DEUSTGosciencesModuledegophysique

UniversitdelaNouvelleCaldonie

Sance3:Loutilgophysiquelesdiffrentesmthodesdimageriegophysique

J.CollotServicegologiquedeNouvelleCaldonie

DIMENCjulien.collot@gouv.nc

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Sance3:Loutilgophysiquelesdiffrentesmthodesdimagerie

gophysique

1. Mthodespotentiellesa) Gnralitsb) Mthodelectrique

a) Mesuredelapolarisationb) Mesuredelarsistivit

c) Mthodeslectromagntiquesa) Mthodetelluriqueb) Mthodemagntotelluriquec) AFMAGd) CWe) TEMf) VLFg) Georadar

d) Mthodegravimtriquee) Mthodemagntique

2. Mthodesacoustiquesa) Gnralitsb) Sismiquerflexionc) Sismiquerfractiond) Sismiquedepuits

3. Autresmthodesa) Radiomtrieb) Tldtectionc) Diagraphies

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1.Mthodespotentielles

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1aGnralits:

Dfinitiongnrale Lesdonnesdepotentielcorrespondentauxmesuresdeschampsdevecteursqui

driventdunpotentiel Exemple:Legravimtremesurelechampsgravimtriquequidrivedupotentiel

dattractionnewtonien. Potentielslectrique,gravimtrique,lectromagntique,magntique

Mthodes potentielles

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1bMthodeslectriques

Utilisesengophysiqueappliqueessentiellementpourlaprospectionminire,l'hydrogologie,legnieciviletl'archologie.

L'ensembledecesmthodespeuttreclassenfonctionetdelasourceutilise:

sourcesnaturelles(oupassives): polarisationspontane

sourcesartificielles(ouactives): polarisationinduite mesuresdersistivit

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1baPolarisationspontane

Lapolarisationspontaneestlamthodedegophysiqueappliquelaplussimplemettreenuvreetlamoinschre.

Unepolarisationspontanepeuttreobserveparunesimplemesuredeladiffrencedepotentiellasurfacedusoldequelquesmillivoltsenvironunvolt.

Originespossiblesdepolarisationspontane environnementale,cestdirequelleestlieaucourantdunfluide, activitbiolectriquevgtale concentrationlectrolytiquedansleseauxsouterraines lieuneminralisation.Eneffet,certainesminralisationspossdentuneconductivit

naturellequilesferr

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Polarisationspontane Quelquesgrandeursobservables:

Ledispositifdemiseenuvreesttrssimpleetnencessitequedeuxlectrodesetunvoltmtre,maispeuttredclineendeuxvariantes:

mthodedelamplitude mthodedugradient

Mthodedelamplitude:unelectrodeestplaceloindelazonedtude,desortequonpuisselaconsidrerl'infini,etrestefixelastationdebase.Lasecondeautrelectrodeestdplacesurlazonecartographier.Sondplacementestorganislelongdeprofils,desorteobtenirunecartedespotentielsobtenusquipermetdelocaliserlaminralisationoulasourcehydraulique.

Mthodes lectriques

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Polarisationspontane Mthodedugradient:ondplacelesdeuxlectrodeslelongdeslignesde

profil.Ongardeunedistanceconstanteetpetiteentreleslectrodes.Ondiviselesvoltagesmesursparlcartdeslectrodesafindepouvoirtracerdescartesdegradient.

Danslesdeuxcas,lesprofilsdoiventtrechoisisorthogonalementauxstructuressuspectes.

Mthodes lectriques

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Polarisationspontane

Mthodes lectriques

Lamthodedelapolarisationspontanepossdeunfaiblepouvoirdiscriminateurentrelesoriginespossiblesdesanomalies

Nautorisepasdeconsidrationsurlatailledesstructuresenfouies.Enconsquence,ellenepeuttreutiliseseulemaisvientforcmentencomplmentdautressourcesdeconnaissancegologique.

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1bbPolarisationinduite

Mthodes lectriques

Mthode utilise depuis les annes 40 et est la consquence des recherches menes par lU.S. Navy pour dvelopper un dtecteur de mines. Cette technique est utilise surtout dans le cadre de la prospection minire, aquifre ou gothermale.

Principe : Injection de courant continu dans le sol Les roches accumulent de lnergie (par le biais de processus

chimiques) Coupure brutale du courant inject Les roches librent cette nergie pour revenir un tat

nergtique initial La dcroissance progressive de la diffrence de potentiel avec le

temps, exprime en terme de chargeabilit, traduit les proprits du sol qui s'est charg comme un accumulateur de faible capacit pour ensuite se dcharger.

