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ACF - INTERNATIONAL
Utilisation du SYSCAL
dans le cadre de missions de prospection géophysique
UTILISATION DU SYSCAL
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UTILISATION DU SYSCAL
Utilisation du Syscal
dans le cadre de missions de prospection géophysique
UTILISATION DU SYSCAL
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UTILISATION DU SYSCAL
Ce rapport technique a été rédigé dans le cadre d’un projet de “recherche opérationnelle” financé
conjointement par l’organisation non-gouvernementale humanitaire Action contre la Faim, la Croix
Rouge Française et le Ministère des Affaires Etrangères.
Nous tenons à remercier toutes ces organisations et institutions pour avoir rendu ce travail possible.
UTILISATION DU SYSCAL
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INFORMATIONS LÉGALES
DÉCLARATION CONCERNANT LES DROITS D’AUTEUR
© ACF International - 2010
Reproduction autorisée, moyennant mention de la source, sauf spécification contraire. Si la
reproduction ou l’utilisation de données textuelles et multimédias (son, images, logiciels, etc.) sont
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et indiquera clairement les éventuelles restrictions d’utilisation.
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Le présent document vise à promouvoir l’accès du public aux informations relatives à ses initiatives
et aux politiques d’Action contre la Faim en général. Notre objectif est de diffuser des informations
exactes et à jour à la date de création. Nous nous efforcerons de corriger les erreurs qui nous seront
signalées. Toutefois, ACF n’assume aucune responsabilité quant aux informations que contient le
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pour lesquels ACF décline toute responsabilité ;
• ne constituent pas de manière exhaustive un avis juridique.
La présente clause de non-responsabilité n’a pas pour but de limiter la responsabilité d’ACF de
manière contraire aux exigences posées dans les législations nationales applicables ou d’exclure
sa responsabilité dans les cas où elle ne peut l’être en vertu des dites législations.
Cet ouvrage a été rédigé par le Dr Johan Hoareau (ACF), sous la supervision de Dr Jean Lapegue (ACF),
et avec la collaboration d’Isabelle Livovschi, dans le cadre des activités de la Direction Scientifique et
Technique ACF-France.
Conception graphique : Céline Beuvin
Photo de couverture : © Jean Lapegue
Achevé d’imprimer en juin 2010 sur les presses de Cap Impression - 9, rue Salvador Allende - Z.I. des Glaises - 91120 Palaiseau
Imprimé sur papier recyclé Cyclus Print
Dépôt légal : Juin 2010
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UTILISATION DU SYSCAL
INTRODUCTION
Ce document n’est pas un cours de géophysique ! Il s’adresse aux géophysiciens devant réaliser
des mesures de prospection électrique à l’aide du Syscal R1 Plus Switch 72 fabriqué par Iris
Instruments. Son but est de donner à son utilisateur quelques bases et quelques conseils pour lui
permettre de réaliser des mesures fiables avec cet appareil et à les interpréter correctement.
Pour plus de détails sur la technique, on peut se reporter au livre Eau, assainissement et
hygiène pour les populations à risque (2006) édité par Action contre la Faim, au Cours Online de
Géophysique (http://www-ig.unil. ch/cours/index.htm) de l’Université de Lausanne (dont ce document
s’inspire fortement), et aux documents techniques édités par Iris Instruments sur leur site web
(http://www.iris-instruments.com/index.html). L’organisation du document suit trois parties :
1. La première partie présente les définitions des principaux termes employés, les notions de
résistivité électrique et les techniques de mesure utilisées.
2. La seconde partie est centrée sur l’appareil Syscal R1 Plus, son mode de fonctionnement et
son utilisation.
3. La troisième partie présente quelques exemples de résultats de prospections électriques
réalisées à l’aide de cet appareil. D’autres exemples peuvent être trouvés dans les rapports
de mission ACF ou sur le web.
Notons toutefois que ce document n’est pas supposé se substituer au manuel d’utilisation du
Syscal, qui reste le document de référence pour cet appareil. Quelques documents techniques
intéressants et édités par Iris Instruments sont présentés en Annexe.
UTILISATION DU SYSCAL
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UTILISATION DU SYSCAL
Table des matières
Principe général
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Le Syscal
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Exemples d’application
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Annexes
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Généralités
Mesures effectuées
La résistivité électrique
Techniques de mesure
Dispositifs de mesure
Interprétation des mesures
Principe
Limites de l’interprétation
Introduction
Réalisation d’un panneau électrique
Préparation du matériel nécessaire
Sélection du profil de mesure
Préparation de la séquence de mesure
Préparation du profil
Mise en place des électrodes et des câbles
Connexions
Mise en route et lancement de la mesure
Fin de la mesure et rangement du matériel
Quelques conseils pour l’interprétation
A propos des données
A propos du nombre d’itérations
A propos du modèle
A propos de la topographie
A propos de l’erreur RMS
Présentation des résultats
Exemple d’utilisation en zone de socle
Contexte de l’étude
Utilisation de la technique du panneau électrique
Résumé de la démarche
Exemple d’utilisation en milieu côtier
Site d’étude
Panneau électrique réalisé sur un couvert argileux
Panneau électrique réalisé sur le sable sec
Annexes A : Le Syscal R1 Plus Switch 72
Annexes B : Réalisation pas à pas d’un panneau
Annexes C : Réalisation pas à pas d’un sondage
Références bibliographiques
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UTILISATION DU SYSCAL
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UTILISATION DU SYSCAL
Chapitre 1
PRINCIPE GÉNÉRAL
Prospection électrique à courant continu
UTILISATION DU SYSCAL
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GÉNÉRALITÉS
L’objectif d’une prospection électrique est de déterminer la distribution des valeurs de résistivité
électrique du sous-sol à partir de mesures réalisées en surface du sol. Dans le cadre de ce document,
nous nous intéresserons à deux techniques de prospection :
• la technique de sondage électrique, utilisée pour l’étude des terrains présentant des variations
de résistivité électrique avec la profondeur uniquement (en une dimension, ou 1D) ;
• la technique de panneau électrique, appelée également imagerie (ou tomographie) de résistivité
électrique, pour l’étude des terrains présentant des variations de résistivité électrique en deux
dimensions (2D, avec la profondeur et suivant une direction définie).
MESURES EFFECTUÉES
LA RÉSISTIVITÉ ÉLECTRIQUE
La résistivité électrique d’un matériau, exprimée en Ωm, représente la capacité de ce matériau à
s’opposer au passage d’un courant électrique. Elle représente l’inverse de la conductivité électrique σ, exprimée en S/m.
A l’exception des minéraux métalliques, des argiles hydratées ou du graphite, les minéraux constitutifs
des formations géologiques présentent majoritairement des résistivités importantes (Kirsch, 2006).
Pour cette raison, la circulation de courant électrique dans le sous-sol s’effectue principalement par
conduction électrolytique à travers l’eau contenue dans ces formations. Ainsi, la résistivité électrique
d’une formation géologique ne contenant pas de minéraux conducteurs dépend essentiellement
(McNeill, 1980) :
• de la quantité d’eau présente (de la porosité) ;
• de la distribution de cette eau (la connectivité des pores) ;
• de la minéralisation de cette eau (de sa qualité).
En conséquence, connaître la distribution des valeurs de résistivité dans le sous-sol peut permettre
de distinguer les formations géologiques présentes à travers la quantité d’eau qu’elles contiennent
ou la qualité de cette eau, informations précieuses dans le cadre d’une étude hydrogéologique.
TECHNIQUES DE MESURE
La résistivité électrique ρ d’une formation peut être déduite de la résistivité apparente ρa, une
grandeur calculée à partir de la mesure de la différence de potentiel ∆V (en volts) entre deux électrodes
M et N pendant l’injection d’un courant continu I (en ampères) entre deux autres électrodes A et B
(Figures 1.1 et 1.2).
Cette résistivité apparente ρa dépend alors de la disposition des électrodes et de la répartition des
résistivités dans le sous-sol.
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UTILISATION DU SYSCAL
© Chapellier, 2000
Figure 1.1 – Mesure de la différence de potentiel entre les électrodes M et N pendant
l’injection de courant entre les électrodes A et B dans un terrain de résistivité ρ.
