réflexions sur les principes, domaines de validité et applications des méthodes de prospection géophysique de surface

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1 réflexons sur les prncpes, domanes de valdté et applcatons des méthodes de prospecton géophysque de surface B.R,G. M. 3.JUIL986 aruothéque

2 BRGM réflexons sur les prncpes, domanes de valdté et applcatons des méthodes de prospecton géophysque de surface A. Durand jun SGN 247 EAU BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL Département EAU B.P ORLÉANS CEDEX 2 - Tél. : (33)

3 HYDROGEOLOGIE DES MILIEUX FISSURES AVANT-PROPOS L'utlsaton des méthodes de prospecton géophysque de surface en hydrogéologe a sub un essor consdérable depus les années soxante-dx, conjontement à l'utlsaton grandssante de la technque de foraton appelée "Marteau fond de trou". L'adopton de ce nouveau mode de foraton a consttué un bouleversement total, en rason de sa moblté, de sa rapdté d'utlsaton, condusant à la réalsaton de captages d'eau potable à des cadences crossantes et en partculer dans les régons renfermant des aqufères dscontnus et en partculer au drot de l'afrque de l'ouest. En conséquence, le chox des stes d'mplantaton d'un nombre de forages sans cesse grandssant a dû se fare d'une manère de plus en plus rgoureuse, sans toutefos pouvor échapper à deux contrantes majeures, à savor : - le pérmètre à prospecter est la plupart du temps mposé par la présence du vllage qu'l convent d'almenter, d'où contrante de proxmté - pour conserver le bénéfce de la rapdté d'exécuton, l'mplantaton du forage dot se fare dans un temps très bref, parfos rédut à quelques heures d'nterventon du géologue. La géophysque (méthodes électrques, électromagnétques, magnétques, ssmques) étant un outl largement expérmenté en mleux aqufères contnus, satsfasat dans une certane mesure à ces crtères. L'absence de sens crtque dans son utlsaton (notamment à l'occason d'nvestgatons en profondeur, de la part des utlsateurs) amena toutefos à quelques déconvenues. Ans, lorsque pluseurs forages ont été réalsés et testés, on observe parfos que leurs productvtés ne concordent pas avec la dstrbuton des anomales qu ont été relevées. Certes, la

4 géophysque est utlsée c o m m e méthode d'appu de la photographe aérenne pour les stes dffcles, mas une réflexon sur les performances que l'on peut en attendre et plus précsément sur le bon emplo des technques est nécessare. Dans le cadre du programme HMF, la présente étude propose une révson des utlsatons pratques qu ont été fates de la géophysque en se référant aux programmes d'hydraulque vllageose conduts par le B R G M depus 0 ans pour en trer des gudes pour une melleure adéquaton entre les méthodes à chosr et les stes à prospecter.

5 AVERTISSEMENT L'objet du présent rapport n'est pas de procéder à une revue systématque de détal des caractérstques de l'ensemble des méthodes de prospecton géophysque de surface actuellement dsponbles au catalogue et par alleurs largement utlsées dans des domanes d'étude du sous-sol et auss varées que la prospecton mnère, pétrolère, à fable profondeur (recherche d'eau, géne cvl, etc...)«en effet, un descrptf précs, judceusement agrémenté d'exemples pratques souvent très pertnents d'un grand nombre de méthodes de prospecton géophysque de surface, occupe une place mportante dans la lttérature technque exstante. Le lecteur sera ans constamment renvoyé à des ndex bblographques nsérés dans le texte, de manère à compléter ou à affner ses propres connassances théorques avant de conforter son expérence d'homme de terran. C'est justement le volet de l'expérence de l'homme de terran qu va caractérser le thème central de ce rapport. Ans, seul le savor-fare technque et réfléch du pratcen hydrogéologue ou géophyscen (ou encore meux de l'hydrogéologue et géophyscen), agrémenté des confrontatons ncessantes entre le modèle théorque offert par la technologe et le mleu naturel, qu'l s'agt de découvrr et comprendre, nous apparaît être le melleur fl conducteur lorsqu'l s'agra de défnr et de chosr telle ou telle méthode la plus approprée au problème posé. Cec ndque que la défnton la plus élaborée possble de l'objectf à attendre dot rester la préoccupaton majeure du naturalste, surtout lorsque l'on sat que la cble ne peut être attente que d'une manère analogque par le bas de perturbatons ponctuelles créées sur un envronnement naturel. Il est ben évdent que dans ce qu va suvre, le pratcen se dot de maîtrser à la perfecton, la palette des technques qu lu sont proposées. Par alleurs et pendant le déroulement de son traval, c'est donc une plus grande place à la réflexon et à la concentraton qu sera offerte au naturalste, ce qu condura ce derner à l'élaboraton d'un modèle naturel théorque des plus cohérent avec les envronnements géologque, géoélectrque et hydrogéologque rencontrés.

6 Nos réflexons seront plus partculèrement orentées sur l'adopton de méthodes géophysques de surface dans le cadre des grands projets d'hydraulque vllageose en Afrque sahélenne, tout en gardant à l'esprt la convcton qu'à l'ade de l'expérence acquse d'une part, et de l'améloraton technologque des nstruments de mesure, d'autre part, l'utlsaton des méthodes de prospecton géophysque de surface (électrques, électromagnétques, magnétques, ssmques) devra satsfare mpératvement à l'alternatve suvante : - abasser les coûts d'équpement à résultat égal ; - offrr un melleur servce pour un coût dentque ; tout en sachant que la masse fnancère attrbuée à la géophysque -et donc correspondant aux économes qu'elle est susceptble d'ntrodure au nveau des réalsatons (réducton du taux d'échec et de la profondeur des forages)-est nettement mons élevée qu'en hydraulque urbane, pour laquelle les méthodes géophysques se justfent fnancèrement et ont depus longtemps montré leur effcacté.

7 SOMMAIRE Pages INTRODUCTION Premère parte : LES PRINCIPALES METHODES GEOPHYSIQUES OPERATIONNELLE SUR L'ETUDE DES MILIEUX FISSURES 3 I - LES METHODES D'APPRECIATION DU PARAMETRE DE RESISTIVITE 6. - La prospecton électrque par courant contnu Les prospectons électrques en courant alternant : Les méthodes électromagnétques La méthode magnéto-tellurque naturelle 7 II - LES METHODES D'APPRECIATION DU PARAMETRE DE VITESSE DES ONDES DANS LE SOL : LA PROSPECTION SISMIQUE 25 II. - La méthode ssmque réfracton 26 II.2 - La méthode ssmque réflexon 28 IL3 - Conclusons sur la méthode ssmque 29 III - LES METHODES D'APPRECIATION DU PARAMETRE DE SUSCEPTIBILITE MAGNETIQUE : LA METHODE MAGNETIQUE 30 IV - LES METHODES D'APPRECIATION DU PARAMETRE DE DENSITE : LA METHODE GRAVIMETRIQUE 3 V - LES METHODES D'APPRECIATION DES PARAMETRES DE POTENTIEL, DE DISPERSION OU D'ACCUMULATION : LES METHODES DE POLARISATION 3 VI - CONCLUSION PARTIELLE : CHAMP D'APPLICATION TECHNIQUE DES DIFFERENTES METHODES 32 VI. - Champ d'applcaton de la méthode électrque classque en courant contnu 32 VI.2 -Champ d'applcaton de la méthode électromagnétque 33 VI.3 -Champ d'applcaton de la méthode ssmque 34 VI.4 -Champ d'applcaton de la méthode magnétque 34 VI.5 -Champ d'applcaton de la méthode gravmétrque 34 Deuxème parte : LES METHODES DE PROSPECTION GEOPHYSIQUES DE SURFACE ILLUSTREES PAR DES EXEMPLES 35 I - PRESENTATION DE "CAS TYPES" 37 II - AUTRES EXEMPLES SUR L'EXPERIENCE ACQUISE EN AFRIQUE DE L'OUEST ET EN METROPOLE 68 Etude méthodologque par méthodes électrques et électromagnétques sur le ste plote de Lufac (Ille-et-Vlane) 69

