• Génération de potentiels électriques naturels  dans les sols

Polarisation Spontanée (PS)

Michel Chouteau

Été 2010

Origine

• Génération de potentiels électriques naturels  dans les sols

• Causés par séparation de charges électriques

• Multiples mécanismes pouvant générer de la  PS

• Facteur commun à tous les mécanismes: l’eau 

souterraine: écoulement, électrolyte, solvant 

de divers minéraux

Rappel de potentiel électrique

• Un charge q provoque à une distance r un  potentiel V donné par:

• Deux charges opposées séparées par une 

distance d (dipôle électrique)provoque un 

potentiel V:

Principaux types

Électrocinétique

• électrofiltration

Variable dans le temps

Électrochimique

• Potentiel de diffusion

•Potentiel de Nernst

Variable dans le temps

Potentiel minéral  Constant dans le temps

Électrofiltration

Figure 3.2: Représentation schématique de la géométrie de la double couche électrique. Lors de l'écoulement, certains ions de la surface diffuse de la double couche sont transportés, générant un courant électrique;

Ganesh (2007).

Potentiel électrocinétique

⎥ ⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡

∇

⎥ ∇

⎦

⎢ ⎤

⎣

− ⎡

⎥ =

⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡

H E C

C

C C

Q

J .

22 21

12 11

Qest la densité du flux hydraulique [m/s], Jest la densité du courant électrique [A/m²],

∇Hest le gradient hydraulique [Pa/m],

∇Eest le gradient du courant électrique [V/m],

C_ij, sont les coefficients de couplage appelés aussi coefficients de transport (i=1,2 et j=1,2).

σ

= C11

C F

C η

−εζ

=

= ²¹

12 η

C²²= k

kdésigne la perméabilité intrinsèque du milieu [m²], ηdésigne la viscosité du fluide [Pa s],

ε désigne sa constante diélectrique [F/m], ζreprésente le potentiel Zéta [V],

σdésigne la conductivité du fluide [S/m],

Fest le facteur de formation électrique du milieu poreux, rapport entre la conductivité du fluide et la conductivité du milieu

Potentiel électrochimique

• Potentiel de diffusion

où :

•E_iest le potentiel électriquedu compartiment i

•[I]_ila concentrationde l'espèce perméanteIdu compartiment i(dans notre exemple Na⁺)

•Rla constante des gaz parfaits

•Tla températureen kelvin

•z la chargede l'ion perméant (avec le signe)

•Fla constante de Faraday

•(F= 96 485 C.mol^‐1= N eoù N est le nombre d'Avogadroet ela charge élémentairede l'électron)

•lnle logarithme népérien.

Potentiel de Nernst

• En diagraphie (forage), on l’appelle le potentiel de shale. Souvent 

associé à des différences de concentrations en NaCl.

Potentiels électrochimiques

Autres sources

Phénomène de couplage thermoélectrique:

•différence de potentiel causé par un gradient de température à travers  un échantillon de roche

•Causé (?) par une différence de diffusion thermique des ions dans le 

fluide des pores et des électrons et des ions donneurs dans la matrice 

rocheuse (effet Soret)

Potentiel de minéralisation

Potentiel de minéralisation

Exemples

Exemples

PS sur barrages pour fuite