Attention à la simplification de l’image : les filets de courant ne sont pas compris
dans un plan vertical uniquement (Figure 1.2).
Figure 1.2 – Illustration représentant les équipotentielles et
filets de courant dans un terrain de résistivité ρ.
UTILISATION DU SYSCAL
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Elle s’exprime selon :
ρa
K=
∆V
I
où K est un coefficient géométrique (m) dépendant de la disposition des électrodes de courant
(A et B) et de potentiel (M et N). Différents arrangements géométriques ou « dispositifs » sont
possibles pour ces quatre électrodes, chacun présentant une certaine sensibilité à la façon dont
varie la résistivité au sein du milieu étudié (Dahlin et Zhou, 2004 ; Loke, 2004).
La profondeur d’investigation des deux techniques décrites dans les sections ci-dessous augmente
avec les dimensions du dispositif utilisé : plus l’écartement entre les électrodes augmente, plus
la mesure concerne des terrains profonds. Cette augmentation de la profondeur s’accompagne
toutefois d’une baisse de résolution, qui peut être conséquente pour les terrains profonds.
En une dimension : le sondage électrique
La réalisation d’un sondage électrique consiste à réaliser des mesures de résistivité apparente ρa en
faisant varier l’écartement des électrodes de courant et de potentiel (les dimensions du dispositif de
mesure) par rapport à un point central fixe (Figure 1.3). Les différentes mesures fournissent alors une
courbe de sondage de la résistivité apparente en fonction des dimensions du dispositif (pseudoprofondeur). Cette courbe est ensuite interprétée en considérant que les variations de résistivité
électriques dans le terrain étudié ne se font qu’en une dimension (hypothèse 1D) pour obtenir la
variation de résistivité en fonction de la profondeur.
Cette technique, efficace et simple à mettre en place, fournit une information en profondeur à partir
d’une interprétation 1D des mesures. Elle est donc très sensible aux variations latérales de résistivité
© Johan Hoareau
du sous-sol, qui ne sont pas prises en compte lors de l’interprétation. Elle n’est donc réservée
qu’aux terrains tabulaires ne présentant pas de variations de résistivité significatives à l’horizontale
dans la zone étudiée. Pour étudier les milieux à deux (ou trois) dimensions, le panneau électrique (ou
le couplage de plusieurs panneaux) est plus approprié.
Figure 1.3 – Principe d’un sondage électrique (dispositif Wenner Alpha).
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UTILISATION DU SYSCAL
En deux dimensions : le panneau électrique
© Johan Hoareau
Le panneau électrique (appelé également imagerie de résistivité électrique ou tomographie de
résistivité électrique) correspond à une succession de sondages électriques réalisés les uns à
côté des autres. Pour cela, un réseau d’électrodes est installé le long d’un profil rectiligne avec un
espacement constant a (Figure 1.4), choisi de façon à optimiser la longueur du profil, la profondeur
d’investigation et la résolution désirée (Chapellier, 2000). Les mesures sont présentées sous forme
de pseudo-section de résistivité apparente en fonction de la position le long du profil et de la
pseudo-profondeur.
Ces deux techniques sont classiquement utilisées pour définir les structures et la géométrie du
milieu souterrain. Leur simplicité et leur faible coût les rendent populaires en milieu côtier (Urish et
Frohlich, 1990 ; Frohlich et al., 1994 ; Wilson et al., 2006 ; Vouillamoz et al., 2007), de socle (Larsson,
1984 ; Durand, 2005 ; Dewandel et al., 2006 ; Descloitres et al., 2008), ou karstique (Vouillamoz et
al., 2003 ; Chalikakis, 2006).
Figure 1.4 – Principe d’un panneau électrique (dispositif Wenner Alpha),
modifié d’après Loke (2004).
UTILISATION DU SYSCAL
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DISPOSITIFS DE MESURE
La réalisation d’une mesure nécessite de choisir préalablement un dispositif d’acquisition, c’est à
dire une géométrie pour les électrodes. Chaque dispositif est caractérisé par une certaine profondeur
d’investigation et un certain pouvoir de résolution. Sans rentrer dans le détail, nous donnerons ici les
grandes caractéristiques des dispositifs principaux utilisés en prospection.
Dispositif Wenner Alpha
© Chapellier, 2000
Le dispositif Wenner Alpha (Figure 1.5) est recommandé pour l’étude des terrains présentant
des structures horizontales, comme les terrains stratifiés, mais est peu sensible à la présence de
structures verticales fines (comme un dyke par exemple). La profondeur d’investigation et le nombre
de points à l’acquisition sont inférieurs à ceux des dispositifs Dipôle-Dipôle et Wenner-Schlumberger,
en particulier sur les bords du profil (Chapellier, 2000).
Figure 1.5 – Dispositif Wenner Alpha.
Dispositif Wenner-Schlumberger
© Chapellier, 2000
L’emploi du dispositif Wenner-Schlumberger (Figure 1.6) est recommandé pour les terrains
présentant à la fois des structures horizontales et verticales. La profondeur d’investigation obtenue
est plus élevée qu’avec le Wenner Alpha, et le nombre de points à l’acquisition est plus important.
C’est un dispositif généralement peu bruité.
Figure 1.6 – Dispositif Wenner Schlumberger.
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UTILISATION DU SYSCAL
Dispositif Dipôle-Dipôle
© Chapellier, 2000
Le dispositif Dipôle-Dipôle (Figure 1.7) est recommandé surtout pour l’étude des terrains
présentant des structures verticales (dyke, contact vertical entre deux formations). Il est sensible
aux structures horizontales (comme les terrains présentant une stratification horizontale). Sa
profondeur d’investigation est plus grande que pour les dispositifs Wenner Alpha et WennerSchlumberger. Le nombre de points d’acquisition est également plus important (Chapellier,
2000).
Figure 1.7 – Dispositif Dipôle-Dipôle.
© Chapellier, 2000
Le dispositif Wenner Beta (Figure 1.8) est un cas particulier du dispositif Dipôle-Dipôle.
Figure 1.8 – Dispositif Wenner Beta.
Dispositif Pôle-Dipôle
Le dispositif Pôle-Dipôle (Figure 1.9) est un dispositif asymétrique, dû au placement d’une des
électrodes de courant « à l’infini » (à une grande distance du point de mesure). La profondeur
d’investigation obtenue est plus importante que celle obtenue avec le dispositif Dipôle-Dipôle.
Toutefois, ce dispositif tend à être sensible au bruit.
UTILISATION DU SYSCAL
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© Chapellier, 2000
Figure 1.9 – Dispositif Pôle-Dipôle.
Dispositif Pôle-Pôle
Dans le cas du dispositif Pôle-Pôle (Figure 1.10), deux électrodes (une de courant et une de potentiel)
sont mises à l’infini. Ce dispositif présente la profondeur d’investigation la plus grande et un nombre
de points d’acquisition important. Toutefois, sa résolution est faible, et il tend à être très sensible au
bruit ambiant.
Le choix du (ou des) dispositif(s) à employer pour l’étude d’un terrain repose donc sur :
• le type de structure que l’on cherche à définir (une stratification horizontale ou un contact
vertical par exemple) ;
• la profondeur de cette structure ;
• les caractéristiques du profil (longueur, nombre d’électrodes) ;
© Chapellier, 2000
• le bruit ambiant.
Figure 1.10 – Dispositif Pôle-Pôle.
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UTILISATION DU SYSCAL
INTERPRÉTATION DES MESURES
PRINCIPE
© Chapellier, 2000
L’interprétation des sondages ou panneaux électriques consiste à définir – à l’aide d’une procédure
d’inversion – un modèle de structure du sol (résistivité en fonction de la profondeur) qui puisse reproduire
les données mesurées. En d’autres termes, il s’agit de convertir les résistivités apparentes obtenues
avec les mesures réalisées en surface en résistivité « vraies » du sous-sol sous la forme d’un modèle
mathématique de structure du sol. Cette opération est aujourd’hui effectuée de manière routinière par
des logiciels spécialisés, pour les sondages (Figure 1.11) et pour les panneaux (Figure 1.12).