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Polarisationinduite

Mthodes lectriques

Mthodologie : A laide de deux lectrodes dinjection et de deux autres

lectrodes de mesure, on observe le retour zro de la diffrence de potentiel induite par linjection de courant et calculer la chargeabilit M

2 techniques : Technique espace-temps

dispositif fixe que lon dplace le long de profils. Mesures effectues sur lensemble de la zone prospecter Interprtation finale se fait grace une carte de

chargeabilit. Technique espace-frquence

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Polarisationinduite Polarisationinduiteespacefrquence:

onnesecontentepasdinjecteretdecouperlecourantuneseulefois onrptecettesquenceuncertainnombredefoisetselondeuxfrquencesquine

dpassentpas10Hz,parexempleFmin=0,1HzpuisFmax=5Hz. Achacunedesfrquences,onmesurelarsistivitapparentedusoussolquelon

nommeminpuismax.

PlusletempsdinjectionducourantdanslesolestgrandetplusladiffrencedepotentielVp,quitraduitlesurvoltage,estgrandealorsquelintensitresteconstante.

Plusletempsdinjectionestbrefetplussafrquenceestleve.

Mthodes lectriques

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Polarisationinduite Polarisationinduiteespacefrquence:

Calculdupourcentagedeleffetdefrquence(FEP)etduparamtrefacteurmtal(MFP):

Mthodes lectriques

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1bcMesuresdersistivit Largementutilisesenprospectionminire,hydrogologiqueetgnie

civile

Matrielsimple Principe:

Injectionduncourantduneintensitconnuedanslesolaumoyendedeuxlectrodesetlamesuredeladiffrencedepotentielinduiteparlescaractristiquesdusoussollaidededeuxautreslectrodes.

Ondduitdecesmesureslesvaleursdelarsistivitapparentedusoussol(U=RI) 2techniques

Ensondage:enunlieudonnenvariantlagomtriedudispositif Entrane:tranerledispositifquigardesagomtriefixeetainsieffectuerune

cartographieanomalitiquedesrsistivitsapparentes

Lutilisationdeforagesquipsenlectrodesdinjectionetderceptionpermetdeconstruiredirectementunecoupegolectrique.Celaconsistefairedelatomographielectrique.

Mthodes lectriques

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1cMthodeslectromagntiques Principegnral:

utilisationdunchamplectromagntiqueincidentdansunmilieu,etlecturedelarponsedusoussolcettesollicitation.

Mthodes lectromagntiques

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Mthodeslectromagntiques Nencessitentpaslamiseenplacedundispositifenprisedirectesurle

sol(permetlaroport)

sourcesnaturelles: mthodetellurique mthodemagntotellurique mthodeaudio(AFMAG)

sourcesartificielles: mthoded'inductioncontinue(CW) mthodedinductiontransitoire(TEM) mthodetrsbassefrquence(VLF) Goradar

Lescourantslectriquesutilisssontvariablesenfrquence Profondeurdinvestigation:H=100(F)1/2 avecF:frquencedelasource

:conductivitdusoussol

Mthodes lectromagntiques

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1caLamthodetellurique

L'ionosphreestlesigedecourantslectriquesintensesquiproduisentunchampmagntiquevariable.Cechamplectromagntiqueprimaireinduitdanslacroteterrestreunchamplectromagntiquesecondaire.

Cescourantslectriquestelluriques,dontleslignesdecirculationsontl'chelleduglobe,varientconstammentenamplitudeetendirection.Lesvariationslespluslentespeuventtreassimilesdescourantscontinusdontl'intensitestfonctiondelaconductivitlocale.

Lamesuredelacomposantelectriqueduchamplectromagntiquetelluriquepermetdeconnatrelaconductivitdusoussol.

Mthodes lectromagntiques

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LamthodetelluriqueMthodologie

2jeuxdlectrodes: Lepremierjeudlectrodesestfixeetconstituelastationdebase. Lesecondjeuestdplacsurlazoneprospecteretconstituelastationmobile. Pourchaquenouvellepositiondelastationmobile,oneffectuesimultanmentune

mesuredediffrencedepotentielauxdeuxstations.

Ladiffrenceentreladiffrencedepotentieldelastationmobileetcelledelastationdebaseestdoncunemesuredeladiffrencedepotentielinduiteparlescourantstelluriquesetaffranchiedeleursvariations.

Lesvariationsdediffrencedepotentielcartographiessontduesauxvariationsdeconductivitdusoussoletdoncsaconstitutiongologique.

