1 Cours imagerie électrique Master EGC 2014-2015 Driss KHATTACH
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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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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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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.
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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.