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Description des principes de bases de ces méthodes



Introduction :

Etant donné la grande variété des méthodes de cette famille il est difficil de donner un canevas unique qui les décrirait toutes.
Voici à titre d'exemples certaines méthodes de cette famille :


Electrique en courant continu :

Le principe de ces méthodes est de mesurer la différence de potentiel entre deux bornes en fonction de leur espacement et du courant continu injecté. A partir de cette mesure on pourra déterminer la résistivité ou la conductivité du sol.

Résistivité ρ : propriété physique d'un milieu qui détermine la capacité à s'opposer au passage du courant électrique (son inverse est la conductivité).

Globalement la conductivité n'est pas très élevée pour les roches car celles-ci sont dans l'ensemble constituées par des matériaux très résistifs (quartz, phelspathe, calcite,..) Il existe quelques exception s pour certains gisements de minéraux et pour l'argile.

Valeurs des résistivités électriques en fonction de la lithologie.

Remarque : la conductivité est principalement liée à l'eau que la roche contient, ce qui se traduit dans la loi d'Archie (pour terrain saturé).

Loi d'Archie : ρr = ρw a Φ-m
ρr : Résistivité du matériau
ρw: Résistivité du fluide
a : facteur fonction de la lithologie
Φ: porosité
m : facteur de cimentation
Source : [46]
Loi d'Archie

Schéma de principe :
Schéma de principe des méthodes électriques
Source : [48]


En injectant du courant par les électrodes A et B et en mesurant la différence de potentiel entre les électrodes M et N on obtient la résistivité par la relation :
Formule donnant ΔV enf fonction de i et des mesures
On forme en fait un quadripôle avec deux électrodes d'émission de courant A et B, créant la différence de potentiel, et deux électrodes de lecture de différence de potentiel M et N.
Un ampèremètre placé sur la ligne d'émission de courant permet la lecture de l'intensité i; un voltmètre placé sur la ligne reliée aux électrodes M et N permet la lecture de la différence de potentiel électrique VM-VN.
Ce quadripôle est parfaitement universel. Si la distance AB est petite, la profondeur d'investigation est faible. Si la distance AB croît cette profondeur est plus importante.

Exemple :
Exemple des méthodes électriques
Source : [48]



Magnétique :

La mesure se fait à l'aide d'un magnétomètre (à proton).
Unités utilisées en général : Oersted -Gauss γ(= 10-5 Gauss) ou nT (nanotesla) (=1γ).
L'ordre de grandeur des mesures varie entre 30000γ à l'équateur et 60000γ aux pôles. Les variations du champs magnétique dues à la présence d'objets magnétiques sont de quelques dizaines de γ.

Schéma des modifications des lignes du champ magnétique en présence d'objet
Source : [46]


Magnétotellurique :

La méthode consiste à mesurer à la surface du sol les composantes horizontales des champs magnétiques et électriques créés par des émetteurs radio, liés à la circulation des courants telluriques émis par les émetteurs. Cela donne la mesure de la résistivité apparente.

La mise en oeuvre se fait en mesurant en continu le champ électrique par des électrodes capacitives implantées sur un traîneau en caoutchouc que l'on peut tirer. Un module électronique calcule directement le rapport e/h.

Les avantages de cette méthode par rapport aux traînées de résistivité sont :
  1. la mesure en continu, permettant de mettre en évidence de faibles perturbations ;
  2. la rapidité de la mesure, le traîneau étant déplacé à la vitesse d'un homme au pas ou à celle d'un véhicule ;
  3. le pouvoir séparateur plus fin.
Plus la fréquence du champ mesuré est basse plus elle donne des indications sur des couches profondes de l'écorce terrestre.


Radar :

Schéma de principe du Radar.
Source : [45]

On mesure le temps entre l'envoie de l'onde et sa réception. A partir de cela on peut donc trouver le lien entre la durée de l'aller-retour et la profondeur où a eu lieu la réflexion.
P = v*t/2 ;
P : profondeur des contacts, en m.
t : durée de l'aller-retour des ondes réfléchies, en secondes.
v : vitesse moyenne des ondes, en m/s.

Or,
Formule liant la vitesse des ondes à la constante diélectrique pour la méthode du Radar.
εr: constante diélectrique ou permittivité relative du milieu ausculté ( εr<1).
c : célérité de la lumière 3.108 m/s.

On voit qu'il est nécessaire de connaître εr pour déterminer la profondeur (cela peut être fait à l'aide de sondages à un endroit représentatif pour avoir une idée de la nature des couches présentes).

Valeurs des constantes diélectriques en fonction de la lithologie.

Pour rappel, les ondes radar obéissent aux lois de Snell-Descartes, le pourcentage de l'onde qui est réfléchi dépendant de la différence des constantes diélectriques de part et d'autre de l'interface.
Formule reliant le % de l'onde réfléchi aux constantes diélectriques pour la méthode du Radar.

Exemple :
Exemple des méthodes radar
Source : [45]


Exemples de méthodes (Electromagnétisme)

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