INTERPRÉTATION ET ANOMALIES DE LA PROSPECTION À RÉSONANCE MAGNÉTIQUE (MRS)

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1 1 Géologie, géotechnique, risques naturels, hydrogéologie, environnement et services scientifico-techniques INTERPRÉTATION ET ANOMALIES DE LA PROSPECTION À RÉSONANCE MAGNÉTIQUE (MRS) INTERPRETATION DES DONNNÉES ANOMALIES ET LES PARTICULARITÉS DE LA MÉTHODE ENREGISTREMENT DU SIGNAL DU DISPOSITIF DE MESURE NUMIS TM TRAITEMENT DU SIGNAL AVEC BRUIT "MS" INVERSION DU SIGNAL MRS Adresse : Valentí TURU i MICHELS Av. Príncep Benlloch Edifici Interceus, despatx 407 Telèfon i fax: igeotest@myp.ad

2 2.1 INTERPRÉTATION DE LA RÉSONNANCE MAGNÉTIQUE Traduction de Romain Roger Roch GIL, Ingénieur géologue de l'école nationale supérieure de géologie (Nancy) Anomalies et particularités de la méthode MRS * C est une méthode de détection directe de l eau souterraine, car elle mesure directement la réponse de l eau (protons H2). Contrairement à de nombreuses méthodes géophysiques, le signal ne peut pas être amplifié par l'augmentation de la puissance de l'émetteur. Habituellement, la résonnance magnétique peut être utilisée sans problème majeur dans une gamme de fréquences variant entre 800 Hz et 2800 Hz, qui est la gamme de variation de la fréquence de Larmor dans le monde. Comme le bruit naturel a tendance à être faible, seules les tempêtes magnétiques et météorologiques ainsi que les courants telluriques affectent le signal MSR. Cependant, dans les zones présentant un bruit industriel, celui-ci est habituellement bien supérieur au bruit naturel (lignes électriques, les générateurs électriques, les émetteurs d'ondes radio, les appareils électriques, le transport, les dépôts d hydrocarbures, les conduites de gaz avec protection électrique). Le bruit le plus fréquent est dû aux lignes électriques, elles peuvent créer d importantes interférences lorsque la fréquence de Larmor est proche d'une harmonique de la fréquence fondamentale (50 Hz ou 60 Hz). * Les profondeurs déterminées par cette méthode sont influencées par les règles d'équivalences (idem SEV), puisqu il s agit d une méthode intégrante. Pour le MRS le paramètre qui reste constant pour toutes les solutions équivalentes trouvées, est le produit de la teneur en eau par l'épaisseur de la couche (figure 6 a, b, c). C'est-à-dire que le volume total d'eau est bien déterminé et il ne peut pas y avoir d erreur d'interprétation en ce sens (figure 6 d).

3 3 Figure 6 : On observe que l interprétation du même signal MRS peut produire différentes interprétations équivalentes (6a-6c), mais la valeur de la transmissibilité sera identique pour les différents cas D'autre part, il faut signaler que si la relation entre le bruit et le signal est mauvaise, le nombre de modèles équivalents augmente parce qu'il y a un grand nombre de données à ajuster. * Il existe une relation non linéaire entre le signal émis et l'intensité de l'impulsion du champ magnétique, ce qui signifie que multiplier par deux l'intensité du courant ne double pas l'amplitude du signal, il va simplement être plus profond. D'autre part, la profondeur d investigation est fonction de la résistivité du sous-sol et, de façon générale, pour une même configuration d antenne, on atteint des profondeurs moins importantes pour les terrains conducteurs que pour les terrains résistifs. Le point d inflexion de cette relation se situe aux alentours de 100 à 200Ωm (figure 7a). Le rapport entre le signal et le bruit (ratio S/N) indique avec quelle précision la couche a été détectée (figure 7b)

4 4 Figure 7: Influence de la magnitude du signal en fonction de la résistivité et de la latitude. Figure 7a, on observe que l'amplitude augmente avec la latitude tandis que la résistivité influence plus vite pour les latitudes élevées, même si l inflexion est plus importante pour les basses latitudes. Figure 7b, on peut voir comment la relation entre le signal et le bruit influence la détection d'un niveau d'eau d'épaisseur variable à une profondeur croissante. Par exemple, un niveau de 5 mètres d'épaisseur, n est plus détecté à 25 m de profondeur pour un rapport S/N faible.

5 5 * L'orientation de l'antenne par rapport au nord magnétique et à la pente topographique influence le signal MRS. Ci-dessous, on peut voir l'influence de ces conditions topographiques pour le signal MRS théorique en changeant l'antenne (Figure 8). En général, l'influence de ce changement topographique est détectée dans l'axe NS, tandis que l'axe EW reste inchangé (Figure 9). Figure 8: Le nouveau modèle suppose une topographie inclinée et un niveau phréatique horizontal Figure 9 : Cette photo permet de voir que la majorité de l'eau, avec une antenne carrée est située au sud, tandis qu à l'est et à l'ouest la teneur en eau est symétrique.

6 6 Figure 10 : L'orientation W-E de l'antenne n a aucune influence sur le signal, il existe une symétrie pour toutes les directions. L'effet est maximal dans la direction N-S, l amplitude est plus importante si l'antenne est orientée vers le sud, alors que si elle est orientée vers le nord, l'effet peut être important. Figure 11: Effet du pendage et de l'orientation du signal MRS pour d'un aquifère superficiel.

7 7 Figure 12 : Effet du pendage et de l'orientation pour un aquifère profond. En général, pour une latitude de 60 degrés on observe que l'effet de l'orientation est important dans la direction N-S (Figures 11 et 12) aussi bien pour un aquifère superficiel que pour un aquifère profond. Aussi les effets topographiques sont plus prononcés pour de grandes antennes et pour des aquifères superficiels. Au contraire pour des basses latitudes, à proximité de l'équateur, il n y a pas d effets prononcés de ce type.

8 8 * Les terrains hydrauliquement conducteurs peuvent avoir des temps de relaxation longs, et parfois supérieurs à la durée standard d'acquisition de données, ce qui peut amener à surestimer leurs propriétés. Ceci peut-être le cas des calcaires karstifiés, tandis que dans les craies fracturées, la décroissance peut être très rapide. CALCARIA KARSTIFICADA GUIX FISSURAT Signal amplitude (nv) Signal amplitude (nv) Time (milliseconds) Time (milliseconds) CONSTANT DE TEMPS = 450 ms FORTA PERMEABILITAT CONSTANT DE TEMPS = 50 ms FEBLE PERMEABILITAT Figure 13 : Données de l amplitude d'une impulsion MRS et réponse reçue par des terrains de perméabilités antagonistes.

9 9 * La présence d'un aquifère superficiel, si le sous-sol est conducteur, peut masquer la présence d'un aquifère plus profond en fonction de la résistivité présentée par le terrain. Figure 14: Courbes Eo(q) pour un MRS généré par un aquifère composé de deux niveaux de 20-30m à m respectivement, avec 10% de teneur en eau dans des milieux de conductivités différentes (Plata & Rubio, 2007). Ce n est qu a partir de 100Ωm que l on détecte la présence d un aquifère plus profond. Figure 15 : Courbes MRS mesurées à deux endroits différents, où on est en présence d un seul aquifère superficiel. La forme des courbes d inversion est similaire à ce que l on aurait mesuré en supposant qu il y ait deux aquifères. (Plata & Rubio, 2007). Dans ce cas, il faut avoir une information supplémentaire pour affirmer l'existence d'un aquifère profond.