© Chapellier, 2000
Figure 1.11 – Principe de l’interprétation d’un sondage électrique
par méthode itérative (Chapellier, 2000).
Figure 1.12 – Principe de l’interprétation d’un panneau électrique
par méthode iterative (Chapellier, 2000).
UTILISATION DU SYSCAL
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Les différentes étapes des interprétations présentées Figures 1.11 et 1.12 peuvent être détaillées
(Chapellier, 2000) :
1. Un modèle (C) est tout d’abord élaboré soit à partir des données de résistivités apparentes
mesurées (A), soit à partir d’informations fournies par l’utilisateur.
2. L’algorithme calcule ensuite la réponse de ce modèle en y effectuant une « acquisition fictive »,
le problème direct (c’est à dire le calcul de résistivités apparentes à partir des résistivités vraies)
étant connu (étape 1). On obtient alors le profil calculé (B).
3. L’algorithme détermine alors le degré de différence entre les données mesurées (A) et le profil
calculé (B) selon un certain critère (étape 2). Le modèle est ensuite modifié dans le but de
diminuer le degré de différence (erreur) entre (A) et (B) (étape 3). L’opération est alors répétée de
manière itérative jusqu’à ce que le processus converge (c’est à dire que l’erreur ne diminue plus
de manière significative).
LIMITES DE L’INTERPRÉTATION
Principe d’équivalence
La solution définie par ce processus d’inversion n’est pas unique : lors de l’interprétation d’un
sondage électrique, plusieurs modèles de structure du sol (résistivité/épaisseur) différents peuvent
reproduire aussi bien une même mesure. Cette indétermination est illustrée en premier lieu par la
notion d’équivalence, qui est particulièrement forte dans le cas où une couche conductrice fine
est située entre deux couches résistantes. Dans ce cas, seul le rapport ∆z/ρ de cette couche (la
conductance longitudinale) pourra être déterminé. De la même manière, pour une formation résistante
fine située entre deux formations conductrices, seule la résistance transversale ∆z/ρ sera définie. Il
existera donc une infinité de couples (∆zi ; ρi ) permettant de caractériser ces couches. L’estimation
de la résistivité des terrains profonds est également sujette à une certaine indétermination, due à un
manque de résolution en profondeur.
Toutes ces solutions équivalentes ne sont toutefois que des solutions mathématiques : certaines
peuvent être très différentes, voire complètement aberrantes par rapport à la structure du terrain
étudié. La sélection du modèle « correct » parmi ces solutions nécessite donc des connaissances a
priori sur le terrain étudié, ou l’acquisition d’informations complémentaires permettant de contraindre
cette interprétation.
Notion de suppression
L’indétermination peut également être illustrée par la notion de suppression, qui masque les terrains
ne présentant pas un contraste de résistivité suffisant par rapport aux formations avoisinantes.
De manière générale, lorsqu’on ne dispose pas d’information a priori, on cherche à définir le
modèle résistivité/épaisseur le plus simple possible pour interpréter des mesures. Si l’on dispose
d’informations provenant d’un log de forage par exemple, celles-ci doivent obligatoirement être
prises en compte dans l’interprétation.
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UTILISATION DU SYSCAL
Contact avec le milieu
Enfin, ces deux techniques sont basées sur une injection de courant dans le sol à partir d’un contact
entre une électrode et le milieu étudié. Ceci peut s’avérer problématique dans le cas où le milieu en
surface est fortement résistant, comme le sable sec ou très dur, comme une roche saine affleurante.
Il est toutefois possible d’améliorer le contact entre l’électrode et le milieu dans certains cas en
utilisant différentes techniques qui seront présentées dans la partie suivante. Dans le cas où aucune
amélioration n’est possible, l’utilisation de techniques de prospection électromagnétiques (sans
contact avec le sol) peut s’avérer plus pratique.
UTILISATION DU SYSCAL
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UTILISATION DU SYSCAL
Chapitre 2
LE SYSCAL R1 PLUS SWITCH 72
Présentation et utilisation
UTILISATION DU SYSCAL
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Introduction
© Johan Hoareau
Le Syscal R1 Plus Switch 72 est un résistivimètre permettant l’utilisation d’un réseau de 72
électrodes au maximum. Il est constitué d’une unité centrale combinant les fonctions d’injection
de courant et de mesure de la différence de potentiel engendrée (Figure 2.1). Les électrodes sont
reliées à cette unité par le biais de câbles spéciaux (câbles multiélectrodes) branchés directement
au dos de l’appareil (les câbles jaunes des Figures 2.1 et 2.2).
La configuration de l’appareil pour la réalisation d’une mesure se fait en deux temps : dans un
premier temps à l’aide d’un ordinateur et de logiciels spécialisés qui permettent de définir une
séquence de mesure (qui indique à l’appareil les différentes mesures qu’il doit effectuer), puis, une
fois la séquence transférée dans la mémoire de l’appareil, avec le clavier de l’appareil lui-même.
Une fois correctement paramétré et connecté, cet appareil joue différents rôles :
• le rôle de multinode, qui lui permet de reconnaître chacune des électrodes connectée aux
câbles (leur emplacement, leur ordre) ;
• le rôle de multiplexeur, afin d’attribuer un rôle à chaque électrode au fur et à mesure du
déroulement de l’acquisition ;
• le rôle de résistivimètre, afin d’injecter le courant et de mesurer la différence de potentiel ;
• le rôle de batterie afin d’assurer l’injection et la mesure.
Figure 2.1 – Syscal R1 Plus Switch 72 avec bobines d’enroulement.
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UTILISATION DU SYSCAL
© Johan Hoareau
© Johan Hoareau
Figure 2.2 – Façade supérieure du Syscal R1 Plus Switch 72 et
des connexions des câbles multiélectrodes sur la façade arrière.
Figure 2.3 – Clavier du Syscal et description des différentes fonctions.
UTILISATION DU SYSCAL
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Ce rassemblement des différentes fonctions permet de réduire la quantité d’équipement nécessaire
sur le terrain, et de simplifier grandement les connexions des électrodes à l’unité centrale. De
plus, cet appareil dispose d’un système d’ajustement automatique du courant qui lui permet de
sélectionner le courant d’injection permettant une mesure correcte de différence de potentiel tout
en préservant la batterie.
L’appareil est piloté sur le terrain à l’aide d’un clavier en place sur la face supérieure (Figure 2.3). La
première opération à réaliser avant toute chose est de vérifier la charge des batteries de l’appareil
(une pour l’injection de courant et l’autre pour la réception), à l’aide du bouton BATT. Celle-ci doit
être comprise entre 50 et 100 % pour assurer la réalisation d’une mesure. Une batterie de voiture
(12 V) peut être connectée à l’appareil pour remplacer la batterie interne d’injection si celle-ci est
déchargée.
RÉALISATION D’UN PANNEAU ÉLECTRIQUE
La réalisation d’un panneau électrique avec cet appareil nécessite l’accomplissement de différentes
étapes, qui seront décrites dans les sous-sections suivantes. Si l’on devait résumer, il s’agit de
préparer un profil rectiligne (le plus rectiligne possible !) permettant l’installation de l’équipement et
la réalisation des mesures. Parmi les étapes principales, nous distinguerons :
1. La préparation du matériel nécessaire
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
La sélection du profil de mesure
La préparation de la (des) séquence(s) de mesure
La préparation du profil
La mise en place des électrodes
Les connexions des câbles multiélectrodes aux électrodes et au Syscal
La mise en route et la vérification des connexions
Le lancement de la mesure
La fin de la mesure et le rangement du matériel
Notons également que les différents paramètres du profil (opérateur, lieu, date, heure, direction,
nombre d’électrodes, séquence utilisée...) doivent être rapportés avec soin sur une fiche de mesure
appropriée.
En fonction des caractéristiques du terrain et du nombre d’électrodes employées, la mise en place
du profil peut prendre un temps important (plusieurs heures). La mesure elle-même dure de 30
à plus de 60 minutes pour 72 électrodes. Lors de la préparation de la journée de terrain, il peut
être bon de penser à se réserver du temps pour répéter une mesure au cas où celle-ci aurait été
perturbée (Par exemple, il nous est arrivé que des personnes débranchent 12 électrodes sans nous
prévenir, pendant la mesure, pour passer avec une voiture).