8 Pages Poursute de l'étude géophysque méthodologque sur le ste plote de Lufac - Commune de Broualan (Ille-et-Vlane) 83 Projet d'hydraulque vllageose du consel de l'entreten en Burkna-Faso 87 Programme d'hydraulque vllageose du consel de l'entente 89 Programme C E A O d'hydraulque vllageose et pastorale dans les ère et 2ème régons - Premère campagne au Mal 95 Projet C E A O - Campagne marteau-fond-de-trou au Sénégal Orental 0 Prospecton d'aqufères par méthodes électrques et magnétques dans les ère et 2ème régons de la Républque du Mal 07 Projet d'hydraulque vllageose Usad - Fac Togo 7 Etude géophysque pour l'hydraulque vllageose dans la régon du Nord Borgou 23 Exemples d'assocaton de méthodes électrques et électromagnétques 29 Exemples d'assocaton de méthodes électrques et magnétques 3 CONCLUSION Exemples GENERALE d'assocatons des méthodes électrques et de ssmque 5 réfracton REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES Lste des fgures Fgure - Schéma de prncpe de la prospecton électromagnétque 4 Fgure 2 - Fgure 3 - Fgure 4 - Fgure 5 - Lokola (Côte d'ivore) - Dorte et roches vertes - Etude du pendage des fractures par profls électrques en double longueur de lgne 38 Bamassapla (Côte d'ivore) - Grante - Etude du pendage des fractures par profls électrques en double longueur de lgne 40 Régon de Nara Est (Mal) - Recherche des épontes de flons de dolérte ntrusfs dans les péltes cambrennes (méthode magnétque) a - Profl magnétque P2 ste N3 El Greyg b - Profl magnétque ste N0 Weumel 42 Régon de Nara Est (Mal) - Recherche des épontes de flons de dolérte ntrusfs dans les péltes cambrennes (méthode magnétque) - Profl magnétque N 9 ste N5 Mbeuryeu 44

9 Pages Fgure 6 - Fgure 7 - Fgure 8 - Fgure 9 - Fgure 0 - Route Kffa-Néma (Maurtane) - Recherche des épontes de flons de dolérte ntrusfs dans les péltes cambrennes (méthode électrque) a - Implantaton R.9 b - Implantaton R.3 c - Implantaton R Route Kffa-Néma (Maurtane) - Recherche des épontes de flons de dolérte ntrusfs dans les péltes cambrennes (méthode électrque) Implantaton R Mankarga (Burkna-Faso) - Brrmen - Comparason des méthodes électrques et électromagnétques 50 (Mal-Deuxème régon) - Prospecton hydrogéologque dans des zones de grès nfracambrens njectés de dolérte, à l'ade des méthodes électrques et magnétques 52 (Mal-Deuxème régon) - Implantatons au contact entre schste et grès 54 Fgure - Mamou (Gunée) - Grantes njectés de dolérte 56 Fgure 2 - Ste de Bols-Lptako, Nger 59 Fgure 3 - Profls et sondages électrques - Ranch de Leo (Burkna-Faso) - zone 5 6 Fgure 4 - Profls et sondages électrques - Ranch de Leo (Burkna-Faso) - zone C 63 Fgure 5 - Méthodes électromagnétques - VLF - Implantaton dans les grantes - Lolobo FI 65 Fgure 6 - Méthodes électrque et électromagnétque - VLF - Sabodala (Sénégal Orental) 67 Fgure 7a - Broualan - Profl - VLF nclnason et VLEM nclnason - VLEM (Electromagnétsme à boucle vertcale) et VLF mode nclnason 76 Fgure 7b - Broualan - VLF nclnason - VLF mode nclnason 78 Fgure 7c - Broualan - VLF résstvté - VLF mode résstvté 79 Fgure 7d - Broualan - VLF Electromagnétsme à boucles horzontales 80 Fgure 8a - Broualan - Plan de stuaton des profls de résstvtés et des forages 8 Fgure 8b - Broualan - Traînés smples 82 Fgure 9 - Profl de résstvté et sondage électrque 9 Fgure 20 - Profls de résstvté et VLF 92

10 Pages Fgure 2 - Prospecton des aqufères dscontnus au sud de Kayes- Programme C E A O - Paramètres caractérstques d'une anomale de la résstvté apparente 94 Fgure 22 - Prospecton des aqufères dscontnus au sud de Kayes- Programme C E A O - Répartton des forages en foncton des caractérstques de l'anomale géophysque correspondante - Toutes formatons géologques confondues 98 Fgure 23 - Prospecton des aqufères dscontnus au sud de Kayes- Programme CEAO - Répartton des forages en foncton des paramètres de l'anomale géophysque correspondante - Dans le Brrmen 99 Fgure 24 - Prospecton des aqufères dscontnus au sud de Kayes- Programme C E A O - Répartton des forages en foncton des paramètres de l'anomale géophysque correspondante - Dans l'infracambren 00 Fgure 25 - Profl de résstvté - Kono-Banère, Gadaba, Labd 4 Fgure 26 - Profl et rectangle A B 8 Fgure 27 - Schéma logque condusant à une mplantaton de forage ou à un abandon du ste 22 Fgure 28 - Ste de Garn Serk Foulan (Nger) 28 Fgure 29 - Burkna Faso - Ste expérmental de Rapadama 30 Fgure 30 - Transvaal et Orange (Afrque du Sud) 32 Fgure 3 - Ste d'akpaka (Togo) 33 Fgure 32 - Nara - Profl P8 34 Fgure 33 - Ste de Tkoura 39 Fgure 34 - Ste de Douentza 40 Fgure 35 - Ste de Nara - Profl P5 4 Fgure 36 - Ste de Daamba Tcharktara - Dnkoulou 43 Fgure 37 - Ste de Koutala 44 Fgure 38 - Ste de Kolokan 46 Fgure 39 - Ste de Ségué 48 Fgure 40 - Pste de Falou 49

