOMOGRAPHIE
ÉLECTRIQUE 2D
• Grand nombre d ’électrodes (de 32 à plusieurs centaines).
• Système d’acquisition automatisé et rapide.
• Logiciel d’inversion 2D ou 3D.
• Intégration de la topographie.
TYPE DE MESURES: TOMOGRAPHIE
ÉLECTRIQUE 2D
TYPE DE MESURES: TOMOGRAPHIE
ÉLECTRIQUE 2D
TYPE DE MESURES: TOMOGRAPHIE
ÉLECTRIQUE 2D
Recoupement de plusieurs profils 2D.
TYPE DE MESURES: TOMOGRAPHIE
ÉLECTRIQUE 3D
On utilise essentiellement
des dispositifs Pôle-pôle,
Pôle-dipôle et Dipôle-dipôle
en tomographie électrique
3D. Les autres dispositifs
ont en effet une faible
couverture de données vers
les bords de la grille.
TYPE DE MESURES: TOMOGRAPHIE
ÉLECTRIQUE 3D
PSEUDO-SECTION
Arrangement des différentes mesures d’un profil électrique
2D utilisées pour réaliser une pseudo-section.
PSEUDO-SECTION
Les données mesurées sont présentées en sections de
contour ou de couleur. L’axe vertical est une pseudoprofondeur proportionnelle à l’écartement des électrodes. La
mesure est reportée au point:
• d’abscisse = milieu du dispositif utilisé
• d’ordonnée = pseudo-profondeur.
PROCÉDURE DE TERRAIN: ROLL-ALONG
PROCÉDURE DE TERRAIN: ROLL-ALONG
DISPOSITIFS DE MESURE
Un des principaux problèmes en résistivité est le choix du
dispositif selon le type de structure à étudier, la sensibilité du
résistivimètre et le bruit de fond (courants parasites,
telluriques). En tomographie 2D de surface, les principaux
dispositifs communément utilisés sont:
• Le Wenner.
• Le Wenner-Schlumberger.
• Le Dipôle-dipôle.
• Le Pôle-dipôle.
• Le Pôle-pôle.
• Le Gradient.
DISPOSITIFS DE MESURE
Le choix du dispositif dépend:
• De sa sensibilité aux variations verticales et horizontales
• De la profondeur d’investigation
• De la longueur du dispositif
• De la résolution souhaitée (nombre de points de mesure)
• De la force du signal
DISPOSITIFS DE MESURE: SENSIBILITÉ
Sensibilité: Quantifie l’influence des variations de résistivité sur la ddp.
Wenner:
Structures horizontales
Dipôle-dipôle:
Structures verticales
Schlumberger:
Intermédiaire (à grande distance)
DISPOSITIFS DE MESURE: PROFONDEUR
ze: profondeur
d’investigation
médiane.
a :espacement
inter-électrodes
max
DISPOSITIFS DE MESURE: NOMBRE DE
POINTS
DISPOSITIFS DE MESURE: NOTION DU K
K faible = Excellent rapport signal/bruit
K fort = Mauvais rapport signal/bruit
Exemple: calculer le paramètre géométrique pour les dispositifs
suivants, avec I= 200 mA:
WENNER: 64 électrodes esp. 5m.
K= 659.4
WENNER_SCHLUMBERGER: 64 électrodes esp. 5m. K= 2637.6
DIPOLE DIPOLE (n+5): 64 électrodes esp. 5m.
K=25434
DISPOSITIFS DE MESURE: WENNER
•
•
•
•
•
•
Excellent rapport signal / bruit (K faible)
Recommandé pour les structures horizontales
Profondeur d’investigation: 0.5 a
A privilégier si les contacts des électrodes sont
difficiles
Mesure sur une seule voie
Faible nombre de points de mesure
DISPOSITIFS DE MESURE: WENNERSCHLUMBERGER
•
•
•
•
Rapport signal sur bruit correct
Recommandé pour les structures horizontales et
verticales
Profondeur d’investigation : 0.4 n X a
Possibilité de mesures en // en optant pour un
dispositif réciproque
DISPOSITIFS DE MESURE: DIPOLE-DIPOLE
•Faible rapport signal / bruit (Grand K)
•Recommandé pour les structures
verticales
•Profondeur d’investigation: 0.25 n X a
•Limiter la valeur de n à 6 (K trop grand,
et la profondeur ne croit plus beaucoup)
•Soigner les contacts
•Possibilité de faire des mesures en //
DISPOSITIFS DE MESURE: POLE-DIPOLE
•
•
•
•
•
Mettre une électrode à l’infini
Permet d’atteindre une plus grande profondeur
d’investigation
Faire l’injection à gauche et à droite pour améliorer la
précision du modèle
Possibilité de faire des mesures en //
Dispositif asymétrique pouvant créer des artéfacts.