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UTILISATION DU SYSCAL
PRÉPARATION DU MATÉRIEL NÉCESSAIRE
Le matériel à prévoir pour la réalisation de mesure peut être constitué des éléments suivants :
• le Syscal avec ses câbles multiélectrodes, des électrodes et les différents câbles de connexion
(électrodes/câbles et Syscal/PC) ;
• un ordinateur portable de terrain ;
• une boussole de visée ;
• des machettes et des gants pour la réalisation des layons ;
• des décamètres, de préférence longs (100 mètres) et non métalliques ;
• des marteaux pour la mise en place des électrodes ;
• des chambres à air de vélo usagées (pour réaliser des connexions entre le câble multiélectrode
et les électrodes) et des ciseaux ;
• du câble électrique en cuivre (pour remplacer une connexion) ;
• du scotch d’électricien ;
• une batterie 12 volts (chargée) afin de remplacer la batterie interne de l’appareil lorsque celle-ci
est déchargée ;
• un voltmètre ;
• une bombe d’air sec (utilisée pour le nettoyage des ordinateurs normalement) afin de nettoyer
les différentes connectiques ;
• du matériel de topographie ;
• une table, des chaises et de quoi s’abriter (parasol ou bâches, la mesure peut être longue,
ensoleillée voire pluvieuse) ;
• de quoi écrire, un carnet de terrain et des fiches de mesure ;
• de l’eau pour arroser les électrodes (au cas où), mais aussi pour boire.
En termes de logiciels, la combinaison des programmes suivants (ou de leur équivalent) est
indispensable :
• le logiciel Electre II (Iris Instruments, gratuit) pour la création des séquences de mesure ;
• le logiciel Prosys II (Iris Instruments, gratuit) pour la récupération des mesures et leur
traitement ;
• un logiciel d’interprétation des mesures comme Res2dInv (Geotomo Software, payant) ;
• le pilote de connexion entre le PC et le Syscal (Iris Instruments).
Ces logiciels doivent être installés sur le PC utilisé lors des mesures de terrain, et une copie de
sauvegarde doit être archivée dans le logiciel au cas où. Il peut être bien d’avoir également les
logiciels suivants (qui sont tous payants) :
• X2Ipi (Moscow State University) qui permet de combiner des profils, de créer des séquences,
de traiter les données mesurées ;
• Surfer (Golden Software) qui permet de représenter facilement les sections de résistivité
interprétées.
UTILISATION DU SYSCAL
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SÉLECTION DU PROFIL DE MESURE
© Johan Hoareau
La technique de panneau électrique permet d’étudier des terrains présentant des variations de
résistivité électrique en deux dimensions : avec la profondeur et suivant une direction. Toutefois, la
direction dans laquelle le profil est mis en place est importante : en effet, l’utilisation de la technique
de panneau électrique implique que la résistivité ne varie pas dans la direction perpendiculaire au
panneau.
On retiendra alors que la direction du profil doit être perpendiculaire à la direction des structures que
l’on souhaite imager. Ainsi, en présence d’un contact vertical entre deux formations géologiques
(Figure 2.4), on orientera le profil perpendiculairement à la direction de ce contact. Orienter le profil
parallèlement au contact reviendrait à ne plus respecter les hypothèses sur lesquelles repose cette
méthode, et à obtenir des résultats difficilement interprétables.
Figure 2.4 – Positionnement correct d’un panneau électrique
par rapport à une structure à imager.
PRÉPARATION DE LA SÉQUENCE DE MESURE
La séquence de mesure doit être préparée à l’aide de logiciels spécialisés, comme le logiciel
Electre II (Iris Instruments) ou le logiciel X2IPI (Moscow State University). L’utilisateur y spécifie
différents paramètres :
• le type de câble multiélectrode (le nombre de prises d’électrode pour chaque câble) ;
• le nombre d’électrodes ;
• l’espacement inter-électrodes ;
• le dispositif à utiliser ;
• les paramètres de la mesure (nombre de répétitions (stacks), durée d’injection, erreur
acceptable, mode de mesure).
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UTILISATION DU SYSCAL
Le détail de ces opérations est traité dans le manuel pas-à-pas du Syscal (Annexe B), et ne sera pas
traité en détail dans ce rapport. Un nombre de répétitions minimum de 3 et maximum de 6 permet
d’assurer généralement une bonne vérification des mesures, avec une erreur acceptable q égale à
zéro.
Notons simplement que la communication entre l’ordinateur et le Syscal n’est possible que lorsque
le pilote de communication « PC-Syscal » est installé sur l’ordinateur. Sans ce pilote (disponible sur
le site web d’Iris Instruments ou sur les CDs qui accompagnent l’appareil), aucune communication
n’est possible.
PRÉPARATION DU PROFIL
© Mathilde Grammare
La préparation du profil sur le terrain est une étape importante de la réalisation des mesures. En
forêt, ou en présence de hautes herbes, et plus généralement en cas de non-visibilité, un layon
doit être préparé. Il convient alors de dégager suffisamment d’espace pour que l’installation des
électrodes, la mise en place et le rangement des câbles soient possibles, et que la circulation le long
du profil soit aisée (Figure 2.5). Lorsque la visibilité le permet (profil le long d’un chemin rectiligne par
exemple), ce travail peut être fortement réduit (Figure 2.6, à comparer avec la Figure 2.7).
Figure 2.5 – Exemple de layon en zone non-dégagée pour la réalisation
d’un panneau électrique (fait à la machette).
La direction de ce profil doit être définie soigneusement à la boussole de visée, pour être le plus
rectiligne possible. En fonction de la longueur désirée (égale au nombre total d’électrodes moins une
multiplié par l’espacement inter-électrodes choisi), un ou plusieurs décamètres seront nécessaires
pour définir la position des extrémités du profil et des électrodes à mettre en place.
UTILISATION DU SYSCAL
29
© Mathilde Grammare
© Mathilde Grammare
Figure 2.6 – Autre exemple de layon en zone dégagée, avec une connexion
d’électrode (en orange) et le câble multiélectrode (jaune) au premier plan.
Figure 2.7 – Autre exemple de layon en forêt.
Chaque piquet représente la position d’une électrode à installer.
30
UTILISATION DU SYSCAL
Une possibilité est de définir un point du profil (le centre ou une extrémité par exemple), de planter
une électrode à laquelle seront attachés le(s) décamètre(s), et de tendre ces derniers dans la direction
du profil.
MISE EN PLACE DES ÉLECTRODES ET DES CÂBLES
Une fois le profil prêt, et les décamètres en place, les électrodes peuvent être mises en place
aux emplacements définis par l’espacement inter-électrodes. Celles-ci doivent être enfoncées
suffisamment pour assurer un bon contact avec le sol, en particulier si le sol est électriquement
résistant (sol sec par exemple). Une procédure automatisée permet de vérifier si le contact est
correct pour la réalisation de la mesure.
Une fois les électrodes en place, les câbles multiélectrodes peuvent être déroulés et mis en place.
Pour cela, une personne déroule le câble multiélectrode en marchant tandis qu’une personne tient
la bobine. La première personne marche jusqu’à atteindre la dernière électrode à brancher sur ce
câble (par exemple, la 12ème pour un câble de 12 prises), puis revient vers son point de départ en
positionnant les prises du câble multiélectrode au niveau de chaque électrode, tout en prenant soin
d’arranger les longueurs de câble de façon à ce qu’elles ne gênent pas.
Une attention particulière doit être portée au maniement des câbles multiélectrodes : ceux-ci sont
fragiles, et coûteux. Ainsi, ils ne doivent surtout pas être déroulés en tirant par la prise de fin. En
effet, la connexion entre le câble et cette prise est la partie la plus fragile du câble multiélectrode.
