Travaux Pratiques de magnétisme

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1 Travaux Pratiques de magnétisme L'objectif de ce TP est d'utiliser les mesures magnétiques eectuées au parc de l'île d'amour pour détecter la position d'objets aimantés enfouis dans le sol. Vous allez utiliser pour cela le logiciel Geosoft Oasis montaj qui est un logiciel professionnel fréquemment utilisé dans l'industrie pétrolière et minière pour le traitement des levés gravimétriques et magnétiques. Une version gratuite de ce logiciel (Oasis montaj viewer) est disponible à l'adresse suivante : http :// Ce freeware vous permettra de consulter les gures construites pendant le TP. Connectez-vous sur Chamilo à l'adresse avec votre login et mot de passe agalan et téléchargez l'archive MAG_L3PPRS_2015.zip dans le répertoire PSTE302/Gravimetrie-Magnetisme. 1. Champ magnétique du noyau : Avant de débuter le traitement des données, utilisez la page pour déterminer à l'aide du modèle IGRF (International Geomagnetic Reference Model) l'inclinaison, la déclinaison et l'intensité du champ magnétique du noyau dans la zone d'étude. Pour cela, vous avez besoin des longitude et latitude de votre site d'étude, que vous pouvez obtenir sur Google Map (en zoomant sur la zone, cliquant droit et sélectionnant Plus d'info sur cet endroit). 2. Démarrage du logiciel (a) Créez un répertoire TP_MAG/ dans lequel vous placez les chiers de l'archive MAG.zip (b) Ouvrez Oasis Montaj - Educational (icône sur le bureau) (c) Créez un nouveau projet : File>Project>New... nommé TP_MAG.gpf en vous plaçant dans le répertoire précédemment créé. 3. Chargement des données (a) Chargez les données magnétiques avec Database>Open Database... et sélectionnez le chier mag_l3p_ _zonex.gdb (b) Essayez de comprendre la signication de chaque colonne. Notez que le chier contient plusieurs colonnes de positionnement : Lon_deg,Lat_deg : coord. géographiques, syt. WGS84 (gps du magnétomètre) X_L93_m,Y_L93_m : coord. projetées, Lambert 93, syst. RGF93 (gps du magnétomètre) Picket_x_m,Picket_y_m : coord. des piquets (de début et n de ligne) dans le repère local du levé Picket_x_L93_m,Picket_y_L93_m : coord. projetées, lambert 93, sys. RGF93 (calculées en supposant une vitesse de marche constante entre chaque piquets). 1/6

2 4. Contrôle de la qualité des données : (a) Achez les prols de l'intensité du champ magnétique (Mag_nT) et du gradient vertical (Grad_nT_m) en cliquant droit sur le titre de ces colonnes puis sélectionnant Show prole. (b) Comparez les valeurs minimales et maximales de l'intensité du champ magnétique avec l'intensité du champ magnétique du noyau. Ces valeurs vous paraissent-elle réalistes? 5. Calcul de l'anomalie : Utilisez Database Tools>Channel Math... pour calculer à partir de l'intensité du champ magnétique (colonne Mag_nT) l'anomalie magnétique (colonne Ano_nT) en retranchant la valeur de l'intensité du champ du noyau (sans décimale) déterminée à la question 1. Vous utiliserez une syntaxe du type : avec C 0 =Ano_nT et C 1 =Mag_nT. C 0 = C 1 XXXXX 6. Représentation des données : (a) Créez une carte vide avec Map Tools>New Map>New Map from X,Y (cliquez sur ScanData, puis Next, nommez la carte mag_l3.map et conservez les autres options par défaut). (b) Créez un fond de carte avec Map Tools>Base Map>Draw Base Map... (acceptez les options par défaut). (c) Représentez la photo aérienne avec Grid and Image>Display>Image... : sélectionnez le chier mosaic_rgf93-lambert93.tif de type Geoti, choisissez Location : default registration et cliquez sur Current Map. (d) Représentez l'anomalie magnétique en utilisant Map Tools>Symbols>Zone coloured (choisissez Channel : Ano_nT, Fixed edge color : None et, gardez les autres options par défaut). (e) Représentez l'échelle de couleur avec Map Tools>Symbols>Coloured Legend Bar (f) En double cliquant sur les symboles colorés sur la carte, modiez l'échelle de couleur (linéaire, gaussienne, égalisation d'histogramme). Quelle échelle de couleur permet de mettre en évidence le plus de variations? Quelle échelle de couleur ne permet de mettre en évidence que les variation les plus élevées? (g) Répétez les deux étapes précédentes pour le gradient vertical (choisissez Channel : Grad_nT. (h) Le quadrillage est-il régulier? Quel est la méthode de positionnement utilisée ici? (i) Quelles sont les sources d'incertitude pour cette méthode de positionnement? (j) Est ce que les lignes successives sont corrélées entre elles? Qu'en concluez-vous? (k) Observez-vous une inuence de la direction de la marche du porteur? Qu'en concluezvous? 2/6

