memoire final fgenelle - ori-oai.u-bordeaux1.frori-oai.u-bordeaux1.fr/pdf/2012/GENELLE_FANNY_2012.pdf · Devant la commission d’examen formée de : Mme SIRIEIX, Colette Maître

Université Bordeaux 1 Les Sciences et les Technologies au service de l’Homme et de l’environnement

N° d’ordre : 4522

THÈSE

PRÉSENTÉE A

L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1

ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES ET ENVIRONNEMENTS

Par Fanny GENELLE

POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR

SPÉCIALITÉ : GEORESSOURCES, PATRIMOINES ET ENVIRONNEMENTS

Les méthodes géophysiques pour la caractérisation des couvertures d’installation de stockage de déchets

Soutenue le 25 mai 2012

Devant la commission d’examen formée de :

Mme SIRIEIX, Colette Maître de conférences - HDR, Université Bordeaux 1 Directrice de thèse Mme RISS, Joëlle Professeur, Université Bordeaux 1 Co-directrice de thèse Mme NAUDET, Véronique Maître de conférences, Université Bordeaux 1,

détachée au BRGM Co-directrice de thèse

M. COSENZA, Philippe Professeur, Université de Poitiers Rapporteur M. GUERIN, Roger Professeur, Université Paris 6 Rapporteur M. LE ROUX, Olivier Maître de conférences, Université Bordeaux 3 Examinateur

Membres invités :

M. BEGASSAT, Philippe Ingénieur, ADEME - Angers M. RENIE, Stéphane Ingénieur, HYDRO INVEST M. DABAS, Michel Ingénieur, GEOCARTA

REMERCIEMENTS

Le travail présenté ici est le fruit de travaux de recherche menés en partie au laboratoire Géosciences Hydrosciences et Matériaux et Construction (GHYMAC) de l’Université Bordeaux 1, devenu, au cours de ma thèse, le département Génie Civil Environnemental de l’Institut de Mécanique de Bordeaux (I2M-GCE). Je tiens donc tout d’abord à remercier vivement mes trois directrices de thèse pour leur encadrement au cours de ces trois années : Colette Sirieix, pour m’avoir encouragée dans les moments de doute et m’avoir permis de faire autant de mesures de terrain, Joëlle Riss pour avoir, entre autres choses, pris le temps de m’initier à la statistique et à la géostatistique, et Véronique Naudet, pour m’avoir transmis sa connaissance de la PS. Je remercie également Fabien Naessens pour avoir accepté de participer aux nombreuses campagnes de mesures réalisées dans le cadre de cette thèse.

Je remercie ensuite Etienne Rechard pour m’avoir accueillie au sein de l’entreprise HYDRO INVEST ainsi que Michel Seguin qui nous a fourni un espace pour la réalisation du site expérimental. J’adresse aussi toute ma reconnaissance à Bruno Dubearnes et Stéphane Renié qui m’ont toujours donné conseils pratiques et critiques constructives permettant d’avancer dans la thèse. Enfin, ces années resteront inoubliables grâce à l’ensemble du personnel d’HYDRO INVEST : Valérie, Oswald, Jérôme, Marc, Laurent, Patrice, Sébastien, Jean-François, André, Benoît, Pascal, Sandra…

Le bureau d’étude GEOCARTA a également collaboré à cette thèse. Je remercie donc en premier lieu Michel Dabas et Sylvain Trillaud pour leur implication. Et puis, les mesures ARP n’auraient pu se faire sans les nombreux déplacements de Thomas, Gabriel, Mickaël, Antoine, Boris sur le terrain…

Je suis sincèrement reconnaissante à l’ADEME, sans qui cette thèse n’aurait pas vu le jour : Philippe Bégassat pour son aide et sa confiance, Cécile Grand et Benjamin Roqueplan pour l’accès aux différentes installations de stockage de déchets. Je témoigne également ma reconnaissance à Yvan Huguenot, Pierre Robuchon et Christophe Coberac (CALITOM) pour l’accès à l’un de leurs sites de stockage de déchets en Charente.

De nombreux échanges ont eu lieu au cours de ces travaux avec le CEMAGREF (IRSTEA depuis peu), en particulier avec Nathalie Touze-Foltz et Camille Barral concernant ces « fameux » matériaux que sont les géosynthétiques. Je n’oublie pas non plus le fabricant, CETCO, qui nous a gracieusement fourni le GSB mis en place sur le site expérimental.

Enfin, parmi l’ensemble des personnes que j’ai rencontrées et avec qui j’ai eu la chance de travailler, je tiens tout spécialement à dire merci aux doctorants et docteurs « I2M-GCE » pour leur soutien, tout particulièrement en fin de thèse : Rasool, Saber, Jessica, Thibaut, Farah, Nicolas …et plus spécialement mes deux collègues de bureau « à la cave », Olivier et Céline, pour l’ambiance de travail.

Je terminerais par exprimer toute ma gratitude à l’ensemble de ma famille ainsi qu’à mes amis de longue date qui m’ont toujours accompagnée.

SOMMAIRE INTRODUCTION GENERALE ........................................................................................................... 23

I. PRESENTATION DES INSTALLATIONS DE STOCKAGE DE DECHETS ET DES METHODES GEOPHYSIQUES .......................................................................................................... 29

I.A. LES INSTALLATIONS DE STOCKAGE DE DECHETS ....................................................... 31

I.A.1. Contexte réglementaire ............................................................................................................... 31

I.A.2. Les types de protection ............................................................................................................... 32

I.A.2.1. La barrière en fond d’alvéole ......................................................................................... 32

I.A.2.2. La couverture ................................................................................................................. 35

I.A.2.2.1. Déchets inertes ........................................................................................................ 35

I.A.2.2.2. Déchets non dangereux ........................................................................................... 35

I.A.2.2.2.a) Couverture semi-perméable ............................................................................ 35

I.A.2.2.2.b) Couverture imperméable avec recirculation de lixiviats ................................. 36

I.A.2.2.2.c) Couverture imperméable sans recirculation de lixiviats ................................. 36

I.A.2.2.3. Déchets dangereux .................................................................................................. 37

I.A.3. Les éléments constitutifs de la couverture imperméable ............................................................ 37

I.A.3.1. La couche support .......................................................................................................... 38

I.A.3.2. La structure d’étanchéité ................................................................................................ 38

I.A.3.2.1. Les géomembranes ................................................................................................. 38

I.A.3.2.2. Les géosynthétiques bentonitiques ......................................................................... 39

I.A.3.2.2.a) Les géotextiles ................................................................................................ 40

I.A.3.2.2.b) La bentonite .................................................................................................... 40

I.A.3.3. La couche de protection ................................................................................................. 42

I.A.4. Les défauts d’étanchéité .............................................................................................................. 43

I.A.4.1. La géomembrane ............................................................................................................ 43

I.A.4.2. Le géosynthétique bentonitique ..................................................................................... 45

I.A.4.2.1. L’échange cationique .............................................................................................. 46

I.A.4.2.2. Les cycles de dessiccation/humidification ............................................................. 46

I.A.4.3. La couche d’argile .......................................................................................................... 47

I.A.5. Les méthodes de détection des défauts sur les géomembranes ................................................... 50

I.A.5.1. Méthodes électriques ...................................................................................................... 50

I.A.5.2. La thermographie infrarouge .......................................................................................... 51

I.A.5.3. La tomographie de résistivité électrique ........................................................................ 51

I.B. L’APPLICATION DES METHODES GEOPHYSIQUES AUX INSTALLATIONS DE STOCKAGE DE DECHETS ................................................................................................................ 52

I.B.1. Identification de l’interface des déchets et du terrain naturel ..................................................... 52

I.B.2. Détection de panaches de pollution ............................................................................................. 54

I.B.3. Caractérisation de la nature des déchets ...................................................................................... 54

I.B.4. Suivi de l’injection de lixiviat ..................................................................................................... 56

I.B.5. Caractérisation de la couverture .................................................................................................. 58

I.C. LES METHODES GEOPHYSIQUES EMPLOYEES DANS LE CADRE DE LA THESE ..... 63

I.C.1. La Tomographie de Résistivité Electrique .................................................................................. 63

I.C.1.1. Principe……………………………………………………………………………….. 63

I.C.1.2. Applications ……………………………………………………………………………64

I.C.1.2.1. Détection de fissures ............................................................................................... 64

I.C.1.3. Mise en œuvre ................................................................................................................ 66

I.C.2. L’Automatic Resistivity Profiling ............................................................................................... 67

I.C.2.1. Principe…………………………………………………………………………………67

I.C.2.2. Applications………….. ................................................................................................. 67

I.C.2.2.1. Variations de teneur en eau .................................................................................... 68

I.C.2.3. Mise en œuvre ................................................................................................................ 69

I.C.3. La Polarisation Spontanée ........................................................................................................... 70

I.C.3.1. Principe…………………………………………………………………………………70

I.C.3.2. Applications pour l’étude des circulations de fluide ...................................................... 71

I.C.3.2.1. Mesures PS en surface ............................................................................................ 71

I.C.3.2.2. Mesures PS en continu ........................................................................................... 73

I.C.3.3. Mise en œuvre ................................................................................................................ 76

Conclusion ............................................................................................................................................. 77

II. APPLICATION DES METHODES GEOPHYSIQUES AU SITE EXPERIMENTAL ................. 79

Introduction ........................................................................................................................................... 81

II.A. LE SITE EXPERIMENTAL ....................................................................................................... 81

II.A.1. Les deux types de couverture ................................................................................................... 81

II.A.2. Préparation du terrain ............................................................................................................... 82

II.A.3. Mise en place du site expérimental........................................................................................... 83

II.A.3.1. Le matériau de couverture .............................................................................................. 83

II.A.3.2. La pose du GSB sur la parcelle 2 ................................................................................... 83

II.A.3.3. Les défauts……………………………………………………………………………..84

II.A.3.3.1. Parcelle 1 ................................................................................................................ 86

II.A.3.3.2. Parcelle 2 ................................................................................................................ 87

II.A.3.4. L’instrumentation ........................................................................................................... 88

II.A.3.4.1. Les électrodes PS .................................................................................................... 89

II.A.3.4.2. Les capteurs d’humidité ......................................................................................... 90

II.A.3.4.3. Les sondes de température ...................................................................................... 91

II.A.3.5. La station météorologique .............................................................................................. 92

II.A.4. Suivi temporel des conditions climatiques ............................................................................... 93

II.A.4.1. Conditions climatiques lors des mesures de PS ............................................................. 95

II.A.4.2. Conditions climatiques lors des mesures en ARP .......................................................... 96

II.A.4.3. Conditions climatiques lors des mesures de TRE .......................................................... 97

II.B. PROTOCOLES ET TRAITEMENT DES MESURES GEOPHYSIQUES.............................. 102

II.B.1. Mesures continues de PS ........................................................................................................ 102

II.B.1.1. Amélioration du rapport signal sur bruit ...................................................................... 103

II.B.1.2. Variation du niveau de bruit selon l’électrode ............................................................. 104

II.B.1.3. Filtrage des données brutes .......................................................................................... 105

II.B.2. Mesures ponctuelles de PS ..................................................................................................... 107

II.B.2.1. Acquisition …………………………………………………………………………..107

II.B.2.2. Correction de dérive ..................................................................................................... 108

II.B.2.3. Test de répétabilité ....................................................................................................... 109

II.B.3. Mesures ARP .......................................................................................................................... 110

II.B.3.1. Intensité du courant injecté .......................................................................................... 111

II.B.3.2. Type de positionnement GPS utilisé ............................................................................ 111

II.B.3.3. Espacement inter-profils .............................................................................................. 112

II.B.4. Mesures de tomographie de résistivité électrique ................................................................... 113

II.B.4.1. Test des paramètres d’acquisition ................................................................................ 113

II.B.4.1.1. Dispositifs de mesure ........................................................................................... 114

II.B.4.1.2. Espacement inter-électrodes ................................................................................. 115

II.B.4.1.3. Temps d’injection du courant électrique .............................................................. 115

II.B.4.2. Traitement : correction de température ........................................................................ 117

II.B.4.2.1. Parcelle 1 .............................................................................................................. 117

II.B.4.2.2. Parcelle 2 .............................................................................................................. 119

II.C. RESULTATS DES MESURES GEOPHYSIQUES ................................................................. 120

II.C.1. Mesures continues de PS ........................................................................................................ 120

II.C.1.1. Influence de la température et de la teneur en eau volumique ..................................... 121

II.C.1.1.1. A 0,10 m de profondeur : variations diurnes ........................................................ 121

II.C.1.1.2. A 0,35 m de profondeur ........................................................................................ 124

II.C.1.1.3. A 0,70 m de profondeur ........................................................................................ 125

II.C.1.2. Période humide ............................................................................................................. 126

II.C.1.2.1. Parcelle 1 : électrodes situées à proximité de la fissure large de 10 cm ............... 126

II.C.1.2.2. Parcelle 2 : électrodes au niveau de l’arrachage du GSB ..................................... 129

II.C.1.3. Période sèche ................................................................................................................ 130

II.C.1.3.1. Parcelle 1 : électrodes situées à proximité de la fissure large de 10 cm ............... 130

II.C.1.3.2. Parcelle 2 : électrodes au niveau de l’arrachage du GSB ..................................... 133

II.C.1.4. Conclusion sur les mesures continues de PS ................................................................ 134

II.C.2. Mesures ponctuelles de PS sur le site expérimental ............................................................... 136


II.C.2.2. Période sèche ................................................................................................................ 140

II.C.2.3. Conclusion sur les mesures ponctuelles de PS ............................................................. 142

II.C.3. Mesures en ARP ..................................................................................................................... 144


II.C.3.1.1. Résistivités électriques apparentes de l’écartement 0,2 m .................................... 144



II.C.3.2. Influence du sens d’injection du courant électrique sur la détection des défauts de la parcelle 1 ………………………………………………………………………………………148

II.C.3.2.1. Données interpolées de résistivité électrique apparente ....................................... 148

II.C.3.2.2. Données de résistivité électrique apparente avant interpolation ........................... 150

II.C.3.3. Conclusion sur les mesures ARP ................................................................................. 152

II.C.4. Mesures de tomographie de résistivité électrique ................................................................... 153

II.C.4.1. Parcelle 1 : mesures effectuées le long du profil TRE2 ................................................ 153

II.C.4.1.1. Période humide ..................................................................................................... 153

II.C.4.1.2. Période sèche ........................................................................................................ 155

II.C.4.2. Analyse statistique des résistivités électriques ............................................................. 158

II.C.4.2.1. Classification hiérarchique ascendante ................................................................. 159

II.C.4.2.2. Paramètres statistiques des résistivités électriques par classe et par date de mesures …………………………………………………………………………………...159

II.C.4.3. Répartition spatiale des résistivités électriques des quatre classes ............................... 162

II.C.4.4. Caractérisation de l’hétérogénéité du matériau argilo-graveleux ................................. 163

II.C.4.4.1. Profil TREc ........................................................................................................... 164

II.C.4.4.2. Prélèvements de matériau argilo-graveleux ......................................................... 165

II.C.4.4.2.a) Teneurs en eau massique .............................................................................. 166

II.C.4.4.2.b) Courbes granulométriques ........................................................................... 166

II.C.4.5. Influence de la teneur en eau volumique sur les résistivités électriques ...................... 169

II.C.4.6. Conclusion des mesures de tomographie de résistivité électrique sur la parcelle 1 .... 170

II.C.4.7. Parcelle 2 : mesures effectuées le long du profil TRE6 ................................................ 172

II.C.4.7.1. Evolution temporelle de la résistivité électrique de l’ensemble « graviers + GSB » à une profondeur donnée ........................................................................................................ 174

II.C.4.7.2. Modélisation de la parcelle 2 ................................................................................ 177

II.C.4.8. Conclusion sur les mesures de tomographie de résistivité électrique de la parcelle 2 179

Conclusion ........................................................................................................................................... 180

III. APPLICATION DES METHODES GEOPHYSIQUES A UNE INSTALLATION DE STOCKAGE DE DECHETS DANGEREUX ..................................................................................... 185

Introduction ......................................................................................................................................... 187

III.A. PRESENTATION DU SITE X ................................................................................................. 187

III.A.1. Contexte géologique ............................................................................................................... 187

III.A.2. Stockage des déchets .............................................................................................................. 189

III.A.3. Mise en place de la couverture ............................................................................................... 189

III.A.4. Etudes antérieures effectuées sur la couverture ...................................................................... 191

III.A.4.1. Prospection électromagnétique .................................................................................. 191

III.A.4.2. Caractérisation des matériaux de couverture ............................................................. 193

III.A.4.3. Evaluation de l’état du GSB ...................................................................................... 195

III.B. PROSPECTIONS GEOPHYSIQUES ...................................................................................... 196

III.B.1. Conditions métérologiques ..................................................................................................... 196

III.B.2. Mesures en Automatic Resistivity Profiling (ARP) ............................................................... 198

III.B.3. Mesures de polarisation spontanée (PS) ................................................................................. 203

III.B.3.1. Traitement des données : correction de dérive .......................................................... 203

III.B.3.2. Etude statistique des mesures PS le long de chaque profil ........................................ 204

III.B.3.3. Interprétation des données ......................................................................................... 206

III.B.3.3.1. Profils de mesures PS ........................................................................................... 206

III.B.3.3.2. Carte PS ................................................................................................................ 207

III.B.4. Mesures de tomographie de résistivité électrique (TRE) ....................................................... 210

III.B.4.1. Mesures effectuées le long d’une tomographie test ................................................... 210

III.B.4.1.1. Caractéristiques des dispositifs mis en œuvre ...................................................... 211

