Prospection géophysique

Plusieurs campagnes géophysiques ont été réalisées entre 2009 et 2012 en utilisant trois techniques différentes qui font partie des deux méthodes, électrique et électromagnétique (Tableau II.1). Ces trois techniques de mesures sont sensibles aux forts changements de résistivités et de conductivités (selon le cas), et bien adaptées au milieu étudié.

Tableau II.1 Méthodes et techniques géophysiques utilisées pour l’exploration

Méthode géophysique Technique de mesure Paramètre géophysique mesuré Propriété physique opérationnelle Influence de l'eau souterraine Electrique Sondage ^{Différence de} potentiel due aux courants de conduction Résistivité électrique ^Oui Tomographie Electromagnétique Slingram Signaux électromagnétique dus à l'induction Conductivité électrique ^Oui 2.3.1. Méthode électrique

La résistivité électrique est un de principales propriétés adaptée pour l’étude hydrogéophysique

(Guerin, 2005). La résistivité des roches est affectée par différents facteurs (Matsui et al., 2000), tels que : la porosité des roches, la résistivité du fluide, la saturation en eau de la roche et la teneur en argile.

En principe, pour mesurer la résistivité d’un terrain, un circuit fermé d’intensité « I » est utilisé à

l’aide de deux électrodes A et B. Le courant qui est envoyé dans le sol entre les deux électrodes A

et B, crée une différence de potentiel, qui est mesurée entre les deux électrodes M et N.

Deux techniques de mesures ont été utilisées pour la prospection électrique : le Sondage Electrique et la Tomographie Electrique. Une série de sondages à la tarière a été réalisée afin

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Sondage électrique (ES)

Le sondage électrique (ES) consiste à déterminer les variations verticales de la résistivité électrique en un point donnée de la surface (Al-Fares, 2011 ; Vouillamoz et al., 2007). Pour cela une succession de mesures sont exécutées, en augmentant à chaque fois la distance entre les électrodes et, de ce fait, la profondeur d'investigation qui est proportionnelle à cette distance. Le

sondage électrique mis en œuvre est conforme au dispositif Schlumberger (Fig. II.5), la distance

maximale entre les électrodes est de 300 m. L’appareil utilisé est « Géo Instruments » développé

par le CNRS (Garchy, France). L’inversion des valeurs de la résistivité apparente (ρa) a été faite

avec le logiciel IPI2Win, version 3.0.1^e.

Fig. II.5 Dispositif de mesure Schlumberger. A et B électrodes d’injection, M et N électrodes de mesure du

potentiel électrique

Tomographie électrique (ERT)

La tomographie électrique (ERT) est la technique la plus appliquée en Science de la Terre, spécialement en hydrogéologie, à cause de sa robustesse et sa fiabilité (Al-Fares, 2011, Chalikakis, 2006 ; Pham et al., 2002). L’ERT intègre la technique du sondage et le traîné

électrique, qui consiste à garder un écartement constant entre les électrodes, et à déplacer régulièrement le dispositif de mesures le long du profil. De cette manière la résistivité varie

verticalement et horizontalement le long d’une coupe (2D).

L’ERT a été réalisé dans la zone d’étude en appliquant le dispositif Wenner-Schlumberger (WS,

Fig. II.6) et le Dipôle-Dipôle (DD). Le WS fournit un bon rapport entre la résolution horizontale et la résolution verticale, tandis que le dispositif DD donne une meilleure profondeur d’investigation

(Seaton et Burbey, 2002).

Chaque section géo-électrique de 126 m de longueur, comprend 64 électrodes régulièrement espacées de 2 m. Un résistivimètre ABEM Terrameter SAS 4000 a été utilisé (Dahlin, 2001) a été utilisé pour l’acquisition des données ERT (Fig. II.7). La résistivité apparente a été interprétée avec l’application Robust Constraint du logiciel Res2Dinv (Loke et Dahlin, 2002) version 3.59.1154.44. Le processus d’itération a été limité à trois itérations car il est suffisant pour obtenir une erreur RMS (Root Mean Square) satisfaisante.

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Fig. II.6 Schéma représentatif du dispositif de mesure Wenner-Schlumberger ( http://www-ig.unil.ch/cours/-consulté en 2011)

Fig. II.7 Equipement ABEM Terrameter SAS 4000 utilisé pour l’étude de tomographie électrique

2.3.2. Méthode électromagnétique(EM) à basses fréquences

La méthode électromagnétique (EM) a été utilisée dans ce travail pour préciser la structure de

l’aquifère superficiel et déterminer la salinité de la surface du sol dans la zone d’étude. La

technique électromagnétique de type Slingram (basse fréquence (20 Hz à 10 kHz) et faible

nombre d’induction) a été utilisée pour l’acquisition des données. Les bases de la technique

Slingram sont décrites sur plusieurs publications (McNeill, 1980 ; Monteiro Santos, 2004 ; Parasnis, 1986 ; Triantafilis et al., 2003 ; Ward et Hohmann, 1988). En dépit de la nature

qualitative de l’information fournie, cette technique est largement utilisée pour l’étude

hydrogéologique et environnementale (Evans et al., 2000 ; Nobes, 1996 ; Sirhan et Hamidi, 2012 ; Triantafilis et Lesch, 2005 ; Lesch et al., 2005 ; Padhi et Misra, 2011 ; Bennett et George, 1995).

L’induction électromagnétique est un outil fréquemment utilisé pour la cartographie non-invasive

de la conductivité électrique du sol (Triantafilis et Lesch, 2005).

Le principe de cette méthode est le suivant : une bobine émettrice produit un champ électromagnétique primaire, au contact des formations géologiques la partie magnétique du champ primaire induit un champ magnétique résultant perçu à la surface par une bobine

réceptrice. La profondeur d’investigation est essentiellement liée à la distance entre les bobines

émettrice et réceptrice, qui est de 1, 10, 20 ou 40 m (McNeill, 1980 ; Parasnis, 1986 ; Ward et Hohmann, 1988). Toutefois cette profondeur d’investigation dépend aussi de la position des

bobines : elle est plus importante lorsque les bobines sont horizontales, parallèles au sol, le champ magnétique produit étant alors vertical (Vertical Dipole (VD)), et moins importante lorsqu’elles

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sont verticales, perpendiculaires au sol, le champ magnétique produit étant alors horizontal (Horizontal Dipole (HD)).

A la différence des techniques électriques employées sur le site qui permettent de distinguer des terrains de résistivité différente, la méthode électromagnétique donne la conductivité électrique de

l’ensemble de terrains de la profondeur d’investigation.

L’équipement utilisé est le GEONICS EM34-3 (séparation de bobines de 10, 20 et 40 m) et le GEONICS EM38 (séparation de bobines de 1 m) (Fig. II.8 et Fig. II.9). L’interpolation de données

électromagnétiques et l’obtention des cartes ont été réalisées à l’aide du logiciel Golden Surfer,

version 9.11.947. L’étude de la structure spatiale a été effectuée par le logiciel AquaGst de V. Valles qui permet notamment de caractériser le degré d’anisotropie du système avec le calcul des

variogrammes et corrélogrammes directionnels.

La complémentarité des deux systèmes électromagnétiques a été mise en profit: l’utilisation de

l’EM34-3 a permis d’explorer des profondeurs de plusieurs mètres, alors que l’EM38, plus léger,

a permis de réaliser plus d’un millier de mesures de surface (1 mètre) sur un temps court assurant

ainsi d’une stabilité des condition d’humidité pendant toute la durée des mesures.

Fig. II.8 Equipements électromagnétiques utilisés sur le terrain A) EM 34-3 et B) EM38

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