11 Lste des tableaux Pages Tableau - Prncpales méthodes géophysques opératonnelles sur l'étude des mleux fssurés 4 Tableau 2 - Classfcaton des systèmes électromagnétques usuels opérant dans le domane fréquentel - Prospecton au sol 5 Tableau 3 - Classfcaton des systèmes électromagnétques usuels opérant dans le domane fréquentel - Prospecton au sol - Systèmes électromagnétques à émetteur fxe 6 Tableau 4 - Classfcaton des systèmes électromagnétques usuels opérant dans le domane fréquentel - Prospecton au sol - Systèmes électromagnétques à émetteur-récepteur mobles 8 Tableau 5 - Vtesse des ondes ssmques 25 Tableau 6 - Quelques caractérstques des méthodes de proflage employées 70 Tableau 7 - Volume et localsaton des travaux d'mplantaton 93 Tableau 8 - Recherche de la cble hydrogéologque par leur sgnature géophysque 08 Tableau 9 - Anomales électrques rencontrées et leur statstque sommare 20 Tableau 0 - Résultats globaux obtenus au 30 Jun 985 à partr de 02 forages réalsés 2

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13 INTRODUCTION Les terrans composant le socle crstalln ou crstallophyllen et ceux composant les formatons tabulares de l'infracambren couvrent plus de 40 % de la surface occupée par les états de l'afrque de l'ouest et sont de nature varée, tout en présentant des caractérstques pétrographques ou dagénétques communes. A l'orgne, ces roches sont toutes compactes et mperméables sans porosté d'nterstce et n'offrent, au plan hydrogéologque, un ntérêt que s elles sont altérées ou fssurées. Dès les années 965, l'hydrogéologue sut, à la faveur de nombreuses expérmentatons, que la parte fssurée des roches sanes pouvat consttuer un réservor aqufère explotable et dsposé sous une couverture d'altératon souvent mons perméable. La coupe géologque classque observable est la suvante : - en surface, des formatons latértques sous forme d'argles ou de curasses ; - au-dessous, les altértes plus ou mons argleuses ou sableuses, passant progressvement aux altértes à structures conservées ; - le socle altéré où la roche est fortement altérée mas conserve sa cohéson (arènes) ; - le socle fssuré et peu altéré ; - le socle san, très peu fssuré et altéré. La démarche de l'hydrogéologue dans le cadre de recherche d'eau en mleux aqufères dscontnus, (mleu de socle) comprend les phases d'exécuton suvantes : - étude des photos aérennes de manère à repérer tous les lnéaments susceptbles de correspondre à un réseau de fractures, d'une part, et à apprécer l'ensemble des crtères morphologques et géomorphologques pouvant consttuer des ndces hydrogéologques ntéressants, d'autre part ; - la localsaton au sol avec une précson acceptable (de l'ordre de la dzane de mètres), des lnéaments dentfés par la couverture photo-aérenne ; - l'adopton de méthodes de prospecton géophysque au sol, tendant à confrmer ou à nfrmer les observatons fates précédemment et notamment celles concernant la fracturaton.

14 Actuellement, la géophysque est employée d'une façon quas systématque dans les cas délcats pour lesquels les rsques d'échecs sont majorés. Quant à l'nterprétaton quanttatve de la mesure, elle n'est pas pratcable dans ben des dspostfs utlsés du fat de l'nexstence de forages d'étalonnage. Le cadre de notre réflexon sera volontarement lmté aux technques d'mplantaton d'ouvrages se référant aux méthodes de prospecton géophysque de surface. Chaque méthode sera présentée succnctement, pus dscutée en ce qu concerne ses domanes d'applcaton, les réserves à émettre et sera largement commentée à l'ade d'exemples choss dans le cadre de projets d'aménagement en Afrque sahélenne, et d'études de stes en roches dures en métropole. Retenons que le gan en effcacté des méthodes de surface permettra : - d'abasser les coûts d'équpement à résultat égal - de meux caractérser les stes à forer en partculer dans la recherche de forts débts en pette rrgaton.

15 Premère parte LES PRINCIPALES METHODES GEOPHYSIQUES OPERATIONNELLES SUR L'ETUDE DES MILIEUX FISSURES

16 0, 0 02 (I Inn) Un) 05 HKCONNAISSANC IIIIIMI (578 9 IIIIIMI G78 9 J345678O ll JILL {* POLARISATION STONTANKK (RP) Paramètre physque consílóré Potpntrl el pétrochmque et.hertrnrnlqup Grtndrur mesurée DfTprpncp, dp potentel Cît'nérnle > MAGNETISME magnétque Champ n>rrnf tque GRAVIMETRIE Acrlf rnton Hc la pesanteur. en crox OfTprpnrp dp pntonttrl et ntensté Dégrosse MICROGIIAVIMÍ3TIUK pesnnteur SISMIQUIC KKFIJïXION II TF DKFINITION f prnprgntnn d'unp onde ELECTRIQUE-SE. en crox plurrlroctonels, profls ((mn électrque, rectangle) DlTrpnrr dp potentel et nlrnqte ELECTROMAGNETIQUE (VI.K, mnx-mn, Melos, Syscal EM) 'nclnnfon ou rbpporldcacnnpnrnn- Ipsd'unrhnnp mnpnrtqup SISMIQUE REFRACTION Vtrssr r propagaton Tpmpn de parcours Détnlléc MAGNETOMr.I'ltlE POLARISATION SPONTANEE (SP) POLARISATION PROVOQUEE (PP) MICROGRAVIMETHIE MAGNETOTEM,URIQUB J I'm nnt el plrctrochmqup rtc'rcirocnétqup Dsperson ou nrrumlnton dp rhfrrff rler r» ps DfTrencP dp potentel ET»«l HP fr^htenrp p de rhnr < a nl)lt Acrrtprntínn dp ta pranntçur Chump éfpctrqup et Tableau - Prncpales méthodes géophysques opératonnelles sur l'étude des mleux fssurés

17 Suvant les paramètres dont elles permettent la mesure, l peut être fat appel, d'un pont de vue théorque, à pluseurs méthodes de prospecton géophysque[6]. Ces paramètres sont : - la résstvté (ou son nverse, la conductvté) - la vtesse des ondes - la susceptblté magnétque - la densté - le potentel électrochmque et électrocnétque - la dsperson ou l'accumulaton de charges électrques. Au plan pratque, la (ou les) méthode(s) employée(s) dot répondre à un caher des charges dont les clauses sont dctées par la réalsaton dans de bonnes condtons des campagnes d'aménagement d'hydraulque vllageose. Il est en partculer demandé à la géophysque d'être : - smple et effcace au nveau de la réalsaton des mesures et de leur nterprétaton ; - peu coûteuse, rapde et smple à mettre en oeuvre ; - adaptée à l'échelle de reconnassance requse (décamétrque à hectométrque) ; - apte à dfférencer au meux la successon lthologque la plus fréquemment rencontrée à l'échelle régonale du projet. De nombreuses méthodes d'nvestgaton par prospecton géophysque de surface sont à notre dsposton, mas toutes ne présentent pas l'ensemble des qualtés requses sute à la défnton de l'objectf à attendre. Beaucoup de méthodes sont sélectves, d'autres se complètent. Les prncpales méthodes géophysques opératonnelles sur l'étude des mleux fssurés sont regroupées dans le tableau.