III.B.4.1.2. Résultats des mesures effectuées sur la tomographie test .................................... 213

III.B.4.1.3. Analyse de l’influence des déchets sur les mesures ............................................. 215

III.B.4.1.3.a) Caractérisation des déchets selon le dispositif de mesure ............................. 215

III.B.4.1.3.b) Effet du filtrage des données de résistivité électrique apparente .................. 216

III.B.4.1.3.c) Modèles de résistivité électrique filtrés ........................................................ 218

III.B.4.1.4. Interprétation avec les données des tarières ......................................................... 222

III.B.4.1.4.a) Tarière au PM 3,5 ......................................................................................... 223

III.B.4.1.4.b) Tarières aux PM 12 et 18 .............................................................................. 225

III.B.4.1.4.c) Tarière au PM 29 .......................................................................................... 227

III.B.4.1.4.d) Synthèse de l’analyse des tarières le long de la tomographie test ................ 228

III.B.4.1.5. Modélisations de la couverture ............................................................................. 231

III.B.4.1.5.a) Modélisation de la couche de sable argileux saturé sans le GSB (M1) ......... 232

III.B.4.1.5.b) Modélisation de la couche de sable argileux saturé et du GSB en bon état (M2) ………………………………………………………………………………233

III.B.4.1.5.c) Modélisation de la couche de sable argileux saturé et du GSB endommagé (M3)……………………………………………………………………………………….235

III.B.4.1.5.d) Comparaison de l’évolution des résistivités électriques en fonction de la profondeur issues des modélisations M1, M2 et M3 avec celle des mesures de terrain .... 236

III.B.4.1.5.e) Influence d’une déchirure du GSB (modèle M4) .......................................... 238

III.B.4.1.5.f) Comparaison de l’évolution des résistivités électriques en fonction de la profondeur issue de la modélisation M4 avec celle des mesures de terrain ....................... 240

III.B.4.1.5.g) Influence de la taille d’une déchirure du GSB .............................................. 241

III.B.4.1.5.h) Influence de la position d’une déchirure du GSB ......................................... 242

III.B.4.1.5.i) Influence de la résistivité électrique du GSB et du sable argileux saturé ..... 243

III.B.4.1.5.j) Influence de la résistivité électrique de l’argile ocre .................................... 244

III.B.4.1.5.k) Synthèse de l’étude des modélisations de la couverture ............................... 245

III.B.4.1.6. Choix des dispositifs ............................................................................................. 247

III.B.4.2. Mesures effectuées le long du profil TRE1 ................................................................ 249


III.B.4.2.2. Acquisition des mesures ....................................................................................... 250

III.B.4.2.3. Résultats des mesures ........................................................................................... 252

III.B.4.2.4. Comparaison des résistivités électriques avec celles de la tomographie test ....... 253


III.B.4.2.5.a) Tarières aux PM -15,5, 3,5, 74 et 95 ............................................................. 255

III.B.4.2.5.b) Tarières aux PM 12, 18, 29 et 45 .................................................................. 256

III.B.4.2.5.c) Tarières aux PM 78,5 et 87 ........................................................................... 258

III.B.4.2.5.d) Tarières aux PM 105,5, 107,5, 110,3 et 120 ................................................. 259

III.B.4.2.5.e) Tarières aux PM 114 et 127 .......................................................................... 260

III.B.4.2.5.f) Synthèse de l’analyse des tarières le long du profil TRE1 ............................ 261

III.B.4.3. Mesures effectuées le long du profil TRE2 ................................................................ 264


III.B.4.3.2. Résultats des mesures ........................................................................................... 265


III.B.4.3.3.a) Tarières aux PM 6,7, 12 et 20 ....................................................................... 267

III.B.4.3.3.b) Synthèse de l’analyse des tarières le long du profil TRE2 ............................ 269

III.B.5. Comparaison des méthodes géophysiques sur le site X ......................................................... 270

III.B.5.1. Résistivités électriques apparentes le long des deux profils : ARP et TRE ............... 270

III.B.5.1.1. Profil TRE1 ........................................................................................................... 270

III.B.5.1.2. Profil TRE2 ........................................................................................................... 274

III.B.5.2. Les trois méthodes géophysiques .............................................................................. 277

Conclusion ........................................................................................................................................... 280

CONCLUSION GENERALE ............................................................................................................. 287

GLOSSAIRE ....................................................................................................................................... 299

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ............................................................................................ 301

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES CONCERNANT LE PROJET GEOCET .......................... 321

ANNEXES .......................................................................................................................................... 325

LISTE DES FIGURES

Figure I-1 : Schéma d’un casier de stockage ......................................................................................... 32

Figure I-2 : Exemples de dispositifs d’étanchéité équivalents avec l’utilisation d’un GSB sous la géomembrane dans le cas d’ISDND (Pierson et al., 2003) ................................................................... 34

Figure I-3 : Schéma d’une couverture semi-perméable (d’après ADEME - BRGM, 2001) ................. 36

Figure I-4 : Schéma d’une couverture imperméable (d’après ADEME - BRGM, 2001) ...................... 37

Figure I-5 : Schéma d’un géotextile bentonitique aiguilleté (CFG, 2011) ............................................ 39

Figure I-6 : Schéma d’un géofilm bentonitique (CFG, 2011) ............................................................... 40

Figure I-7 : Evolution de l’hydratation de trois GSB aiguilletés (différents fabricants) placés sur un sol de type sableux de teneur en eau égale à 16 %. Les GSB sont composés de bentonite sodique en grains de différentes tailles ; leur indice de gonflement et leur capacité d’échange cationique ne sont pas les mêmes (d’après Rayhani et al., 2011) ................................................................................................... 41

Figure I-8 : Influence de la température et de la nature du sol support sur l’hydratation du GSB (d’après Chevrier et al., 2010) ............................................................................................................... 42

Figure I-9 : Photographie de la mise en place de la couche drainante sur la structure d’étanchéité en fond de l’installation de stockage de déchets d’Attainville (Didier et al., 2006) .................................. 44

Figure I-10 : Photographie de défauts rencontrés sur les géomembranes ............................................. 45

Figure I-11 : Mise en évidence de la capacité d’échange cationique sur un GSB excavé quatre fois sur une période de quatre ans sur une installation de stockage de déchets en Allemagne (d’après Egloffstein, 2001) .................................................................................................................................. 46

Figure I-12 : Evolution de la perméabilité mesurée en laboratoire en fonction de la résistivité électrique apparente mesurée in situ au moyen de l’EM38 (d’après Ait Saadi, 2003) ......................... 48

Figure I-13 : Fissuration de la terre végétale (T.V) sur deux couvertures expérimentales ................... 48

Figure I-14 : Schéma de la fissuration d’une couche argileuse en couverture d’installation de stockage de déchets suite à l’apparition de tassements différentiels (d’après Gourc et al., 2010) ...................... 49

Figure I-15 : Réponse électrique type d’un défaut dans une géomembrane.......................................... 50

Figure I-16 : Profils issus de mesures radar avec une antenne de 50, 100 et 200 MHz sur une installation de stockage de déchets inertes (d’après Orlando et Marchesi, 2001) ................................. 53

Figure I-17 : Résistivité électrique et chargeabilité normalisée sur l’installation de stockage de déchets de Filborna en Suède, où les déchets sont fortement biodégradables ; la chargeabilité normalisée correspond à la chargeabilité inversée dans la fenêtre 10 -110 ms divisée par la résistivité électrique (d’après Leroux et al., 2010) ................................................................................................................. 55

Figure I-18 : Résistivité électrique et chargeabilité normalisée sur l’installation de stockage de déchets de Rökille en Suède, où les déchets ne sont pas biodégradables (d’après Leroux et al., 2010) ............ 56

Figure I-19 : Evolution de la résistivité électrique sur une installation de stockage de déchets de type bioréacteur lors d’une injection de lixiviat (d’après Grellier, 2005 et Grellier et al., 2008) ................. 57

Figure I-20: Exemples d’anomalies thermiques détectées par des mesures de thermographie infrarouge aéroportée (d’après Guigoures, 2001) ................................................................................................... 58

Figure I-21 : Profils verticaux de teneur en eau volumique obtenus grâce à des mesures radar effectuées dans un puits sur une installation de stockage de déchets (d’après Cassiani et al., 2008) ... 60

Figure I-22: Carte de conductivité issue des mesures EM38 en mode horizontal (d’après Guyonnet et

al., 2003) ............................................................................................................................................... 61

Figure I-23 : Evolution de la résistivité électrique de différents types de sol argileux en fonction de la teneur en eau volumique (d’après McCarter, 1984 ; Michot et al., 2003 ; Fukue et al., 1999) ............ 64

Figure I-24 : Evolution de l’état de fissuration par tomographie de résistivité électrique : sans fissure (A), fissure de 2 mm de profondeur 1 cm (B), 2 cm (C), 3 cm (D) et 4 cm (E) (d’après Samouëlian et

al., 2003) ............................................................................................................................................... 65

Figure I-25 : Détection de fissures par tomographie de résistivité électrique ; le modèle de résistivité électrique présente des résistivités électriques supérieures à 90 .m à l’endroit des fissures comparé à une résistivité électrique de l’argile comprise entre 20 et 30 .m (d’après Sentenac et Zielinski, 2009) ............................................................................................................................................................... 66

Figure I-26 : Photographie du matériel de mesures de tomographie de résistivité électrique ............... 66

Figure I-27 : Cartes des résistivités électriques apparentes (avril 2008) et des résistivités électriques inversées (d’après Cousin et al., 2009) ................................................................................................. 68

Figure I-28 : Carte de la teneur en eau volumique de la couche argilo-limoneuse obtenue grâce à une relation empirique entre la résistivité électrique (mesurée en TRE) et la teneur en eau volumique (mesurée à l’aide de sondes TDR), d’après Cousin et al., 2009 ............................................................ 69

Figure I-29 : Schémas des dispositifs ARP utilisés sur le site expérimental (a) et l’installation de stockage de déchets dangereux (b) ; A et B sont les électrodes d’injection de courant électrique et M et N les électrodes de mesure de potentiel ................................................................................................ 70

Figure I-30 : Variations des signaux PS lors d’une injection d’eau sur le site de Soultz-sous-Forêts en juin 2010 (d’après Darnet, 2003) .......................................................................................................... 72

Figure I-31 : Cartes PS montrant l’évolution du signal à deux périodes de l’année différente ; les anomalies A1 et A2 correspondent à deux dolines visibles en surface, l’anomalie A3 correspond soit à une ancienne doline soit à un artefact (d’après Jardani et al., 2007) ..................................................... 73

Figure I-32 : Variation des signaux PS et du niveau du lac de Roselend (d’après Trique et al., 2002) 74

Figure I-33 : Mesures PS sur le site de Séchilienne (d’après Meric, 2006) - Evolution du signal PS mesuré entre une électrode située au-dessus de la galerie de reconnaissance et une électrode placée à l’intérieur de la galerie .......................................................................................................................... 74

Figure I-34 : Variation du signal PS mesuré entre deux électrodes placées à 80 cm de profondeur sur le site de La Soutte en fonction des précipitations (Béhaegel, 2006) ........................................................ 75

Figure I-35 : Variation du signal PS dans un sol sablo-limoneux et argileux en fonction des précipitations (d’après Doussan et al., 2002) ........................................................................................ 75

Figure I-36 : Photographie du matériel de mesure de polarisation spontanée ....................................... 76

Figure II-1 : Schéma en coupe des parcelles expérimentales ................................................................ 83

Figure II-2 : Emplacement des défauts sur le site expérimental ............................................................ 85

Figure II-3 : Photographie de deux défauts créés sur le site expérimental ............................................ 87

Figure II-4 : Emplacement des capteurs par rapport aux défauts créés sur le site expérimental ; la plupart des électrodes PS sont placées à 0,70 m de profondeur. ....................................................... 88

Figure II-5: Suivi des conditions météorologiques (cumuls décadaires et mensuels de la pluie efficace et moyenne journalière et mensuelle de la température atmosphérique) et dates des mesures géophysiques effectuées sur le site expérimental .................................................................................. 94

Figure II-6 : Données de pluie efficace et de température atmosphérique à proximité du site expérimental et données d’humidité à 0,10 et 0,70 m de profondeur au sein de la parcelle 1 .............. 99

Figure II-7 : Comparaison entre les mesures de PS acquises toutes les cinq minutes le 12 juillet et le 20 septembre 2010 sur une durée de trois heures au niveau des électrodes E1, E10, E20 et E23 ................. 103

Figure II-8 : Ecart-type du signal PS calculé sur une durée de trois heures lors des enregistrements des 12 juillet et 20 septembre 2010 (effectués avec un pas de mesure de cinq minutes) en fonction du numéro de l’électrode .......................................................................................................................... 104

Figure II-9 : Comparaison entre les données filtrées et les données brutes PS lors des enregistrements des 12 juillet et 20 septembre 2010 effectués avec un pas de mesure de cinq minutes ....................... 105

Figure II-10 : Ecart-type moyen fourni par la centrale d’acquisition pour chaque électrode mesurée avec un pas de cinq minutes sur la période du 10 au 18 novembre 2010 ............................................ 106

Figure II-11: Emplacement des points de mesure PS sur le site expérimental .................................... 107

Figure II-12 : Evolution de la dérive de l’électrode mesurée à l’emplacement de l’électrode de base en fonction du temps : prospections en période humide .......................................................................... 108

Figure II-13 : Evolution de la dérive de l’électrode mesurée à l’emplacement de l’électrode de base en fonction du temps : prospection du 22 octobre 2010 en période sèche ............................................... 108

Figure II-14 : Carte de la différence de PS entre les mesures du 22 et du 21 octobre 2010 sur le site expérimental ........................................................................................................................................ 109

Figure II-15 : Positionnement cinématique relatif utilisé lors des mesures ARP sur le site expérimental (d’après Erickson, 1993) ..................................................................................................................... 111

Figure II-16 : Schéma et photographie du dispositif ARP utilisé sur le site expérimental ................. 112

Figure II-17 : Emplacements des deux tomographies électriques tests effectuées sur le site expérimental le 2 octobre 2009 ........................................................................................................... 113

Figure II-18 : Résistivités électriques issues des mesures en dispositifs gradient, dipôle-dipôle et Wenner-! le long de la tomographie test TRE’ à la profondeur de -0,67 m correspondant au milieu du bloc ...................................................................................................................................................... 114

Figure II-19 : Etude des mesures réalisées en dispositif dipôle-dipôle le long de la tomographie test TRE’’ en fonction du temps d’injection croissant ............................................................................... 116

Figure II-20 : Emplacement des tomographies électriques effectuées sur le site expérimental .......... 117

Figure II-21 : Evolution du gradient PS, température et teneur en eau volumique sur la période du 20 septembre au 15 octobre 2011 (pas d’acquisition horaire) - a) température à -0,10 m au niveau du capteur près de la fissure large de 10 cm ; b) teneur en eau volumique au niveau du capteur situé près du piézomètre ; c) données PS des électrodes situées à proximité de la fissure large de 10 cm ......... 122

Figure II-22 : Evolution du gradient PS, température et teneur en eau volumique : zoom sur la période du 20 au 30 septembre 2011 (pas d’acquisition horaire) - a) température à -0,10 m au niveau du capteur près de la fissure large de 10 cm ; b) teneur en eau volumique à -0,10 m au niveau du capteur situé près du piézomètre ; c) données PS de l’électrode E1-E6 située à -0,70 m à proximité de la fissure large de 10 cm ..................................................................................................................................... 123

Figure II-23 : Graphiques de l’évolution du gradient PS de l’électrode E1-E6 en fonction de la température et de la teneur en eau volumique à 0,10 m de profondeur (sur la période du 20 au 30 septembre 2011) .................................................................................................................................. 124

Figure II-24 : Graphiques de l’évolution du gradient PS de l’électrode E5-E6 en fonction de la température et de la teneur en eau volumique à 0,35 m de profondeur (sur la période du 20 septembre au 15 octobre 2011) ............................................................................................................................. 124

Figure II-25 : Graphiques de l’évolution des gradients PS des électrodes près de la fissure large de 10 cm en fonction de la température à 0,70 m de profondeur (sur la période du 20 septembre au 15 octobre 2011) ....................................................................................................................................... 125

Figure II-26 : Graphique de l’évolution des gradients PS des électrodes E1-E6, E2-E6, E3-E6, E4-E6 en fonction de la teneur en eau volumique à 0,70 m de profondeur (sur la période du 20 septembre au 15 octobre 2011) ....................................................................................................................................... 126

Figure II-27 : Données du gradient PS du 10 au 17 novembre 2010 au niveau des électrodes situées à proximité de la fissure large de 10 cm en relation avec les données de teneur en eau volumique, température et précipitations efficaces (pas d’acquisition de cinq minutes) ....................................... 128

Figure II-28 : Données du gradient PS du 10 au 17 novembre 2010 au niveau des électrodes situées à proximité de l’arrachage du GSB en relation avec les précipitations efficaces (pas d’acquisition de cinq minutes) ....................................................................................................................................... 129

Figure II-29 : Données du gradient PS du 20 septembre au 9 novembre 2011 au niveau des électrodes situées à proximité de la fissure large de 10 cm en relation avec les données de teneur en eau volumique, température et précipitations efficaces (pas d’acquisition horaire) .................................. 131

Figure II-30 : Données PS du 20 septembre au 9 novembre 2011 au niveau des électrodes situées à proximité de l’arrachage du GSB en relation avec les précipitations efficaces (pas d’acquisition horaire) ................................................................................................................................................ 134

Figure II-31 : Cartes de PS en période humide ................................................................................... 136