3 7. Gridding des données : (a) Testez plusieurs méthodes de gridding (Direct gridding, Minimum curvature et Inverse distance weighted gridding) dans Grid and Image>Gridding en sélectionnant la colonne Ano_nT ou Grad_nT_m (vous prendrez pour cell size : 1 m). Choisissez des noms de grille parlant du type Ano_Methode.grd ou Grad_Methode.grd. (b) La carte nale dépend-t-elle beaucoup de la méthode de gridding? (c) Observez-vous des artéfacts sur les grilles construites? (d) Représentez sur votre carte les grilles obtenues par la méthode de Inverse distance weighted gridding en utilisant Grid and Image>Display>Single Grid (choisissez votre grille et conservez les paramètres par défaut). (e) Représentez l'échelle de couleur pour ces grilles avec Grid and Image>Display>Coloured Legend Bar. 8. Interprétation : (a) Comparez l'allure des cartes de l'anomalie d'intensité et du gradient vertical (diérences et points communs)? (b) Quelles peuvent être les causes des variations observées dans chacune des cartes? (c) Quelles mesures complémentaires seraient nécessaires pour interpréter sans ambiguïté la carte de l'anomalie d'intensité? (d) Utilisez le script matlab fourni script_ano.m pour représenter l'anomalie d'intensité créée par un dipôle. Modiez les paramètres du script. Pour l'inclinaison et la déclinaison (lignes 12 et 14), choisissez les valeurs obtenues à la question 1. Remarquez que l'anomalie due à un dipôle comporte souvent une partie positive et une partie négative. Retrouvez vous des anomalies de forme similaire sur votre carte de l'anomalie d'intensité? Comment est modiée l'anomalie lorsque l'on augmente la profondeur du dipôle (ligne 17). 3/6

4 Travaux Pratiques de gravimétrie L'objectif de ce TP est d'interpréter les mesures gravimétriques eectuées sur la piste de bicross. Connectez-vous sur Chamilo à l'adresse avec votre login et mot de passe agalan et téléchargez l'archive GRAVI_L3PPRS_2015.zip dans le répertoire PSTE302/Gravimetrie-Magnetisme. Le chier gravi_l3pprs_2015.xls contient les données de positionnement et de gravimétrie que vous allez traiter et interpréter avec excel (ou OpenOce calc). Les coordonnées des points de mesure sont fournies dans le référentiel géodésique RGF93 et la projection Lambert93. Soyez vigilants aux unités des grandeurs dans vos calculs. 1. Correction préliminaire : La distance d entre le gravimètre et le sol a varié à chaque mesure. Pour s'aranchir de cet eet, vous allez préalablement ramener toutes vos mesures au niveau du sol en se basant sur le gradient de la gravité dans l'air mgal/m : g sol = g mes d avec d en m avec g mes la valeur lue sur le gravimètre et g sol la valeur ramenée au niveau du sol. 2. Dérive Instrumentale : Représentez sur un graphe les mesures de gravité de la station de base 1234 (valeurs ramenées au niveau du sol, g sol ) en fonction du temps (en jours) pour visualiser la dérive instrumentale du gravimètre. Pour corriger l'eet de la dérive, on suppose que celle-ci est linéaire entre deux mesures à la base. Que pensezvous de cette hypothèse? 3. Correction de la dérive : Evaluez la dérive instrumentale du gravimètre entre chaque couple de mesure à la station de base 999 grâce à la formule : g derive (t) = g A + g B g A t B t A (t t A ) où g A et g B sont les mesures de gravité à la station de base P8B (valeurs ramenées au niveau du sol, g sol ) aux temps t A et t B. Déduisez en la diérence de gravité entre les stations et la station de base 999 notée g : g = g sol g derive 4/6

