Prospection par sondages de résonance magnétique protonique sur le site test de la Soutte Alsace (67) Rapport final

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1 Prospection par sondages de résonance magnétique protonique sur le site test de la Soutte Alsace (67) Rapport final BRGM-RP54406-FR Décembre 2005

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3 Prospection par sondages de résonance magnétique protonique sur le site test de la Soutte Alsace (67) Rapport final BRGM RP FR Décembre 2005 Étude réalisée dans le cadre des opérations de Recherche du BRGM 2005 (INSU - PNRH Waterscan) JF. Girard Vérificateur : Nom : J.M. Baltassat Date : Signature : Approbateur : Nom : H. Fabriol Date : Signature :

4 Mots clés : sondage RMP, MRS, Alsace, Vosges, site test. En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : Prospection par sondages de résonance magnétique protonique sur le site test de la Soutte Alsace (67). Rapport final. BRGM/RP FR, 30 pages, 2 fig., 4 tab., 9 ann. BRGM, 2005, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l autorisation expresse du BRGM.

5 Synthèse Dans le cadre du programme national de recherche de l INSU, ECCO-PNRH 2005 WATERSCAN, le site test de l EOST (Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre de l Université Louis Pasteur, Strasbourg) a été prospecté du 15 au 19 Novembre 2004 par sondages de résonance magnétique (RMP-MRS) en complément des mesures électriques et magnétiques déjà réalisées sur ce site en 2004 par le laboratoire de proche surface de l EOST. L instrumentation de ce site vise à étudier les circulations d eau dans le proche soussol au cours des différentes saisons à proximité d une source située quasiment sur une crête en bordure du plateau du «champ du feu» au dessus de la ville de Barr. Les méthodes géophysiques retenues pour le monitoring sont les panneaux électriques répétés et le suivi des variations de potentiel spontané le long de deux profils sécants. Les mesures ont été réalisées à l aide d un système Numis LITE de IRIS Instruments. Six sondages exploitables ont été réalisés. Les conditions de bruit électromagnétique sont très favorables sur ce site loin de toute installation industrielle, mais comme le confirment les sondages MRS, seul les premiers mètres altérés présentent une teneur en eau détectable. Les signaux ont donc un niveau très faible, mais utilisable. RGM/RP FR Rapport final, 3

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7 Sommaire 1. Introduction Mise en oeuvre ACQUISITION DES MESURES POSITIONNEMENT DES SONDAGES ET COORDONNEES : HISTORIQUE ET PARAMETRES UTILISES TRAITEMENT DES DONNEES Interprétation Conclusion Annexes SONDAGE N SONDAGE N 1 BIS SONDAGE N SONDAGE N SONDAGE N SONDAGE N 5 (A) SONDAGE N 5 (B)...25 RGM/RP FR Rapport final, 5

8 5.8. SONDAGE N SPECTRES DU SONDAGE N BRGM/RP FR Rapport final

9 1. Introduction Dans le cadre du programme national de recherche PNRH 2005, WATERSCAN, le site test de l EOST (Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre de l Université Louis Pasteur, Strasbourg) a été prospecté du 15 au 19 Novembre 2004 par sondages de résonance magnétique (MRS) en complément des mesures électriques et magnétiques déjà réalisées sur ce site en 2004 par le laboratoire de proche surface de l EOST. L instrumentation de ce site vise à étudier les circulations d eau dans le proche soussol au cours des différentes saisons à proximité d une source située quasiment sur une crête en bordure du plateau du «champ du feu» au dessus de la ville de Barr. Les méthodes géophysiques retenues pour le monitoring sont les panneaux électriques répétés et le suivi des variations de potentiel spontané le long de deux profils sécants. Dans le cadre de la reconnaissance du site et la caractérisation du proche sous-sol une carte magnétique a été levée, des panneaux électriques réalisés et d autres mesures de la conductivité électrique par différentes méthodes électromagnétiques sont envisagées. Les sondages MRS ont permis de compléter cette caractérisation par la mesure directe de la teneur en eau dans le sol et de caractériser les écoulements par le temps de relaxation du signal. Les mesures ont été réalisées à l aide d un système Numis LITE de IRIS Instruments. Six sondages exploitables ont été réalisés. Si l accès au site se fait facilement par une route forestière, le terrain en pente et quasiment à l état de tourbière rend les déplacements difficiles et ralenti considérablement l installation des dispositifs de mesure, d autant plus au mois de novembre. RGM/RP FR Rapport final, 7