Figure II-32 : Vue de l’état de surface de la parcelle 1 lors des mesures PS le 16 novembre 2010 – présence de fentes de dessiccation ...................................................................................................... 138

Figure II-33 : Schéma conceptuel de la parcelle 1 en période humide – a) données de pluie efficace pour la prospection du 16 novembre 2010 ; b) schéma de la parcelle 1 ; c) évolution du signal PS ; d) données de teneur en eau volumique pour la prospection du 16 novembre 2010 ............................... 139

Figure II-34 : Schéma conceptuel de la parcelle 2 en période humide – a) données de pluie efficace pour la prospection du 16 novembre 2010 ; b) schéma de la parcelle 2 ; c) évolution du signal PS .. 139

Figure II-35 : Cartes de PS le 22 octobre 2010 – période sèche ......................................................... 140

Figure II-36 : Carte de PS (parcelle 1) le 22 octobre 2010 – période sèche ........................................ 140

Figure II-37 : Schéma conceptuel de la parcelle 1 en période sèche - a) données de pluie efficace pour la prospection du 22 octobre 2010; b) schéma de la parcelle 1 ; c) évolution du signal PS ; d) données de teneur en eau volumique pour la prospection du 22 octobre 2010 ................................................. 141

Figure II-38 : Schéma conceptuel de la parcelle 2 en période sèche - a) données de pluie efficace pour la prospection du 22 octobre 2010; b) schéma de la parcelle 2 ; c) évolution du signal PS ................ 142

Figure II-39 : Carte des résistivités électriques apparentes dans le sens longitudinal ......................... 145

Figure II-40 : Carte des résistivités électriques apparentes dans le sens transversal ........................... 146

Figure II-41 : Estimation de la profondeur d’investigation de l’ARP 11 ............................................ 148

Figure II-42 : Comparaison des cartes de résistivité électrique apparente pour l’écartement 1,1 m acquises dans les sens longitudinal et transversal de prospection ....................................................... 150

Figure II-43 : Résistivités électriques apparentes de l’écartement 1,1 m au niveau des trois profils situés près de la fissure large de 10 cm ............................................................................................... 151

Figure II-44 : Modèles des résistivités électriques corrigées de l’effet de la température au sein de la couverture le long du profil TRE2 après cinq itérations – période humide ......................................... 154

Figure II-45 : Modèles des résistivités électriques corrigées de l’effet de la température au sein de la couverture le long du profil TRE2 après cinq itérations ...................................................................... 156

Figure II-46 : Modèles des résistivités électriques corrigées de l’effet de la température au sein de la couverture le long du profil TRE2 après cinq itérations – période sèche ............................................ 157

Figure II-47 : Photographie de l’état de fissuration visible à la surface de la parcelle 1 (été 2010) ... 158

Figure II-48 : Dendrograme des données centrées réduites de résistivité électrique corrigées de l’effet de la température lors des douze prospections le long de TRE2 et pourcentage de blocs dans chaque classe ................................................................................................................................................... 159

Figure II-49 : Evolution temporelle des résistivités électriques médianes corrigées de l’effet de la température par classe en fonction des dates de prospection .............................................................. 161

Figure II-50 : Répartition spatiale des groupes de résistivité électrique issus de la classification hiérarchique ascendante le long du profil TRE2 .................................................................................. 163

Figure II-51 : Modèles des résistivités électriques corrigées de l’effet de la température au sein de la couverture le 8 février 2011 après cinq itérations ............................................................................... 164

Figure II-52 : Répartition spatiale des groupes de résistivité électrique issus de la classification hiérarchique ascendante le long du profil TREC ................................................................................. 164

Figure II-53 : Courbe granulométriques des échantillons prélevés ..................................................... 167

Figure II-54 : Pourcentage de fines en fonction de la teneur en eau massique pour les dix échantillons prélevés ................................................................................................................................................ 167

Figure II-55 : Valeurs médianes des résistivités électriques des quatre classes de TREc en fonction de la teneur en fines (a) et de la teneur en eau massique (b) des dix prélèvements de matériau limono-argileux ................................................................................................................................................ 168

Figure II-56 : Valeurs médianes des résistivités électriques corrigées de la température des quatre classes de TRE2 en fonction de la teneur en eau volumique à 0,70 m de profondeur lors des douze prospections ......................................................................................................................................... 170

Figure II-57 : Conditions météorologiques (pluie efficace et température atmosphérique) précédant les douze prospections le long du profil TRE2 .......................................................................................... 171

Figure II-58 : Modèles des résistivités électriques non corrigées de l’effet de la température au sein de la couverture le long du profil TRE6 après cinq itérations .................................................................. 173

Figure II-59 : Résistivités électriques non corrigées de l’effet de la température entre 0,38 et 0,48 m de profondeur extraites des modèles de résistivité le long du profil TRE6 .............................................. 175

Figure II-60 : Modèle M1 inversé en dispositif dipôle-dipôle sans ajout de bruit ............................... 178

Figure II-61 : Modèle M2 inversé en dispositif dipôle-dipôle sans ajout de bruit ............................... 179

Figure III-1 : Schéma des formations géologiques du site X (Dutheil et al., 2005) ............................ 188

Figure III-2 : Carte géologique du site X (Dutheil et al., 2005) .......................................................... 188

Figure III-3 : Coupe géologique à travers l’installation de stockage de déchets dangereux (Dutheil et

al., 2005) ............................................................................................................................................. 189

Figure III-4 : Coupe théorique de la couverture (a) et photographie de la maquette (b) ..................... 190

Figure III-5 : Plan de l’installation de stockage de déchets dangereux (Dutheil et al., 2005) ............ 191

Figure III-6 : Carte de conductivités électriques apparentes obtenues à partir des mesures d’EM38 effectuées par GéoGéophy en janvier 2006 ......................................................................................... 192

Figure III-7 : Caractérisation des matériaux de couverture à l’emplacement des sondages (Dutheil et

al., 2007) ............................................................................................................................................. 193

Figure III-8 : Courbes granulométriques des échantillons de matériaux de couverture notés E1 à E5, établies à partir des données des essais granulométriques faits par Burgéap ...................................... 194

Figure III-9 : Données de précipitations totales et températures atmosphériques moyennes, journalières et mensuelles, au cours des mois de juillet 2009 à juillet 2010 (données de la station météorologique située à proximité du site X) ................................................................................................................ 197

Figure III-10 : Carte des résistivités électriques apparentes sur le site X – interpolation de type « spline » (maille de 0,5 m et rayon de 4 m) ....................................................................................... 199

Figure III-11 : Comparaison entre les données de résistivité électrique apparente (mesures ARP avec l’écartement 2,0 m faites par GEOCARTA en 2009) et les données de conductivité électrique apparente (mesures EM38 acquises par GéoGéophy en 2006) ........................................................... 201

Figure III-12 : Emplacement des mesures PS sur l’installation de stockage de déchets dangereux ... 203

Figure III-13 : Evolution de la dérive de l’électrode mesurée à l’emplacement de l’électrode de base en fonction du temps ................................................................................................................................ 204

Figure III-14 : Graphique des fonctions de répartition des mesures PS, réalisées tous les 5 m, après correction de dérive ............................................................................................................................. 206

Figure III-15 : Profils PS corrigés de la dérive, réalisés sur cinq lignes espacées de cinq mètres ...... 207

Figure III-16 : Carte PS obtenue par une interpolation de type krigeage (avec un modèle sphérique ajusté sur un variogramme omnidirectionnel) ..................................................................................... 208

Figure III-17 : Carte des résistivités électriques apparentes a) écartement 0,5 m ; b) écartement 1,0 m ; c) écartement 2,0 m ; d) Carte PS ........................................................................................................ 209

Figure III-18 : Emplacement des profils de tomographie de résistivité électrique .............................. 211

Figure III-19: Modèles de résistivité de la tomographie P1-TRE1 après cinq itérations (inversion robuste et affinage du maillage du modèle) ........................................................................................ 214

Figure III-20 : Moyenne des résistivités électriques effectuée sur les points situés à 17,875, 18,125 et 18,375 m du début de la tomographie P1-TRE1 pour les mesures au moyen des dispositifs DD1 (superficiel) et DD4 (profond) et coupe théorique de la couverture .................................................... 217

Figure III-21 : Modèles filtrés de résistivité de la tomographie P1-TRE1 après cinq itérations (inversion robuste et affinage du maillage du modèle). Les traits rouges symbolisent les emplacements des sondages réalisés à la tarière manuelle. ............................................................................................... 219

Figure III-22 : Modèles filtrés de résistivité électrique de la tomographie P1-TRE1 avec la topographie et sous forme de blocs après cinq itérations (inversion robuste et affinage du maillage du modèle). Les traits rouges symbolisent les emplacements des sondages réalisés à la tarière manuelle. .................. 221

Figure III-23 : Comparaison des valeurs de résistivité électrique (moyenne effectuée sur les points situés à 17,875, 18,125 et 18,375 m du début de la tomographie P1-TRE1 à chaque profondeur de bloc) pour les dispositifs dipôle-dipôle filtrés et gradient non filtrés ........................................................... 222

Figure III-24 : Résistivités électriques issues des modèles filtrés au droit de la tarière au PM 3,5 le long de la tomogrpahie P1-TRE1 ......................................................................................................... 224

Figure III-25 : Résistivités électriques issues des modèles filtrés au droit de la tarière au PM 12 le long de la tomographie P1-TRE1 ................................................................................................................. 226



Figure III-28 : a) Modèle M1 inversé en dispositif dipôle-dipôle avec ajout de 3 % de bruit, après cinq itérations - erreur absolue = 2,0 %. b) Modèle filtré de résistivité électrique de la tomographie P1-TRE1 (dispositif DD1) sans la topographie après cinq itérations (inversion robuste et affinage du maillage du modèle) ................................................................................................................................................ 232

Figure III-29 : Modèle M2 inversé en dispositif dipôle-dipôle avec ajout de 3 % de bruit, après cinq itérations – erreur absolue = 2,4 % ...................................................................................................... 235

Figure III-30 : Modèle M3 inversé en dispositif dipôle-dipôle avec ajout de 3 % de bruit, après cinq itérations – erreur absolue = 2,1 % ...................................................................................................... 236

Figure III-31 : Résistivités électriques issues des modèles directs M1, M2 et M3 et des mesures de terrain réalisées en dispositifs DD1 et DD4 au PM 18 ......................................................................... 237

Figure III-32 : Résistivités électriques issues des modèles directs M1 et M3 et des mesures de terrain réalisées en dispositifs DD1 et DD4 filtrés au PM 18 (sans la topographie) ........................................ 237

Figure III-33 : Modèles M4 inversés en dispositif dipôle-dipôle après cinq itérations........................ 239

Figure III-34 : Résistivités électriques issues du modèle direct M4 et des mesures de terrain réalisées en dispositifs DD1 et DD4 filtrés au PM 18 (sans la topographie) ....................................................... 240

Figure III-35 : Modèle M5 inversé en dispositif dipôle-dipôle avec ajout de 3% de bruit, après cinq itérations – erreur absolue = 3,1 % ...................................................................................................... 242

Figure III-36 : Modèle M6 inversé en dispositif dipôle-dipôle avec 3% de bruit, après cinq itérations – erreur absolue = 2,2 % ......................................................................................................................... 243

Figure III-37 : Modèle M7 inversé en dispositif dipôle-dipôle avec 3 % de bruit, après cinq itérations – erreur absolue = 2,1 % ......................................................................................................................... 244

Figure III-38 : a) Modèle M8 inversé en dispositif dipôle-dipôle avec 3 % de bruit, après cinq itérations - erreur absolue = 2,3 %. b) Modèle filtré de résistivité électrique de la tomographie P1-TRE1 (dispositif DD4) sans la topographie après cinq itérations (inversion robuste et affinage du maillage du modèle) ................................................................................................................................................ 245

Figure III-39 : Résistivités électriques issues des modèles directs M4 et M8 au droit d’une déchirure du GSB large de 12,5 cm et des mesures de terrain réalisées en dispositifs DD1 et DD4 filtrés sans la topographie au PM 18 ......................................................................................................................... 246

Figure III-40 : Topographie le long du profil TRE1 ............................................................................ 249

Figure III-41 : Photographie des mesures de tomographie de résistivité électrique le long du profil TRE1 .................................................................................................................................................... 250

Figure III-42 : Schéma des tomographies électriques superficielles réalisées le long du profil TRE1 250

Figure III-43 : Schéma des tomographies électriques profondes réalisées le long du profil TRE1 ..... 251

Figure III-44 : Modèle de résistivité électrique du profil TRE1 en dispositif dipôle-dipôle profond (inversion robuste et affinage du maillage du modèle) – Erreur absolue = 1,8 % après cinq itérations ............................................................................................................................................................. 252

Figure III-45 : Modèle de résistivité électrique du profil TRE1 en dispositif dipôle-dipôle superficiel (inversion robuste et affinage du maillage du modèle) – Erreur absolue = 1,0 % après cinq itérations ............................................................................................................................................................. 253

Figure III-46 : Moyenne des résistivités électriques effectuée sur les points situés aux PM 17,875, 18,125 et 18,375 issus des modèles de résistivité pour les mesures réalisées en dispositif superficiel (DD1) et profond (DD4) le long de la tomographie test P1-TRE1 et le long de l’ensemble du profil TRE1 .................................................................................................................................................... 254

Figure III-47 : Résistivités électriques verticales extraites du modèle de résistivité du dispositif dipôle-dipôle superficiel au droit des tarières aux PM -15,5, 3,5, 74 et 95 le long du profil TRE1 et nature des matériaux de couverture au droit de trois d’entre elles ...................................................... 255

Figure III-48 : Résistivités électriques verticales extraites du modèle de résistivité du dispositif dipôle-dipôle superficiel au droit des tarières aux PM 12, 18, 29 et 45 le long du profil TRE1 et nature des matériaux de couverture au droit de deux d’entre elles ................................................................ 256

Figure III-49 : Résistivités électriques verticales au droit des tarières aux PM 78,5 et 87 extraites du modèle de résistivité du dispositif dipôle-dipôle superficiel le long du profil TRE1 et nature des matériaux de couverture au droit de ces deux tarières ......................................................................... 258

Figure III-50 : Résistivités électriques verticales extraites du modèle de résistivité du dispositif dipôle-dipôle superficiel au droit des tarières aux PM 105,5, 107,5, 110,3 et 120 le long du profil TRE1

............................................................................................................................................................. 259

Figure III-51 : Résistivités électriques verticales extraites du modèle de résistivité du dispositif dipôle-dipôle superficiel au droit des tarières aux PM 114 et 127 le long du profil TRE1 et nature des matériaux de couverture au droit de ces deux tarières ......................................................................... 261

Figure III-54 : Photographie de l’emplacement du profil TRE2 .......................................................... 264

Figure III-53 : Modèles de résistivité du profil TRE2 après cinq itérations (inversion robuste et affinage du maillage du modèle) ....................................................................................................................... 266

Figure III-54 : Résistivités électriques au droit de la tarière au PM 6,7 le long du profil TRE2 ......... 267

Figure III-55 : Résistivités électriques verticales au droit des tarières aux PM 12 et 20 le long du profil TRE2 et nature des matériaux de couverture au droit de ces deux tarières .......................................... 268

Figure III-56 : a) Résistivités électriques apparentes extraites des mesures ARP avec les trois écartements le long du profil TRE1 b) Pseudosection des résistivités électriques apparentes du profil TRE1 issue des mesures en dispositif dipôle-dipôle DD1 superficiel (a=0,5 m) ................................. 271

Figure III-57 : a) Résistivités électriques apparentes extraites des mesures ARP avec les trois écartements le long du profil TRE2 b) Pseudosection des résistivités électriques apparentes du profil TRE2 issue des mesures en dispositif dipôle-dipôle DD1 superficiel (a=0,5 m) ................................. 275

Figure III-58 : a) Résistivités électriques extraites du modèle de résistivité du profil TRE1 (dispositif dipôle-dipôle avec a=0,5 m) avec une mesure tous les cinq mètres à deux profondeurs différentes, résistivités électriques apparentes extraites des mesures ARP avec l’écartement 2,0 m et valeurs de polarisation spontanée le long du profil y=5 m. b) Modèle de résistivité du profil TRE1 (dispositif dipôle-dipôle avec a=0,5 m) ................................................................................................................ 277

LISTE DES TABLEAUX Tableau I-1 : Constitution de la barrière en fond de casier de stockage dans le cas des ISDD et des ISDND (d’après la règlementation française) ....................................................................................... 33

Tableau I-2 : Exemples de géomembranes de synthèse ........................................................................ 39

Tableau I-3 : Caractéristiques de différents types de défaut au sein des géomembranes (d’après Touze-Foltz, 2001) ........................................................................................................................................... 44

Tableau II-1 : Caractéristiques des deux couvertures créées au niveau des parcelles du site expérimental (schéma en Figure II-1) ................................................................................................... 82

Tableau II-2 : Caractéristiques des défauts créés au niveau de la parcelle 1 ......................................... 86

Tableau II-3 : Caractéristiques des défauts créés sur la parcelle 2 ........................................................ 87

Tableau II-4 : Conditions météorologiques au cours des sept jours précédant les mesures PS et données de teneur en eau volumique lors des mesures sur le site expérimental ................................... 95

Tableau II-5 : Conditions météorologiques au cours des trente jours précédant les mesures PS sur le site expérimental ................................................................................................................................... 95

Tableau II-6 : Conditions météorologiques au cours des sept jours précédant les mesures ARP et données de teneur en eau volumique lors des mesures sur le site expérimental ................................... 96

