Soutenance mémoire
LA METHODE DE LA TOMOGRAPHIE DE RESISTIVITE ELECTRIQUE
PRINCIPE Les méthodes de la tomographie de résistivité électrique consistent à faire circuler un courant électrique dans le sol entre deux électrodes de courant et de mesurer la différence de potentiel induite entre deux autres électrodes, appelées électrodes de potentiel, à proximité des électrodes de courant. Puisque l’intensité du courant est connue et que la différence de potentiel est mesurée, il est alors possible de déterminer quelle est la résistivité apparente du sous-sol étudié. Cette résistivité électrique apparente dépend de la configuration des électrodes de courant et de potentiel. La résistivité apparente d’un terrain hétérogène correspond à la résistivité d’un terrain homogène qui, pour une configuration identique des électrodes et un même courant injecté, donnerait la même mesure ∆V. Il existe plusieurs dispositifs d’électrodes utilisés en pratique : Wenner-Schlumberger, Wenner, pôle- pôle et dipôle-dipôle sont les plus utilisés. Le dispositif utilisé pour les travaux présentés dans ce rapport est détaillé plus loin. Le choix du meilleur dispositif dépend de la structure à imager [2], du bruit de fond et de la sensibilité de l’appareil de mesure. La tomographie électrique consiste à faire des profils multiples en augmentant régulièrement l’espacement entre les électrodes. En modifiant la longueur totale de la configuration utilisée, des informations sur la résistivité électrique à d’autres profondeurs sont obtenues. Plus cette longueur est faible, moins grande est la profondeur de pénétration des lignes de courant dans le milieu et la résistivité électrique mesurée est alors seulement caractéristique des propriétés électriques des couches superficielles. À l’opposé, si cette longueur est grande, les lignes de courant pénètrent plus profondément dans le milieu, la résistivité électrique mesurée est alors représentative des propriétés électriques des couches profondes. Les données sont représentées à l’aide d’un graphique d’isolignes de résistivité électrique apparente en fonction de la distance le long de la ligne de levé et de la longueur totale de la configuration. Ce graphique d’isolignes est appelé pseudo-section de résistivité électrique apparente observée. Il s’agit d’une coupe 2D où les valeurs de résistivités électriques apparentes observées sont reportées en abscisse selon la position centrale de la configuration le long de la ligne et en ordonnée selon la profondeur estimée d’investigation de la coupe. Les pseudo-sections conduisent à une représentation en coupe déformée des propriétés électriques du milieu étudié. Il est par conséquent nécessaire de procéder à l’inversion des pseudosections pour obtenir un modèle synthétique de résistivité électrique vraie où les variations latérales et verticales de résistivité électrique vraie du milieu apparaissent [3].
ACQUISITION DES DONNEES
Pour l’acquisition des données électriques, le résistivimètre électrique SYSCAL R2 développé par Iris Instruments a été utilisé. Avant d’utiliser cet appareil, il faut tout d’abord procéder à la programmation d’une séquence de mesure sur le micro-ordinateur. Ceci est possible avec le logiciel ELECTRE II. Un autre logiciel, PROSYS, permet, une fois la séquence programmée, de la transférer sur le résistivimètre. Le SYSCAL est géré par un microprocesseur pour la compensation automatique de la polarisation spontanée (PS), l’accumulation digitale pour l’amélioration du rapport signal/bruit, l’affichage des messages d’erreur en cas d’erreur opératoire. Il possède les caractéristiques suivantes :
– tension de sortie : 800Volts (1600V crête à crête)
– courant de sortie maximum jusqu’à 2.5A
– puissance de sortie maximum : 1600Watts
– impédance d’entrée : 10MΩ
– gamme de tension d’entrée de -5 à +5V
– compensation automatique de la PS (-5 à +5V) avec correction linéaire de la dérive (jusqu’à 1mV/s)
– mesure de la prise de résistance de prise de terre de 0.1 à 1000KΩ.
– précision : standard 0,3% -max. 1% à -20°C [4]
Le SYSCAL R2 est utilisé avec un convertisseur DC/DC de 250 Watts (permet de transformer la tension 12V en 100, 200, 400 ou 800V) et un multiplexeur RCM (interface de communication entre le résistivimètre et les multinodes), tous les deux alimentés par une batterie de 12V. Le multiplexeur, quant à lui, est relié à deux multinodes (boîtiers à 16 électrodes permettant de reconnaître les électrodes) où les 32 électrodes en acier inox sont reliées.
