Les capteurs et équipements de géophysique électriques et électro-magnétiques pour les géosciences, l eau, l environnement, la géotechnique

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Frédéric Barbeau
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1 Les capteurs et équipements de géophysique électriques et électro-magnétiques pour les géosciences, l eau, l environnement, la géotechnique Jean Bernard, IRIS Instruments, Orléans

2 IRIS Instruments: des équipements de géophysique pour l exploration du sous-sol IRIS Instruments, SAS filiale de : - BRGM (établissement public) : 51% - OYO (société privée japonaise) : 49% Notre équipe: 21 employés - 8 ingénieurs et techniciens en R&D: - 6 ingénieurs et techniciens en production - 7 employés en commerce et administration Équipement de prospection électrique CONCEPTION FABRICATION VENTE FORMATION MAINTENANCE IRIS Instruments Secteurs de l industrie : - Recherche d eau - Exploration minière - Géotechnique - Environnement

ingénieurs et techniciens en production - 7 employés en commerce et administration Équipement de prospection électrique CONCEPTION

3 IRIS Instruments: des équipements de terrain travaillant sur tous les continents

4 L EQUIPE D IRIS INSTRUMENTS CONCEPTION PRODUCTION - VENTE

5 IRIS Instruments: des équipements de géophysique pour l exploration du sous-sol Eau souterraine Etudes de géotechnique Recherche archéologique Etudes environnementales Exploration minière

6 GAMMES DE PRODUITS d IRIS Instruments SONDAGE ELECTRIQUE ENVIRONNEMENT EAU SYSCAL Switch IMAGERIE ELECTRIQUE ENVIRONNEMENT EAU, MINE SYSCAL POLARISATION PROVOQUEE EXPLORATION MINIERE VIP, ELREC NUMIS RESONANCE MAGNETIQUE EAU SOUTERRAINE ELECTRO- MAGNETIQUE EAU, EXPLO MINIERE PROMIS

POLARISATION PROVOQUEE EXPLORATION MINIERE VIP, ELREC NUMIS RESONANCE

7 LES CAPTEURS ET EQUIPEMENTS DE GEOPHYSIQUE / SONDAGE / IMAGERIE ELECTRIQUE 2/ POLARISATION PROVOQUEE 3/ RESONANCE MAGNETIQUE 4/ PROFILAGE ELECTRO-MAGNETIQUE

8 LES CAPTEURS ET EQUIPEMENTS DE GEOPHYSIQUE / SONDAGE / IMAGERIE ELECTRIQUE 2/ POLARISATION PROVOQUEE 3/ RESONANCE MAGNETIQUE 4/ PROFILAGE ELECTRO-MAGNETIQUE

9 PRINCIPE DE L IMAGERIE ELECTRIQUE RESISTIVITY IMAGING - A multicore cable connects many electrodes to the equipment - A sequence of readings is carried out by switching combinations of current (A,B) and potential (M, N) electrodes - This set up permits to obtain a high acquisition speed SYSCAL Pro Switch 48 2D interpreted resistivity section 400 readings, 5 measuring time

of current (A,B) and potential (M, N) electrodes - This set up permits to obtain a high

10 GEOTECHNIQUE : LOCALISATION D UNE FAILLE DANS DU GRANITE, Espagne Depth (m) Profondeur FISSURED GRANIT HARD GRANIT ALTERED GRANIT FRACTURE EQUIPMENT: SYSCAL R1 Plus SWITCH-48 CONFIGURATION: Schlumberger-Wenner NUMBER OF READINGS: 362 SPACING BETWEEN ELECTRODES: 5 m SITE: Spain Resistivity in ohm.m altered granit: less than 200 ohm.m hard granit: more than ohm.m GEOLOGY: granitic area with altered and fractured zones DURATION OF MEASUREMENTS: 1 hour (system set-up + reading taking)

BETWEEN ELECTRODES: 5 m SITE: Spain Resistivity in ohm.m altered granit: less than 200 ohm.

11 GEOTECHNIQUE: DETECTION DE STRUCTURES SUPERFICIELLES DUBAI, EMIRATES SYSCAL Pro Switch 72 - cavity detection down to 30m depth, in geological formations with gypsum dissolution, 2D & 3D surveys - Dubai new airport study - High Speed Train Line project between the various Emirates Trench, filled with wood and sand (resisitive) Schlumberger apparent resistivity, 1200 readings, 30 acquisistion, 72 électrodes at 0.5m spacing 2D IMAGING profile over the trench Trench axis 3D IMAGING horizontal section, at 1.2m depth

between the various Emirates Trench, filled with wood and sand (resisitive) Schlumberger apparent resistivity, 1200 readings, 30

