Conversion des images de résistivité en images de teneur en eau

de l’évolution de la résistivité électrique en 3D au cours du temps dans l’ensemble de la halde. Ces images ont été obtenues par inversion à l’aide du logiciel d’inversion par éléments finis E4D (Johnson et al., 2010) à partir d’une base de données. Cependant, cette imagerie ne constitue pas en soit un résultat satisfaisant pour les hydrogéologues dans la mesure où la résistivité électrique du milieu est une propriété dépendant de plusieurs paramètres comme les propriétés du milieu, la quantité d’eau, la qualité de l’eau, ainsi que la température dans une moindre mesure.

Il existe dans la littérature des relations théoriques et empiriques pour relier la résistivité électrique du sol à des propriétés hydrogéologiques comme la teneur en eau et la résistivité électrique de l’eau. Cependant, ces relations peuvent être difficiles à identifier pour des matériaux spécifiques; en particulier, il n’en existe aucune pour les matériaux constituant la halde à stériles expérimentale de la mine du Lac Tio. Ce mémoire de maîtrise présente la méthodologie suivie pour déterminer les relations pétrophysiques pour des échantillons prélevés sur la halde expérimentale : une colonne de mesure a été construite en suivant l’exemple présenté par Intissar (2009). Les effets de la variation de la résistivité électrique de l’eau et de la variation de la teneur en eau ont été isolés afin de pouvoir estimer des teneurs en eau à partir des résistivités électriques du milieu et de l’eau. En parallèle avec ces travaux de laboratoire, les données hydrogéologiques mesurée par les sondes GS3 ont été utilisées pour recalculer l’évolution des résistivités électriques de l’eau dans la couche de contrôle des écoulements et dans les stériles. Ces données ont permis de proposer des modèles conceptuels de l’évolution de la qualité de l’eau dans la halde au cours du temps. Il a ainsi été possible d’estimer les distributions de teneur en eau volumique dans la halde à partir de l’imagerie géophysique. Ces données hydrogéologiques calculées ont ensuite été comparées aux données ponctuelles mesurées par les sondes GS3. Les résultats montrent que le suivi électrique de la halde a permis de reconstruire l’évolution des teneurs en eau à la surface de la halde au cours du temps. Ceci est très intéressant dans la mesure où les sondes GS3 sont relativement chères et peu résistantes, spécifiquement dans le contexte des haldes à stériles. Par ailleurs, les sondes GS3 mesurent la teneur en eau volumique dans un espace restreint, qui peut ne pas être représentatif de l’ensemble du système étudié, surtout pour des milieux aussi hétérogènes que les stériles miniers dans les haldes.

Il est cependant important de souligner qu’un grand degré d’incertitude accompagne le calcul de la distribution des teneurs en eau à partir de l’imagerie de résistivité électrique. Ceci est expliqué par le grand nombre d’étapes à suivre pour calculer une teneur en eau à partir des mesures de résistivité électrique. Les mesures de résistivité apparente sont effectuées avec une erreur de mesure de l’ordre de 2.5 % et effectue une la résistivité électrique du milieu, ce qui limite la résolution spatiale de la méthode. Une erreur est associée également au processus d’inversion ; dans le cas de l’imagerie globale de l’essai d’infiltration en 3D, cette erreur est de 2.5 % également, ce qui est très satisfaisant. Enfin, la conversion des résistivités électriques du sol en teneur en eau est dépendante de la résistivité électrique de l’eau considérée.

Les relations pétrophysiques déterminées en laboratoire sont aussi dépendantes de la granulométrie des échantillons ainsi que de la nature exacte des échantillons. Dans le cas du sable et des stériles d’anorthosite concassée, les échantillons prélevés sont représentatifs des matériaux constituant la halde mais ils ne sont pas autant denses dans la colonne qu’ils le sont sur le terrain. Dans le cas des stériles grossiers, le diamètre de la colonne empêchait d’utiliser des cailloux dont la plus grande dimension dépassait 5 cm. La relation pétrophysique obtenue pour les stériles d’ilménite n’est donc pas directement applicable au cœur de la halde, où les blocs ont des dimensions plus grandes. Les erreurs associées au calcul de teneur en eau volumique à partir de l’imagerie de résistivité électrique sont donc les moins grandes dans le sable et les stériles d’anorthosite concassée. On observe à la surface de la halde une augmentation significative de la teneur en eau dans les heures qui suivent le début de l’essai d’infiltration à grande échelle. L’arrosage de près de 30 m3 _{d’eau a}

un impact considérable sur les valeurs de résistivité électrique, et donc sur la teneur en eau volumique. En moyenne, la teneur en eau volumique calculée à partir des mesures géophysiques dans la couche de stériles d’anorthosite concassée passe de 20 % avant l’essai à 26 % 7 heures après le début de l’essai d’infiltration. Cette augmentation est particulièrement marquée à l’extrémité de la halde en bas de la pente, où la teneur en eau volumique calculée atteint près de 35 %. Ce résultat semble indiquer qu’une partie significative de l’eau arrosée à la surface de la halde est déviée vers l’extrémité de la halde où se trouvent les stériles d’anorthosite. Des travaux plus poussés en laboratoire avec des modèles mieux contraints pourraient dans l’avenir raffiner ces résultats de teneur en eau recalculées à partir des images de résistivité électrique. Cet aspect est encore non maîtrisé pour beaucoup de sites et pour beaucoup de milieux et les interprétations hydrogéologiques quantitatives à partir des mesures géophysiques sont peu courantes.