5 4. Correction de latitude : Evaluez la correction de latitude C λ (en mgal) et déduisez en l'anomalie brute g brute : C λ = (y y 0 ) et g brute = g + C λ où y et y 0 sont les ordonnées du point de mesure et de la station de base 999 en m. 5. Correction à l'air libre : Evaluez la correction à l'air libre C AL (en mgal) et déduisez en l'anomalie brute g AL : C AL = (z z 0 ) et g AL = g brute + C AL où z et z 0 sont les altitudes du point de mesure et de 999 en m. 6. Correction de Bouguer : Evaluez la correction de Plateau C P (en mgal) et déduisez en l'anomalie de Bouguer simple g B. C P = ρ(z z 0 ) et g B = g AL + C P où ρ est la densité du sous-sol (en g.cm 3 ). Comment pourriez-vous trouver la valeur correcte de cette densité? Vous supposerez ici une densité ρ = 2.2 g.cm Projection selon une direction : On souhaite projeter la position des données sur un axe parallèle à la piste de bicross (c'est-à-dire sur un axe d'azimuth θ = 49 ). Calculez l'abscisse s des points de mesure sur cet axe en utilisant la formule : s = (x x 0 ) sin θ + (y y 0 ) cos θ où (x, y) et (x 0, y 0 ) sont les coordonnées du point de mesure et de 999. N'oubliez pas de convertir θ en radians. 8. Copiez l'ensemble des données sur une nouvelle feuille (en ne conservant que les valeurs et les formats, mais pas les formules) et trier les lignes par abscisse s croissant. 9. Prol : Représentez sur un graphe l'anomalie brute g brute, l'anomalie à l'air libre g AL et l'anomalie de Bouguer simple g B en fonction de l'abscisse s pour les mesures eectuées sur la piste de bi-cross. 10. Modélisation : Parmi les trois prols obtenus, lequel devez-vous utiliser pour l'interprétation? A quoi peuvent être dues les variations observées? A l'aide du logiciel Pblock, essayez de reproduire la forme et l'amplitude de l'anomalie au centre du prol (un rapide petit détour au parc de l'ile d'amour peut vous aider à spécier correctement les propriétés du prisme). 5/6

6 Manuel simplié de PBlock Ce logiciel est un logiciel gratuit créé par Geophysical Software Solutions et téléchargeable à l'adresse suivante : Ce programme permet le calcul de l'anomalie gravimétrique provoquée par un prisme rectangulaire de densité diérente que le milieu environnant mais également le calcul de l'anomalie magnétique due à un prisme aimanté. Pour le calcul de l'anomalie gravimétrique, vous devez sélectionner la case Grav Z dans la partie Component (en bas) puis préciser les propriétés suivantes : Width : Largeur du prisme dans la direction du prol. Height : Hauteur du prisme. Strike Length : Longueur du prisme dans la direction perpendiculaire au prol. Depth : Profondeur du sommet du prisme. Density : Contraste de densité entre le prisme et l'encaissant. Valeur positive si le prisme est plus dense que l'encaissant, négative dans le cas contraire. Si votre prisme représente une cavité, le contraste de densité est la densité de l'encaissant multipliée par -1. Traverse length : Longueur du prol. Les autres propriétés sont inutiles pour le calcul des anomalies gravimétriques. En cochant Plan view, vous observez votre prisme par une vue de dessus. 6/6