12 ENVIRONNEMENT : SITE DE STOCKAGE DE DECHETS, FRANCE Elevation (m) clay layer disposal area clay layer resistivity (ohm.m) EQUIPMENT: SYSCAL R2 CONVERTER 250 W - 64 electrodes CONFIGURATION: Wenner NUMBER OF READINGS: 714 SPACING BETWEEN ELECTRODES: 5 m SITE: France (The Alps) GEOLOGY: Alluviums with volcanic and glacial materials inside of disposal: less than 10 ohm.m alluviums: more than ohm.m DURATION OF MEASUREMENTS: 2 hours and 45 minutes(system set-up + reading taking)

m) EQUIPMENT: SYSCAL R2 CONVERTER 250 W - 64 electrodes CONFIGURATION: Wenner NUMBER OF READINGS: 714 SPACING BETWEEN

13 MESURES DE RESISTIVITE 3D

14 SURVEILLANCE DE RESISTIVITE: MESURES 4D Câble d électrodes cable with electrodes telephone line resistivimetre recording station task management field PC COMSYS GSM office PC data collection and interpretation image 1 image image 2 image n

recording station task management field PC COMSYS GSM

15 SURVEILLANCE DE RESISTIVITE: LIXIVIATS D UN BIOREACTEUR W 46 Black & white image: reference resistivity image (ohm.m) Colour images: time variation of resistivity (%) E Biogas collecting and reclaiming Leachate injection (horizontal trenches) Leachate injection (wells) Leachates storage minutes during Biogas collecting Leachate collecting ρ (Ω.m) borehole minutes during 65 minutes during 3 minutes after 84 minutes after % AIM OF BIOREACTORS: Accelerating the biodegradation of a waste landfill through the recirculation of the leachate ONYX site, in France, CREED, Paris University, IRD, SYSCAL Pro Switch 192 Leachate recirculation time: between 45 and 2h 30 Image acquisition time: about 45 (1 channel equip.) only 4 with a SYSCAL Pro Switch (10 channel equip.) Leachate = low resistivity, hot, acid and salty fluid

-4-6 15 minutes during Biogas collecting Leachate collecting 13 0-2 10-4 8-6 6 0 5-2 -4 ρ (Ω.

16 EQUIPEMENT D IMAGERIE ELECTRIQUE SYSCAL Pro Switch - sorties: 800V, 2.5 A - dix voies simultanées - écran graphique - commutation automatique - 48, 72, 96, 120+ électrodes SYSCAL Pro Switch m d espacement longueur de ligne 2 segments de 24 électrodes 240m 4 segments de 18 électrodes 360m 6 segments de 16 électrodes 480m 12 segments de 10 électrodes 600m 10m d espacement longueur de ligne 4 segments se 12 électrodes 480m 8 segments de 9 électrodes 720m 12 segments de 8 électrodes 960m 24 segments de5 électrodes 1 200m

5m d espacement longueur de ligne 2 segments de 24 électrodes 240m 4 segments de 18 électrodes 360m 6 segments de 16 électrodes 480m

17 LES CAPTEURS ET EQUIPEMENTS DE GEOPHYSIQUE / SONDAGE / IMAGERIE ELECTRIQUE 2/ POLARISATION PROVOQUEE 3/ RESONANCE MAGNETIQUE 4/ PROFILAGE ELECTRO-MAGNETIQUE

18 PRINCIPE DE LA POLARISATION PROVOQUEE DEFINITION OF THE INDUCED POLARIZATION PARAMETER: CHARGEABILITY = v(t) dt / V MN Δt Unit of chargeability: mv / V, or per mil The Induced Polarization (IP) effect occurs with some minerals such as sulphide particles: it is equivalent to a charge / discharge behaviour of capacitors when currents are switched on and off. TIME DOMAIN CHARGEABILITY (INDUCED POLARIZATION)

occurs with some minerals such as sulphide particles: it is equivalent to a charge / discharge

19 POLARISATION PROVOQUEE AU BRESIL pour l exploration minière Geodatos, Brasil, 20m spacing dipole dipole, 5m shift INTERPRETED RESISTIVITY INTERPRETED IP CHARGEABILITY dyke with sulphides and gold

20 EQUIPEMENT DE POLARISATION PROVOQUEE Emetteurs (courant régulé): - VIP 5000, 5kW, 3000V, 10A - VIP 10000, 10kW, 3000V, 20A ELREC Pro Récepteur (mesure de l effet PP): - ELREC Pro, 10 voies de mesure

21 LES CAPTEURS ET EQUIPEMENTS DE GEOPHYSIQUE / SONDAGE / IMAGERIE ELECTRIQUE 2/ POLARISATION PROVOQUEE 3/ RESONANCE MAGNETIQUE 4/ PROFILAGE ELECTRO-MAGNETIQUE