HYPOTHESE DU MILIEU HOMOGENE, ISOTROPE ET ELASTIQUE
Un corps est homogène lorsqu’il est composé d’éléments de même nature ou de constituants uniformément répartis. Un corps ayant des propriétés physiques identiques dans toutes les directions en tout point est dit isotrope. On entend par élasticité, la capacité d’un corps déformé sous l’effet d’une contrainte à retrouver sa forme initiale une fois cette contrainte supprimée. Des ondes élastiques, c’est-à-dire qui peuvent traverser un milieu sans le modifier, se propagent à travers les matériaux avec des vitesses qui dépendent de leurs propriétés élastiques et de leurs densités. Pour démontrer la nature de cette dépendance, nous décrivons les déformations en termes des forces qui les causent, définissant deux concepts importants, la contrainte et la déformation. Les relations entre contrainte et déformation pour un matériau particulier permettent de décrire les propriétés élastiques de ce matériau, ainsi que les caractéristiques, telle que la vitesse, des ondes qui s’y propagent. Les solides élastiques, sous l’effet d’une contrainte quelconque, subissent des déformations de deux types : traction-compression et glissement.
TOMOGRAPHIE SISMIQUE
Comme la sismique réfraction, la tomographie sismique nécessite le pointé sur les sismogrammes des premiers signaux ayant atteint les géophones. L’interprétation des données est basée sur l’inversion du temps de parcours des ondes sismiques au travers du sous-sol. La tomographie sismique permet d’obtenir une coupe en vitesses sismiques du sous-sol. Cette méthode consiste à discrétiser le terrain investigué en un réseau de mailles, chacune d’elle étant caractérisée par une vitesse de propagation. A partir d’un modèle de vitesse initiale, le modèle inverse simule les tirs sismiques effectués et ajuste la vitesse au sein de chaque maille par itérations successives afin d’obtenir le modèle de vitesse le plus cohérent avec la totalité des temps de parcours source-géophone. Contrairement à la sismique réfraction, cette méthode est bien adaptée à la détection de variations latérales de vitesse. En revanche, comme la plupart des méthodes d’inversion, son principal inconvénient est un lissage parfois excessif des discontinuités.
Sismographe
Le sismographe est l’appareil qui mesure le mouvement du sol et l’enregistre sur un support visuel. Si les géophones captent le mouvement du sol et transmettent les signaux au sismographe, ce dernier effectue le tracé de ces mouvements que l’on appelle un sismogramme. Il existe une large variété de sismographes valables pour différents budgets et applications. Néanmoins, un sismographe devrait avoir une bonne dynamique ou variation relative allant de 42 dB à 130 dB et une conversion A/N (analogique/ numérique) d’au moins 12 bits. En plus de cela, il devrait disposer d’un nombre assez suffisant de canaux. Pour une étude à petite échelle, un sismographe à un seul canal suffit largement. Sinon, il existe actuellement des sismographes avec 12-, 24- et même 48 canaux avec des fonctions spécifiques. A part cela, le sismographe devrait être capable d’effectuer l’échantillonnage voulu : de l’ordre de 4ms à 0.125ms.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I : RAPPEL DES BASES METHODOLOGIQUES
I.1 LA METHODE DE LA TOMOGRAPHIE DE RESISTIVITE ELECTRIQUE
I.1.1 PRINCIPE
I.1.2 DISPOSITIFS ET ACQUISITION DES DONNEES
I.1.2.1 CONFIGURATION GEOMETRIQUE- SENSIBILITE DU DISPOSITIF WENNER
I.1.2.2 ACQUISITION DES DONNEES
I.1.3. TRAITEMENT DES DONNEES – PRINCIPE DE L’INVERSION
I.1.3.1 INTRODUCTION
I.1.3.2 CONCEPT D’INVERSION EN GEOPHYSIQUE
I.1.3.3 METHODOLOGIE DE L’INVERSION
I.1.3.4 FILTRAGE DES DONNEES AVANT L’INVERSION
I.1.3.5 INVERSION DES DONNEES DANS RES2DINV
I.2 METHODE SISMIQUE
I .2.1 GENERALITES SUR LES ONDES ELASTIQUES
I.2.1.1 HYPOTHESE DU MILIEU HOMOGENE, ISOTROPE ET ELASTIQUE
I.2.1.2 LOI DE HOOKE
I.2.1.3 DEFORMATION EN TRACTION-COMPRESSION
I.2.1.4 DEFORMATION EN GLISSEMENT
I.2.2 LES TYPES D’ONDES SISMIQUES
I.2.3 SISMIQUE REFRACTION
I.2.4 TOMOGRAPHIE SISMIQUE
I.2.5 ACQUISITION, TRAITEMENT ET INTERPRETATION DES DONNEES
I.2.5.1 ACQUISITION DES DONNEES SISMIQUES
I.2.5.2 TRAITEMENT ET INTERPRETATION
PARTIE II : APPLICATION DES METHODES ELECTRIQUE ET SISMIQUE
II.1 LOCALISATION DES ZONES D’ETUDE
II.2 CONTEXTE GEOLOGIQUE
II.3 RESULTATS ET INTERPRETATION
II.3.1 SITE 1- VOHITSAOKA
II.3.2 SITE 2 – BESOA I
II.3.3 SITE 3- BESOA II
II.4 CONCLUSION
PARTIE III : SYNTHESE DES RESULTATS
III.1 COMPARAISON DES RESULTATS
III.2 COMPARAISON DES METHODES SISMIQUE ET ELECTRIQUE
III.3 CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES
REFERENCES
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