DISPOSITIFS DE MESURE: POLE-POLE
•
•
•
•
•
•
Grande profondeur d’investigation
Faible résolution
Nécessite 2 électrodes à l’infini (plus de 10 fois l’écartement
de A et M)
Profondeur d’investigation: 0.9 a
Peut être sensible au bruit à cause des infinis
Possibilité de faire des mesures en //
DISPOSITIFS DE MESURE: GRADIENT
•
•
•
•
Mélange pôle dipôle / Schlumberger
Pas d’électrode à l’infini
Mesures en //
Pseudo section difficile à lire
DISPOSITIFS DE MESURE
DISPOSITIFS ET AVANTAGES
DISPOSITIF WENNER:
recommandé pour les structures horizontales. profondeur
d'investigation plus faible que celle du Dipôle-Dipôle et du
Wenner-Schlumberger le nombre de points à l'acquisition
est inférieur à celui du Dipôle-Dipôle et du WennerSchlumberger; cet effet se fait surtout sentir sur les bords.
DISPOSITIF WENNER-SCHLUMBERGER:
recommandé à la fois pour les structures horizontales et
verticales. profondeur d'investigation est d'environ 10 %
plus élevée qu'avec le Wenner le nombre de points à
l'acquisition est plus grand que pour le Wenner mais
inférieur à celui du Dipôle-Dipôle.
DISPOSITIFS ET AVANTAGES
DISPOSITIF PÔLE-DIPÔLE:
dispositif asymétriques pouvant créer des artéfacts
profondeur d'investigation intermédiaire entre le DipôleDipôle et le Pôle-Pôle sensible au bruit nécessité de mettre
une électrode à l'infini.
DISPOSITIF PÔLE-PÔLE:
profondeur d'investigation la plus profonde faible résolution
nécessité de mettre deux électrodes à l'infini très sensible
au bruit surtout utile en 3D, car grand nombre de points à
l'acquisition .
DISPOSITIFS ET AVANTAGES
DISPOSITIF DIPÔLE-DIPÔLE:
recommandé surtout pour les structures verticales.
profondeur d'investigation plus grande que pour le Wenner et
Wenner-Schlumberger le nombre de points à l'acquisition est
plus grand que pour le Wenner et le Wenner-Schlumberger
nécessite des appareils sensibles et un bon couplage des
électrodes avec le sol peut être utilisé pour de la 3D
seulement pour des grilles de 12 x 12 électrodes.
DISPOSITIFS ET AVANTAGES
Objectifs
Dispositifs
Structure Horizontale
Wenner
Structure Verticale
Dipôle-Dipôle
Orientation structures
inconnue
Wenner-Schlumberger
Forte profondeur
d’investigation
Pôle-Pôle
Forte résolution
(nombre de point de
mesure)
Dipôle-Dipôle
Faible rapport
signal/bruit
Wenner
PROBLÉMATIQUE
Est il possible d’atteindre cet objectif ?
•Existe-t-il un contraste de résistivité ?
•Quelle profondeur dois-je atteindre ?
•Est-ce que ce sont des couches horizontales ?
•Est-ce que ce sont des discontinuités verticales ?
•La taille des cibles est-elle compatible avec la résolution espérée ?
Choisir le protocole de mesure ou les protocoles de mesure
•Espacement inter-électrodes
•Longueur du dispositif
•Résistivité / IP
POLARISATION INDUITE
La polarisation induite (ou chargeabilité) mesure la relaxation
électrique des sols après l’injection d’un courant continu. Lors
de l’injection du courant électrique, les roches emmagasinent
l’énergie (majoritairement via des processus chimiques), puis
lors de sa coupure brutale, les roches vont libérer
progressivement cette énergie pour revenir à leurs états
initiaux. Le temps de relâche est alors mesuré et permet ainsi
d’obtenir des informations complémentaires aux tomographies
de résistivités électriques telles que le taux d’argilosité, le
degré de fracturation des sols ou encore pour identifier les
zones polluées.
