PRINCIPES ET METHODE DE LA PROSPECTION A RESONNANCE MAGNETIQUE (MRS)

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1 1 Géologie, géotechnique, risques naturels, hydrogéologie, environnement et services scientifico-techniques PRINCIPES ET METHODE DE LA PROSPECTION A RESONNANCE MAGNETIQUE (MRS) INTRODUCTION ET EQUIPE DE MESURES PRINCIPE PHYSIQUE DE LA METHODE TESTS PRELIMINAIRES A L EXECUTION D UN MRS EXECUTION D UN SONDAGE A RESONNANCE MAGNETIQUE INFORMATION OBTENUE ET QUALITE DE CELLE-CI Dirigé par: Valentí TURU i MICHELS Av. Príncep Benlloch Ed. Interceus, despatx 407 Andorre la Vieille AD500 Principauté d Andorre Tel et fax: igeotest@myp.ad

2 PROSPECTION A RESONNANCE MAGNETIQUE Traduction de Romain Roger Roch GIL, Ingénieur géologue de l'école nationale supérieure de géologie (Nancy) A.5 Exécution d un sondage à résonnance magnétique (MRS) 2 Une fois que ces mesures préliminaires ont été faites, nous pouvons réaliser le MRS. Le procédé est le suivant: 1) Installation de l antenne émettrice qui consiste en un câble fermé disposé en carré, en cercle, en rectangle ou en huit en fonction du niveau de bruit obtenu lors de la phase de test initiale. Comme référence, on peut dire que le courant d excitation dans la spire atteint les 110A au niveau du Numis LiteTM durant les impulsions de quelques dizaines de millisecondes. Une fois installé l appareil effectue des vérifications afin de savoir si tout le système est bien connecté, et peut nous indiquer si le protecteur de l antenne est ouvert (Door open), si l impédance de l antenne est incorrecte (Missing loop) si les condensateurs ne sont pas configurés correctement, (Capacitor er.), si l antenne ne correspond pas avec celle qui est configurée (Tx/Rx loop not accorded), surcharge du système (Overheat), batterie basse (Batteries), une connexion ouverte ou fuite électrique au niveau du câble (Kampl or Zant values) ou un problème de communication avec la CPU (E). Une fois l antenne installée, il est intéressant de vérifier les mesures obtenues lors de la phase de test initial à échelle réelle (mesures de pré-test): A) Contrôle du bruit Il est possible de mesurer le niveau de bruit à échelle réelle avec un nombre déterminé de mesures. Ainsi on contrôle le niveau du bruit et sa variation en temps réel. Figure 8: Mesure du bruit en temps réel avant le début du MRS

3 3 B) Facteur de gain en fonction de la fréquence Cette fonction permet d observer la variation de la fréquence pour un rang préalablement marqué (fenêtre d observation) et l intervalle de mesure entre ces fréquences. Cette fenêtre d observation est enregistrée dans la CPU. La fenêtre d observation montre le facteur de gain (Kampl) en bleu, et également l amplitude du bruit pour chaque fréquence (courbe rouge). Figure 9: Amplitude du bruit de différentes fréquences dans une fenêtre de mesures

4 4 C) Afinage des condensateurs pour générer la fréquence Une courbe d impulsion du courant (en ampères) en fonction du temps (en milli secondes, 40 par défaut) sera visualisée en temps réel. En fonction de la décroissance de la courbe on peut estimer la qualité de la précision des condensateurs, qui est en train de changer si la baisse de tension est supérieure à 20%. Figure 10: Mesure de la baisse de courant dans l antenne

5 5 D) Formatage des condensateurs En supposant que l appareil soit resté plus de trois mois sans servir, il faut recharger les condensateurs avant l usage. Figure 11: Conseils pour la recharge des condensateurs 2) Commencer un sondage préliminaire avec peu de mesures (5 moments d impulsion) afin d observer la présence d un signal MRS, dans le but de confirmer le choix de la meilleure fréquence à appliquer, ainsi que de fixer le numéro de registre (stacks) et la typologie de filtrage. En ce qui concerne la référence du numéro de registres à prendre en compte (stacking) pour la première impulsion (q), l équipement Numis Lite TM effectue une première évaluation automatique en fonction du bruit détecté et en gardant une relation de 10 avec celui-ci. C est à dire que pour un bruit de 500nV, il faut au minimum 50 stacks que l on additionne ensuite, pour amplifier le signal par rapport au bruit. En supposant que le bruit soit homogène (il ne varie pas avec le temps) cette opération augmente la relation signal/bruit (S/N) n fois après n stacks (Legchenko, 2007, page 491). Dans le cas où le bruit n est pas homogène (dérive du bruit au cours du temps) il faut effectuer une pondération des registres (weighted average stacking). Le temps d acquisition des données pour un système de type Numis Lite TM, c est à dire l intervalle entre deux registres consécutifs, est de 6 secondes. D autre part chaque registre prend de 10 (impulsion simple) à 20 (double impulsion) paramètres, pour cette raison on peut estimer le temps d acquisition des données selon Legchenko (2007, page 506): T= Nombre de stacks X (impulsion simple ou double) x 6 (en secondes)

6 6 L enregistrement des données pour un sondage complet à divers moments d impulsion dure entre deux et trois heures. En ce qui concerne la référence au filtrage du signal, celui-ci peut être réalisé lors de l acquisition des données (hardware) ou bien après (software). On peut appliquer différents filtres en fonction du type de bruit observé lors du contrôle du bruit (présent dans le programme d acquisition des données) selon le tableau suivant: Bruit EM constant Bruit EM variable Interférences courtes Bruit EM industriel Stacking Weighted stacking High cut filter Notch filter 3) Effectuer le sondage MRS (de préférence avec 16 moments d impulsion). Le champ magnétique de l antenne est superposé aux protons de l hydrogène (eau) en les excitant. Le champ de relaxation des protons est mesuré par la même antenne, un moment après que le courant d injection ait été arrêté Figure 12: Configuration générale et processus pour un MRS. 1: Antenne, 2: Impulsion d énergie générée par le dispositif Tx (4), 5: signal MRS généré par les protons et capté par le dispositif Rx. Pour mesurer un signal électromagnétique de l eau, on génère une impulsion de courant alternatif qui active l antenne selon la relation : i(t) = I 0 Cos (ϖ L t), 0 < t < τ Où I 0 est l amplitude de l impulsion électrique générée, t est la durée de celle-ci (40 ms dans le NumisLite TM ), et ϖl = γ B0 La fréquence de Larmor.

7 7 4) Vérification immédiate des courbes de relaxation (variation de l amplitude dans le temps) pour chaque moment d impulsion, de sorte que l on puisse répéter la lecture d un moment déterminé qui a pu être beaucoup influencé par le bruit. ampltud inicial E 0 Envolvent del senyal de relaxació en funció del temps soroll acumulat time (ms) Figure 13: En bleu, la mesure du temps de relâchement de T 2 *, en rose le temps de relaxation de T 1, en noir le bruit une fois le stacking effectué.