CONNEXIONS
Connexion des électrodes aux câbles multiélectrodes
Une fois le système mis en place, plusieurs solutions existent pour la connexion des câbles
multiélectrodes aux électrodes :
• dans le cas où l’on dispose de connexions de type « pince crocodile », chaque électrode
peut être connectée au câble multiélectrode par le biais de ces pinces (Figure 2.8). Ces
connectiques sont très pratiques et rapides à utiliser, mais présentent l’inconvénient de
s’arracher facilement lorsqu’elles sont accrochées par un pied ou un équipement que l’on
déplace ;
• dans le cas contraire, la connexion peut être réalisée en utilisant des bandes de caoutchouc
découpées dans des chambres à air usagées, qui permettent, à la manière d’un élastique, de
plaquer l’électrode sur la prise du câble multiélectrode (Figure 2.9). L’avantage de la chambre
à air est qu’elle permet une bonne connexion tout en étant remplaçable facilement, et se
défait moins facilement que les pinces crocodiles.
Ainsi, même si l’on dispose des pinces crocodiles, il est important d’avoir dans l’équipement de
terrain quelques chambres à air au cas où une serait égarée. De la même façon, la connexion câble/
électrode peut être réalisée à l’aide d’un morceau de câble électrique et du scotch d’électricien,
mais cela est moins solide.
UTILISATION DU SYSCAL
31
Une fois le matériel mis en place, mais également au cours de la mesure, une attention particulière
© Johan Hoareau
doit être portée au maintien des connexions entre les électrodes et les câbles multiélectrodes.
Attention également à bien respecter l’ordre des électrodes et des prises du câble multiélectrodes
(de ne pas sauter une électrode ou une prise).
© Rémi Clément
Figure 2.8 – Connexion d’une électrode au câble multiélectrode à l’aide d’une
« pince crocodile ». Bien que facilement débranchables, ces connectiques
permettent de repérer les électrodes facilement (couleur orange).
Figure 2.9 – Connexion d’une électrode au câble multiélectrode
à l’aide d’un morceau de chambre à air.
32
UTILISATION DU SYSCAL
Connexion des câbles multiélectrodes entre eux
© Johan Hoareau
Entre chaque câble multiélectrodes, une boite de jonction doit être installée (Figure 2.10). Celle-ci
permet de relier deux câbles, et jusqu’à trois câbles avec le Syscal Switch 72 (jusqu’à un maximum
de 36 électrodes, soit trois câbles de 12 électrodes).
On peut conseiller de ne connecter ces boîtes de jonction qu’après avoir vérifié l’intégralité de
l’installation (qu’aucune prise n’a été oubliée, que les électrodes sont bien connectées, etc...).
Comme il s’agit de manipuler les prises des câbles multiélectrodes, ces connexions doivent être
réalisées avec soin. Bien vérifier qu’il n’y a pas d’humidité ou de corps étranger au niveau des prises,
car cela pourrait les endommager. Il peut être bon de nettoyer les connectiques avec une bombe
d’air sec avant les branchements.
Figure 2.10 – Boîte de jonction entre deux câbles multiélectrodes
(attention au maniement des prises des câbles multiélectrodes,
il s’agit de la partie la plus fragile du câble).
Connexion des câbles multiélectrodes au Syscal
La position du Syscal dans le profil doit être définie lors de la préparation de la séquence
d’acquisition. En effet, les deux prises arrières du Syscal contrôlent certaines électrodes bien
définies : les électrodes 1 à 36 pour la prise gauche, et 37 à 72 pour la prise droite (Photo 2.11).
Ainsi, la numérotation des électrodes, et donc la façon dont est construite la séquence de mesure,
doit tenir compte de la position de la façon dont les câbles multiélectrodes sont connectés au
Syscal.
Pour réaliser un panneau de 72 électrodes avec six câbles multiélectrodes comportant chacun
12 prises, trois devront être connectés entre eux à l’aide de boîte de jonction et branchés à
gauche, les trois autres également connectés entre eux seront branchés à droite (Figure 2.11).
Cette configuration n’est cependant valable que pour le Syscal Switch 72, pour lequel ce rapport
est réalisé.
UTILISATION DU SYSCAL
33
© Johan Hoareau
Figure 2.11 – Numérotation des électrodes en fonction des câbles utilisés.
© Johan Hoareau
Pour réaliser un panneau de 36 électrodes, différentes configurations sont possibles, en fonction
des numéros d’électrodes indiqués lors de la création de la séquence. Ces différentes possibilités
sont présentées Figure 2.12.
Figure 2.12 – Exemples de configurations possibles du Syscal pour un panneau
réalisé avec 36 électrodes et numérotation des électrodes associée
par l’appareil de manière automatique.
34
UTILISATION DU SYSCAL
MISE EN ROUTE ET LANCEMENT DE LA MESURE
Vérification des résistances de prise
© Jean-Michel Vouillamoz
Une fois l’installation terminée (Figure 2.13), une vérification des connexions du dispositif de mesure
et des résistances de prise est nécessaire. Une procédure automatisée est disponible, pendant
laquelle l’appareil vérifie le contact entre chaque couple d’électrode à l’aide d’une fonction appelée
RS-CHECK. Cette fonction mesure la résistance de prise entre deux électrodes et donne la valeur
pour un couple d’électrode en kΩ. Pour que la mesure puisse être réalisée, une résistance de prise
inférieure à 5 kΩ est nécessaire.
Si la valeur affichée est supérieure, cela peut être réglé de différentes façons :
• si la valeur affichée est très instable, vérifier que l’électrode « défectueuse » est bien branchée au
câble multiélectrode, ou que le câble multiélectrode est bien branché au Syscal (cela arrive...) ;
• vérifier que l’électrode est suffisamment enfoncée dans le sol (quelques coups de marteau
suffisent généralement pour réduire la résistance de prise) ;
• si le sol est trop résistant, arroser l’électrode au niveau de sa connexion avec le terrain avec
de l’eau salée ;
• doubler les électrodes peut également permettre de réduire significativement la résistance
de prise.
Figure 2.13 – Exemple de branchement du Syscal : on aperçoit la boîte de jonction au
premier plan, le câble multiélectrode mis en place (jaune), le décamètre (en blanc) et
le Syscal en arrière plan. Ce profil est réalisé avec un écartement entre les électrodes
très faibles (50 cm).
UTILISATION DU SYSCAL
35
Vérification au cours de la mesure
Lors d’une mesure, l’appareil sélectionne un quadripôle électrique, injecte le courant et mesure la
différence de potentiel engendrée (Figure 2.14). Cette procédure est répétée au moins trois fois afin
de s’assurer que la valeur mesurée est la même à chaque fois (on parle de procédure de stacking).
Le Syscal calcule l’écart type q des mesures et l’affiche à l’écran pour chaque série de stack, ce qui
permet de renseigner sur la qualité des acquisitions.
Le nombre de stacks (minimum et maximum) et la valeur minimale du paramètre q sont définis lors
de la création de la séquence, ou sur le terrain à l’aide du clavier du Syscal. La mesure est répétée
autant de fois que le nombre minimal de stack, jusqu’à ce que la valeur de q atteigne la valeur fixée
(généralement, on pose q = 0 %). Si cette valeur n’est pas atteinte, l’appareil réalise des stacks
supplémentaires, jusqu’au nombre maximal défini.
Ainsi, une fois la mesure lancée, il est nécessaire de contrôler les valeurs du paramètre q, afin qu’il
reste proche de la valeur fixée lors de la définition de la séquence. Celui-ci est affiché sur l’écran
(Figure 2.15) après chaque mesure.
Figure 2.14 – Affichage à l’écran du Syscal pendant la réalisation d’une mesure.
Figure 2.15 – Affichage à l’écran du Syscal après la réalisation d’une mesure.
36
UTILISATION DU SYSCAL
Topographie du profil
Lorsque le terrain présente de la topographie, celle-ci peut induire des effets perturbateurs sur les
mesures. Ces effets peuvent être pris en compte lors de l’interprétation dans le logiciel RES2DINV
(Geotomo Softwares) par exemple, à condition que la topographie du profil soit indiquée lors de
l’interprétation.
Pour cela, il est nécessaire de relever la topographie du profil par rapport à la position des
électrodes. Cette mesure peut être réalisée au cours de la mesure, à condition de prendre soin à ne
pas débrancher d’électrode malencontreusement en circulant autour du câble multiélectrode (une
mesure comprenant 72 électrodes dure généralement entre 30 et plus de 60 minutes en fonction
des paramètres de la séquence).