18 I - LES METHODES D'APPRECIATION DU PARAMETRE DE RESISTIVITE Le paramètre mesuré c est la résstvté de la roche ou du terran[28]. La conductvté électrque ou proprété de condure le courant électrque vare largement d'une roche à l'autre. Les grandeurs qu l'exprment sont la conductvté - ou son nverse, la résstvté dont l'unté utlsée est l'o h m.m. La résstvté d'une roche sera foncton de la quantté d'eau qu'elle content, donc de sa porosté, et de la mnéralsaton de l'eau qu'elle renferme. Une zone fssurée, à porosté plus mportante que la roche sane, présentera une résstvté plus fable, d'autant plus fable qu'elle sera plus fssurée. Le rapport résstvté zones f ssurées/résstvté roches sanes peut attendre 0. C'est un contraste suffsant pour être accessble à des mesures de surface. La prospecton électrque par courant contnu détermne les résstvtés à partr des courants conduts (). En général, l y a une melleure sélectvté des formatons résstantes par courant contnu.. - LA PROSPECTION ELECTRIQUE PAR COURANT CONTINU Rappelons que selon que l'on s'ntéresse aux varatons de la résstvté avec la profondeur, ou latéralement, deux technques sont à mettre en oeuvre : - les sondages électrques - les profls de résstvté () La méthode de prospecton électromagnétque par courant alternatf détermne la résstvté à partr des courants nduts (vor paragraphe.2).

19 ..- LE SONDAGE ELECTRIQUE Un sondage électrque (S.E.) consste à établr la courbe de varaton, en foncton de la profondeur, de la résstvté apparente des terrans et mesurée en surface à l'ade d'un dspostf à 4 électrodes (ou quadrpole) AMNB. La profondeur d'nvestgaton est réglée en fasant varer la dstance entre les électrodes d'njecton de courant A et B. La dfférence de potentel créée est mesurée entre les électrodes M et N pus reportée sur un graphque pour chaque valeur de AB/2 avec : - en abscsse : la dstance A B/ 2 - en ordonnée : la résstvté apparente donnée par l'apparel. Le tout en coordonnées b-logarthmques. La courbe obtenue est alors nterprétée sot par abaque, sot par programme sur ordnateur ou calculatrce de poche, en termes de conductance longtudnale ou de résstance transversale des facès électrques successfs. Le sondage électrque classque est exécuté selon une seule drecton, mas à partr du centre du quadrpole d'autres mesures peuvent être fates dans des drectons dfférentes dans le but de tradure l'ansotrope électrque du mleu. Les dspostfs carrés sont des dspostfs partculers d'nvestgaton plurdrectonnelle utles pour tradure une ansotrope du mleu qu, en l'absence de toutes autres ndcatons, peuvent fournr l'orentaton des prncpales drectons de fssuraton ou de facturaton et permettre d'orenter les profls de résstvtés à entreprendre (vor c-après). - Mse en oeuvre [9] La réalsaton des sondages électrques pour de fables longueurs de lgne - jusqu'à 600 m - nécesste un matérel relatvement smple et peu encombrant : - un apparellage de mesure (résstvmètre) et ses accessores ; - un véhcule. Par alleurs, cnq manoeuvres au plus sont nécessares pour des sondages ne dépassant pas des longueurs de lgne AB de 000 m.

20 - Avantages Les sondages électrques permettent de fare une nterprétaton quanttatve qu peut être étalonnée sur des forages exstants. Cette méthode permet en partculer de donner une bonne nformaton sur l'mportance de l'altératon et sur les prncpaux accdents qu peuvent affecter le socle. Elle est ndspensable à la défnton des dspostfs du traîné électrque et à son nterprétaton. - Inconvénents [6] - nécesste un calage sur forage exstant ; - son nterprétaton vare en foncton de l'orentaton du sondage par rapport à la drecton de fracturaton présumée (en mleu ansotrope). /..2 - LE TRAINE ELECTRIQUE OU PROFIL DE RESISTIVITE Le profl de résstvté donne pour des statons de mesures algnées et régulèrement espacées, la valeur de la résstvté apparente mesurée à l'ade d'un dspostf où l'écartement AB est constant. Il met donc en évdence les varatons latérales de la résstvté apparente. C'est un dspostf rgde qu, tant qu'l est assez court, est déplacé en traînant l'ensemble des câbles d'où son n o m de "traîné" électrque. L'emplo de pluseurs couples de mesure MN, pour chaque poston des pôles d'envo est auss utlsé sous forme de dspostfs asymétrques, permettant de meux localser les causes des à-coups de prse. Ces dspostfs sont connus sous le nom de [] : - traîné à répétton - traîné combné (où l'électrode commune d'envo de courant est élognée vers l'nfn, à une dstance supéreure à 5 fos la longueur AB/2 et dsposée sur une perpendculare à AB).

21 - Mse en oeuvre La réalsaton des mesures nécesste le m ê m e matérel que celu du sondage électrque. Toutefos, le personnel dot être un peu plus nombreux, surtout dans le cas du traîné où pluseurs longueurs de lgnes A B sont essayées. - Avantages. Cette méthode très largement utlsée dans des projets d'mplantaton en hydraulque vllageose, permet le repérage de zones fracturées ou fssurées vertcales ou subvertcales.. C'est une méthode essentellement qualtatve qu permet parfos d'estmer le pendage de zones fracturées à condton d'adopter pluseurs longueurs de lgne A B (vra seulement en mleu tabulare).. Cette technque de prospecton est rapde et relatvement légère. - Inconvénents - Ne peut être utlsée seule car dot être oblgatorement dmensonnée sur les caractérstques d'un sondage électrque vosn (chox de la longueur de lgne sur la branche ascendante du sondage électrque). - La précson d'une telle méthode est foncton du pas de mesure (longueur M N) et de la dmenson du quadrpole (longueur AB)...3- CAS PARTICULIER DU SONDAGE ELECTRIQUE PLURI- DIRECTIONNEL Déjà évoquée plus haut, cette méthode permet l'étude de l'ansotrope électrque du mleu dscontnu à l'ade de 2 dspostfs : - Le dspostf "carré" où les quatre électrodes A, B, M et N sont dsposées suvant un motf géométrque carré de côté a, ce derner étant détermné par sondage électrque préalable.

22 0 On réalse ensute les mesures suvant 4 ou 6 drectons, donc par rotatons successves de 45 ou 30, respectvement. - Le dspostf rectangle où l'on déplace les électrodes de mesure MN non seulement le long de la lgne d'njecton AB, mas auss latéralement à cette dernère jusqu'à une dstance vosne de AB/4. La surface explorée couvre une are égale à AB/3 x AB/2(*), de façon à lmter les effets de proxmté d'électrode d'njecton. - Mse en oeuvre La mse en oeuvre de cette méthode demande l'équpement de prospecton électrque classque utlsé pour le sondage électrque déjà décrt. Pour une exécuton rapde (une heure pour un dspostf carré avec 3 longueurs de côté), l nécesste un opérateur et quatre manoeuvres. -Avantages - Dspostf carré. Permet de détermner 2 paramètres qu sont lés à la drecton des structures ou des fractures et à l'ntensté de la fracturaton. Il permet ans de décder s un ste est favorable ou non à l'mplantaton. C'est un dspostf applcable à l'étude de tous les mleux dscontnus tant en pays crstalln que karstque, mas présentant toutefos un ntérêt lmté en hydraulque vllageose. - Dspostf rectangle [3]. Permet la suppresson des à-coups de prse relatfs aux électrodes d'njecton AB pendant l'exécuton du rectangle.. Bon rendement dans la prospecton quand de très longs AB sont nécessares. - Inconvénents - Dspostf carré Un tel dspostf ne permet pas à lu seul d'mplanter un forage. (*) Rectangle lmté du profl central ou confguraton "Gradent".