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11 2. Mise en oeuvre 2.1. ACQUISITION DES MESURES La mise en œuvre des mesures a consisté à utiliser des antennes simultanément émettrice et réceptrice. Les antennes sont des boucles en forme de «huit» carrés de 25 m de coté, en diagonale par rapport à la grille de positionnement préexistante sur le terrain, orientées à peu près parallèles à la ligne de crête toute proche : Les conditions de bruit électromagnétique se sont révélées très favorables. Les niveaux sont résumés dans le tableau 1. Type d antenne (réalisée avec le même câble) Bruit (nv) Carré (6.25x6.25m) (pics à 220) Huit perpendiculaire à la route de la crête (chaque carré fait 3.125m de coté) Huit parallèle à la route de la crête (chaque carré fait 3.125m de coté) Tab. 1. Mesures réalisées avec le capteur de bruit, le câble fait 25 m (20 spires). On observe une augmentation du bruit d un minimum de 150nV jusqu à un maximum de 300 nv avec l antenne en huit carré de 25m au cours de la journée. Le filtre rejecteur Notch narrow 50 Hz (7 harmoniques) apporte une légère amélioration. RGM/RP FR Rapport final, 9

12 Site test dit «La Soutte», source de l Ehn Fig.1 : Plan de position du terrain d étude 10 BRGM/RP FR Rapport final

13 2.2. POSITIONNEMENT DES SONDAGES ET COORDONNEES : Nom X(m) Y(m) Z(m) Date Antenne Positon sur la grille RMP /11/2004 Carré de 37.5m RMP1b /11/2004 «Huit» de 25m RMP /11/2004 «Huit» de 25m RMP /11/2004 «Huit» de 25m RMP /11/2004 «Huit» de 25m RMP /11/2004 «Huit» de 25m RMP /11/2004 «Huit» de 25m B5-B6 B5-B6 C6-C5 D4-D5 (17.5 / 32.5) D3-E2 D2 E4-F4 Tab. 2. Positionnement de sondages et coordonnées Les coordonnées sont données en mètres dans le repère «La Soutte» (coordonnées en Lambert I dont l origine est la base GPS de «La Soutte») L altitude (Z) a été calculée par interpolation à partir d une grille préexistante. RGM/RP FR Rapport final, 11

14 Fig.2 : Site test : grille de positionnement sur le terrain (points rouge) et positions des antennes en huit et en carré simple 12 BRGM/RP FR Rapport final

15 2.3. HISTORIQUE ET PARAMETRES UTILISES La valeur moyenne du champ magnétique est de nt, mesurée à l aide d un magnétomètre au césium, soit une fréquence de Larmor de Hz. Sondage n Fichier n Date Antenne Bruit nv Pulses Max. Logiciel/PC 1 7 Mardi 16 Novembre Huit de 25m, 2 tours 220 <2330 A.ms DOS 1 bis 8 Mardi 16 Novembre Carré 37.5m, 2 tours <2620 A.ms DOS 2 11 Mercredi 17 Novembre Huit de 25m, 2 tours <1520 A.ms DOS 3 12 Mercredi 17 Novembre Huit de 25m, 2 tours <1520 A.ms DOS 4 13 Jeudi 18 Novembre Huit de 25m, 2 tours <1080 A.ms DOS 5 14 Jeudi 18 Novembre Huit de 25m, 2 tours <500 A.ms DOS 5 15 Jeudi 18 Novembre Huit de 25m, 2 tours <300 A.ms DOS 6 16 Vendredi 19 Novembre Huit de 25m, 2 tours <1900 A.ms (pulses 15 et 16 sans convertisseur) DOS Tab.3.Historique des sondages MRS. RGM/RP FR Rapport final, 13

16 Remarques Concernant l alimentation électrique des PC, le même convertisseur utilisé avec le DELL Inspiron 8100 sous Win XP génère 1000 nv de bruit, à 3m de la boucle, et avec l autre PC, sous Win 98, on détecte une augmentation de 30 nv du bruit. Sans convertisseur, on observe la disparition d un pic à 2040 Hz (cf. spectres en annexe 5.9), mais qui est de même amplitude que le bruit de fond : le bruit généré par le PC sous Win 98 n est pas prédominant dans ce cas TRAITEMENT DES DONNEES Le traitement des données a été effectué grâce au logiciel Samovar 6.3, et les matrices calculées avec le logiciel MRS04_4b. 14 BRGM/RP FR Rapport final