Tableau II-7 : Cumul de pluie efficace et température atmosphérique moyenne au cours des trente jours précédant les mesures en ARP sur le site expérimental ............................................................... 97

Tableau II-8 : Conditions météorologiques au cours des sept et trente jours précédant les mesures effectuées le long des profils TRE2 et TRE6 sur le site expérimental ; les prospections réalisées en période humide sont figurées en bleu .................................................................................................. 100

Tableau II-9 : Données de teneur en eau volumique et de température à proximité du piézomètre, à -0,10 m dans la terre végétale et à -0,70 m dans le matériau argilo-graveleux, lors des mesures effectuées le long du profil TRE2 ; les prospections réalisées en période humide sont figurées en bleu ............................................................................................................................................................. 102

Tableau II-10 : Paramètres statistiques de la différence entre les mesures de PS effectuées les 22 et 21 octobre 2010 tous les 2 m le long des profils PS1 à PS7, après correction de dérive ........................... 110

Tableau II-11 : Paramètres d’acquisition des mesures ARP effectuées sur le site expérimental ........ 110

Tableau II-12 : Caractéristiques des paramètres d’acquisition pour les mesures de tomographie de résistivité électrique réalisées sur les parcelles 1 et 2 .......................................................................... 117

Tableau II-13 : Données de température à -0,70 m dans le matériau argilo-graveleux lors des mesures effectuées sur la parcelle 2 .................................................................................................................. 119

Tableau II-14 : Valeurs de résistivité électrique des deux niveaux superficiels (entre 0 et 17 m) des modèles des résistivités électriques corrigées de l’effet de la température au sein de la couverture le long du profil TRE2 – période sèche ................................................................................................... 156

Tableau II-15 : Médianes et écart-type des résistivités électriques corrigées de l’effet de la température par classe et par date de prospection (profil TRE2) ; les prospections réalisées en période humide sont figurées en bleu ................................................................................................................................... 160

Tableau II-16 : Coefficient de variation (rapport de l’écart-type sur la moyenne) des résistivités électriques corrigées de l’effet de la température par classe et par date de prospection (profil TRE2) ; les prospections réalisées en période humide sont figurées en bleu .................................................... 160

Tableau II-17 : Comparaison des médianes et écarts-types des résistivités électriques corrigées de l’effet de la température des profils TRE2 et TREc à la date du 8 février 2011 ................................... 165

Tableau II-18 : Teneur en eau massique des dix échantillons de matériau limono-argileux prélevés le 8 février 2011 le long de TREc ; les valeurs soulignées sont celles où la résistivité électrique médiane de TREc diffère de plus de 3,5 .m de celle du bloc correspondant ........................................................ 166

Tableau II-19 : Evolution de la résistivité électrique le long du profil TRE6 entre 2,5 et 8,5 m pour une profondeur de 0,38 à 0,48 m ................................................................................................................ 175

Tableau II-20 : Caractéristiques de la couverture modélisée – Modèle direct M1 (février 2010) ....... 177

Tableau II-21 : Caractéristiques de la couverture modélisée – Modèle direct M2 (juillet 2011) ......... 178

Tableau III-1 : Résultats des analyses effectuées sur les prélèvements de GSB en 2006 (INSAVALOR, 2006).................................................................................................................................................... 195

Tableau III-2 : Paramètres statistiques des mesures PS par profils de mesures avec une mesure acquise tous les cinq mètres, après correction de dérive .................................................................................. 204

Tableau III-3 : Caractéristiques des dispositifs mis en œuvre sur la tomographie électrique test P1-TRE1 .................................................................................................................................................... 212

Tableau III-4 : Profondeur et valeurs de résistivité électrique des déchets selon les dispositifs de mesure le long de la tomographie P1-TRE1 ......................................................................................... 215

Tableau III-5 : Caractéristiques des dispositifs mis en œuvre sur la tomographie électrique test après suppression des niveaux correspondant aux déchets ........................................................................... 216

Tableau III-6 : Résistivité électrique moyenne des différents matériaux de couverture rencontrés au-dessus du GSB au niveau des quatre tarières effectuées le long de la tomographie test P1-TRE1 ...... 229

Tableau III-7 : Comparaison entre la profondeur des déchets déterminée par tomographie de résistivité électrique (correspondant au haut des blocs sur les modèles de résistivité) et par les tarières aux PM 3,5, 12 et 18 réalisées le long de la tomographie P1-TRE1 .................................................................. 229

Tableau III-8 : Résistivité électrique moyenne de la couche de GSB et de sable argileux saturé au niveau des quatre tarières, pour chaque dispositif de mesure filtré mis en œuvre sur la tomographie test P1-TRE1 ............................................................................................................................................... 230

Tableau III-9 : Résistivité électrique des matériaux de couverture identifiés au niveau de la tarière au PM 18, pour chaque dispositif de mesure filtré mis en œuvre le long de la tomographie test P1-TRE1

............................................................................................................................................................. 231

Tableau III-10 : Caractéristiques de la couverture modélisée au PM 18 - Modèle direct M1 ............. 232







Tableau III-17 : Caractéristiques de la couverture modélisée au PM 18 – modèle direct M8 ............. 244

Tableau III-18 : Configurations de couverture testées par les modèles M4 et M8 se rapprochant le plus des mesures effectuées sur le site X .................................................................................................... 245

Tableau III-19 : Résistivité électrique des matériaux de couverture identifiés au niveau des quatre tarières, pour chaque dispositif de mesure mis en œuvre sur la tomographie test P1-TRE1 ................ 248

Tableau III-20 : Caractéristiques des deux dispositifs mis en œuvre le long du profil TRE1 ............. 249

Tableau III-21 : Paramètres statistiques calculés sur les écarts absolus de résistivité électrique apparente entre les tomographies en dispositif dipôle-dipôle profond ................................................ 251

Tableau III-22 : Gammes de résistivité électrique et photographies des différents matériaux de couverture et des déchets mélangés à l’argile saxonienne, rencontrés au niveau de l’ensemble des tarières le long du profil TRE1 ............................................................................................................ 262

Tableau III-23 : Caractéristiques des dispositifs mis en œuvre le long du profil TRE2 ...................... 265

Tableau III-24 : Gammes de résistivité électrique des différents matériaux de couverture rencontrés au niveau des tarières le long des profils TRE2 et TRE1 .......................................................................... 269

Tableau III-25 : Matrice de corrélation calculée entre les résistivités électriques apparentes des mesures ARP et TRE extraites tous les cinq mètres le long du profil TRE1. Les valeurs en rouge indiquent les coefficients de corrélation les plus élevées entre les écartements ARP et les longueurs de dispositif en TRE. ................................................................................................................................ 273

Tableau III-26 : Matrice de corrélation calculée entre les valeurs de résistivité électrique apparente des mesures ARP et TRE extraites tous les mètres le long du profil TRE2. Les valeurs en rouge indiquent les coefficients de corrélation les plus élevées entre les écartements ARP et les longueurs de dispositif en TRE. ................................................................................................................................................ 276

INTRODUCTION GENERALE

25

Contexte de l’étude

En France comme dans tout pays industrialisé, la production des déchets, inhérente à

l’activité humaine, a pour conséquence la mise en place de filières de leur élimination. La

politique actuelle menée depuis le Grenelle de l’Environnement vise à augmenter la part du

recyclage et de la valorisation des déchets afin de diminuer la quantité partant en incinération

ou en stockage. En 2009, la quantité d’ordures ménagères produite par habitant s’élevait à

374 kg, dont 34 % ont été stockés.

En France, les installations de stockage de déchets se divisent en trois

catégories selon la nature des déchets renfermés (inertes, non dangereux et dangereux). Les

installations de stockage de déchets non dangereux et dangereux sont celles qui sont le plus

règlementées et nécessitent qu’un suivi soit mis en place au cours des trente années succédant

à sa fermeture. A ce jour, on compte environ deux-cent cinquante-six installations de stockage

de déchets non dangereux (ménagers et assimilés) et quatorze installations de stockage de

déchets dangereux. Il s’agit d’ouvrages complexes, évolutifs dans le temps, qui nécessitent

l’installation préalable d’une barrière en fond afin de protéger le milieu sous-jacent. Une fois

la capacité de stockage atteinte et que la fermeture du site est décidée, une couverture est mise

en place pour isoler les déchets de l’atmosphère. Dans le cas de déchets non dangereux

fortement évolutifs, la couverture peut être semi-perméable ou imperméable avec

recirculation des lixiviats accélérant ainsi la biodégradation des déchets. En revanche, elle

doit être imperméable sans recirculation des lixiviats dans le cas de déchets dangereux ou non

dangereux peu évolutifs. Ces sites, en plus de la présence des déchets, doivent comprendre

des matériaux naturels (argile, sable) et artificiels (géomembrane, GéoSynthétique

Bentonitique (GSB)), présents soit en fond soit en couverture.

La fermeture d’un site marque le début du suivi post-exploitation qui consiste en

particulier à collecter et traiter le biogaz et les lixiviats. Le traitement des lixiviats peut se

faire soit directement sur le site soit dans un centre de traitement où ils sont acheminés. La

surveillance des installations de stockage de déchets est primordiale afin d’éviter les risques

de pollution.

26

Problématique

Dans le cas de couvertures imperméables sans recirculation des lixiviats,

l’augmentation de la quantité de lixiviats est un phénomène récurrent. Or, le traitement des

lixiviats est très coûteux et toute augmentation constitue une charge financière supplémentaire

pour le gestionnaire du site. Il est par conséquent très important d’identifier les phénomènes

responsables de l’augmentation des lixiviats : infiltration anormale d’eaux météoritiques et/ou

souterraines. Dans le cadre de cette étude, l’éventualité d’une infiltration au travers de la

barrière en fond de stockage ne sera pas prise en compte. Notre intérêt s’est porté sur la

couverture, censée limiter les infiltrations de l’eau dans le massif de déchets. Si, lors de son

installation, la couverture remplit bien sa fonction d’étanchéité, cette propriété peut cependant

évoluer par la suite. En effet, les contraintes mécaniques et climatiques agissant à sa surface

peuvent entraîner l’apparition de défauts, potentiellement responsables d’une diminution de

son étanchéité. Une infiltration d’eau à l’emplacement de ces défauts engendre ainsi une

augmentation anormale de la quantité de lixiviats.

Afin de localiser et identifier les défauts d’étanchéité des couvertures d’installation

de stockage de déchets, l’Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie

(ADEME) a initié un programme de recherche et développement intitulé « Méthodes croisées

de recherche de fuites dans les couvertures de centres d’enfouissement technique

(GEOCET) ». La thèse réalisée dans le cadre de ce programme a été conduite en partenariat

avec l’Université Bordeaux 1 et les entreprises HYDRO INVEST et GEOCARTA. Les

méthodes géophysiques choisies pour répondre à cette problématique ont été la Tomographie

de Résistivité Electrique (TRE), la Polarisation Spontanée (PS) et l’Automatic Resistivity

Profiling (ARP©).

Ce travail a consisté à mettre en œuvre ces méthodes géophysiques sur deux sites de

nature différente. L’étude a tout d’abord été conduite sur un site expérimental, entièrement

construit en début de thèse, afin de reproduire deux couvertures susceptibles d’être

rencontrées sur les installations de stockage de déchets. Par la suite, des mesures ont été

réalisées sur une installation de stockage de déchets dangereux. Que ce soit sur le site

expérimental ou le site réel, l’interprétation des mesures a nécessité de réaliser des

modélisations qui sont présentées dans chacun des chapitres qui leur sont dédiés.

27

Organisation du mémoire de thèse

Le manuscrit se divise en trois chapitres.

Le chapitre I est tout d’abord consacré à la présentation des couvertures d’installation

de stockage de déchets et des méthodes géophysiques qui y sont mises en œuvre. Quelques

unes des applications des méthodes géophysiques de TRE, PS et ARP, employées dans le

cadre de la thèse, sont ensuite détaillées.

Le chapitre II fait la synthèse des mesures géophysiques réalisées de façon

ponctuelle (ARP, TRE, PS) et continue (PS) au cours du temps sur le site expérimental. Le

premier objectif a été de déterminer la capacité des méthodes géophysiques à détecter les

défauts créés au sein d’un matériau argilo-graveleux et d’un GSB. Les protocoles

d’acquisition de mesures et traitements nécessaires à leur détection ont été définis et les

limites respectives des différentes méthodes ont ainsi pu être identifiées. Le second objectif a

été le suivi temporel du comportement des deux couvertures au moyen des trois méthodes

géophysiques, à l’occasion duquel la température et l’humidité ont été prises en compte grâce

à des capteurs installés au sein du site expérimental.

Le chapitre III présente les résultats des mesures géophysiques effectuées sur une

installation de stockage de déchets dangereux en France afin d’en caractériser la couverture.

L’augmentation des lixiviats constatée sur ce site a en effet conduit à se poser la question du

maintien des performances de cette couverture mise en place il y a une vingtaine d’années.

Les trois méthodes géophysiques ont été mises en œuvre sur tout ou une partie de l’ouvrage.

Les avantages et limites de chaque méthode sont développés dans ce chapitre.

La conclusion rappelle les principaux résultats de ce travail et propose quelques

suggestions pour les recherches futures. Enfin, un glossaire précise les principales

abréviations utilisées dans le manuscrit.

CHAPITRE I

PRESENTATION

DES INSTALLATIONS DE STOCKAGE DE DECHETS

ET

DES METHODES GEOPHYSIQUES

Chapitre I : Présentation des installations de stockage de déchets et des méthodes géophysiques 31

I.A. LES INSTALLATIONS DE STOCKAGE DE DECHETS

Après le rappel du contexte règlementaire des installations de stockage de déchets et

des types de protection à mettre en place vis-à-vis du milieu naturel (barrière en fond de casier

et couverture), les éléments constitutifs d’une couverture de type imperméable seront

détaillés. Les méthodes de détection des défauts dans les géomembranes seront également

précisées.

I.A.1. Contexte réglementaire

Depuis le mois de juillet 2002, seuls les déchets dits ultimes sont autorisés à être

stockés. Ces déchets ne sont plus susceptibles d’être traités dans les conditions techniques et

économiques du moment, notamment par extraction de leur part valorisable ou de leur

réduction de leur caractère polluant ou dangereux.

On distingue trois catégories d’installations de stockage de déchets (article 4 de la

directive 1999/31/CE, Journal Officiel du Conseil de l’Union Européenne, 1999) :

- la classe I ou Installations de Stockage de Déchets Dangereux (ISDD). Cette

catégorie de déchets, dont font partie les déchets industriels spéciaux, regroupe les déchets

qui, par une ou plusieurs de leurs propriétés (explosivité, nocivité, toxicité…), constituent un

danger. Le texte de loi relatif à ces ISDD est l’arrêté du 30 décembre 2002 (Journal Officiel

de la République Française, 2003).

- la classe II ou Installations de Stockage de Déchets Non Dangereux (ISDND)

concernent les déchets ménagers et assimilés (déchets d’ordures ménagères et industriels

banals). La règlementation relative à cette catégorie d’installations est précisée dans l’arrêté

du 9 septembre 1997 (Journal Officiel de la République Française, 1997). Les arrêtés des 31

Décembre 2001, 3 Avril 2002 et 19 Janvier 2006 (Journal Officiel de la République

Française, 2001, 2002 et 2006a) ont apportés quelques modifications au texte de base.

- la classe III ou Installations de Stockage de Déchets Inertes (ISDI) est destinée aux

déchets qui ne subissent aucune modification physique, chimique ou biologique (déchets de

construction). Les ISDI sont régies par l’arrêté du 15 mars 2006 (Journal Officiel de la

République Française, 2006b).


Les ISDD et ISDND nécessitent la réalisation d’une barrière active en fond d’alvéole

et d’une couverture. Le principe est que les formations géologiques qui reçoivent ces

installations, qu’elles soient naturelles ou reconstituées, ne soient pas sollicitées par les

effluents (lixiviats et biogaz). Pour ces deux types de sites, le suivi post-exploitation est prévu

pour une période d’au moins trente ans. Durant cette période, l'exploitant s'engage à effectuer

un contrôle des casiers, des systèmes de collecte des lixiviats, du biogaz et des eaux de

ruissellement, de la qualité des eaux souterraines et des rejets et à remédier à tout problème

pouvant entraîner un risque de pollution.

I.A.2. Les types de protection

Les déchets dangereux et non dangereux doivent être stockés dans des casiers,

hydrauliquement indépendants, eux-mêmes subdivisés en alvéoles dont la superficie est fixée

par arrêté préfectoral. La barrière en fond de casier permet de protéger le milieu naturel des

risques de pollution (Figure I-1). Dans le cas des ISDD, la couverture est mise en place pour

empêcher les infiltrations d’eau dans le massif de déchets.

Figure I-1 : Schéma d’un casier de stockage

I.A.2.1. La barrière en fond d’alvéole

La règlementation des ISDD et ISDND impose la mise en place d’une double

barrière en fond de casier. Les caractéristiques de la barrière de sécurité passive ne sont pas

les mêmes pour chacune de ces installations (Tableau I-1). La barrière de sécurité active

constitue une structure d’étanchéité-drainage, composée d’une géomembrane surmontée

d’une couche de drainage des lixiviats.