23 Dspostf rectangle [23] La profondeur d'nvestgaton n'est pas rgoureusement constante le long du gradent ; elle est plus fable dès que l'on s'élogne de l'axe AB : une anomale rencontrée en bordure de gradent présente une ampltude plus forte mas un nveau plus fable que s elle état rencontrée au centre du gradent : Dffcultés de raccorder entre eux deux rectangles vosns (embrayage délcat). Calculs du coeffcent K longs et ennuyeux. /..4 - VARIANTE DU DISPOSITIF TYPE "TRAINE" ELECTRIQUE II s'agt de la rosace électrque. Cette méthode sert à précser la drecton des anomales détectées par traîné électrque et utlse la même confguraton électrque que le traîné : l'électrode de potentel M est centrée sur l'anomale pré-dentfée et l'autre pôle N tourne sur un cercle concentrque à M. Lorsque la drecton du segment M N coïncde avec celle de l'anomale, on observe une dfférence de potentel mnmale très basse. - Avantages et nconvénents Ce sont les mêmes que ceux exposés à l'occason de la descrpton de la méthode du traîné électrque. /..S - CONCLUSIONS - LIMITES D'APPLICATION DE LA METHODE [7] La méthode de prospecton électrque en courant contnu est utlsée depus de longues années en Afrque de l'ouest et ans que nous le verrons plus lon par des exemples, quelques données permettent de juger des résultats obtenus. Intalement, avant l'ntroducton de la technque de forage au marteau-fondde-trou, la technque du sondage électrque et celle du profl de résstvté apparente étaent préconsées pour l'mplantaton des puts et des forages par battage ou au rotary et ayant un fable pouvor de pénétraton dans le socle san ou fssuré et captant la nappe dans les altértes ou le socle altéré.

24 2 Les résultats obtenus étaent dans l'ensemble satsfasants et la méthode géophysque permettat d'attendre un taux de réusste de 70 % pour des débts supéreurs à 0,5 m-vh. Les résultats concernant la pérode suvante, celle de l'ntroducton du marteaufond-de-trou, avec pour objectf le captage de la nappe profonde de fssuraton dans la roche sane, sont mons favorables à la méthode. Le taux de réusste est en général vosn de 55 % pour des débts de 700 /h. La prospecton électrque, qu consttue une méthode de recherche ndrecte pusqu'elle explote des phénomènes secondares lés à l'altératon des zones fracturées, a en outre une profondeur d'nvestgaton lmtée, car l'orgne de l'anomale se stue dans la majorté des cas à fable profondeur. Le taux d'échec observé peut donc s'explquer en parte par des erreurs d'mplantaton. Une prospecton électrque par courant contnu sur un ste ne consste pas à réalser un profl solé recoupant une anomale électrque. Il faut mpératvement défnr la drecton des axes conducteurs, l'extenson de l'anomale et sa largeur réelle. C'est seulement après la réunon de tous ces éléments qu'une décson sera prse sur la sélecton des anomales, d'une part, et sur l'mplantaton du forage, d'autre part. Certanes règles à respecter peuvent ans être étables à partr de l'expérence acquse, ce qu tend à amélorer l'nterprétaton des dagrammes obtenus. Nous y revendrons..2 - LES PROSPECTIONS ELECTRIQUES EN COURANT ALTERNATIF : LES METHODES ELECTROMAGNETIQUES Les méthodes électromagnétques ont toujours connu un grand développement dans les pays où les terrans de subsurface sont résstants (Scandnave, Canada). Elles sont mons utlsées dans les pays à recouvrement plus ou mons conducteur [22].

25 3 II exste un grand nombre de méthodes électromagnétques lées sot : - aux paramètres mesurés : champ magnétque ou électrque, sens des vecteurs, champ total, nclnason, dévaton, composantes en phase ou en quadrature, etc. - à la dversté des sources d'exctaton : naturelle ou artfcelle, proche ou lontane, électrque ou magnétque. Deux types d'nvestgaton sont possbles : - une nvestgaton vertcale qu determne les varatons des proprétés électrques ou magnétques du sous-sol avec la profondeur. Il s'agt là d'une équvalence avec le sondage électrque en courant contnu. - une nvestgaton horzontale où les réparttons de ces m ê m e s proprétés du sous-sol sont étudées pour une même profondeur d'nvestgaton. On vot mmédatement une analoge avec le traîné électrque en courant contnu PRINCIPE DES METHODES ELECTROMAGNETIQUES Lorsqu'une onde électromagnétque pénètre dans le sol, elle ndut dans tout corps conducteur enfou des courants de Foucault qu engendrent alors un champ magnétque perturbateur du champ magnétque prmare de l'émetteur. Le prncpe de la méthode consste à mesurer à la surface du sol les déformatons du champ magnétque prmare, afn de détecter la présence de conducteurs souterrans (flons ou zones de fractures). Cette méthode nécesste donc un émetteur qu crée le champ prmare et un récepteur qu permet de mesurer les paramètres du champ résultant. Le schéma de prncpe de la prospecton électromagnétque est llustré en fgure.

26 Srh-mt dt frncft le In ptosjtrtun rlrrlrnmaynrtqnt. Ur champ prmare engendré )>:r le cour.-nt alternatf rrrulnnt duns IVmettcur. //. : champ secondare provoque l>;r les courants nduts dans ] n:ssr conductrce par le r):mp prmare. lt : champ total. cod ré émetteur parcouru par un courant alternatf masse conductrce cadre récepteur Fgure - Schéma de prncpe de la prospecton électromagnétque Extrat de : "Géophysque applquée à l'hydrogéologe" par J.L. Aster, p. 8, Masson REVUE DES S YSTEMES ELECTROMA GNETIQUES USUELS OPERANT DANS LE DOMAINE FREQUENTIEL ET APPLIQUES A LA PROSPECTION AU SOL Le tableau 2 nclue l'ensemble des dspostfs exstants au catalogue et plutôt que de les décrre chacun à leur tour, nous proposons sous forme de fches comparatves, les prncpes, avantages et nconvénents de chaque dspostf proposé. groupes : Ces systèmes de prospecton électromagnétque ont été scndés en deux - les systèmes électromagnétques à émetteurs fxes tant lontans que proches (tableau 3 et fches comparatves A à D) ; - les systèmes électromagnétques à émetteurs et récepteurs mobles et à écartement varable (tableau 4 et fche comparatve E), mesurant les composantes réelles et magnares du champ magnétque secondare. Dans tous les cas, la profondeur d'nvestgaton est foncton de deux facteurs : la dstance émetteur-récepteur et la fréquence du courant nducteur. Elle est, en premère approxmaton, comprse entre 0,5 et,5 fos la dstance émetteurrécepteur, et d'autant plus grande que la fréquence est basse.