Mthodes lectromagntiques

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1cbLamthodemagntotellurique

Mthodes lectromagntiques

Principe:IDEMQUEMETHODETELLURIQUEMAISONMESURELES2COMPOSANTESDUCHAMPSECONDAIRE(aulieudelaseulecomposantelectrique)

Dispositif:lectrodesetmagntomtres

2techniques: Ensondage

Dispositif fixe et on fait varier la frquence de mesure du champ lectromagntique tellurique

Enprofilage Dplacement du dispositif frquence constante

(conductivits apparentes)

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1ccLamthodeAudio(AFMAG) AFMAG=AudioFrequencyMAGneticfields Sourceprimaire=foudreetoragesmagntiques Ondessepropagentlasurfacedelaterreetbaseionosphre

Mthodologie: 2bobinesperpendiculairesmesurentlesvariationsdelinclinaisondecechamp

lectromagntique Utilisenprospectionterrestreetaroporteselontechniquedeprofilage

Mthodes lectromagntiques

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1cdLamthodedinductioncontinue(CW)

Sourceartificiellecontinue(bobine)

Recepteur(autrebobine):mesurelinclinaison,lintensitetlaphaseduchampsecondaireinduit

Profilageousondage

Mthodes lectromagntiques

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1ceLamthodedinductiontransitoire(TEM)

Principeetmthode

Ondisposedunetrsgrandeboucledanslaquelleonappliqueunimportantcourantlectriquependantpeinequelquesdizainesdemillisecondes.

Cecourantprovoquelasurfacedusolunchampmagntiqueorientverticalement.Cechamp,siltraverseuncorpsgologiqueconducteur,vacrerdescourantslectriquessecondairessouterrainsalorsquelechampmagntiqueprimairesedissipelasurface.

Lescourantslectriquessecondairesinduisentunchampmagntiquesecondairedontlamplitudedcroitrapidementavecletemps.

Unesecondeboucle,pluspetitequelapremireetplaceensoncentrepermetderecevoirlechampmagntiquesecondaireetdemesurersonamplitude.

Onrpteleprocessusplusieursfoisetonstacklesrsultatspourchaquepositiondemesure.

Mthodes lectromagntiques

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Lamthodedinductiontransitoire(TEM)

Mthodes lectromagntiques

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1cfLamthodetrsbassefrquence(VLF)

Principeetmthode

Lasourceutilisedanscettemthodesontlesondesradiotrsbassesfrquences,misesparunequinzainedebalisesmilitairesutilisespourlanavigationarienneetmaritime.Cesondessecomportentcommedesondesplanesetsepropagentsurdimmensessurfacesterrestres.

Leprincipedelamthodeestensuitesimilaireceluidesmthodesd'induction.Elleestcependantlimiteauprofilageterrestreouaroportetautoriselacartographiedelaconductivitapparente.

Lamthodetrsbassefrquenceestcependantlimitedanssonutilisationlorsquelasourceestinexistanteouinopranteoudanslecasdunetopographietropabrupte.

Mthodes lectromagntiques

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1cgLeGoradar

Principe

Attention!Principediffrentdesautresmthodeslectromagntiques Principedepropagationdesondes(etnondinduction):

Unmilieupossdeunevitessedepropagationdesondesradioquidpenddesaconstantedilectriqueetdesapermabilitmagntique.Enconsquence,lesdiffrentesformationsgologiquespossdentdesvitessesdistinctes.

Lesondesmisesparlegoradarsenfoncentdanslesoussolouellespeuventserflchirlinterfaceentredeuxmilieuxdevitessesdepropagationdiffrentes.Pluslecontrastedevitessesestimportantpluslaquantitdnergierflchieetdoncrenvoyeverslercepteurestimportante.

Lercepteurenregistrelestempsdarrivedesondesrflchiesourfractesquiarriventjusqueluiavecsuffisammentdnergie.

Mthodes lectromagntiques

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LeGoradar Lapertednergielectromagntiqueaucoursdutrajetdanslesrochesesttrsimportanteet

limitedefaonconsquentelapplicabilitdugoradar Hlaprofondeurdinvestigation:

Mthodes lectromagntiques

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LeGoradar

2techniques: Profilagerflexion

Dplacementdugoradarlelongdunprofil Rfractiongrandangle(WARR)

Idemquensismique

Mthodes lectromagntiques

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1dMthodegravimtriquePrincipe

Lamthodegravimtriqueconsisteeffectuerdesmesuresdelacomposanteverticaleduvecteurgravitlaidedungravimtre.Cesmesuressonteffectuesenprofilagesurlensembledelazonetudier.

Uncertainnombredecorrectionsdoiventtreappliquesauxdonnesavantinterprtation:

correctioninstrumentale correctiondemares correctiondEtvs correctiondelatitude correctionisostatique correctiondaltitude (airlibreoubouguer) correctiondeterrain

Cescorrectionspermettentderamenerlensembledesmesuresunevaleurthoriquelasurfacedugode.