ISDD ISDND

Barrière de sécurité active

Couche drainante d’épaisseur minimale de 0,5 m pour la collecte et l’évacuation des lixiviats en dehors des casiers

Géomembrane

Barrière de sécurité passive

Matériau de perméabilité inférieure à 1.10-9 m.s-1 sur une épaisseur minimale de

5 m

Matériau de perméabilité inférieure à 1.10-9 m.s-1 sur une

épaisseur minimale de 1 m Matériau de perméabilité

inférieure à 1.10-6 m.s-1 sur une épaisseur minimale de 5 m

Tableau I-1 : Constitution de la barrière en fond de casier de stockage dans le cas des ISDD et des ISDND (d’après la règlementation française)

Pour les ISDI, la directive 1999/31/CE indique que le fond et les flancs des casiers de

stockage doivent être constitués de matériaux de perméabilité inférieure ou égale à

1.10-7 m.s1, sur une épaisseur minimale de 1 m.

Lorsque le substratum naturel ne satisfait pas aux contraintes règlementaires, des

matériaux rapportés sont alors mis en place (Darmendrail et al., 1996). L’ajout de bentonite

peut également être envisagé afin d’améliorer la performance hydraulique des matériaux.

Dans tous les cas, le contrôle de la perméabilité de la barrière passive est obligatoire

à raison d’un point de mesure par hectare (arrêté du 30 décembre 2002, journal officiel de la

république française, 2003). Des mesures plus nombreuses sont cependant réalisées en

présence d’hétérogénéités. Suite aux travaux d’Ait Saadi en 2003 sur le contrôle de

l’homogénéité et de la perméabilité des matériaux constitutifs de la barrière de sécurité

passive, le BRGM recommande depuis 2005 de coupler les mesures de perméabilité en

surface à des mesures en forage afin d’évaluer l’anisotropie des terrains (Cazaux, 2005).

Par ailleurs, sur les ISDND, des matériaux de type « GéoSynthétiques Bentonitiques

(GSB) » peuvent être placés sous la géomembrane, soit lorsque la couche de 5 m a une

perméabilité supérieure à 1.10-6 m.s-1 soit lorsque l’épaisseur de la couche de perméabilité

inférieure à 1.10-9 m.s-1 est inférieure à 1 m (Figure I-2). Ces deux cas doivent cependant se

limiter à des contextes de faible vulnérabilité de la ressource en eau souterraine (MEDD,

2009).

Les caractéristiques des matériaux géomembrane et GSB seront décrites plus en

détail dans le paragraphe I.A.3.2 intitulé « La structure d’étanchéité ».


a) Dispositif règlementaire(ISDND)

GSB b) Ajout du GSB

Figure I-2 : Exemples de dispositifs d’étanchéité équivalents avec l’utilisation d’un GSB sous la géomembrane dans le cas d’ISDND (Pierson et al., 2003)

Qu’il s’agisse de géomembranes ou de GSB, ces matériaux ont pour seul fonction

l’étanchéité. Afin qu’ils ne soient pas sollicités mécaniquement, des précautions doivent être

prises concernant leur pose mais aussi la mise en place des couches sous-jacente et sus-

jacente. On a notamment recours à des dispositifs de protection (géotextiles) pour minimiser

les contraintes appliquées sur le matériau géosynthétique lors de la pose de la couche

granulaire. Il faut aussi veiller à ce qu’ils ne soient pas dégradés par les lixiviats sus-jacents

(agressions chimiques). En effet, dans le cadre du projet LIXAR, une étude a notamment été

conduite sur l’influence du fluide en contact avec différents types de GSB (Guyonnet et al.,

2008). Il a été montré qu’après contact avec une solution relativement riche en ions calcium

(1000 mg/l), jugée représentative d’un lixiviat jeune d’ISDND, la proportion de sodium dans

la bentonite calcique activée d’un GSB a sensiblement diminué. En revanche, cette dernière

est beaucoup moins influencée au contact d’un lixiviat réel, prélevé sur une ISDND en phase

de méthanogénèse stable.

Par ailleurs, des recommandations précises concernant le mode d’assemblage des lés

ou encore les ancrages au niveau des ouvrages existants sont indiquées dans les guides du

Comité Français des Géosynthétiques (CFG) (1991) pour les géomembranes et (2011) pour

les GSB.


I.A.2.2. La couverture

La composition de la couverture est différente selon la nature des déchets.

Cependant, il n’y a de règlementation précise que dans le cas des ISDD (arrêté du 30

décembre 2002). Dans le cas des ISDND, des recommandations ont été établies par

l’ADEME - BRGM (2001) suite à un programme de recherche de trois ans au cours duquel

des couvertures ont été instrumentées et étudiées en grandeur nature.

I.A.2.2.1. Déchets inertes

La couverture des ISDI n’a pas pour fonction d’imperméabiliser le stockage des

déchets mais uniquement de réaménager le site en vue de son usage ultérieur (agriculture,

loisirs, construction…). L’arrêté du 15 mars 2006 précise néanmoins que, dans le cas de

déchets d’amiante liés à des matériaux inertes, l’épaisseur minimale de la couverture doit être

de 1 m et surmontée de terre végétale.

I.A.2.2.2. Déchets non dangereux

Trois types de couverture peuvent être installés sur les ISDND (ADEME - BRGM,

2001) :

- couverture semi-perméable,

- couverture imperméable avec recirculation de lixiviats (concept du bioréacteur),

- couverture imperméable sans recirculation de lixiviats.

I.A.2.2.2.a) Couverture semi-perméable

La couverture semi-perméable concerne le stockage de déchets fortement évolutifs.

Elle est constituée de deux couches drainantes séparées par une couche de sables argileux et

limons de perméabilité de l’ordre de 1.10-6 m.s-1 (Figure I-3). La couche drainante située sous

la terre végétale sert au drainage des eaux d’infiltration, celle placée juste au-dessus des

déchets collecte les lixiviats et biogaz issus de la dégradation biologique des déchets au sein

du casier.


Figure I-3 : Schéma d’une couverture semi-perméable (d’après ADEME - BRGM, 2001)

I.A.2.2.2.b) Couverture imperméable avec recirculation de lixiviats

La couverture imperméable réduit les échanges entre l’extérieur et les déchets en

empêchant les infiltrations d’eaux pluviales au sein du casier de stockage et en limitant les

flux de gaz vers l’atmosphère. Il est alors possible d’optimiser le processus de biodégradation

des déchets par la recirculation des lixiviats.

I.A.2.2.2.c) Couverture imperméable sans recirculation de lixiviats

Dans le cas de déchets peu évolutifs et présentant un caractère polluant modéré, la

couverture est imperméable sans recirculation de lixiviats. Elle comprend un matériau de type

géomembrane ou GSB, placé entre la couche de graviers située sous la terre végétale et la

couche de perméabilité inférieure à 1.10-9 m.s-1 constituée d’argiles (Figure I-4). Un géotextile

est généralement placé au-dessus de la géomembrane ou GSB afin d’éviter le poinçonnement

par les graviers et sables sus-jacents. Ces derniers peuvent par ailleurs être remplacés par un

géosynthétique équivalent.


Figure I-4 : Schéma d’une couverture imperméable (d’après ADEME - BRGM, 2001)

Les définitions et caractéristiques des matériaux, géomembrane, GSB et géotextile

feront l’objet du paragraphe I.A.3.2.

I.A.2.2.3. Déchets dangereux

Les ISDD nécessitent la mise en place d’une couverture imperméable sans

recirculation des lixiviats. Si sa composition est la même que celle présentée en Figure I-4,

l’arrêté du 30 décembre 2002 précise que les épaisseurs minimales du niveau drainant et de la

terre végétale doivent être respectivement de 0,5 et 0,3 m.

Le choix de la structure d’étanchéité, géomembrane ou GSB, requiert la prise en

compte des contraintes liées notamment au climat, aux risques de tassement, d’érosion et

poinçonnement. Les performances des différentes configurations de structure d’étanchéité

sont précisées dans le guide de recommandations pour l’utilisation des géosynthétiques dans

les installations de stockage de déchets (CFG, 1995). Il existe par ailleurs une très grande

variété de géomembranes et GSB, ce qui rend les configurations de couverture multiples.

I.A.3. Les éléments constitutifs de la couverture imperméable

Le dispositif d’étanchéité ne peut être considéré indépendamment de la couche

support sous-jacente et de la couche de protection sus-jacente (Figure I-4). La durabilité de la

géomembrane ou GSB dépend notamment de la qualité de sa pose et de son confinement. Des


contrôles ont ainsi lieu tout au long de la mise en place de la couverture : planéité du sol

support, assemblage des lés de géomembrane ou GSB,… (ADEME, 1998).

I.A.3.1. La couche support

La couche support, composée d’argile et de dispositifs éventuels de drainage des gaz,

a pour fonction de protéger la structure d’étanchéité contre les agressions mécaniques sur sa

face inférieure (du côté des déchets). Elle doit être exempte de matériaux poinçonnants et

compatible chimiquement avec la structure d'étanchéité. La planéité de sa surface est

nécessaire afin de garantir la qualité de la pose de la géomembrane ou GSB.

I.A.3.2. La structure d’étanchéité

La structure d’étanchéité est constituée d’une géomembrane ou d’un GSB.

Ces deux matériaux font partie de la famille des géosynthétiques qui sont des

produits manufacturés en forme de nappes continues, à base de polymères, utilisés à

l’interface entre deux matériaux. Les géosynthétiques regroupent en réalité de très nombreux

types de produits manufacturés dont les spécificités et les performances (étanchéité,

protection, drainage, filtration, séparation…) sont variées et dépendent de leur utilisation

(CFG, 1995).

I.A.3.2.1. Les géomembranes

Les géomembranes sont définies selon la norme NF P 84-500 (AFNOR, 1998c.)

comme « des produits manufacturés en forme de nappe, adaptés au génie civil, minces,

souples, continus, étanches dès la sortie d’usine aux liquides même sous les sollicitations de

service ». Elles sont manufacturées avec une épaisseur minimale de 1 mm et conditionnées en

rouleaux de largeur supérieure à 1,5 m. Les lés (bandes de géomembrane) doivent être soudés

ou collés entre eux pour assurer la continuité de l’étanchéité.

Les géomembranes se divisent en deux grandes familles :

- les géomembranes de synthèse sont fabriquées à partir de polymères

synthétiques, les plastomères et les élastomères (CFG, 1995).


Plastomères Elastomères

Propriétés Ils se ramollissent avec la chaleur et se

durcissent avec le froid de manière répétée

Ils retrouvent leur forme initiale après cessation des contraintes

Exemples de

produits

- polychlorure de vinyle plastifié : PVC-P - polyéthylène haute densité : PEHD

- copolymère d’isobutylène : butyl - polyéthylène chlorosulfoné : PECS

Tableau I-2 : Exemples de géomembranes de synthèse

- les géomembranes bitumineuses, fabriquées par imprégnation et/ou enduction

de géotextiles divers avec des matériaux bitumineux. Les principaux matériaux utilisés sont

les bitumes soufflés et les bitumes modifiés par l’ajout de polymères.

I.A.3.2.2. Les géosynthétiques bentonitiques

Les GSB sont définis selon la norme XP P 84-700 (AFNOR, 2008) comme « des

produits manufacturés en forme de nappe, constitués d’un assemblage de matériaux

comportant au moins de la bentonite, en poudre ou granulés, assurant la fonction étanchéité,

et de un ou plusieurs géotextiles ayant un rôle de support ou conteneur, utilisés dans le

domaine de la géotechnique et du génie civil ».

Les géosynthétiques bentonitiques sont composés des deux familles de produits

suivantes :

- les géotextiles bentonitiques qui sont constitués d'un assemblage de matériaux

comprenant au moins un géotextile et de la bentonite. Il existe différents types de géotextiles

bentonitiques qui diffèrent par la nature des fibres, du type de polymère, de la forme des

constituants et du mode d’assemblage utilisé (thermolié, cousu, collé, aiguilleté). La Figure

I-5 présente le schéma d’un géotextile bentonitique aiguilleté. L'aiguilletage consiste à ancrer

les fibres d’un des géotextiles dans l'autre géotextile en traversant la couche de bentonite.

Figure I-5 : Schéma d’un géotextile bentonitique aiguilleté (CFG, 2011)


- les géofilms bentonitiques qui sont composés d’un géofilm (produit manufacturé à

base de polymères d’épaisseur inférieure à 1 mm) lié à une couche de bentonite ou à un

géotextile bentonitique et éventuellement à un ou plusieurs géotextiles.

Figure I-6 : Schéma d’un géofilm bentonitique (CFG, 2011)

Les GSB ont la particularité de posséder la capacité d’autocicatrisation. Comeaga

(1997) a montré qu’un défaut de 1 cm² avec une perte de bentonite se referme en quinze jours

sous une pression de 8 kPa. Cette capacité d’autocicatrisation se limite toutefois à un défaut

de diamètre maximal de 3 cm (Didier et al., 2000).

Chacun des deux éléments constitutifs du GSB, géotextiles et bentonite, possède des

propriétés qui vont être présentées ci-après.

I.A.3.2.2.a) Les géotextiles

Les géotextiles servent principalement à contenir la bentonite et à conférer au GSB

une résistance à la traction. Il s’agit d’une matière textile plane, perméable et à base de

polymère (naturel ou synthétique) pouvant être tissée, non tissée, ou tricotée utilisée en

contact avec le sol ou avec d'autres matériaux, d’après la norme NF EN ISO 10318 (AFNOR,

2006).

I.A.3.2.2.b) La bentonite

La bentonite, désignée sous le terme d’argile gonflante, comprend au minimum 60 %

de montmorillonite sodique ou calcique. La montmorillonite sodique attire beaucoup plus

d’eau entre ses feuillets qu’une montmorillonite calcique : elle peut gonfler jusqu’à dix-huit

fois son volume initial alors qu’une montmorillonite calcique gonfle seulement de quatre fois

son volume (Silvestre et al., 2003). On utilise donc préférentiellement la bentonite sodique

naturelle en raison de sa meilleure capacité de gonflement. Comme elle est cependant plus

rare (on la trouve principalement en Amérique du Nord), on utilise souvent de la bentonite


calcique activée. Il s’agit de bentonite calcique naturelle mise en contact avec un milieu

chargé en sodium pour forcer les substitutions cationiques (Önal et Sarõkaya, 2007).

Le GSB n’acquiert sa fonction d’étanchéité qu’après la saturation sous contrainte de

la couche de bentonite. La bentonite une fois hydratée confère au GSB une très faible

perméabilité, inférieure à 1.10-10 m.s-1.

En pratique, l’hydratation du GSB se produit in situ par sa mise en équilibre hydrique

avec le sol support. En effet, l’hydratation artificielle, par arrosage d’eau douce, n’est pas

recommandée en raison notamment des risques de fluage de la bentonite entre les géotextiles

au cours de la mise en place des couches sus-jacentes (Pierson et al., 2003). En 2011, Rayhani

et al. ont montré que la teneur en eau de GSB aiguilletés atteint 85 à 100 % au bout de dix

semaines après la pose sur un sol sableux contenant seulement 16 % d’eau et application

d’une contrainte de 2 kPa au-dessus de l’échantillon (Figure I-7). C’est au cours des cinq

premières semaines que l’on constate une augmentation rapide de la teneur en eau des GSB.

Les expériences menées en laboratoire ont également révélé que l’hydratation des GSB est

d’autant plus rapide que la teneur en eau initiale du sol support est élevée.

Figure I-7 : Evolution de l’hydratation de trois GSB aiguilletés (différents fabricants) placés sur un sol de type sableux de teneur en eau égale à 16 %. Les GSB sont composés de bentonite sodique en grains de différentes tailles ; leur indice de gonflement et leur capacité d’échange cationique ne sont pas les

mêmes (d’après Rayhani et al., 2011)

Si l’hydratation du GSB dépend de la teneur en eau du sol support, elle est également

influencée par la nature de ce dernier et la température (Chevrier et al., 2010). L’hydratation

se trouve favorisée en présence d’un sol sableux et d’une température élevée (Figure I-8). En

effet, au bout de quatre mois, le taux d’hydratation du GSB atteint 90 % lorsque la

température est de 20 °C et 30 % lorsque la température est de 5 °C. Dans le cas d’un sol


support argileux, le taux d’hydratation est moins élevé et paraît être moins affecté par la

température.

Figure I-8 : Influence de la température et de la nature du sol support sur l’hydratation du GSB (d’après Chevrier et al., 2010)

Afin d’assurer la continuité du GSB sur la totalité de la surface de l’installation de

stockage de déchets, des zones de recouvrement doivent être créées entre les lés de GSB large

de 5 m. Elles sont de l’ordre de plusieurs dizaines de centimètres, de 20 à 40 cm selon le

contexte (CFG, 2011). De la bentonite (granulaire, en poudre ou en pâte) est ensuite ajoutée

au niveau de la double épaisseur de GSB pour garantir son étanchéité.

Par ailleurs, une attention particulière est nécessaire au niveau des raccordements à

effectuer entre le GSB et l’ouvrage, ces zones étant souvent sujettes à des tassements

différentiels.

I.A.3.3. La couche de protection

La couche de protection, constituée d’une couche granulaire surmontée de terre

végétale, confine le GSB en exerçant une contrainte minimale de 5 kPa uniformément

répartie. Un géotextile de protection est par ailleurs placé entre le GSB et la couche granulaire

afin de minimiser les risques de poinçonnement. Une épaisseur minimale de 1 m est

recommandée de façon à maintenir le GSB hors d'atteinte des phénomènes de dessiccation.

Cette épaisseur varie cependant en fonction des conditions climatiques auxquelles est soumise

l’installation de stockage de déchets. De plus, la couche granulaire qui sert au drainage des

eaux d’infiltration ne doit ni favoriser l’échange cationique avec le GSB ni contenir de

granulats de forme agressive susceptibles d’endommager le GSB dès le recouvrement.


