Tomographie bidimensionnelle de polarisation

Dans le cadre du présent projet de recherche, de la tomographie de polarisation provoquée bidimensionnelle (TPP 2D) a été réalisée en août 2009 et en juillet 2010 au droit de la butte de pergélisol du site d’étude. À cette fin, un transmetteur TXII de 1800 W fabriqué par Instrumentation GDD inc., une génératrice Honda de 6500 W pour alimenter le transmetteur, deux électrodes métalliques pour l’injection du courant électrique dans le sol, un receveur de polarisation provoquée de seize canaux GRx8-16 aussi fabriqué par Instrumentation GDD inc., des électrodes impolarisables de potentiel, des fils électriques et des dévidoirs ont été employés (Figure 2.30). Le receveur GRx8-16 permet de mesurer simultanément jusqu’à seize différences de potentiel entre une série d’électrodes impolarisables pour un même dipôle d’injection du courant. Jusqu’à vingt fenêtres temporelles de mesure de la courbe de décharge électrique après l’interruption du courant peuvent être programmées avec ce receveur. Dans le cas des levés réalisés, une série temporelle arithmétique a été utilisée pour mesurer ces courbes de décharge. Le module de lecture Allegro Cx séparé du receveur de polarisation provoquée à proprement dit permet de programmer la configuration du système et d’afficher les valeurs de résistivité électrique et de chargeabilité électrique ainsi que les courbes de décharge électrique. La mémoire interne de ce module est de 64 000 lectures. Des pots poreux (Figure 2.30) mais aussi des électrodes en acier inoxydable 316 (LaBrecque et Daily, 2008) ont été utilisés comme électrodes impolarisables (Annexe B).

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Figure 2.30: Équipements utilisés pour réaliser la tomographie de polarisation provoquée (transmetteur TXII, receveur de polarisation provoquée GRx8-16 et électrode impolarisable de potentiel).

Lors des deux campagnes de terrain en août 2009 et en juillet 2010, sept lignes de TPP de 230 m chacune (L100, L105, L110, L115, L120, L125 et L130) ont été réalisées selon un axe nord-ouest sud-est (Figures 2.18 et 2.31). Elles sont espacées de 5 m l’une de l’autre. La butte de pergélisol se situe au centre des lignes de levé, soit de 0+90 à 1+40 m. Les lignes L100 et L130 se trouvent à la périphérie de la butte de pergélisol. L’extrémité sud-ouest des lignes se trouve sur un plateau de pergélisol à couverture sableuse. Une zone marécageuse non gelée est présente entre ces deux buttes de pergélisol. L’extrémité nord-ouest des lignes L115 à L130 se trouve aussi sur une butte de pergélisol à couverture sableuse. Une autre zone marécageuse sépare cette butte du site d’étude.

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Figure 2.31: Localisation des sept lignes de tomographie bidimensionnelle de polarisation provoquée sur le site d’étude. La butte de pergélisol se trouve au centre des lignes et de la photographie.

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La configuration des électrodes dite du dipôle-dipôle a été employée pour la TPP 2D (Figure 2.32). Trois distances de séparation entre les électrodes des dipôles de courant et de potentiel ont été utilisées, soit de 2.5, 5 et 10 m, afin d’étudier la structure électrique superficielle et profonde de la butte de pergélisol (Figure 2.33). Huit dipôles de potentiel avec un facteur entier n entre 1 et 8 multiplicatif des distances de séparation précédentes ont été employés pour séparer les dipôles de potentiel du dipôle de courant. Au début d’une ligne de levé, les deux électrodes de courant étaient séparées d’une distance de 2.5 m alors qu’une série de dix-neuf électrodes impolarisables de potentiel était disposée selon une séquence qui permettait des distances de séparation de 2.5, 5 et 10 m entre les électrodes de potentiel et un facteur entier multiplicatif de ces distances de 1 jusqu’à 8. Pour la distance de séparation de 2.5 m, seules les neuf premières électrodes à tous les 2.5 m étaient branchées au receveur GRx8-16 pour compléter la séquence de huit mesures de résistivité électrique et de chargeabilité électrique. Ensuite, la seconde électrode de courant du dipôle de courant était déplacée à 5 m de la première et les neuf électrodes de potentiel qui correspondaient à un intervalle de séparation de 5 m étaient sélectionnées et branchées au receveur GRx8-16. Une nouvelle séquence de huit mesures de résistivité électrique et de chargeabilité électrique était alors complétée. Et, finalement, une dernière séquence de huit mesures était réalisée pour la distance de séparation de 10 m en déplaçant la seconde électrode de courant et en choisissant les électrodes de potentiel correspondantes. Tout le dispositif était par la suite déplacé de 5 m et la méthodologie précédente était recommencée jusqu’à la fin de la ligne de levé. Lorsqu’une électrode de potentiel se trouvait à l’extérieur de la fin de la ligne de levé à plus de 230 m, cette électrode était alors retirée du circuit de mesures de résistivité et de chargeabilité électrique. Plus d’une journée de travail à deux personnes était nécessaire pour compléter une seule ligne de TPP 2D.

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Figure 2.32: Schéma de la configuration dite du dipôle-dipôle: le courant électrique est injecté entre les deux électrodes A et B alors que la différence de potentiel électrique induit par la circulation du courant est mesurée entre les deux autres électrodes M et N. La distance de séparation entre les électrodes des deux dipôles AB et MN est la même (a). La distance entre les deux dipôles AB et MN est un facteur entier n multiplicatif de a.

Pour la configuration des électrodes dite du dipôle-dipôle utilisée pour réaliser les TPP 2D, la résistivité électrique ρ est déterminée de la façon suivante:

[2.2] ρ =  a n (n + 1) (n + 2) R

où a est la distance de séparation inter-électrodes, et n est un facteur entier multiplicatif, et

n a est la distance de séparation entre les dipôles de courant et de potentiel.

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Figure 2.33: Configuration des électrodes du dipôle-dipôle employée pour la tomographie bidimensionnelle de polarisation provoquée de la butte de pergélisol du site d’étude.

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L’inversion sans contrainte et avec contraintes en utilisant l’information

a priori du modèle de résistivité électrique produit du modèle géocryologique

(Chapitre 3) de chacune des TPP 2D effectuées sur le site d’étude fait l’objet du chapitre 4 de la présente thèse de doctorat. Les modèles bidimensionnels de résistivité et de chargeabilité électrique obtenus de l’inversion des pseudo-sections de résistivité et de chargeabilité électrique apparente observées le long des sept lignes de TPP 2D sont présentés au chapitre 4. De plus, l’inversion simultanée de toutes les lignes de TPP 2D a aussi été réalisée pour définir des modèles tridimensionnels de résistivité et de chargeabilité électrique. Il ne s’agit pas de modèles réellement tridimensionnels à proprement dit mais plutôt de modèles 2D et demi car la configuration des électrodes est purement bidimensionnelle pour réaliser les lignes de TPP 2D.

2.2.2.4 Tomographie tridimensionnelle de polarisation provoquée de la