27 SYSTEMES A EMETTEUR FIXE SYSTEMES A Quant té^^-v^^ mesurée ^^~^^ EMETTEUR LOINTAIN EMETTEUR PROCHE EMETTEUR RECEPTEUR MOBILES ANGLE D'INCLINAISON AFMAG dspostfs à boucle émettrce vertcale ou à boucle émettrce horzontale dspostf "broadsde" dspostf "n lne" V.L.F. (*) x SHOOTBACK (vert, et hor.) COMPOSANTES boucles horzontales coplanares tgo = Re(Hz)/Hp boucles vertcales coplanares REELLES ET IMAGINAIRES V.L.F. boucles vertcales coaxales c «Im(Hz)/Hp MAX-MIN rapport des AMPLITUDES boucle horz. rect. TURAM et dfférence de PHASE câble long COMPOSANTES des Dspostf du C.R.G. MELOS dpôle magn. vert. CHAMPS ELECTRIQUE de GARCHY (traîneau) dpôle magn. vert. et MAGNETIQUE EM R 6 EM 6 R dpôle magn. horz. MAGNETO-TELLURIQUE ARTIFICIELLE dspostf de GOLDSTEIN dpôle élect. horz. Tableau 2 - Classfcaton des systèmes électromagnétques usuels opérant dans le domane fréquentel - Prospecton au sol

28 6 Quantte^^ mesurée ^v EMETTEUR LOINTAIN SYSTEMES A EMETTEUR FIXE EMETTEUR PROCHE ANGLE D'INCLINAISON AFMAG V.L.F. dspostfs à boucle émettrce vertcale ou à boucle émettrce horzontale COMPOSANTES REELLES ET IMAGINAIRES V.L.F. tg6 = Re(Hz)/Hp e = Im(Hz)/Hp rapport des AMPLITUDES et dfférence de PHASE TURAM boucle horz. rect. câble long COMPOSANTES des CHAMPS ELECTRIQUE et MAGNETIQUE Dspostf du C.R.G. de GARCHY (traîneau) EM 6 R MELOS dpôle magn. vert, dpôle magn. vert. EM R 6 dpôle magn. horz. MAGNETO-TELLURIQUE ARTIFICIELLE dspostf de G O L D S T E I N dpôle élect. horz. Tableau 3 - Classfcaton des systèmes électromagnétques usuels opérant dans le domane fréquentel Prospecton au sol Systèmes électromagnétques à émetteur fxe

29 7.2.3 CONCLUSIONS - LIMITES D'APPLICATION DE LA METHODE ELECTROMAGNETIQUE Les dfférentes méthodes électromagnétques à mettre en oeuvre dépendent de la cble à détecter, mas l est déjà mportant de noter que : - les méthodes d'nclnason de champ (VLF nclnason, T U R A M) détectent toutes sortes de conducteurs, y comprs les conducteurs très mnces (falles), auss ben que des lmtes de compartments à résstvté dfférente ; - les méthodes de type résstvté (MELOS, VL-F résstvté, Max-Mn) mettent en évdence des conductances (produt résstvté x épasseur) et ne détectent pas les conducteurs mnces. Ces proprétés, nhérentes au paramètre physque perçu, dovent être présentes à l'esprt de l'hydrogéologue lorsqu'on dot chosr la méthode à employer sur un problème donné. Nous verrons que dans notre deuxème parte, la technque du VLF mode nclnason et résstvté, ans que l'emplo de la méthode Max-Mn ont donné d'excellents résultats, surtout lorsqu'l s'agt d'établr des corrélatons avec les méthodes électrques par courant contnu telles que le sondage électrque ou le traîné électrque..3 - LA METHODE MAGNETO-TELLURIQUE NATURELLE Le prncpe de la méthode magnéto-tellurque naturelle a été exposé par L. Cagnard dans un artcle publé en 953. Un sondage magnéto-tellurque (en abrégé SMT) consste à détermner, à l'aplomb d'un pont fxe, la varaton de la résstvté apparente des terrans en foncton de la pérode (ou de sa fréquence) des oscllatons magnéto-tellurques naturelles. crossante. Tout comme le sondage électrque, l réalse une nvestgaton à profondeur Le profl magnéto-tellurque correspond à une sére de mesures effectuées à ntervalles régulers le long d'un trajet le plus rectlgne possble, la résstvté des terrans étant détermnée en chaque pont pour une seule fréquence qu sera toujours la même. Il permet une nvestgaton latérale à profondeur constante. la fche F. Les avantages et nconvénents de cette méthode sont brèvement explctés sur

30 8 Dstance Nom du Fréquences Emetteur/ Remarques dspostf (Hertz) Récepteur ABEM DEMIGUN 880 et 640 Hz m boucles horzontales boucles horzontales APEX MAX-MIN et et 20 m ou bouc. T horz. PARAMETRICS 3555 Hz et bouc. R vertc EM Hz et 20 m boucles GEONIX horzontales EM 7 L 87 Hz 50 et 200 m MAC PHAR VHEM Hz ou m boucles horzontales SCINTREX SE Hz 60 ou 90 m boucles horzontales Tableau 4 - Classfcaton des systèmes électromagnétques usuels opérant dans le domane fréquentel Prospecton au sol Systèmes électromagnétques à émetteur-récepteur mobles

31 Fche A SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES USUELS EN PROSPECTION AU SOL Nom du dspostf : VLF Mode nclnason NATURE DU SYSTEME Système à émetteur fxe, lontan ; fréquence fxe : EM 6 GEONICS ; SYSCAL VLF BRGM. PRINCIPE ET APPLICATIONS Mesure des déformatons du champ magnétque prmare : tg 0, Fraser et ellptcîté - Recherche d'eaux souterranes en zones de socle crstalln. - Localsaton de zones conductrces étrotes ou de fractures. - Localsaton de flons. AVANTAGES Coût peu élevé. Rapdté et faclté de mse en oeuvre ( opérateur). Permet la reconnassance rapde d'une zone étendue. Le tratement des mesures par dérvaton et fltrage permet de supprmer le brut et d'amélorer la résoluton des anomales. Une nterprétaton quanttatve peut être effectuée dans le cas d'un modèle 2 terrans lorsqu'on connaît la résstvté du premer. INCONVENIENTS Fable profondeur d'nvestgaton (40 m maxmum). Le champ magnétque prmare s'atténue rapdement avec la profondeur dans les zones de conductvté fable ou modérée. Impossblté d'évaluer la conductvté dans le cas de conducteurs fables, les champs secondares étant fortement déphasés par rapport au champ prmare. Sensblté aux conducteurs ndustrels (lgnes électrques, téléphonques, clôtures, condutes, etc.). Interprétaton quanttatve dffcle d'une zone fracturée profonde dans le cas d'une couche conductrce superfcelle. Possbltés d'applcatons rédutes par le nombre de statons VLF recevables. n'exste pas toujours d'émetteurs V L F dans la drecton de la structure recherchée. Gêne apportée par les nterruptons des émssons. EXEMPLES D'APPLICATIONS OBSERVATIONS - Vendée, Bretagne, Normande, Corse. - Afrque occdentale (Bénn, Togo, Nger, Sénégal, Burkna-Faso, etc.). L'émetteur NAA (7,8 khz) apparaît comme le plus facle à capter en Europe et en Afrque de l'ouest.