17 3. Interprétation 1 1b a 5b 6 Tab.4. Synthèse des résultats Les sondages 1, 2, 3 et 4 présentent des caractéristiques assez semblables : - un maximum de 4% de teneur en eau vers 4m de profondeur - une teneur en eau inférieure au seuil de détectabilité de Numis (1%) en dessous de 8m - une augmentation de T1 avec la profondeur, donc un maximum de perméabilité vers 4m. Les sondages 5 et 6 présentent des caractéristiques assez semblables : - entre 1 et 2% de teneur en eau sur les premiers 4m RGM/RP FR Rapport final, 15

18 - une teneur en eau inférieure au seuil de détectabilité de Numis (1%) en dessous 8m - T1 homogène (attention à la difficulté de mesure de T1 liée à la faiblesse des signaux). 16 BRGM/RP FR Rapport final

19 4. Conclusion Les conditions de bruit électromagnétique sont très favorables sur ce site loin de toute installation industrielle, mais comme le confirment les sondages MRS, seul les premiers mètres altérés présentent une teneur en eau détectable. Les signaux ont donc un niveau très faible, mais utilisable. Les sondages RMP ont permis de distinguer une zone plus humide perpendiculaire à la pente. Deux sondages en amont et en aval présentent des teneurs en eau moindre. Néanmoins, des variations locales peuvent être passées inaperçues étant donné la distance entre les sondages. Des profils électriques doivent être réalisés ainsi que des sondages de calage afin d extrapoler le contexte hydrique sur toute la zone d étude. Des sondages complémentaires pourront être réalisés en période sèche afin d étudier plus précisément une source située au centre de la zone réputée active toute l année. RGM/RP FR Rapport final, 17

20 5. Annexes 18 BRGM/RP FR Rapport final

21 5.1. SONDAGE N 1 Site: soutte, mardi Loop: Date: Time: 11:57 NUMIS data set: Etudes\La_Soutte\mardi\Sounding0007\SOUT7.inp matrix: Etudes\La_Soutte\antennes\huit25_0_0.mrm loop: eight square, side = 25.0 m geomagnetic field: inclination= 60 degr, magnitude= nt filtering window = ms time constant = ms average S/N = 1.54; EN/IN = 1.96 fitting error: FID1 = 25.07%; FID2 = % param. of regular.: E,T2* = 732.4; T1* = permeability constant Cp = 7.00e-09 RGM/RP FR Rapport final, 19

22 5.2. SONDAGE N 1 BIS Site: soutte, mardi, apres-midi, sq37.5 Loop: Date: Time: 14:59 NUMIS data set: C:\Documents and Settings\j-francois\Mes documents\etudes\la_soutte\mardi\sounding0008\sout8.inp matrix: C:\Documents and Settings\j-francois\Mes documents\etudes\la_soutte\antennes\soutsq37_0_0.mrm loop: square, side = 37.5 m geomagnetic field: inclination= 60 degr, magnitude= nt filtering window = ms time constant = ms average S/N = 1.02; EN/IN = 2.88 fitting error: FID1 = 39.01%; FID2 = % param. of regular.: modeling permeability constant Cp = 7.00e BRGM/RP FR Rapport final

23 5.3. SONDAGE N 2 Site: soutte Loop: Date: Time: 11:55 NUMIS data set: C:\Documents and Settings\j-francois\Mes documents\etudes\la_soutte\mercredi\sounding00011\sout11.inp matrix: C:\Documents and Settings\j-francois\Mes documents\etudes\la_soutte\antennes\huit25_0_0.mrm loop: eight square, side = 25.0 m geomagnetic field: inclination= 60 degr, magnitude= nt filtering window = ms time constant = ms average S/N = 2.04; EN/IN = 1.36 fitting error: FID1 = 27.23%; FID2 = % param. of regular.: E,T2* = 137.3; T1* = permeability constant Cp = 7.00e-09 RGM/RP FR Rapport final, 21