Mthode gravimtrique

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Lacorrectioninstrumentalepermetdannulerladriveinstrumentale.Lesgravimtresdoiventeneffetrgulirementtrertalonnes.

Lesmaresprovoquentnonseulementundplacementdesfluideslasurfaceterrestre,maisaussiunedformationpluridcimtriquedesformationsgologiquesquisontlastiques.Cesmouvementsdesmassesrocheusesperturbentdonclocalementlechampgravimtriqueetilconvientdoncdesensoustraire.

LacorrectiondEtvspermetdecontrebalancerlacclrationdecoriolisquiaffectelamesuredelacclrationgravimtrique.

Lacorrectionisostatiquepermetdecontrebalancerleseffetsdesdiffrencesdpaisseuretdedensitcrustalesquisonttrsimportantes,parexempleentreunemesureeffectueterreetuneautreacquiseenmer.

Lacorrectiondelatitudepermetdetenircomptedelapplatissementterrestreauxples.

Lacorrectiondaltitudevisesupprimerleseffetsdesgrandesmassesdpassantlegode,cettecorrectionestditelairlibreenmeretdebouguersurterre.

Lacorrectiondeterrainpermetdliminerleseffetsdespetitesmassesnonprisesencompteparlacorrectiondaltitude,cestdirelereliefimmdiat.

Mthode gravimtrique

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1eMthodemagntique

Principe

Lamagntomtrieconsisteenlamesuredesanomaliesduchampmagntiqueterrestre

Onmesurelemagntismeinduitetlemagntismermanent

Ncessitelutilisationdedeuxmagntomtres:unpremierappareileststatiqueetsertdestationdebase,unsecondappareilestmobileetsertdestationdemesure.Ondplacelastationdemesure,etpourchacunedesespositionsoneffectueunemesuresimultanedesdeuxstations.Ladiffrenceentrelavaleurmesurelastationdemesureetlavaleurmesurelastationdebasedonneunevaleuraffranchiedesvariationstemporellesduchampsmagntiqueterrestre.

Mthode magntique

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Mthode magntique

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2.Mthodesacoustiques

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2aGnralits

Principe

Etudedelapropagationdesondesacoustiquesdanslesol Sourceactives:

masse explosif canonair canoneau vibrateur

Mthodes acoustiques

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2aGnralits

Lesondeslastiquescressepropagentdanslesoussol.Durantleurtrajetilestpossiblequellesserfractentouquellesserflchissentsurdesinterfaces.Onenregistreleurtempsdeparcours.

Gophonesterre,hydrophonesenmer

Mthodes acoustiques

3techniques: Sismiquerflexion Sismiquerfraction Sismiquedepuits

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2bSismiquerfraction

Angledincidencecritique Analysedestempsdarrivesdesondesrfractes Fourniunmodledevitesse

Mthodes acoustiques

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2bSismiquerflection

Lasismiquerflexionestunetechniquearduequis'attachereconstituerunmodlestructuralpartirdel'enregistrementdesondesrflchies.

Traitementsismique NotiondeCommonMidPoint(CMP) Analysedevitesse Stack

Mthodes acoustiques

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2bSismiquedepuits

Lasismiquedepuitssedistinguedesautrestechniquesprincipalementenraisondudispositifdacquisitiondesdonnes.Eneffet,lasourceetlesgophonesnesontpasdisposssurlesolmaislelongdunpuitssenfonantdanslesoussol.

Analysedeondesdirectes

Mthodes acoustiques

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3.Autresmthodes

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3aRadiomtrie Analysedesrayonnementsradioactifs

Lamthodeconsisteenunecartographiedesanomaliestabliel'aided'uncompteurGeigerMuller,d'unscintillomtreousurtoutd'unspectromtregamma.Cettecartographieprocdevidemmentparprofilageterrestreouaroport.

Laprospectionradiomtriqueestessentiellementutilisedanslecadredelacartographiegologiqueetdelarecherchedesgisementsd'uranium.

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3aDiagraphies Lesmthodesdiagraphiquessontbasessurlimplmentationdessondagesenoutilsde

mesuregophysiques. Apportedesconnaissancesdirectespuisqueacquisesinsitu

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3aTldtection Latldtectionrecouvrel'ensembledes

mthodesquipermettentdeconnatredistance,parl'intermdiairedecapteurslectromagntiquesembarqussurdessatellitesartificiels,lespropritsd'unterrain

Lesprincipauxsatellitespeuventtreclasssselonleurdomainespectral:

domainesolaire:0.42mm LANDSAT,METEOSAT,NOAAetSPOT

domainethermique:814mm LANDSAT,METEOSATetNOAA

domainedesmicroondes:3300mm ERS,RADARSAT,SEASATetTIROS