32 Fche B SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES USUELS EN PROSPECTION AU SOL Nom du dspostf : VLF Mode résstvté NATURE DU SYSTEME Système à émetteur fxe, lontan ; fréquence fxe : EM 6 R (boîter Radohm) GEONICS et lgne tellurque ; SYSCAL VLF. PRINCIPE ET APPLICATIONS AVANTAGES Mesures des composantes horzontales des champs électrques et magnétques ; résstvté apparente pa et déphasage * entre Ex et Hy. - Recherche de zones fracturées. - Evaluaton de l'épasseur d'un recouvrement (alluvons). - Etudes et contrôle de fracturaton en zones de socle. - Délmtaton de zones à permafrost. N3 O - Faclté et rapdté de mse en oeuvre. - Légèreté de l'équpement (pas d'émetteur). - Utlsaton en phase de reconnassance dans une prospecton. - Rendement élevé: 00 statons par jour. INCONVENIENTS EXEMPLES D'APPLICATIONS - Fable profondeur d'nvestgaton (une dzane de mètres au maxmum). - Pauvreté en fréquences. - France : Broualan OBSERVATIONS

33 Fche C SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES USUELS EN PROSPECTION AU SOL Nom du dspostf : Magnéto-Tellurque Artfcelle NATURE DU SYSTEME Système à émetteur fxe, lontan ; 2 fréquences d'utlsaton en F R A N C E (63,8 khz et 5, khz). Sondeur M T-V L F du C. R. G. de G A R C H Y - Dspostf traîneau. PRINCIPE ET APPLICATIONS Contrarement à la M. T. classque, la source du phénomène est c une exctaton artfcelle. Pour la mesure du champ électrque, les électrodes résstves sont remplacées par des électrodes capactves posées sur le sol. Détecton de falles. Détecton de cavté. Etude de Permafrost. AVANTAGES Rapdté de mse en oeuvre. Mesures ponctuelles ou contnues. Electrodes capactves ntéressantes sur sols résstants. Bon rendement : 60 à 80 statons/jour. INCONVENIENTS Pauvreté en fréquences (deux) entraînant une ndétermnaton de la nature et de la profondeur des anomales enregstrées. Sensblté aux parastes ndustrels, aux lgnes à haute-tenson, aux postes émetteurs rado. Dépendance des fluctuatons ou arrêts de l'émsson et des condtons atmosphérques. Dffculté de déplacement des électrodes capactves en terran bosé, broussalleux ou clôturé. Les mesures étant effectuées à des fréquences élevées, la tranche de terran ntéressée est fable. EXEMPLES D'APPLICATIONS OBSERVATIONS

34 Fche D SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES USUELS EN PROSPECTION AU SOL Nom du dspostf : MELOS (Magnéto-Electrque par Ondes de Surface) NATURE DU SYSTEME - Système à émetteur fxe, proche ; 2 fréquences fxes préaccordées de 7,5 à Hz (MNIMELOS) ; Fréquences choses à volonté dans la bande de à 000 Hz (MAXI MELOS). PRINCIPE ET APPLICATIONS - Méthode magnéto-tellurque à source contrôlée ; un émetteur de rayonnement magnétque consttué par un dpôle vertcal est dsposé à la surface du sol. Un récepteur placé à une dstance R de l'émetteur mesure les composantes Hse, Hz et Ey du champ électromagnétque en provenance de l'émetteur transms au vosnage de la surface. La pénétraton plus ou mons grande du rayonnement dans le sous-sol conducteur en foncton de la fréquence permet la réalsaton du sondage ; études structurales, détecton de falles ou flexures, recherches de cavtés et conduts karstques, applcaton en mleu fssuré calcare (drectons de fssuraton, coeffcents d'ansotrope). AVANTAGES Dans le cas de formatons tabulares, les avantages du sondage MELOS par rapport au sondage électrque sont : - rapdté et faclté de mse en oeuvre, - mportance mondre des varatons latérales de résstvté ; pas de problème d'njecton de courant, - utlse une source artfcelle connue, - contrastes de résstvté plus accentués qu'en méthode électrque conventonnelle. (S3 INCONVENIENTS Dffculté du chox d'orentaton de la lgne tcllurque (Ey) par rapport à la drecton supposée de la structure recherchée. La composante Hz mesurée est trop soumse à une nfluence extéreure à cause de la proxmté de la source, à mons d'augmenter la dstance émetteur-récepteur. Dffcultés d'utlser des fréquences très basses dans certans cas, à cause des paramètres géoélectrques du sous-sol. EXEMPLES D'APPLICATIONS - Repérage de galeres karstques (source du Lez dans L'Hérault - France). - Détermnaton de l'extenson d'argles salées (très basses résstvtés). - Etude des 200 premers mètres de sédments à partr de la surface dans une régon très tectonsée. OBSERVATIONS Descrptf de l'apparellage en Annexe 3 du rapport 83 SGN 32 GPH

35 Fche E SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES USUELS EN PROSPECTION AU SOL Nom du dspostf : APEX MAX-MIN NATURE DU SYSTEME Apparellage émetteur-récepteur mobles, à écartement varable (6 écartements) et à multfréquences d'opératon (5 fréquences). PRINCIPE ET APPLICATIONS La boucle d'émsson nterne horzontale crée un champ magnétque vertcal, lequel en présence d'un mleu conducteur ndut des courants de Foucault dans le conducteur, ces derners créant un champ secondare déphasé. Le récepteur mesure le champ total. La présence d'une anomale conductrce se manfeste sur un profl par 2 pcs postfs, en cadrant un pc négatf centré sur l'anomale. Applcaton de plus en plus mportante en hydrogéologe. Etude de zones fallées larges. Etude de la facturaton en zones de socle. AVANTAGES INCONVENIENTS Faclté de mse en oeuvre. Utlsaton de pluseurs fréquences. Melleure focalsaton de l'anomale conductrce ; nterprétaton quanttatve possble. Détermnaton de la profondeur et du pendage de la structure reconnue. Utlsaton possble sur substratum grantque, avec fable épasseur d'altératon. Nécessté de mantenr constante la dstance émetteur-récepteur (une erreur de % sur la dstance entraîne une erreur de 3 % sur la mesure). Correctons topographques, sur la composante réelle, nécessares en terrans accdentés. Influence des formatons conductrces superfcelles sur l'nterprétaton. EXEMPLES D'APPLICATIONS Pour la prospecton au sol, le dspostf à boucles horzontales (HLEM mode M A X) est le plus utlsé. Pour la recherche d'eaux souterranes : Iwaco-Burkna Faso, Mac Donald-Ngera. OBSERVATIONS Descrptf de l'apparellage en Annexe 8 du rapport 83 S G N 32 G P H.