I.A.4. Les défauts d’étanchéité

Les deux éléments de la couverture les plus sujets à l’apparition de défauts sont la

géomembrane ou GSB et le matériau argileux.

Les défauts au sein de la géomembrane ou GSB peuvent tout d’abord être causés par

des malfaçons lors de la pose. Un phénomène de dégradation du GSB se manifeste également

au cours du temps.

Ensuite, la présence d’hétérogénéités au sein du matériau argileux (contenu en fines,

fraction sableuse, compaction) peut entraîner des variations de perméabilité de la couverture.

Enfin, suite à l’action de contraintes mécaniques et climatiques, des fentes de

dessiccation peuvent se développer au sein du matériau argileux en période sèche et ainsi

constituer des chemins préférentiels d’infiltration de l’eau lors du retour des pluies.

I.A.4.1. La géomembrane

Un défaut dans une géomembrane traduit une non continuité : trou circulaire,

poinçonnement, déchirure, coupure, soudure défectueuse…

On distingue deux types de défaut, sans fuite et avec fuite. Un défaut sans fuite

correspond typiquement à une soudure défectueuse sur l’un des deux joints parallèles d’une

double soudure ou à un amincissement de la géomembrane causée par un écrasement, un

poinçonnement ou un étirement. Un défaut avec fuite entraîne la génération d’un flux de

liquide ou de gaz, lorsque la géomembrane est soumise à un gradient de pression entre ses

deux faces (CFG, 2003).

En 2005, Forget et al. ont mis en évidence que, sur l’ensemble des défauts créés, près

de 97 % sont générés en phase de construction, malgré un programme d’assurance qualité

rigoureux. Mis à part l’apparition de défauts directement liés à la pose de la géomembrane,

c’est le recouvrement de celle-ci par la couche granulaire qui provoque la majeure partie des

défauts (plus de 70 %).


Figure I-9 : Photographie de la mise en place de la couche drainante sur la structure d’étanchéité en fond de l’installation de stockage de déchets d’Attainville (Didier et al., 2006)

Touze-Foltz (2001) a notamment réalisé une synthèse des défauts recensés dans les

géomembranes. Bien qu’une classification globale des défauts ait été impossible en raison de

l’absence d’homogénéité dans la dimension des défauts reportés lors des différentes études, la

taille de certains d’entre eux a néanmoins pu être caractérisée (Tableau I-3 et photographie en

Figure I-10).

L’ensemble de ces défauts peut aussi apparaître lors de la mise en place du GSB.

Dans le cas de GSB, d’autres phénomènes affectent ses performances au cours du temps.

Type de défauts Dimensions Soudures Du millimètre au mètre Coupures Longueur pouvant atteindre 50 cm

Trous Surface inférieure à 10 cm²,

correspondant à un trou circulaire de 3,6 cm de diamètre

Déchirures Surface inférieure à 100 cm², pouvant correspondre à une lacération de 1 cm

de large sur un mètre de long

Tableau I-3 : Caractéristiques de différents types de défaut au sein des géomembranes (d’après Touze-Foltz, 2001)


Trou de 2 mm de diamètre (Mota et al., 2011)

Déchirure

(Darilek et Laine, 2007) Soudure défectueuse

(Mahuet, 2011)

Figure I-10 : Photographie de défauts rencontrés sur les géomembranes

I.A.4.2. Le géosynthétique bentonitique

Des études mettant en œuvre l’exhumation de GSB en couvertures d’installation de

stockage de déchets ont prouvé la baisse de ses performances hydrauliques après plusieurs

années de mise en service (Melchior, 1997; Meer et Benson, 2007; Pirrion et al., 2011; Scalia

et Benson, 2011). Meer et Benson (2007) ont par exemple mis en évidence une augmentation

de la conductivité hydraulique de GSB en couverture de quatre installations de stockage de

déchets aux Etats-Unis. Ainsi, après une période de mise en service de quatre à onze ans, la

conductivité hydraulique est comprise entre 2,9.10-10 et 1,4.10-6 m.s-1. De plus, la conductivité

hydraulique la plus élevée n’est pas celle correspondant à la durée la plus longue.

Si les cycles gel/dégel ont un impact sur les propriétés de la couche argileuse, ils

n’influencent en revanche pas le GSB. Ainsi, après un nombre de cycles gel/dégel égal à 3

(Hewitt et Daniel, 1997), 12 (Rowe et al., 2006), 20 (Kraus et al., 1997) et jusqu’à 150

(Podgorney et Bennett, 2006), il ne se produit pas de modification de la perméabilité du GSB.

L’altération du GSB au cours du temps est principalement causée par les

phénomènes d’échange cationique et de dessiccation/humidification : Egloffstein, 2001 ;

Bouazza, 2002 ; Silvestre et al., 2003 ; Bouazza et al., 2007. L’intensité de la dégradation du

GSB est notamment dépendante de sa profondeur, du climat, du type de bentonite, de son

mode d’assemblage ainsi que de la nature du matériau qui le recouvre.


I.A.4.2.1. L’échange cationique

L’échange cationique est le processus par lequel les ions calcium Ca2+ remplacent les

ions sodium Na+ de la bentonite. Il peut avoir lieu par l’intermédiaire de l’eau d’infiltration

mais aussi par le matériau en contact avec le GSB. Des études ont montré que le GSB devient

calcique à 90 % dans un délai d’un à deux ans après sa pose entraînant une augmentation de

sa perméabilité (Egloffstein, 2001 ; Silvestre et al., 2003). Cet échange cationique est

irréversible : l’exhumation de GSB présent en couverture d’installation de stockage de

déchets en Allemagne a révélé que lorsque la concentration en ions calcium atteint 90 % de la

concentration totale des ions de la bentonite, plus aucun échange ne se produit (Figure I-11).

Figure I-11 : Mise en évidence de la capacité d’échange cationique sur un GSB excavé quatre fois sur une période de quatre ans sur une installation de stockage de déchets en Allemagne (d’après

Egloffstein, 2001)

De plus, des études menées en laboratoire (Rowe et Abdelatty, 2011) ont mis en

évidence qu’au contact d’un sol support où la concentration en calcium dans le fluide est de

1500 ppm, l’échange cationique entraîne une hausse de la conductivité hydraulique du GSB

de 1,1.10-11 m.s-1 à 1,8.10-10 m.s-1 au bout d’un an et demi.

I.A.4.2.2. Les cycles de dessiccation/humidification

Le GSB est vulnérable aux changements thermiques et hydriques, en particulier

lorsque l’épaisseur de la couche de protection sus-jacente est faible. En période sèche, des

fissures de retrait liées à la dessiccation sont susceptibles d’apparaître au sein de la bentonite.


De plus, des racines peuvent traverser le GSB si celui-ci est placé à une faible

profondeur. Les racines agissent en réalité de deux façons sur la performance du GSB. Dans

le premier cas, elles accentuent la déshydratation du GSB (déjà affecté par les variations de

température) en pompant l’eau en profondeur. Dans le second cas, les racines vivantes

n’affectent pas la conductivité hydraulique du GSB, voire l’améliorent. C’est ce qu’ont

observé Cazzuffi et al. en 2005 en prélevant deux échantillons de GSB sur une installation de

stockage de déchets en Italie six ans après la mise en place de la couverture constituée d’un

GSB surmonté de 50 cm de terre végétale. La perméabilité de l’échantillon comportant une

racine était de 7,9.10-11 m.s-1 (perméabilité initiale de 3,7.10-11 m.s-1) alors qu’un autre

échantillon exempt de racines présentait une perméabilité de 1,3.10-10 m.s-1. Cependant, à la

mort des racines, une fuite peut se produire et ainsi entraîner une augmentation de la

perméabilité du GSB.

Il est ainsi recommandé de mettre en place une barrière racinaire, de type

géocomposite de drainage, dans le cas d’une épaisseur de la couche de confinement inférieure

à 2 m (Zanzinger et Touze-Foltz, 2009).

I.A.4.3. La couche d’argile

Le premier facteur qui peut influencer la perméabilité de la couche d’argile (Figure

I-4) est la présence d’hétérogénéités. Ait Saadi (2003) a montré, lors de prélèvements

d’échantillons effectués sur une barrière argileuse en fond d’alvéole, que la perméabilité de

celle-ci était supérieure à 1.10-9 m.s-1 lorsque la teneur en fines des échantillons était de

l’ordre de 60 % et la valeur au bleu de méthylène égal à 1,2 (groupe 0 en Figure I-12). Les

résistivités électriques apparentes mesurées au moyen de l’EM38 varient de 60 à 120 .m. La

perméabilité de la couche argileuse était en revanche plus faible, comprise entre 1.10-11 et

1.10-10 m.s-1, lorsque la teneur en fines des échantillons était de l’ordre de 90 % et la valeur au

bleu de méthylène de 4 (groupe 3 en Figure I-12). Les résistivités électriques apparentes

mesurées au moyen de l’EM38 sont de l’ordre de 20 .m.


Figure I-12 : Evolution de la perméabilité mesurée en laboratoire en fonction de la résistivité électrique apparente mesurée in situ au moyen de l’EM38 (d’après Ait Saadi, 2003)

Le second facteur qui affecte la couche d’argile est l’apparition de fentes de

dessiccation lorsque ces dernières, développées au niveau de la terre végétale en période

sèche, se propagent en profondeur (Figure I-13). La profondeur de ces fentes est toutefois

dépendante de l’épaisseur de la couche argileuse et de son contenu en minéraux dits gonflants

(BRGM, 2006).

a) Fissures de profondeur inférieure à 30 cm (Poignard, 2000)

b) Fissures de profondeur supérieure à 60 cm (Genelle, 2010)

Figure I-13 : Fissuration de la terre végétale (T.V) sur deux couvertures expérimentales

La présence de racines dans la couche argileuse participe également à la diminution

de son étanchéité (Smith et al., 1997 ; Witt et Zeh, 2005). Lors d’études in situ et en

laboratoire, Albright et al. (2006) ont mis en évidence que les fentes de dessiccation associées

aux racines dans une couche de 45 cm de sable argileux surmontée de 15 cm de terre végétale

peuvent engendrer une augmentation de la conductivité hydraulique de la couche de sable

argileux de trois ordres de grandeur en quatre ans.


Par ailleurs, des contraintes mécaniques (tassements différentiels opérés dans les

déchets) peuvent être à l’origine de la fissuration de la couche argileuse (Camp et al., 2010,

Gourc et al., 2010 - Figure I-14). Les fentes de dessiccation et/ou fissures constituent de

véritables zones de faiblesse, où l’eau s’infiltre préférentiellement lors des précipitations.

Figure I-14 : Schéma de la fissuration d’une couche argileuse en couverture d’installation de stockage de déchets suite à l’apparition de tassements différentiels (d’après Gourc et al., 2010)

En conclusion, de nombreux défauts peuvent affecter les performances de la

structure d’étanchéité (géomembrane ou GSB) et de la couche argileuse, que ce soit en fond

d’alvéole ou au sein de la couverture. En fond d’alvéole, la dégradation de la double barrière

de sécurité peut engendrer des fuites de lixiviats, responsables par la suite de la pollution du

milieu naturel sous-jacent (nappe phréatique, sol). En couverture, les défauts rendent possible

l’apparition de variations d’étanchéité, par la création de chemins préférentiels d’infiltration

d’eau. Ces défauts de couverture posent problème car ils sont susceptibles d’entraîner une

augmentation de la quantité de lixiviats lors d’évènements pluvieux ainsi que des fuites de

biogaz. Le traitement des lixiviats étant très couteux, il convient de les localiser afin de limiter

le coût de la maintenance du site.

Si peu d’études de détection de défauts dans les couvertures d’installation de

stockage de déchets ont été menées jusque là, de nombreuses méthodes ont en revanche

montré leur efficacité dans la détection de défauts au sein des structures d’étanchéité de type

géomembrane placée en fond d’alvéole.


I.A.5. Les méthodes de détection des défauts sur les géomembranes

De nombreuses méthodes de détection ont été développées pour le contrôle de

l’intégrité des dispositifs d’étanchéité par géomembrane (CFG, 2003) : la géomembrane

conductrice, les tests à la pointe émoussée, la sonde mobile,... Elles sont mises en œuvre juste

après la pose de la géomembrane et consistent à créer une différence de potentiel entre les

deux faces de la géomembrane testée et ensuite à localiser les endroits où le courant électrique

peut circuler à travers les défauts de la géomembrane. La présence d’un défaut se manifeste

en effet par une réponse électrique caractéristique (Figure I-15), la plupart des géomembranes

synthétiques se comportant comme des isolants électriques (Parra, 1988).

Figure I-15 : Réponse électrique type d’un défaut dans une géomembrane

I.A.5.1. Méthodes électriques

Suite à la pose de la géomembrane en fond d’alvéole, plusieurs méthodes électriques

sont mises en œuvre dans le but de vérifier son intégrité avant la poursuite des travaux (Forget

et al., 2005; ASTM Standard D6747, 2004). Des zones comme les recouvrements de lés ou

les soudures peuvent ainsi être précisément contrôlées.

L’une de ces méthodes consiste tout d’abord à appliquer un courant électrique entre

une première électrode placée au-dessus de la géomembrane et une seconde électrode mise en

place en dehors des alvéoles. Le potentiel électrique est ensuite mesuré grâce à un réseau

permanent d’électrodes installées sous la géomembrane (White et Barker, 1997).

Des mesures de potentiel électrique peuvent également être réalisées au-dessus de la

géomembrane (« Electrical Leak Imaging Method (ELIM) », Colucci et al., 1999). Dans ce

cas, les mesures sont effectuées en déplaçant deux électrodes selon une maille définie, après

la mise en place d’une faible épaisseur soit de déchets (Colucci et al., 1999) soit de la couche

de drainage (Laine et Darilek, 1993). La méthode ELIM a par exemple permis de détecter

deux déchirures d’une longueur de 8 cm sur une géomembrane en PEHD, après la mise en

place de 2,5 m de déchets (Laine et al., 1997).


Lorsque la géomembrane fait partie du système de couverture (Hansen et Beck,

2009; Beck, 2011), la détection des défauts n’est possible que sous certaines conditions,

dépendant de la nature et de l’épaisseur du sol. Les méthodes décrites ci-dessus ne sont donc

pas applicables dans la plupart des cas, dès lors que l’épaisseur totale de la couverture est

mise en place. Le contrôle de la couverture sur des installations de stockage de déchets

existantes requiert par conséquent l’usage de techniques non destructives. Le recours à des

sondages est ensuite nécessaire afin de vérifier si les anomalies détectées correspondent bien à

des défauts de couverture.

Parmi les méthodes géophysiques, la thermographie infrarouge a déjà fait l’objet de

plusieurs études menées sur des installations de stockage de déchets.

I.A.5.2. La thermographie infrarouge

La thermographie infrarouge peut s’appliquer sur des géomembranes non recouvertes

et sèches (Peggs, 1996). Cette méthode permet notamment de contrôler la qualité des doubles

soudures sur des géomembranes en PEHD (Cannard et al., 2011). Des mesures, réalisées

simultanément à une injection d’eau dans le canal de contrôle situé entre la double soudure

d’un échantillon de géomembrane, ont révélé l’existence de fuites de 0,5 et 1 mm de diamètre.

Par ailleurs, la mise en œuvre de mesures de thermographie infrarouge en cours de

soudures non refroidies rend possible l’établissement d’un profil thermique qui peut être

corrélé avec la répartition de la matière dans les soudures et ainsi apporter des informations

sur le fonctionnement de la soudeuse (Cannard et al., 2011).

I.A.5.3. La tomographie de résistivité électrique

Cette méthode n’ayant pas, à notre connaissance, fait l’objet de contrôle spécifique

d’intégrité de géomembrane sur une installation de stockage de déchets, la référence présentée

ici traite de mesures effectuées sur une géomembrane en PEHD mise en place pour stabiliser

un talus (Nichol et al., 2004). Cette géomembrane, surmontée d’une couche de 1,5 m de

sables et limons, se manifeste par une résistivité électrique supérieure à 1000 .m et une

épaisseur surestimée sur le modèle de résistivité. A trois endroits, la résistivité électrique

présente néanmoins une valeur près de deux fois plus faible. Les auteurs ont attribué cette

baisse de résistivité à l’existence de plis, localisés grâce à des photos prises lors de la pose et

non supprimés avant le recouvrement de la géomembrane.


I.B. L’APPLICATION DES METHODES GEOPHYSIQUES AUX INSTALLATIONS DE STOCKAGE DE DECHETS

Cette partie constitue une synthèse de l’utilisation des méthodes géophysiques

appliquées aux installations de stockage de déchets. Les études concernent majoritairement la

barrière en fond d’alvéole, les couvertures ayant été peu étudiées jusqu’à ce jour.

De nombreuses études faisant appel à la géophysique ont été conduites pour

caractériser les installations de stockage de déchets afin de répondre à différentes

problématiques : délimitation de la zone de stockage, panache de pollution, suivi de

l’injection de lixiviat, caractérisation de la couverture… La plupart de ces études concerne des

anciennes installations de stockage de déchets, mises en place en grande majorité directement

sur le terrain naturel. Depuis, des textes de lois ont été instaurés afin de protéger le milieu

naturel et en particulier les ressources en eau. Il s’avère donc nécessaire depuis quelques

années, dans le cadre de l’évaluation de ces installations de stockage de déchets en termes de

risques de pollution, de déterminer si elles constituent ou non un danger. Pour cela, il convient

tout d’abord de connaître les limites de la zone de stockage de déchets avant de définir son

impact éventuel sur la qualité des eaux souterraines.

