Tomographie de résistivité électrique

La première tomographie de résistivité électrique a été réalisée les 10 et 16 juin 2016 au niveau de la ligne de levé géophysique S1 du site d’étude (Figure.3.1). Cette ligne de levé est d’une longueur de 1495 m avec un espacement entre les électrodes de 5 m. Une tomographie de résistivité électrique au niveau de la ligne de levé S2 a été réalisée les 1er _{et 9 novembre 2017. Cette tomographie couvre une distance de 1435 m aussi avec un} espacement entre les électrodes de 5 m (Figure.3.1).

Trois autres tomographies de résistivité électrique (S2_F44, S2_F54 et S2_F71) ont été réalisées le long de la ligne de levé S2, les 1er _{et 9 novembre 2017, à une distance respective de 1280, 720 et 240 m à partir de} l’extrémité nord de la ligne (Figure.3.1). Un espacement d’électrodes de seulement 1 m a été utilisé lors de la réalisation de ces tomographies. Cet espacement des électrodes plus faible augmente la résolution de la tomographie de résistivité électrique près de la surface mais cela réduit la profondeur d’investigation. Ces trois tomographies ont été réalisées afin d’observer l’effet de l’espacement entre les électrodes sur les modèles de résistivité électrique obtenus de l’inversion des données de ces tomographies.

Les tomographies de résistivité électrique ont été effectuées avec un résistivitémètre Syscal Pro modèle Switch 96 de l’INRS-ETE (Figure 3.2). Cet appareil est fabriqué par IRIS Instruments et agit comme émetteur et receveur. L’alimentation du système électronique de l’appareil est assurée par une batterie interne rechargeable de 12V-7.2 Ah. Cependant, pour réaliser une séquence complète de mesures, il est nécessaire de recourir à une batterie externe de 12V-110Ah pour alimenter le système lors de la réalisation de la tomographie. Le déploiement de l’appareil se fait selon le schéma présenté à la figure 3.3. Les 96 électrodes en acier inoxydable ont d’abord été foncées à la surface du sol à tous les 5 m pour les levés S1 et S2 et à tous les 1 m pour les levés S2_F44, S2_F65 et S2_F71 pour assurer le contact galvanique avec le sol. Une chaîne métrique de 100 m a été utilisé pour positionner correctement les électrodes le long des lignes de levé géophysique. Les

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électrodes ont aussi été localisées à l’aide d’un receveur GPS. Par la suite, 6 câbles munis de 16 connexions chacun ont été déroulés vis-à-vis des électrodes. Quatre boîtes de connexion ont été placées entre les câbles pour les connecter entre eux, alors que les extrémités centrales au levé des câbles 3 et 4 ont été connectées directement au Syscal Pro. Les électrodes ont été reliées aux câbles à l’aide de 96 fils avec des pinces crocodiles.

Figure.3.1: Plan de localisation des tomographies de résistivité électrique, des essais de pénétration au piézocône et des forages réalisés dans le site d’étude.

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Figure 3.2: Résistivité-mètre Syscal Pro utilisé pour réaliser les tomographies de résistivité électrique.

Figure 3.3: Schémas de déploiement du résistivimètre Syscal Pro.

Pour les tomographies de résistivité électrique le long des deux lignes de levé géophysique S1 et S2, puisque le système utilise 96 électrodes à la fois, plusieurs séquences appelées « roll-along » ont été ajoutées afin de produire une tomographie continue sur toute la longueur des lignes. Le « roll-along » consiste à déplacer un certain nombre d’électrodes (habituellement 48 pour un système à 96 électrodes mais cela peut être un nombre moindre) situées au début de la tomographie à la suite des électrodes situées à l’extrémité opposée de la tomographie en cours. Un total de 5 « roll-along », dont 4 séquences avec un transfert de 48 électrodes chacune et une dernière séquence avec un transfert de seulement 12 électrodes, a été nécessaire afin de couvrir l’entièreté de la ligne de levé au site S1. Pour la ligne de levé au site S2, un total de 4 « roll-along » a été nécessaire afin d’en couvrir l’entièreté. Pour ces deux tomographies de résistivité électrique, comme il a été impossible de les réaliser en une seule journée chacune, des points de repère ont été localisés à l’aide d’un receveur GPS etrex 20 de GARMIN afin de reprendre le levé au bon endroit lors des journées subséquentes. Le logiciel Electro Pro V02.03.00 a été utilisé afin de créer une séquence d’investigation, c’est-à-dire de définir les paramètres de la tomographie de résistivité électrique utilisés par le Syscal Pro. Le premier paramètre à spécifier est le type de configuration d’électrodes souhaité. Dans le cadre de la présente étude, la configuration d’électrodes de type Wenner a été utilisée pour toutes les tomographies de résistivité électrique réalisées. Cette

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configuration est adéquate lorsque des variations de résistivité électrique en profondeur sont attendues, c’est- à-dire lorsque les structures sédimentaires sont horizontales. Cette configuration comprend 4 électrodes alignées et distancées les unes des autres du même espacement où les électrodes C1 et C2 pour l’injection du courant électrique dans le sol se trouvent à l’extérieur du quadripôle d’électrodes alors que les électrodes P1 et P2 pour mesurer les potentiels électriques induits par la circulation du courant électrique se trouvent à l’intérieur de ce quadripôle (Figure 3.4). La mesure de la résistivité électrique apparente se situe au centre de l’arrangement à une profondeur qui dépend de la distance qui sépare les électrodes utilisées. En augmentant l’espacement entre les électrodes, la profondeur d’investigation du quadripôle dans le sous-sol augmente. En déplaçant latéralement à intervalle régulier le quadripôle le long de la ligne de levé géophysique, une investigation latérale du sous-sol est réalisée. Un exemple d’un levé de 20 électrodes et de 6 niveaux de profondeur est présenté à la figure 3.4.