24 5.4. SONDAGE N 3 Site: la soutte 4eme sondage Loop: Date: Time: 14:40 NUMIS data set: C:\Documents and Settings\j-francois\Mes documents\etudes\la_soutte\mercredi\sounding00012\sout12.inp matrix: C:\Documents and Settings\j-francois\Mes documents\etudes\la_soutte\antennes\huit25_0_0.mrm loop: eight square, side = 25.0 m geomagnetic field: inclination= 60 degr, magnitude= nt filtering window = ms time constant = ms average S/N = 1.24; EN/IN = 2.63 fitting error: FID1 = 25.94%; FID2 = % param. of regular.: E,T2* = 183.1; T1* = permeability constant Cp = 7.00e BRGM/RP FR Rapport final

25 5.5. SONDAGE N 4 Site: la soutte, jeudi matin Loop: Date: Time: 10:17 NUMIS data set: C:\Documents and Settings\j-francois\Mes documents\etudes\la_soutte\jeudi\sounding0013\sout13.inp matrix: C:\Documents and Settings\j-francois\Mes documents\etudes\la_soutte\antennes\huit25_0_0.mrm loop: eight square, side = 25.0 m geomagnetic field: inclination= 60 degr, magnitude= nt filtering window = ms time constant = ms average S/N = 1.19; EN/IN = 1.56 fitting error: FID1 = 22.37%; FID2 = % param. of regular.: E,T2* = 488.3; T1* = permeability constant Cp = 7.00e-09 RGM/RP FR Rapport final, 23

26 5.6. SONDAGE N 5 (A) Site: soutte, jeudi apres-midi Loop: Date: Time: 13:48 NUMIS data set: C:\Documents and Settings\j-francois\Mes documents\etudes\la_soutte\jeudi\sounding0014\sout14.inp matrix: C:\Documents and Settings\j-francois\Mes documents\etudes\la_soutte\antennes\huit25_0_0.mrm loop: eight square, side = 25.0 m geomagnetic field: inclination= 60 degr, magnitude= nt filtering window = ms time constant = ms average S/N = 1.62; EN/IN = 1.05 fitting error: FID1 = 26.89%; FID2 = % param. of regular.: E,T2* = 488.3; T1* = permeability constant Cp = 7.00e BRGM/RP FR Rapport final

27 5.7. SONDAGE N 5 (B) Site: soutte, jeudi ap midi, notch Loop: Date: Time: 15:36 NUMIS data set: C:\Documents and Settings\j-francois\Mes documents\etudes\la_soutte\jeudi\sounding0015\sout15.inp matrix: C:\Documents and Settings\j-francois\Mes documents\etudes\la_soutte\antennes\huit25_0_0.mrm loop: eight square, side = 25.0 m geomagnetic field: inclination= 60 degr, magnitude= nt filtering window = ms time constant = ms average S/N = 1.58; EN/IN = 1.18 fitting error: FID1 = 19.24%; FID2 = % param. of regular.: E,T2* = 976.6; T1* = permeability constant Cp = 7.00e-09 RGM/RP FR Rapport final, 25

28 5.8. SONDAGE N 6 Site: soutte, vendredi matin,, vendredi 19 novembre. Loop: Date: Time: 11:17 NUMIS data set: C:\Documents and Settings\j-francois\Mes documents\etudes\la_soutte\vendredi\sout16.inp matrix: C:\Documents and Settings\j-francois\Mes documents\etudes\la_soutte\antennes\huit25_0_0.mrm loop: eight square, side = 25.0 m geomagnetic field: inclination= 60 degr, magnitude= nt filtering window = ms time constant = ms average S/N = 1.66; EN/IN = 0.90 fitting error: FID1 = 15.36%; FID2 = % param. of regular.: E,T2* = ; T1* = permeability constant Cp = 7.00e BRGM/RP FR Rapport final

29 5.9. SPECTRES DU SONDAGE N amplitude (nv) 3 2 amplitude (nv) frequency (Hz) n frequency (Hz) n amplitude (nv) 4 3 amplitude (nv) frequency (Hz) n frequency (Hz) n amplitude (nv) amplitude (nv) frequency (Hz) n 15 frequency (Hz) n 16 Les pulses 15 et 16 réalisés sans convertisseur, donc sans bruit généré par le PC RGM/RP FR Rapport final, 27

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