De plus, cette méthode mesures en combiné la résistivité du
sol, mais les temps d’acquisition sont alors plus longs.
POLARISATION INDUITE
RÉSISTIVIMÈTRE: TERRAMETER LS
RÉSISITIVIMÈTRE: TERRAMETER SAS 4000
RÉSISTIVIMÈTRE
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
TERRAMETER SAS4000 ou
TERRAMETER LS
Annulation de la PS au cours
de la mesure
Possibilité de sommation
Calcul d’une erreur de mesure
Pilotage du multiplexeur
Mémoire de sauvegarde
Plusieurs voies de mesure
Pilotage du multiplexeur
Mémoire de sauvegarde
Plusieurs voies de mesure
MULTIPLEXEUR
•
•
•
•
Module pour 64 électrodes
Possibilité de mettre plusieurs
ES1064 en série
Plusieurs dipôles simultanés
Câbles multi conducteurs
MULTIPLEXEUR
FICHIER PROTOCOLE & ADRESSE
•
•
•
•
•
Création des protocoles de
mesure
Description physique du
dispositif de mesure: fichier
adresse
Description des séquence de
mesure
Possibilité de charger
plusieurs protocoles dans le
SAS
Indépendant de l’écartement
FICHIER PROTOCOLE & ADRESSE
•
•
•
Les protocoles sont compilés
dans un fichier protocol.bin
Le fichier est chargé dans le
SAS4000
les fichiers XML sont
stockées dans le dossier
« protocols » du LS
MATÉRIEL
• Résistivimètre.
• Batterie externe du type batterie de voiture d’une
capacité supérieur ou égale à 70Ah.
 Vérifiez la charge des batteries avant d’aller
sur le terrain.
• Flûtes électriques ainsi que les adaptateurs et les
bretelles de connexions.
• Un nombre suffisant d’électrodes.
MATÉRIEL SUPPLÉMENTAIRE
•Une batterie externe de rechange.
•Chargeur de batterie.
•Une trousse à outil avec tournevis et pièces de rechange.
•Un jeu de talkie-walkie pour les longs profils.
•Marteau à tête polyuréthane pour enfoncer les électrodes.
•Bouteille plastique remplie d’eau salée et de polymère pour améliorer le contact des
électrode.
•Un jeu supplémentaire d’électrode et de bretelles pour doubler le contact dans les
terrains difficiles. Ou pour gagner du temps sur la mise en place entre 2 dispositifs.
•Bombe de peinture et piquets pour marquer les profils.
•Mètre à ruban non métallique pour mesurer la distance entre électrodes si
l’espacement est plus petit que celui des câbles.
•Equipement de relevé de niveau (GPS…) pour l’enregistrement de la topographie.
•Du câble électrique pour l’utilisation d’une électrode l’infini pour les protocoles polepole ou pole-dipole.
•Un multimètre de poche pour vérifier quelques éléments du dispositif comme tester
la continuité des différents câbles ou le niveau de batterie.
MISE EN PLACE
•Déroulez les quatre câbles d'électrodes.
•Connectez ensemble les câbles 1 & 2 puis 3 & 4 en
utilisant les adaptateurs 18-32F/18-32F .
•Prenez soin de les connecter dans le bon sens: La
rainure sur les adaptateurs
doit pointer vers
l'instrument dans le centre du dispositif.
•Connectez l’instrument au centre du dispositif, c.-à-d.
entre le câble #2 et le câble #3.
PARAMÈTRES D’ACQUISITION
(1) Choisir le type de mesure: Résistivité, IP.
(2) Choisir le protocole de mesure.
(3) Définir l’espacement inter-électrode.
(4) Définir le courant d’injection.
(5) Définir le temps d’acquisition.
(6) Définir le délai entre chaque acquisition.
(7) Stack
(1) Nombre minimum de stack.
(2) Définir le nombre maximum de stack.
(3) Définir l’erreur limite en %
(8) Test des électrodes
(1) Définir le courant de test
(2) Définir la résistance max pour rejet d’une électrode
(9) Lancer la mesure
PROCESSUS D’INVERSION
L’équation du potentiel est résolue numériquement sur un
domaine discrétisé (différences finies, volumes finis, éléments
finis).
Les résistivités du modèle (2D ou 3D) sont modifiées jusqu’à
ce que les résistivités apparentes prédites soient en accord
avec les résistivités observées.
PROCESSUS D’INVERSION
PROCESSUS D’INVERSION