Il est par ailleurs possible d’avoir recours aux méthodes géophysiques dès la phase

de pré-construction des installations de stockage de déchets (Reynolds et Taylor, 1993). Les

auteurs montrent que les sondages électriques verticaux et l’électromagnétisme sont deux

méthodes permettant de caractériser le terrain naturel en place (détection de cavités,

hétérogénéités, profondeur de la nappe). La connaissance des variations d’épaisseur de la

couche argileuse est également utile dans la phase de définition du plan des casiers.

I.B.1. Identification de l’interface des déchets et du terrain naturel

Depuis les années 1990, de nombreuses études ont été menées en vue de déterminer

l’interface des déchets et du terrain naturel sur lequel ils ont été stockés. En 1997, Cardarelli

et Bernabini ont effectués des sondages électriques verticaux et des mesures de sismique

réfraction sur deux installations de stockage de déchets en Italie. Sur ces deux sites, les

déchets ont notamment été caractérisés par de faibles vitesses des ondes P, entre 300 et

600 m.s-1, différentes de celles du substratum comprises entre 1000 et 1900 m.s-1.


Des mesures supplémentaires en radar géologique (avec des antennes de 50, 100 et

200 MHz) ont été réalisées sur un de ces deux sites (Orlando et Marchesi, 2001). Les déchets

inertes (débris de construction) ont été distingués des sédiments stratifiés en raison de

l’existence de nombreuses diffractions et réflexions discontinues attribuables aux interfaces

dans les déchets (Figure I-16).

Figure I-16 : Profils issus de mesures radar avec une antenne de 50, 100 et 200 MHz sur une installation de stockage de déchets inertes (d’après Orlando et Marchesi, 2001)

Tezkan et al. (2000) ont utilisé la méthode radiomagnétotellurique afin de déterminer

la profondeur des déchets sur deux installations de stockage en Allemagne.

La méthode de tomographie de résistivité électrique est très fréquemment utilisée

pour identifier la profondeur des déchets et les limites latérales de l’installation de stockage de

déchets (Ogilvy et al., 2002 ; Chambers et al., 2006 ; Leroux et al., 2007 ; Soupios et al.,

2007). Son efficacité est conditionnée par l’existence d’un fort contraste électrique entre les

déchets et le milieu naturel. L’étude réalisée par Chambers et al. (2006) sur une installation de

stockage de déchets non dangereux en Angleterre a été très concluante car le terrain naturel

composé de grès et calcaires était caractérisé par une résistivité de plusieurs centaines d’ .m

alors que les déchets montraient des résistivités électriques inférieures à 20 .m.


Dans le cas où le fond de l’installation de stockage de déchets est constitué d’une

géomembrane, la résistivité électrique très élevée de ce matériau géosynthétique rend très

difficile la détection du matériau sous-jacent par la méthode de tomographie de résistivité

électrique. En 2006, Bavusi et al. ont réalisé des mesures de tomographie de résistivité

électrique sur une installation de stockage de déchets en Italie, dont le fond est composé de

béton renforcé surmonté d’une géomembrane en PEHD. L’absence de baisse de résistivité à

la profondeur de la géomembrane (">900 .m) le long de la tomographie électrique les a

conduit à considérer que celle-ci ne comportait pas de défauts.

I.B.2. Détection de panaches de pollution

La caractérisation des panaches de pollution a surtout été réalisée au moyen des

méthodes géoélectriques avec la tomographie de résistivité électrique 2D (Aristodemou et

Thomas-Betts, 2000) et 3D (Ogilvy et al., 2002 ; Chambers et al., 2006), associée à la

polarisation spontanée (Naudet et al., 2004) et/ou à la polarisation provoquée (Gallas et al.,

2010).

Les panaches de pollution étant riches en éléments organiques, ils constituent de

bonnes cibles pour la polarisation spontanée, méthode notamment sensible à la présence de

contaminants issus de la biodégradation des déchets ainsi qu’à l’écoulement de l’eau. La mise

en œuvre de cette méthode associée à de la tomographie de résistivité électrique sur le site

d’Entressen a en particulier permis de délimiter le front d’oxydoréduction du panache de

pollution (Naudet et al., 2004).

Le panache de pollution peut également être caractérisé par des mesures de

polarisation provoquée. L’étude de Gallas et al. (2010) menée sur une installation de stockage

de déchets au Brésil a montré que des faibles valeurs de chargeabilité étaient reliées à une

zone de contamination élevée.

I.B.3. Caractérisation de la nature des déchets

La caractérisation de la nature des déchets par les méthodes géophysiques se révèle

délicate, en raison de leur forte hétérogénéité ainsi que des variations d’humidité au sein

même du déchet. En effet, des mesures de tomographie de résistivité électrique effectuées au


fur et à mesure de l’excavation de déchets stockés en Suède a montré que celles-ci étaient

principalement influencées par les variations d’humidité (Bernstone et al., 2000).

L’hétérogénéité des déchets (papier, plastique, bois, métal…) n’a par conséquent pas pu être

reliée aux différences de résistivité électrique détectées sur les tomographies.

Une diminution de la résistivité électrique de l’ordre de 30 .m avec la profondeur a

par ailleurs pu être observée sur une installation de stockage de déchets en Suède (Leroux et

al., 2010). Elle pourrait être reliée à une humidité plus élevée en profondeur. Sur ce site, les

déchets ont été caractérisés par une résistivité électrique inférieure à 10 .m et par une

chargeabilité supérieure à 30 mV.V-1 obtenue par polarisation provoquée (Leroux et al.,

2007). Si la chargeabilité est influencée par le contenu en métal, elle l’est aussi par la

présence de matière organique biodégradable (Carlson et al., 1999). En effet, des mesures

réalisées sur quatre installations de stockage de déchets non dangereux en Suède ont mis en

évidence des valeurs de chargeabilité élevée en présence de déchets fortement biodégradables

(Figure I-17).

Figure I-17 : Résistivité électrique et chargeabilité normalisée sur l’installation de stockage de déchets de Filborna en Suède, où les déchets sont fortement biodégradables ; la chargeabilité normalisée

correspond à la chargeabilité inversée dans la fenêtre 10 -110 ms divisée par la résistivité électrique (d’après Leroux et al., 2010)

A l’inverse, les déchets contenant peu ou pas de matière organique biodégradable ne

se distinguent pas de la couverture, la chargeabilité y étant plus faible et du même ordre de

grandeur dans les deux milieux (Figure I-18).


Figure I-18 : Résistivité électrique et chargeabilité normalisée sur l’installation de stockage de déchets de Rökille en Suède, où les déchets ne sont pas biodégradables (d’après Leroux et al.,

2010)

I.B.4. Suivi de l’injection de lixiviat

Dans le cadre d’installations de stockage de déchets de type bioréacteur, la

dégradation des déchets est accélérée par la réinjection de lixiviat. Cette technique nécessite

de contrôler la distribution spatiale de l’humidité au sein du massif de déchets (Gawande et

al., 2003 ; Imhoff et al., 2007). Une humidité insuffisante peut en effet entraîner une

dégradation limitée.

La résistivité électrique étant dépendante de la teneur en eau, il est possible

d’employer la tomographie de résistivité électrique pour suivre l’injection de lixiviat (Guérin

et al. 2004 ; Grellier et al., 2008 ; Rosqvist et Dahlin, 2010 ; Clément et al., 2011).

Cependant, la couverture de ces installations étant de type imperméable, la présence d’une

géomembrane ou d’un GSB (isolant électrique) nécessite d’enterrer l’ensemble des électrodes

et des câbles sous ces matériaux géosynthétiques. Grellier (2005) observe une variation de

résistivité électrique en moyenne de 5 % lors d’une l’injection de lixiviat suivie pendant plus

de trois heures (Figure I-19).

La réalisation de mesures 3D en suivi temporel (time-lapse) permet de connaître

précisément la zone affectée par l’injection de lixiviat (Clément et al., 2011). De plus, en

présence de capteurs de température pour la correction des résistivités électriques, il est

possible de déterminer les variations de teneur en eau induites par l’injection de lixiviat

(Grellier et al., 2008).

Par ailleurs, la réalisation de mesures pendant une période de deux ans en l’absence

d’injection de lixiviat a montré l’existence de variations de résistivité électrique supérieures à

celles mesurées lors des injections de lixiviat (Grellier et al., 2008). Elles seraient alors


principalement influencées par la biodégradation des déchets et non par la teneur en eau

volumique et la température (comme c’est le cas lors d’une injection de lixiviat de quelques

heures).

a) Modèles de résistivité électrique lors du suivi de l’injection de lixiviat

b) Schéma de l’installation de stockage de déchets de type bioréacteur

Figure I-19 : Evolution de la résistivité électrique sur une installation de stockage de déchets de type bioréacteur lors d’une injection de lixiviat (d’après Grellier, 2005 et Grellier et al., 2008)


I.B.5. Caractérisation de la couverture

La couverture, interface des déchets et de l’atmosphère, conditionne véritablement

l’évolution du site au cours du temps. Or, des anomalies de fonctionnement peuvent

apparaître comme des affaissements et fuites de biogaz. Il apparaît par conséquent nécessaire

de rechercher des méthodes de caractérisation de la couverture afin de localiser les défauts

avant d’y remédier.

La méthode de thermographie infrarouge (TIR) aéroportée, mise en œuvre sur

plusieurs installations de stockage de déchets, a notamment permis de détecter des anomalies

thermiques en lien avec des foyers de combustion ainsi que des émanations de gaz (Siriex et

al., 1998 ; Guigoures, 2001). Certaines variations thermiques ont également pu être reliées à

une activité de fermentation bactérienne intense dans un casier en cours d’exploitation ou à

une rétention d’eau à la surface d’un casier (Figure I-20).

Figure I-20: Exemples d’anomalies thermiques détectées par des mesures de thermographie infrarouge aéroportée (d’après Guigoures, 2001)

L’utilisation de cette méthode sur site réel se révèle toutefois assez délicate et

nécessite la réalisation complémentaire de mesures de température au sol. La TIR aéroportée

ne peut par conséquent être utilisée qu’en complément d’autres méthodes.


La détection des défauts d’étanchéité responsables des anomalies détectées en TIR

ont jusqu’à maintenant fait l’objet de peu d’études (Carpenter et al., 1991 ; Guyonnet et al.,

2003 ; Cassiani et al., 2008).

En 1991, Carpenter et al. ont effectué des mesures de résistivité électrique avec un

dispositif azimutal ainsi que des mesures de sismique réfraction sur une installation de

stockage de déchets non dangereux à Chicago dans le but d’identifier les zones fissurées de la

couverture constituée de 1,2 m d’argile compactée surmontée de 0,5 m de terre végétale. Les

zones fissurées ont été caractérisées par une augmentation de résistivité électrique maximale

de 16 .m parallèlement à la fissure par rapport à un terrain de résistivité égale à 15 .m. De

plus, la vitesse des ondes P dans les zones fissurées est de l’ordre de 370 m.s-1, alors qu’elle

est de l’ordre de 740 m.s-1dans les zones non fissurées.

En 2008, des mesures de radar ont été effectuées dans des puits verticaux placés sur

une installation de stockage de déchets inertes en Italie dans le but d’évaluer les performances

de la couverture argileuse (Cassiani et al., 2008). Elles ont permis d’estimer la teneur en eau

volumique à partir de la relation empirique entre permittivité électrique et teneur en eau

volumique établie par Topp et al. (1980). Une augmentation significative de teneur en eau

volumique a, en particulier, été détectée dans la zone située près du puits autour duquel un

arrosage artificiel de 1000 mm d’eau avait été réalisé avant les mesures (Figure I-21). Ceci

révèle donc l’existence d’une zone d’infiltration préférentielle : à cet endroit, la barrière

argileuse ne remplit pas sa fonction d’étanchéité.


a) Carte de l’installation de stockage de déchets dangereux

b) Schéma d’acquisition d’un profil radar vertical dans un puits

c) Profil vertical de teneur en eau volumique dans le puits n°6 le 30 mars 2005

d) Profil vertical de teneur en eau volumique dans le puits n°6 le 28 avril 2005 (après

arrosage artificiel)

Figure I-21 : Profils verticaux de teneur en eau volumique obtenus grâce à des mesures radar effectuées dans un puits sur une installation de stockage de déchets (d’après Cassiani et al., 2008)

De plus, des prélèvements de matériaux de couverture associés à des mesures de

perméabilité ont confirmé l’hétérogénéité de la couche argileuse. En effet, les analyses

d’échantillons ont montré une variation du pourcentage d’argile entre 5 et 40 %, le

pourcentage de limon étant compris entre 40 et 55 %. Les mesures de perméabilité ont, quant

à elles, révélé l’existence d’une perméabilité comprise entre 1.10-8 et 1.10-5 m.s-1.

Guyonnet et al. (2003) ont travaillé sur une planche d’essai (de 15 m de long, 12 m

de large et 1 m d’épaisseur) composée d’argile compactée contenant des hétérogénéités de


composition et de compaction de taille métrique incorporées volontairement. Cette planche

leur a permis de tester les méthodes radar géologique et EM38. La pose de l’argile s’est faite

en deux temps, une première couche de 60 cm et une seconde couche de 30 cm. Les

hétérogénéités de composition, introduites dans les deux couches, ont été effectuées en

remplaçant l’argile par un mélange de terre végétale, de graviers et d’argile en proportions

équivalentes. Les hétérogénéités de compaction ont été créées dans la couche d’argile

superficielle en remblayant les excavations par de l’argile plus faiblement compactée.

Seules les hétérogénéités de composition entre 0 et 30 cm de profondeur ont été

détectées au moyen de l’EM38 en mode horizontal (mesures réalisées tous les 50 cm), par une

conductivité électrique plus faible que dans le reste de l’argile (Figure I-22).

Les différences de constante diélectrique observées en radar géologique

correspondraient à des rugosités créées en surface par le passage de l’engin de compactage.

Figure I-22: Carte de conductivité issue des mesures EM38 en mode horizontal (d’après Guyonnet et

al., 2003)

La présence d’hétérogénéités au sein de la couche argileuse est malheureusement

inévitable. Lors de ses travaux menés sur des couvertures expérimentales en 2000, Poignard

n’a pas noté de relation entre les volumes de percolats recueillis dans les lysimètres et les

pentes de 3 et 10 % des deux casiers composés d’argile. L’hypothèse retenue pour expliquer

l’absence de différences de comportement entre les deux couvertures a été celle de

l’hétérogénéité des matériaux mis en place, qui n’ont été ni mélangés ni compactés. Cette

hypothèse a été vérifiée par l’existence de variations de résistivité électrique apparente


mesurées à l’aide du dispositif électrostatique MPG et de traîné électrique en pôle-pôle et

Wenner-!.

Des mesures similaires, réalisées par Ait Saadi en 2003 sur six couches d’argile

(quatre en fond d’alvéole et deux en couverture), ont également mis en évidence des

variations de résistivité électrique apparente de la couche d’argile. Ces variations peuvent être

liées à des hétérogénéités de composition mais aussi à des variations de teneur en eau, de

compaction et d’épaisseur d’argile.


I.C. LES METHODES GEOPHYSIQUES EMPLOYEES DANS LE CADRE DE LA THESE

Dans le cadre de la thèse, les méthodes géophysiques mises en œuvre pour la

caractérisation des couvertures d’installation de stockage de déchets sont au nombre de trois.

Il s’agit de la Tomographie de Résistivité Electrique (TRE), l’Automatic Resistivity Profiling

(ARP©) et la Polarisation Spontanée (PS). Le principe de chacune de ces méthodes ainsi que

quelques applications justifiant le choix de ces dernières vont être présentés succinctement ci-

après.

I.C.1. La Tomographie de Résistivité Electrique

I.C.1.1. Principe

Cette méthode est basée sur l’injection d’un courant électrique dans le sol entre deux

électrodes et la mesure de la différence de potentiel entre deux autres électrodes. Elle consiste

à mettre en place des électrodes en acier inoxydable espacées d’un écartement constant et

raccordées à une flûte branchée sur un résistivimètre. Les électrodes jouent successivement le

rôle d’électrodes d’injection de courant et de mesure de différence de potentiel sur toute la

longueur du dispositif. L’écartement croissant entre électrodes permet d’augmenter la

profondeur d’investigation.

Les résistivités électriques apparentes "app sont déterminées grâce à la relation :

I

V.Kapp

!" , avec K le coefficient géométrique dépendant de la géométrie du dispositif,

#V la différence de potentiel et I l’intensité du courant injecté.

Les résistivités électriques apparentes sont ensuite inversées afin d’obtenir un modèle

de résistivité interprétée.

La résistivité électrique d’un sol est fonction de nombreuses propriétés intrinsèques

au sol comme sa minéralogie, distribution de grains ou encore sa porosité (Archie, 1942 ;

Samouëlian et al., 2005). Elle varie également avec la compaction (Abu-Hassanein et al.,

1996), la masse volumique du matériau (Cosenza et al., 2010 ; Seladji et al., 2007 ; Besson et


al., 2004), la température (Rein et al., 2004 ; Hayley et al., 2007) et la teneur en eau (Kalinski

et Kelly, 1993 ; Russel et Barker, 2010).

Les différentes études menées sur l’évolution de la résistivité électrique en fonction

de la teneur en eau montrent qu’il existe un seuil de teneur en eau critique en-deçà duquel la

résistivité électrique augmente fortement, ce qui peut s’expliquer par une discontinuité de

l’eau des pores (Figure I-23).