36 Fche F SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES USUELS EN PROSPECTION AU SOL Nom du dspostf : Magnéto-Tellure Naturelle NATURE DU SYSTEME Système autorsant la mesure smultanée des ampltudes des varatons de 2 composantes d'un champ électromagnétque dans une gamme de fréquence de 2 à 2000 Hz. Possblté de fltrage à 8 fréquences préréglées. Résstvmètre magnéto-tellurque du C R G de Garchy. PRINCIPE ET APPLICATIONS Détermnaton de la résstvté apparente pa du sous-sol à partr de la mesure de surface suvant 2 drectons perpendculares O x et Oy, des varatons smultanées des composantes horzontales des champs tellurques (Ex) et magnétques (Hy) naturels ; Cagnard (953) : pa = /5F (Ex/Hy) 2 - Géotherme + Recherches d'eaux chaudes mnéralsées. + Recherche structurale, en suvant un marqueur, sot résstant, sot conducteur. - Hydrogéologe + Recherche structurale dans les grands bassns sédmentares. AVANTAGES - Mse en oeuvre relatvement smple. - Profondeur d'nvestgaton mportante car foncton de la fréquence utlsée le standard de pénétraton est d'autant plus grand, que la fréquence est basse et la résstvté est élevée / _ J_, U) - Méthode en général plus rapde que la méthode électrque classque. ~ 2 n F / INCONVENIENTS La méthode M.T. est spécalement adaptée à la recherche de zones à fable résstvté. Les terrans résstants sont plus dffcles à détecter ; une épasseur 2 à 3 fos plus grande que celle des terrans encassants est nécessare pour qu'un terran résstant sot dscernable sur une courbe de sondage M.T., d'où un manque de précson dans l'nterprétaton, ce qu est gênant pour les recherches hydrogéologques. Utlsaton conjonte de la prospecton électrque et de la prospecton M.T. pour lever les ambguïtés dans l'nterprétaton quanttatve des données. EXEMPLES D'APPLICATIONS Arabe Saoudte (Projet SAQ) OBSERVATIONS Rendement : 4 à 5 sondages magnéto-tellurques par jour. Fche descrptve en Annexe du rapport 83 SGN 32 GPH.

37 25 II - LES METHODES D'APPRECIATION DU PARAMETRE DE VITESSE DES ONDES DANS LE SOL : LA PROSPECTION SISMIQUE S en un pont du sol on provoque un ébranlement, ce derner se propage de proche en proche en s'amortssant ; le temps nécessare pour qu'l attegne des récepteurs dépend de la nature et de la dsposton des formatons géologques. La prospecton ssmque a pour préoccupaton l'étude de ce temps de propagaton. L'ébranlement du sol se tradut par une émsson d'ondes de déformaton ou ondes élastques, les prncpales étant [3] : - les ondes de Raylegh, qu se propagent unquement à la surface du sol ; - les ondes longtudnales ou ondes de compresson et de dlataton ; - les ondes transversales ou ondes de csallement (la déformaton du terran est c perpendculare à la drecton de la propagaton). La vtesse de propagaton des ondes transversales est envron moté de celle des ondes longtudnales. Les ondes de Raylegh sont encore plus lentes. La prospecton ssmque ne s'ntéresse qu'aux ondes longtudnales prncpalement. La vtesse de propagaton des ondes élastques dans le sol est comprse entre de larges lmtes. Ans et pour un même type de roche, la vtesse de propagaton dmnue avec le degré d'altératon, de fssuraton ou de fracturaton. On vot mmédatement l'ntérêt d'une telle méthode en matère d'hydrogéologe en mleu fssuré. Le tableau 5 donne les valeurs de propagaton des ondes longtudnales les plus fréquemment rencontrées : Formatons Vtesse (km/s) Ar Eau douce Vases Couche superfcelle meuble et sèche (weathered zone) Alluvons sèches Alluvons humdes Argles Tufs volcanques Marnes. Crae Grès Laves Calcares et dolomes Schstes, mcaschstes Gness, quartztes Grante 0,33,45 0,2-0,6 0,2-0,6 0,6-,2,6-2,4,8-2,2,8-2,5 2,3 2-3,5 2, ,5 3, Tableau 5 Vtesse des ondes ssmques

38 26 En mleu fssuré et partculèrement dans l'hydrogéologe applquée à l'étude des mleux fssurés et pour mettre en évdence l'envronnement lent dssocé de la roche sane correspondante, c'est la méthode ssmque réfracton qu est le plus couramment utlsée et sous forme de deux technques [27] : - le sondage ou le profl ssmque réfracton, - le tr en arc. n.l - LA METHODE SISMIQUE REFRACTION //..- LA TECHNIQUE DU SONDAGE ET DU PROFIL SISMIQUE REFRACTION Cette méthode a pour objet prncpal d'étuder les caractérstques physques du marqueur ssmque profond. Pour un compartment fracturé, la vtesse des ondes longtudnales et transversales est plus fable que celle caractérsant le mleu non fracturé. La présence et la poston d'une zone fracturée sont révélées par l'analyse des vtesses obtenues à partr des dromochronques, correspondant à des trs en offset, donc à l'arrvée de l'onde réfractée sur le marqueur ssmque profond [8]. La détermnaton de ces vtesses est mmédate. L'objectf de la méthode n'est pas d'évaluer une vtesse du passage fracturé, mas de le localser en repérant des "anomales de vtesses". On peut ans délmter la poston et défnr la largeur de la zone fracturée au tot du marqueur ssmque. Dans le cas de zones fracturées très étrotes, l'ntervalle entre géophones dot être rédut à quelques mètres et l'apparellage utlsé dot permettre le pontage des flms à la mllseconde près. La méthode ssmque-réfracton consttue une prospecton drecte des zones fracturées et donne des nformatons se stuant à une profondeur généralement plus mportante que celles fournes par la prospecton électrque. Eu égard à sa mse en oeuvre lourde, cette technque est toujours utlsée en complément de la prospecton électrque.

39 27 En règle générale, la reconnassance d'un ste comporte la réalsaton d'un ou pluseurs sondages électrques, d'un profl de résstvté apparente dsposé perpendcularement à la drecton de fracturaton supposée et d'un essa ssmqueréfracton au drot de l'anomale électrque. De nombreux exemples d'utlsaton conjonte de la ssmque réfracton et de la prospecton électrque classque en courant contnu, seront donnés dans la deuxème parte de ce rapport. //..2 - LA TECHNIQUE DU TIR EN ARC Dans la technque du tr en arc, au leu d'algner ssmomètres et ponts de tr, on place les ssmomètres suvant un arc centré sur le pont de tr ; le rayon de l'arc dot être suffsamment long pour que les ondes arrvant les premères aux ssmomètres correspondent à des ondes réfractées au tot du marqueur à étuder. Les temps de traversée du recouvrement sous le pont d'ébranlement, ans que le temps de parcours au tot du marqueur à étuder, sont à peu près les mêmes pour tous les ssmomètres : les anomales de temps mses en évdence par ces derners sont donc prncpalement dues aux varatons de profondeur du marqueur sous l'arc ssmque. Les trs en arc sont partculèrement ndqués pour suvre des structures de forme allongée (vallées fossles relatvement étrotes, zones broyées, falles). //..3 - A VANTAGES ET INCONVENIENTS DE LA METHODE SISMIQUE REFRACTION - APPLICATIONS DE LA METHODE [4] Le contraste de vtesse entre l'ensemble formé par la couche d'altératon et la roche fssurée d'une part, et la roche compacte d'autre part, est très élevé et la ssmque réfracton se prête ben à la détermnaton de la profondeur de la roche compacte, et cec quelle que sot l'mportance respectve de la couche d'altératon et de la roche fssurée (condton restrctve rappelons-le dans l'utlsaton de la technque du sondage électrque). Cette détermnaton de profondeur peut toutefos être affectée d'une légère mprécson pour deux rasons : - les terrans secs lorsqu'ls sont épas forment un écran qu masque sur les dromochrones les terrans mbbés sous-jacents ;