FIN DE LA MESURE ET RANGEMENT DU MATÉRIEL
Une fois la mesure terminée, et avant de ranger le matériel, il est absolument nécessaire de contrôler
la qualité des données. Cela se fait à l’aide d’un ordinateur, et permet de détecter d’éventuels
problèmes ayant eu lieu au cours de la mesure (électrode malencontreusement débranchée,
problème de transmission). Pour cela, les mesures doivent être transférées de la mémoire du Syscal
vers l’ordinateur et vérifiées à l’aide du logiciel PROSYS (Iris Instruments) par exemple (Annexe B).
Le rangement du matériel peut être réalisé de la façon suivante :
1. Débranchement des électrodes des câbles multiélectrodes.
2. Récupération des électrodes et des pinces crocodiles (attention, si les pinces crocodiles (de
couleur orange) sont enlevées avant de s’occuper des électrodes, on risque de ne plus voir
les électrodes sur le profil. L’idéal est de tout enlever ensemble, une personne s’occupe de la
pince et l’autre de l’électrode).
3. Débranchement des boîtes de jonction et du Syscal des câbles multiélectrodes ;
4. Roulement des câbles multiélectrodes.
Lors du débranchement des câbles multiélectrodes et des boîtes de jonction, il faut également faire
attention à bien mettre les bouchons de protection des prises, et de vérifier que le bouchon est sec
(afin d’éviter l’humidité au niveau des connexions des câbles). Ne pas hésiter à utiliser la bombe
d’air sec pour les nettoyer au cas où.
Le roulement des câbles multiélectrodes doit être réalisé avec soin, et ce afin de préserver le bon
fonctionnement de l’équipement. Une solution consiste à positionner la bobine au niveau d’une
extrémité avec une personne qui s’occupera de rouler le câble, pendant qu’une autre personne
récupère l’autre extrémité et la ramène au niveau de la bobine en laissant le câble traîner sur le
sol (attention toutefois de ne pas tirer le câble par la prise). Une fois les deux extrémités du câble
multiélectrode côte à côte, celui-ci peut être roulé. Ceci permet de rouler le câble sans que la prise
située à l’autre extrémité ne traîne sur le sol.
UTILISATION DU SYSCAL
37
QUELQUES CONSEILS POUR L’INTERPRÉTATION
L’objectif de cette section n’est pas de présenter l’interprétation pas-à-pas, mais de donner quelques
conseils relatifs à l’interprétation des résultats, et à leur présentation. On peut retenir de cette section
qu’il n’est pas utile de faire trop d’itérations, ni de compliquer le modèle d’interprétation.
A PROPOS DES DONNÉES
Avant de se lancer dans l’interprétation, il convient de bien vérifier la qualité des données, et la
dispersion des mesures les unes par rapport aux autres. La procédure est décrite Annexe B pour
les logiciels Prosys (Iris Instruments) et Res2dInv (Geotomo Software). La résistivité apparente étant
une grandeur intégratrice, celle-ci est supposée présenter des variations faibles d’une mesure à
l’autre. Ainsi, les fortes variations d’un point à l’autre sont généralement dues à des problèmes de
mesure et doivent être retirées.
A PROPOS DU NOMBRE D’ITÉRATIONS
Comme il est présenté dans le chapitre 1, l’interprétation est un processus itératif, pendant lequel
un logiciel tente de minimiser l’écart entre les mesures et un modèle. Bien que l’on ait tendance à
augmenter le nombre d’itérations pour diminuer cet écart, on peut considérer que l’interprétation
est terminée à partir du moment où l’erreur RMS ou ABS (qui quantifie l’écart entre le modèle et
les mesures) ne diminue plus de façon significative (variation de l’ordre de 0,5 à 1% avec l’itération
précédente). On peut retenir ainsi qu’il ne sert pas à grand chose d’augmenter indéfiniment le
nombre d’itérations.
A PROPOS DU MODÈLE
De manière générale, lorsqu’on ne dispose pas d’information a priori, il convient de privilégier
le modèle le plus simple possible pour interpréter des mesures. Si l’on dispose d’informations
provenant d’un log de forage par exemple ou des résultats obtenus à l’aide d’une autre technique,
celles-ci doivent obligatoirement être prises en compte dans l’interprétation.
38
UTILISATION DU SYSCAL
A PROPOS DE LA TOPOGRAPHIE
A moins que le terrain soit bien horizontal, ne pas oublier d’intégrer la topographie lors de
l’interprétation. Sans cela, l’interprétation peut être vraiment faussée.
A PROPOS DE L’ERREUR RMS
Il n’existe pas de « règle » ou de valeur limite de l’erreur RMS, la seule chose à savoir est que
celle-ci doit être la plus faible possible, sans pour autant réaliser trop d’itérations. Cinq itérations
sont généralement suffisantes pour obtenir une solution en accord avec les données, à moins que
les données ne soient bruitées ou posent un problème.
PRÉSENTATION DES RÉSULTATS
Les profils de résistivité interprétée doivent présenter :
• la direction du profil ;
• le nombre d’itérations ;
• l’erreur RMS ou ABS (en %).
UTILISATION DU SYSCAL
39
40
UTILISATION DU SYSCAL
Chapitre 3
EXEMPLES D’APPLICATION
UTILISATION DU SYSCAL
41
EXEMPLE D’UTILISATION EN ZONE DE SOCLE
Une prospection géophysique a été conduite sur la côte Ouest indienne, dans le district du Dakshina
Kannada, dans l’état du Karnataka (Hoareau, 2009). L’objectif de cette prospection était d’identifier
des sites favorables pour l’implantation de forages pour l’alimentation en eau potable. Un milieu
fracturé productif a été identifié, et a fait l’objet d’un pompage d’essai. L’interprétation de cet essai
a pu notamment être précisée par l’utilisation du panneau électrique.
CONTEXTE DE L’ÉTUDE
La zone étudiée (13°01’N, 74°79’E) est située à l’intérieur du campus d’un institut de recherche : le
National Institute of Technology of Karnataka (NITK), à 30 km de la ville de Mangalore. Elle est bordée
par la mer d’Arabie à l’Ouest et par un cours d’eau intermittent à l’Est (Figure 3.1).
A l’image de l’Inde péninsulaire, le socle de cette région est constitué de roches cristallines anciennes
(gneiss archéens), recoupées notamment par de nombreux dykes de dolérite (Manjunatha et Harry,
1994). Excepté le cas de certaines collines ou bas-fonds où elles affleurent, ces roches sont recouvertes
dans l’ensemble de la région par des formations latéritiques (Widdowson et Gunnell, 1999).
L’approvisionnement en eau dans cette région est réalisé par le biais de puits peu profonds (5 à
10 m) qui captent un aquifère situé dans la couverture latéritique, ou de forages profonds (50 à
200 m) qui permettent de capter les fractures du socle sain. Ces forages profonds présentent des
productivités très variables, qui soulignent l’hétérogénéité de ce milieu.
UTILISATION DE LA TECHNIQUE DU PANNEAU ÉLECTRIQUE
Mesures réalisées
Un total de 25 panneaux électriques a été réalisé sur le site du NITK afin d’estimer les structures
souterraines, et identifier ainsi les sites d’implantation de forage intéressants. Les panneaux ont
été réalisés principalement suivant deux directions : d’Est en Ouest (perpendiculaire à la mer
afin d’étudier les structures liées à l’intrusion saline) et du Nord au Sud (parallèle à la mer, afin
d’imager d’éventuelles hétérogénéités dans cette direction). Les localisations de ces panneaux sont
présentées Figure 3.1. La qualité des mesures s’est révélée bonne sur l’ensemble des profils.
Interprétation
L’interprétation des panneaux électriques a été réalisée à l’aide du logiciel RES2DINV (Geotomo
Software). Chaque panneau a fait l’objet de deux mesures : une mesure en Wenner-Schlumberger et
une en Wenner Beta. Les deux profils ont alors été combinés (à l’aide du logiciel X2IPI) et interprétés
comme un seul profil.
42
UTILISATION DU SYSCAL
© Johan Hoareau
© Johan Hoareau
Figure 3.1 – Localisation des profils de tomographie de résistivité électrique sur le site du NITK.