Figure 3.4: Position des électrodes de courant et de potentiel et position des quadripôles lors d’une tomographie de résistivité électrique avec une configuration de type Wenner. (Modifié de Loke, 2004).

Un total de 16 niveaux a été utilisé pour les tomographies de résistivité électrique S1 et S2. Cela correspond à un espacement entre les électrodes utilisées pour chacun des quadripôles qui varie de 5 à 80 m pour atteindre une profondeur d’investigation de l’ordre de 40 m. Dans le cas des tomographies de résistivité électrique S2_F44, S2_F65 et S2_F71, dont les électrodes sont espacées à tous les mètres, 31 niveaux ont été utilisés pour une profondeur d’investigation de 16 m. Le temps d’injection du courant était de 500 ms. Afin de s’assurer d’une bonne qualité des données, les paramètres du Syscal Pro « stack min » et « stack max » ont respectivement été fixés à 2 et 4 alors que le « Q max (%) » a été fixé à 1. Cela signifie que l’appareil effectue,

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au minimum, 2 mesures pour chacun des quadripôles. Si les deux mesures présentent un écart-type inférieur à 1% l’une de l’autre, alors l’appareil enregistre la valeur moyenne des deux mesures. Dans l’éventualité contraire, l’appareil continue de prendre des mesures jusqu’à un maximum de 4 mesures. Le dernier paramètre à fixer dans le logiciel correspond au voltage requis. Le voltage primaire mesuré (Vp) a été fixé à « save energy » et correspond à une valeur de 20 mV et le voltage injecté maximum (Vab max) a été fixé à 800 V. Sur le terrain, la résistance de contact entre chacune des électrodes a été vérifiée avant la prise de donnée.

Une fois que les tomographies de résistivité électrique ont été réalisées, le logiciel Prosys II V03.09.01 a été utilisé pour télécharger les données à partir du Syscal Pro dans un ordinateur. L’élévation des électrodes a été intégrée aux données à partir du logiciel. En effet, grâce au modèle numérique de terrain obtenu du levé LiDAR aéroporté du secteur réalisé en 2009 (Figure.3.1), l’élévation du sol a été déterminée au droit de chacune des électrodes en utilisant leur position obtenue à l’aide d’un receveur GPS lors de la réalisation des tomographies de résistivité électrique. Le logiciel comprend aussi plusieurs options de nettoyage des données. Lors de l’analyse des données de la tomographie de résistivité électrique réalisée le long de la ligne de levé S1, il a été noté que ces données étaient particulièrement bruitées (Figure 3.5). Après vérification, il a été déterminé qu’un problème relatif à l’équipement du Syscal Pro causait ce bruit. Afin de poursuivre l’avancement du projet, notamment au niveau de la planification des sondages et des forages, ces données ont été malgré tout traitées et inversées. Un lissage a été effectué sur les données bruitées à l’aide du logiciel Grapher V10. Cette opération a été nécessaire puisque les fonctions de filtrages des données aberrantes des logiciels de traitement utilisés suppriment généralement les points qui s’écartent de la tendance générale. Ceci a pour effet de générer des « trous » dans le jeu de données. Dans le cas de la tomographie de résistivité électrique réalisée le long de la ligne de levé S1, l’utilisation de ces fonctionnalités de filtrage sur le signal très bruité occasionnait une suppression trop importante de points de mesure. Pour le lissage, les données ont été classées de façon à obtenir une courbe pour chaque niveau de profondeur investigué lors de la prise de données. Les valeurs qui différaient grandement de celles à proximité ont été remplacées par des valeurs qui permettaient de conserver la tendance de la courbe. Un exemple de lissage sur les données de résistivité électrique apparente à une profondeur d’investigation de 5.2 m obtenues lors de la tomographie de résistivité électrique S1 est présenté à la figure 3.5. Le jeu de données créé à la suite du lissage a été directement utilisé dans le logiciel RES2DINV pour l’inversion des données.

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Figure 3.5: Résistivité électrique apparente mesurée au niveau des quadripôles à 5.2 m de profondeur lors de la tomographie de résistivité électrique S1. Le bruit cyclique qui revient à chaque « roll-along » est indicateur d’un problème de câbles défectueux.

Pour la tomographie de résistivité électrique réalisée le long de la ligne de levé géophysique S2, un changement apporté à l’équipement du Syscal Pro a permis de diminuer le bruit lors de l’acquisition des données et le filtrage automatique préprogrammé dans le logiciel ProSys II a été suffisant pour éliminer les données bruitées. Les paramètres de ce filtrage sont présentés au tableau 3.1. La fonction « exterminate bad data point » a ensuite été utilisée pour finaliser le nettoyage des données. Cette fonction permet de visualiser les mesures qui divergent grandement des autres mesures pour un même niveau de profondeur et il est donc possible de les sélectionner une à une pour les éliminer. Le nombre de mesures supprimées correspond à 5.45% du jeu de données complet de la tomographie de résistivité électrique S2. Finalement, les données ont été exportées dans un format qui peut être ouvert par le logiciel RES2DINV pour l’inversion des données.

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Tableau 3.1: Paramètres utilisés lors du filtrage automatique dans Prosys II.

Paramètres Valeur

Vmin « Minimum reception voltage value allowed » -15001 Vmax « Maximum reception voltage value allowed » 15001

Imin « Minimum injection current value allowed » 0.6 Imax « Maximum injection current value allowed » 99998 Rhomin « Minimum resistivity value allowed » 0.100000001490116 Rhomax « Maximum resistivity value allowed » 20000 Devmax « Maximum deviator factor value allowed » 20