22 METHODE DE RESONANCE MAGNETIQUE: mise en œuvre sur le terrain LOOP Tx / Rx Energizing pulse Water layer MRS PMR signal H protons CHAMP TERRESTRE : B 0 (nt) FREQUENCE D EXCITATION: F 0 (Hz) = B 0 (nt)

23 METHODE DE RESONANCE MAGNETIQUE: principe de mesure energising pulse i(t)= I 0 cos(ω 0 t ) 40 ms A noise MRS relaxation signal e(t) = E 0 exp(- t / T 2 *) sin(ω 0 t +φ 0 ) t nv nv "dead time " about 35 ms 1-3 khz Larmor frequency

24 METHODE DE RESONANCE MAGNETIQUE : courbe de sondage thorique SHALLOW DEEP TWO MEDIUM THICK MULTILAYER AQUIFER AQUIFER AQUIFERS AQUIFER AQUIFER AQUIFER MRS signal MRS signal MRS signal MRS signal MRS signal MRS signal Pulse moment Pulse moment Pulse moment Pulse moment Pulse moment Pulse moment

25 SONDAGE DE RESONANCE MAGNETIQUE Institut de l Environnement, Qinghai, Chine Boucle : 100*100m, carrée 64 accumulations Fréquence : 2282 Hz Géologie : Alluvions, sédiments Interprétation du sondage : aquifère : de 30 à 70m porosité : ~4%

26 EQUIPEMENT NUMIS Poly, version 1 voie

27 LES CAPTEURS ET EQUIPEMENTS DE GEOPHYSIQUE / SONDAGE / IMAGERIE ELECTRIQUE 2/ POLARISATION PROVOQUEE 3/ RESONANCE MAGNETIQUE 4/ PROFILAGE ELECTRO-MAGNETIQUE

28 SYSTÈME EM MULTI-REQUENTIEL ET MULTI- ESPACEMENT A 3 COMPOSANTES POUR SONDAGE ET PROFILAGE BATTERY BELT BACK PACKED TRANSMITTER TRANSMITTER RECEIVER producing a vertical magnetic moment measuring the vertical & 2 horizontal magnetic components TRANSMITTING LOOP MAGNETIC SENSOR RECEIVER CABLE SPACING: 20 to 400m FREQUENCY: 110Hz to 56kHz

29 20 COMPARAISON RESISTIVITE ELECTRO-MAGN. ET RESISTIVITE A COURANT CONTINU, Orléans % STATION 30 FREQUENCY SOUNDING AT STATION Hz,ip / H Hz frequency Hz in phase Hz,op / H 0 out of phase Tr-Re = 50m Hx frequency Tr-Re = 50m PROMIS interpreted resistivity section (Hz,ip & HZ,op) from 220Hz to 56 khz -IX1D software- Resistivity (ohm.m) Hy distance (m) SYSCAL Pro Switch Wenner Schlumberger interpreted DC resistivity section -RES2Dinv software- spacing = 1.5m ORLEANS FOREST SITE, France: sandy and clayey sediments

30 INVERSION RESISTIVITE ELECTRO- MAGNETIQUE PROMIS (COMPOSANTE VERTICALE), A DIFFERENTS ESPACEMENTS, Italie depth (m) INTERPRETED Hz RESISTIVITY SECTIONS vs DEPTH depth (m) depth (m) Tr-Re 50m Tr-Re 100m Tr-Re 200m 120

31 LES EQUIPEMENTS DE GEOPHYSIQUE / CAPTEUR (mesure d un paramètre) 2/ UITE D ACQUISITION (électronique analogique, numérique) 3/ TRAITEMENT (filtrage des données)

32 QUALITES SPECIFIQUES DES EQUIPEMENTS DE TERRAIN / ROBUSTESSE MECANIQUE 2/ LARGE GAMME DE TEMPERATURE 3/ ETANCHEITE 4/ FAIBLE CONSOMATION 5/ FAIBLE POIDS

33 NOS INTERLOCUTEURS BRGM, toutes méthodes de géophysique - IRD, résonance magnétique - LPC2E, capteur magnétique HF - ISTO, thèse CIFRE - OSUC Orléans - Mastère Spécialisé Capteurs et Géosciences - ENAG (BRGM)

34 REMARQUE SUR L EVOLUTION DE L UTILISATION DES CAPTEURS CAPTEURS: de plus en plus automatiques -LOGICIELS D INTERPRETATION: de plus en plus automatiques mais EXPERTISE = connaissance scientifique (formation) + outil (capteur) + expérience vécue

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