Figure 3.2 – Localisation des profils de tomographie de résistivité électrique et
des forages sur le site du NITK (les tubages de forage sont en PVC).
UTILISATION DU SYSCAL
43
Des forages ont été mis en place au niveau des structures géoélectriques principales identifiées
à l’aide des panneaux électriques. La combinaison des résultats d’interprétation des panneaux
électriques et des informations tirées des logs de forages a permis d’établir une correspondance
entre certaines gammes de résistivité électrique et les formations géologiques présentes sur ce
site. Ces correspondances, présentées dans le tableau 3.1, permettent d’interpréter les profils de
résistivité électrique en termes de modèle géologique.
Gamme de résistivité ( Ωm)
Type de roche
moins de 80
Formations argileuses
entre 80 et 400
Formations altérées
entre 400 et 800
Formations fracturées
de 800 à 8000
Roche peu fissurée / saine
Tableau 3.1 – Correspondances entre résistivité et géologie sur le site du NITK.
Le modèle défini à proximité du forage Bh10 est présenté Figure 3.3 comme un exemple. Ce forage
présente une productivité importante, synonyme dans ce genre de contexte de l’existence d’un
milieu fracturé.
Le modèle met en évidence une structure conductrice (60 Ωm) altérée qui recoupe le milieu plus
résistant (entre 400 et 800 Ωm) capté par les forages Bh10, Bh01 et Bh03. Lorsque l’on pompe dans
le puits Bh10, les puits Bh01 et Bh03 réagissent, mais le puits Bh02 ne montre aucune réaction.
Cette formation joue donc le rôle d’une limite à flux nul, ce dont il faut tenir compte si l’on cherche
à exploiter le puits Bh10 pour l’alimentation en eau potable. La présence de cette limite ne peut pas
être définie qu’à l’aide des mesures géophysiques (dans le cas où l’on ne dispose pas du forage
Bh02).
Les résultats géophysiques permettent donc de positionner une limite à flux nul orientée Est-Ouest,
à une distance d=26 m (entre 22 et 36 m) au Sud du puit de pompage. Connaissant la position de
cette limite, il devient possible de positionner des forages dans ce milieu fracturé, et d’interpréter
des pompages d’essai.
44
UTILISATION DU SYSCAL
© Johan Hoareau
Figure 3.3 – Profils de résistivité électrique T5 et T6 réalisés sur le site du NITK au niveau
des puits de pompage et d’observation et modèle géologique associé (pour le profil T6).
La limite d’interprétation des panneaux est estimée à partir de l’analyse de sensibilité
de l’interprétation géophysique réalisée par le logiciel Res2dInv (Geotomo Software).
UTILISATION DU SYSCAL
45
RÉSUMÉ DE LA DÉMARCHE
La démarche suivie lors de cette étude peut être résumée de la façon suivante :
1. Etude du site (bibliographie existante, affleurements, structures principales).
2. Identification des sites d’implantation des panneaux, préparation des profils.
3. Mesures et interprétations des panneaux électriques.
4. Forage au niveau des structures principales mises en évidence par les panneaux électriques.
5. Etablissement des correspondances entre géophysique et géologie.
6. Mise en place des forages, pompages d’essai.
Chaque journée de mesure (de 8h à 18h environ) peut être résumée de la façon suivante :
1. Préparation du profil (taille des arbres, dégagement du chemin).
2. Mise en place des électrodes avec les décamètres, connexion des câbles multiélectrodes et
de l’équipement.
3. Contrôle de l’installation, mesure des résistances de prises, ajustement si besoin ;
4. Lancement de la mesure.
5. Pendant le déroulement de la mesure (environ une heure), réalisation de la topographie par
une équipe, pendant que l’autre équipe préparait le layon du second profil.
6. Fin de la mesure : contrôle de la qualité des données et répétition des mesures (si besoin) ou
rangement du matériel.
7. Si le temps le permet, réalisation du second profil.
Toutefois, on conseille plutôt la réalisation d’un profil par jour, afin de maximiser la qualité des
données et d’éviter d’enlever les électrodes une fois la nuit tombée.
46
UTILISATION DU SYSCAL
EXEMPLE D’UTILISATION EN MILIEU CÔTIER
Une prospection géophysique a été conduite sur un cordon sableux côtier situé dans le district du
Dakshina Kannada (Hoareau, 2009). L’objectif de cette prospection était d’étudier les ressources
en eau présentes sur ce cordon sableux. Pour cela, différentes techniques géophysiques ont été
utilisées, dont notamment la technique de panneau électrique.
Avant toute chose, il faut préciser que la technique de panneau électrique seule n’est pas vraiment
adaptée à l’étude de ce genre de milieu. En effet, la forte résistance électrique du sable sec (plusieurs
milliers d’Ωm généralement) rend l’injection de courant dans le sol compliquée. De plus, la présence
de terrains conducteurs (le sable saturé d’eau salée) limite la profondeur d’investigation.
Nous l’avons utilisée sur ce site essentiellement pour évaluer l’hétérogénéité des structures du
sous-sol sur l’ensemble du site.
SITE D’ÉTUDE
La frange côtière du district du Dakshina Kannada se caractérise par la présence de longues plages
étroites et de cordons sableux reposant sur le socle gneissique. L’estuaire de la rivière Pavanje est
formé notamment par un de ces cordons (le cordon de Sasihithlu), qui s’étire parallèlement à la côte
sur cinq kilomètres, avec une largeur moyenne de 250 m (Figure 3.4).
L’approvisionnement en eau sur ce cordon est assuré par une nappe peu profonde (1 à 2 m par
rapport au sol), captée par des puits peu profonds exploités de façon manuelle. La conductivité
électrique de l’eau souterraine varie au cours de l’année avec les précipitations, ainsi qu’en fonction
de la localisation sur le cordon.
PANNEAU ÉLECTRIQUE RÉALISÉ SUR UN COUVERT ARGILEUX
Objectif de la mesure
Le premier panneau électrique présenté a été réalisé dans la longueur du cordon, le long du chemin
qui permet de se rendre du village de Sasihithlu (au Sud) à la pointe Nord du cordon (Panneau
L1, Figure 3.5). Il s’agit d’un panneau de 72 électrodes, avec un espacement inter-électrode de
8 m, et l’utilisation conjointe des dispositifs Wenner Schlumberger et Wenner beta. L’idée était
d’évaluer l’hétérogénéité du sous-sol entre les parties Nord et Sud, et donc d’avoir une profondeur
d’investigation importante (d’où l’utilisation d’un espacement inter-électrode important).
Particularité de la mesure
Le profil a pu être mis en place au niveau du chemin, qui était constitué d’une couverture argileuse
sèche. Les électrodes ont été arrosées à l’eau de mer avant le lancement de la mesure afin de
UTILISATION DU SYSCAL
47
réduire les résistances de prise (plus de 15 kΩ en moyenne). La journée étant fortement ensoleillée,
© Johan Hoareau
les électrodes ont de plus été protégées avec de l’herbe sèche (Figure 3.6) pour éviter que l’eau ne
s’évapore trop rapidement.
Figure 3.4 – Localisation du cordon sableux de Sasihitlu (Photo : Google Earth, 2004).
48
UTILISATION DU SYSCAL
© Johan Hoareau
Figure 3.5 – Localisation des mesures électriques sur le cordon sableux de Sasihitlu.
UTILISATION DU SYSCAL
49
© Johan Hoareau
Figure 3.6 – Electrode arrosée et protégée avec de l’herbe sèche
pour éviter l’évaporation trop rapide.
Au cours de cette mesure, une douzaine d’électrodes ont été débranchées par des gens voulant
passer en voiture sur ce terrain. Or, l’appareil n’indique pas qu’une électrode est débranchée, il
réalise une mesure qui ne sera pas prise en compte lors du traitement des données (l’écart type de
ce genre de mesure atteint généralement q=100%). Il est donc important de contrôler son profil au
cours de la mesure.
Résultats
© Johan Hoareau
Les données obtenues ont été de qualité correcte. Toutefois, l’interprétation présente une qualité
moyenne, avec une erreur de l’ordre de 13% (Figure 3.7). Ceci indique qu’il faut faire très attention
aux conclusions que l’on tire de l’interprétation de ce panneau. Le mieux à faire dans ce cas là est
de contraindre ce résultat avec des résultats obtenus à l’aide d’autres techniques (comme le TDEM
par exemple).
Figure 3.7 – Interprétation proposée pour le panneau électrique réalisé
dans la longueur du cordon.
50
UTILISATION DU SYSCAL
Le fait que l’interprétation soit moins bonne qu’en domaine de socle (chapitre précédent) peut être
dû au fait que le panneau est réalisé en suivant la direction du cordon, parallèle à la direction de deux
hétérogénéités fortes : le bord de mer et le bord de la rivière. Ainsi, le fait que l’on soit parallèle aux
hétérogénéités perturbe la mesure en 2D (cf. Figure 2.4, page 35).
PANNEAU ÉLECTRIQUE RÉALISÉ SUR LE SABLE SEC
Objectif de la mesure
Sur ce même site, des panneaux électriques ont été réalisés dans la largeur du cordon, entre la mer
et le lagon (Figure 3.5). L’objectif de ces panneaux était d’estimer les structures souterraines dans la
direction de l’intrusion saline. Pour cela, trois panneaux ont été réalisés entre le Nord et le Sud du site.
Particularité de la mesure
© Johan Hoareau
Par rapport au panneau L1, ces trois panneaux ont été réalisés dans directement sur le sable sec, sans
couvert argileux pour l’installation des électrodes (Figure 3.8). Le sable sec étant très résistant, il nous
a fallu batailler pour obtenir des résistances de prise suffisamment faibles pour réaliser la mesure.
Figure 3.8 – Réalisation d’un panneau électrique de 36 électrodes sur du sable sec avec
un très faible espacement interélectrode (50 cm). A noter : les câbles multiélectrodes
(jaunes) sont bien rangés sur le côté pour éviter de marcher dessus, le décamètre en
place pour la position des électrodes (blanc), et une seule prise du Syscal est utilisée
(36 électrodes numérotées de 1 à 36 sur la prise gauche, cf Figure 2.12).
Dans un premier temps, chaque électrode a été doublée (nous avons utilisé deux électrodes au lieu
d’une, Figure 3.9) et entourée d’aluminium. Ensuite, chaque « double électrode » a été enfoncée au
maximum dans le sol afin de maximiser la surface de contact avec le milieu (Figure 3.10). De l’eau de mer
a également été versée au niveau de chaque électrode, couverte à l’aide d’herbe sèche ou de feuilles.
UTILISATION DU SYSCAL
51
© Jean-Michel Vouillamoz
Figure 3.9 – Panneau réalisé dans le sable avec électrodes doublées
et un espacement de 50 cm.
© Johan Hoareau
Malgré ces précautions, certaines électrodes présentaient toujours des résistances de prise trop
importantes. Ainsi, nous avons rempli des bouteilles d’eau de mer, et les avons plantées dans le sable
en les laissant doucement percoler dans le terrain, afin d’assurer une bonne connexion (Figure 3.10).
Figure 3.10 – Electrode doublée, entourée d’aluminium avec une bouteille remplie
d’eau de mer qui percole dans le terrain.
52
UTILISATION DU SYSCAL
Résultats
© Johan Hoareau
L’ennui de cette mesure, c’est qu’il nous a fallu beaucoup arroser les électrodes. Ainsi, les résultats
montrent l’effet de cet arrosage : on observe de panaches conducteurs dans le sable sec résistant,
qui correspondent à l’eau salée qui percole dans le terrain (Figure 3.11). Ces mesures n’ont
malheureusement pas pu être interprétées correctement.
Figure 3.11 – Section de résistivité apparente (non interprétée) obtenue
sur le cordon sableux de Sasihithlu. Les essais d’interprétation ont
donné des écarts RMS trop importants.
UTILISATION DU SYSCAL
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UTILISATION DU SYSCAL
Chapitre 4
ANNEXES
UTILISATION DU SYSCAL
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Annexe A
Le Syscal R1 Plus Switch 72
Les documents suivant proviennent de la documentation technique éditée par Iris Instruments.
Ils décrivent les spécificités du Syscal R1 Plus Switch 72.
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Annexe B
Réalisation pas à pas d’un panneau
Les documents suivant proviennent de la documentation technique éditée par Iris Instruments.
Ils reprennent, en anglais, les différentes étapes de réglage du Syscal, de réalisation de la mesure et
d’interprétation d’un panneau électrique.
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Annexe C
Réalisation pas à pas d’un sondage
Les documents suivant proviennent également de la documentation technique éditée par Iris
Instruments. Ils décrivent le principe de la technique de sondage et les caractéristiques techniques du
Syscal pour la réalisation de telles mesures.
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T able des figures
1.1 Mesure de la différence de potentiel entre les électrodes M et N pendant
l’injection de courant entre les électrodes A et B dans un terrain de résistivité
13
1.2 Illustration représentant les équipotentielles et filets de courant dans un
terrain de résistivité
13
1.3 Principe d’un sondage électrique (dispositif Wenner Alpha)
14
1.4 Principe d’un panneau électrique (dispositif Wenner Alpha)
15
1.5 Dispositif Wenner Alpha
16
1.6 Dispositif Wenner Schlumberger
16
1.7 Dispositif Dipôle-Dipôle
17
1.8 Dispositif Wenner Beta
17
1.9 Dispositif Pôle-Dipôle
18
1.10 Dispositif Pôle-Pôle
18
1.11 Principe de l’interprétation d’un sondage électrique par méthode itérative
19
1.12 Principe de l’interprétation d’un panneau électrique par méthode itérative
19
2.1 Syscal R1 Plus Switch 72 avec bobines d’enroulement
24
2.2 Façade supérieure du Syscal R1 Plus Switch 72 et connexions des câbles
multiélectrodes sur la façade arrière
25
2.3 Clavier du Syscal et description des différentes fonctions
25
2.4 Positionnement correct d’un panneau électrique par rapport à une structure à imager
28
2.5 Exemple de layon en zone non-dégagée pour la réalisation d’un panneau électrique
29
2.6 Autre exemple de layon en zone dégagée
30
2.7 Autre exemple de layon en forêt
30
2.8 Connexion d’une électrode au câble multiélectrode à l’aide d’une « pince crocodile »
32
2.9 Connexion d’une électrode au câble multiélectrode à l’aide d’un morceau de chambre à air 32
70
2.10 Boîte de jonction entre deux câbles multiélectrodes
33
2.11 Numérotation des électrodes en fonction des câbles utilisés
34
UTILISATION DU SYSCAL
2.12 Exemples de configurations possibles du Syscal pour un panneau réalisé avec 36 électrodes et numérotation des électrodes associée par l’appareil de manière automatique
34
2.13 Exemple de branchement du Syscal
35
2.14 Affichage à l’écran du Syscal pendant la réalisation d’une mesure
36
2.15 Affichage à l’écran du Syscal après la réalisation d’une mesure
36
3.1 Localisation des profils de tomographie de résistivité électrique sur le site du NITK
43
3.2 Localisation des profils de tomographie de résistivité électrique et des forages
sur le site du NITK
43
3.3 Interprétation des profils de résistivité électrique sur le site du NITK
45
3.4 Localisation du cordon sableux de Sasihitlu
48
3.5 Localisation des mesures électriques sur le cordon sableux de Sasihitlu
48
3.6 Electrode arrosée et protégée avec de l’herbe sèche
50
3.7 Interprétation proposée pour le panneau électrique réalisé dans la longueur du cordon
50
3.8 Réalisation d’un panneau électrique sur du sable sec avec un très faible écartement
inter-électrode
51
3.9 Panneau réalisé dans le sable avec électrodes doublées
52
3.10 Electrode doublée, entourée d’aluminium avec une bouteille remplie d’eau de mer qui
percole dans le terrain
52
3.11 Section de résistivité apparente (non interprétée) obtenue sur le cordon sableux
de Sasihithlu
53
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71
Liste des tableaux
3.1 Correspondances entre résistivité et géologie sur le site du NITK 58
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44
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UTILISATION DU SYSCAL
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