Figure I-23 : Evolution de la résistivité électrique de différents types de sol argileux en fonction de la teneur en eau volumique (d’après McCarter, 1984 ; Michot et al., 2003 ; Fukue et al., 1999)

I.C.1.2. Applications

La méthode de TRE est employée dans de nombreuses thématiques

environnementales et d’ingénierie. On peut citer la localisation de fuites et érosion dans les

barrages (Johansson et Dahlin 1996 ; Sjödhal et al., 2008), l’estimation de la teneur en eau

des sols (Michot et al., 2003 ; Schwartz et al., 2008 ; Brunet et al., 2010), l’état de

compaction (Beck et al., 2008) et la caractérisation des sols (Samouëlian et al., 2003 ; Besson

et al., 2004).

I.C.1.2.1. Détection de fissures

La capacité de cette méthode à détecter les fissures a été étudiée en laboratoire sur

des sols de nature argileuse (Samouëlian et al., 2003, Sentenac et Zielinski, 2009). Les


mesures à haute résolution (espacement inter-électrode de 1,5 à 3,0 cm) sont réalisées à l’aide

d’électrodes de type Cu/CuSO4 de 2 mm de diamètre.

Samouëlian et al. (2003) ont montré que la présence d’une fissure large de 2 mm,

créée artificiellement de 1 à 4 cm de profondeur, se manifeste sur le modèle de résistivité par

des résistivités plus élevées que sur le reste du sol (Figure I-24). Ils ont en particulier noté que

la résistivité électrique du bloc le plus superficiel varie de 168 .m lorsque la profondeur de

la fissure est 1 cm (cas B en Figure I-24) à 2185 .m lorsque la profondeur de la fissure est de

4 cm (cas E en Figure I-24). Cet effet est lié au dispositif Wenner-! utilisé lors des mesures.

En effet, Dahlin et Zhou (2004) ont montré que la modélisation d’une structure verticale

résistante (300 .m) dans un milieu conducteur (50 .m) se détecte bien en surface avec ce

dispositif mais présente en revanche des résistivités électriques qui diminuent avec la

profondeur.

L’expérience menée par Sentenac et Zielinski (2009) a également révélé que la

détection de fissures, créés cette fois-ci naturellement par assèchement du sol, était possible

en réalisant des mesures en dispositifs Wenner-Schlumberger (Figure I-25).

Figure I-24 : Evolution de l’état de fissuration par tomographie de résistivité électrique : sans fissure (A), fissure de 2 mm de profondeur 1 cm (B), 2 cm (C), 3 cm (D) et 4 cm (E) (d’après Samouëlian et

al., 2003)


Figure I-25 : Détection de fissures par tomographie de résistivité électrique ; le modèle de résistivité électrique présente des résistivités électriques supérieures à 90 .m à l’endroit des fissures comparé à une résistivité électrique de l’argile comprise entre 20 et 30 .m (d’après Sentenac et Zielinski, 2009)

I.C.1.3. Mise en œuvre

L’argile étant un matériau constitutif de la couverture d’une installation de stockage,

des fissures sont susceptibles d’apparaître en période sèche. Les expériences menées en

laboratoire montrent que les fissures sont détectées en TRE avec un matériel spécifique. Cette

méthode a donc été employée afin de déterminer s’il est possible de détecter des fissures sur

les couvertures d’installation de stockage de déchets avec le matériel utilisé classiquement

(Figure I-26). Elle a été mise en œuvre en surface, où les électrodes raccordées à une flûte

sont branchées sur un résistivimètre de type Syscal Pro (Iris Instruments). Ce résistivimètre

peut réaliser la mesure simultanée de la différence de potentiel de dix dipôles adjacents, ce qui

réduit significativement le temps de mesure comparativement à un résistivimètre classique.

a) Electrode et flûte b) Résistivimètre Syscal Pro

Figure I-26 : Photographie du matériel de mesures de tomographie de résistivité électrique


Les données de résistivité électrique apparente ont été inversées à l’aide du logiciel

RE2SDINV©. Le processus d’inversion est basé sur une inversion par moindres carrés

généralisées au cours duquel la méthode d’optimisation cherche à ajuster au mieux le modèle

de résistivité 2D par des itérations successives en réduisant la somme des différences absolues

ou des carrés des écarts entre les résistivités électriques apparentes calculées et mesurées.

Des modélisations ont par ailleurs été réalisées à l’aide du logiciel RES2DMOD©

(Loke, 2002).

I.C.2. L’Automatic Resistivity Profiling

I.C.2.1. Principe

L’Automatic Resistivity Profiling (ARP©) est une méthode de résistivité électrique

tractée permettant l’acquisition de mesures sur de grandes surfaces (Dabas, 2009). Sa

configuration est identique à celle du prototype MUCEP (Multi Continuous Electrical

Profiling) développé au CNRS (Panissod et al., 1997 ; Tabbagh et al., 2000).

Le système ARP est constitué d’un dipôle d’injection de courant électrique et de trois

dipôles de mesure. Il est tracté par un quad qui permet l’acquisition de mesures en continu, à

raison d’un point tous les 10 cm. Les mesures, positionnées grâce à un GPS fixé sur l’ARP,

sont réalisées selon des profils parallèles espacés d’une distance fonction du degré de

précision attendu par la cartographie. Les trois écartements rendent possible l’acquisition de

données de résistivité électrique apparente simultanément à trois profondeurs d’investigation.

L’estimation de ces profondeurs peut se faire grâce à la connaissance de données géologiques

sur le site d’étude (Tye et al., 2011) mais également en couplant cette méthode à d’autres

techniques, comme la TRE (Gebbers et al., 2009). Cependant, ces profondeurs étant

fortement dépendantes de la nature du sol et de son contenu en eau, elles varient sensiblement

d’un site d’étude à l’autre.

I.C.2.2. Applications

L’ARP est couramment mis en œuvre dans les domaines de l’archéologie

(Papadopoulos et al., 2009 ; Campana et Dabas, 2011) et de la viticulture (Costantini et al.,

2009 ; Ghinassi et al., 2010).


I.C.2.2.1. Variations de teneur en eau

Cette méthode a également été appliquée à l’analyse de la variabilité spatio-

temporelle de la teneur en eau, connaissance utile pour l’agriculture de précision en vue

d’adapter les besoins en eau au sol (Cousin et al., 2009 ; Besson et al., 2010). Les mesures de

résistivité électrique apparente réalisées à différentes périodes de l’année permettent, grâce à

une inversion des données et à l’application d’une relation empirique entre la résistivité

électrique et la teneur en eau mesurée ponctuellement par des sondes TDR, de connaître la

distribution spatiale de la teneur en eau au cours du temps (Figure I-27 et Figure I-28).

a) Cartes des résistivités électriques apparentes – avril 2008 (dispositif MUCEP)

b) Cartes des résistivités électriques pour la couche argilo-limoneuse et pour le substrat calcaire issues de l’inversion des données de résistivité électrique apparente avec le logiciel QWIN1D

developpé par l’Université Paris VI

Figure I-27 : Cartes des résistivités électriques apparentes (avril 2008) et des résistivités électriques inversées (d’après Cousin et al., 2009)


Figure I-28 : Carte de la teneur en eau volumique de la couche argilo-limoneuse obtenue grâce à une relation empirique entre la résistivité électrique (mesurée en TRE) et la teneur en eau volumique

(mesurée à l’aide de sondes TDR), d’après Cousin et al., 2009


La résistivité électrique apparente étant influencée par la teneur en eau, les mesures

réalisées en ARP sur un sol considéré comme homogène pourraient rendre compte de zones

d’humidité variable sur les couvertures d’installation de stockage de déchets.

Dans le cadre de la thèse, deux dispositifs différents ont été utilisés :

- le dispositif ARP 11 sur le site expérimental (Figure I-29 a),

- le dispositif ARP 03 sur une installation de stockage de déchets dangereux

(Figure I-29 b).

Les dispositifs ARP 11 et ARP 03 diffèrent par les écartements entre le dipôle

d’injection de courant électrique (électrodes notées A et B en Figure I-29) et les dipôles de

mesure (électrodes notées M1-N1, M2-N2 et M3-N3 en Figure I-29). Ainsi, l’écartement

maximal est de 1,1 m dans le cas du dispositif ARP 11 et de 2,0 m dans le cas du dispositif

ARP 03. De plus, le dispositif ARP 11 est constitué de roues dentées de plus petite taille

conférant un enfoncement limité dans le sol. C’est pour cette raison que ce dispositif a été

utilisé sur le site expérimental, ceci afin d’éviter tout endommagement des capteurs installées

dans la terre végétale (cf. chapitre II).


a) Dispositif ARP 11 sur le site expérimentalb) Dispositif ARP 03 sur l’installation de

stockage de déchets dangereux

Figure I-29 : Schémas des dispositifs ARP utilisés sur le site expérimental (a) et l’installation de stockage de déchets dangereux (b) ; A et B sont les électrodes d’injection de courant électrique et M et

N les électrodes de mesure de potentiel

I.C.3. La Polarisation Spontanée

I.C.3.1. Principe

La Polarisation Spontanée (PS) est une méthode électrique passive qui consiste à

mesurer le potentiel électrique naturel du sol. Les mesures peuvent être réalisées de façon :

- ponctuelle en surface pour la réalisation de profils et de cartes,

- continue en surface ou en forage sur de courtes ou longues périodes de temps

(de quelques heures à plusieurs années).


Les signaux PS sont associés à différents mécanismes de polarisation qui se

produisent naturellement dans le sol (Jouniaux et al., 2009). Ils peuvent ainsi être liés à des

gradients hydrauliques (effet électrocinétique), à des gradients de température (effet

thermoélectrique) mais également à des gradients chimiques (effets électrochimiques et

d’oxydo-réduction). L’influence de ces mécanismes sur les signaux PS dépend néanmoins du

contexte d’étude.

La multiplicité des sources à l’origine des fluctuations de PS est la principale

limitation de cette méthode. C’est pourquoi elle est souvent employée en association à

d’autres méthodes, comme la TRE (Perrone et al., 2004 ; Bavusi et al., 2006 ; Naudet et al.,

2008 ; Bolève et al., 2009). Dans ce cas, il peut être réalisé une inversion des données PS afin

de localiser les sources en profondeur responsables des anomalies PS. Sur un site contaminé

par des hydrocarbures lourds, Minsley et al. (2007) ont utilisé un algorithme d’inversion de

données PS 3D en prenant en compte les données de résistivité électrique dérivées d’une

prospection en Polarisation Provoquée Spectrale 3D. Les sources de courant électrique

naturelles ont ainsi pu être localisées en profondeur grâce à des mesures PS de surface et en

forage. Leurs résultats ont montré une corrélation raisonnable avec les concentrations en

hydrocarbures.

I.C.3.2. Applications pour l’étude des circulations de fluide

I.C.3.2.1. Mesures PS en surface

Dans le cas d’infiltrations d’eau, les variations des signaux PS sont principalement

d’origine électrocinétique car corrélées aux variations des niveaux piézométriques (Rizzo et

al., 2004 ; Suski et al., 2006 ; Maineult et al., 2008). Une injection d’eau sur le site de Soultz-

sous-Forêts (Darnet, 2003) a montré une augmentation de PS de 5 mV sur des électrodes

placées en surface sur une zone de 1 km² autour du puits d’injection (Figure I-30).


Figure I-30 : Variations des signaux PS lors d’une injection d’eau sur le site de Soultz-sous-Forêts en juin 2010 (d’après Darnet, 2003)

Les études conduites sur les sites contaminés sont intéressantes car, en présence de

piézomètres, il est possible de retirer la contribution liée à l’électrocinétisme. Les variations

de PS résiduelles ne sont alors dues qu’aux réactions d’oxydo-réduction. Les signaux générés

par ces réactions sont généralement d’amplitude élevée, entre -600 et 100 mV sur le site

d’Entressen où la PS a permis de délimiter le front d’oxydo-réduction du panache de

contamination (Naudet et al., 2004).

La réalisation de mesures ponctuelles de PS à différentes périodes de l’année est utile

pour détecter les changements de comportement liés à des infiltrations d’eau plus ou moins

importantes. La Figure I-31 montre des cartes PS obtenues au printemps et en été sur un site

en Normandie où la PS a été mise en œuvre dans le but de détecter des dolines. Les résultats

de Jardani et al. (2007) montrent des anomalies négatives de l’ordre de -30 mV observées au

printemps (Figure I-31 a) qui correspondraient à la percolation de l’eau dans les dolines liée à

un cumul de pluie élevé. En été, le signal PS à l’endroit des dolines est du même ordre que

celui du reste de la zone d’étude (Figure I-31 b). Les auteurs expliquent le signal plus positif à

cette période par un cumul de pluie efficace plus faible qu’au printemps.


a) Carte des mesures PS (printemps 2005) b) Carte des mesures PS (été 2005)

Figure I-31 : Cartes PS montrant l’évolution du signal à deux périodes de l’année différente ; les anomalies A1 et A2 correspondent à deux dolines visibles en surface, l’anomalie A3 correspond soit à

une ancienne doline soit à un artefact (d’après Jardani et al., 2007)

I.C.3.2.2. Mesures PS en continu

Les mesures continues de PS sur de longues périodes de temps (de quelques mois à

plusieurs années) nécessitent la mise en place d’électrodes en profondeur afin notamment de

diminuer l’effet de la température sur les signaux PS (Perrier et Raj Pant, 2005).

Une étude menée par Trique et al. (2002) sur le lac de Roselend a montré qu’une

variation d’un mètre du niveau de l’eau du lac engendre une variation de 2 à 5 mV (Figure

I-32) sur les signaux PS des électrodes installées à 1,5 m de profondeur dans des trous remplis

d’argile salée.

La méthode PS a par ailleurs été utilisée dans le suivi du glissement de terrain de

Séchilienne (Meric, 2006) et dans la caractérisation hydrogéophysique du site de La Soutte

(Béhaegel, 2006). Ces travaux ont montré des variations différentes de PS en réponse à la

pluie (Figure I-33 et Figure I-34). L’enregistrement réalisé sur cinq jours par Meric (2006)

montre une augmentation de 23 mV suite à un cumul de pluie journalier de 16 mm (Figure I-

33). Les variations diurnes observées sur les enregistrements sont liées à l’effet de la

température. Cette influence a notamment été étudiée par Perrier et Morat (2000) grâce à la

mise en place d’électrodes entre 30 et 94 cm de profondeur associées à des capteurs de

température. S’ils ont mis en évidence que l’effet de la température diminue avec la


profondeur, ils ont également montré l’apparition de variations anomaliques en l’absence de

pluie.

a) Situation géographique

b) Evolution des différences de potentiel (ddp) entre les points A, B et C, en relation avec la variation du niveau du lac de Roselend

(la ligne 1507 m indique le niveau du lac en dessous duquel la réponse des électrodes est fortement réduite)

Figure I-32 : Variation des signaux PS et du niveau du lac de Roselend (d’après Trique et al., 2002)

Figure I-33 : Mesures PS sur le site de Séchilienne (d’après Meric, 2006) - Evolution du signal PS mesuré entre une électrode située au-dessus de la galerie de reconnaissance et une électrode placée à

l’intérieur de la galerie

Lors de son suivi PS sur le site de La Soutte, Béhaegel (2006) a observé une

diminution de PS de près de 30 mV le 29 juin 2005 et de 40 mV le 11 septembre 2005 (Figure

I-34). Il apparaît cependant difficile de relier l’amplitude de la variation de PS à l’intensité de

la pluie à ces deux dates.


Figure I-34 : Variation du signal PS mesuré entre deux électrodes placées à 80 cm de profondeur sur le site de La Soutte en fonction des précipitations (Béhaegel, 2006)

Le suivi PS de l’infiltration de l’eau peut être facilité par la mise en place

d’électrodes à différentes profondeurs (Thony et al., 1997 ; Doussan et al., 2002).

L’expérience menée par Doussan et al. (2002) a révélé une dynamique du signal PS différente

lorsque celles-ci sont placées dans un sol sablo-argileux et argileux (Figure I-35). Les

électrodes sont placées à 30 cm de profondeur et les différences de potentiel sont mesurées

par rapport à une électrode de référence placée à 40 cm de profondeur. On constate que les

signaux des deux électrodes PS installées dans le sol sablo-argileux augmentent en réponse

aux épisodes pluvieux. Par contre, l’électrode placée dans le sol argileux présente un

comportement différent. On observe en particulier une variation de PS de l’ordre de 10 mV

entre les trente et soixantième jours, en l’absence d’épisodes pluvieux. Elle pourrait être

causée par un changement de saturation en eau dans le sol argileux.

Figure I-35 : Variation du signal PS dans un sol sablo-limoneux et argileux en fonction des précipitations (d’après Doussan et al., 2002)



Les expériences de suivi en continu de PS ont montré que cette méthode est sensible

aux infiltrations d’eau. Il a donc été décidé de mettre en place un réseau enterré d’électrodes

au sein des couvertures du site expérimental. Les électrodes sont branchées sur une centrale

d’acquisition qui enregistre les différences de potentiel PS entre les électrodes de mesure et

l’électrode de référence selon un pas de mesure fixé. De plus, un profil vertical constitué de

trois électrodes a été installé pour le suivi du front d’infiltration de l’eau au sein d’une des

couvertures. Ces mesures apparaissant toutefois difficiles à interpréter au vu des études déjà

menées (influence de la température, présence de bruit, problème de contact entre l’électrode

et le terrain), des capteurs de température et d’humidité ont été installés aux mêmes

profondeurs que les électrodes afin de pouvoir quantifier leur effet sur les signaux PS.

La méthode PS sera également mise en œuvre de façon classique, par des mesures

ponctuelles effectuées en surface à différentes périodes de l’année afin d’étudier la dynamique

du signal au cours du temps. Lors de ces prospections, les différences de potentiel sont

mesurées entre une électrode de référence et une électrode de mesure grâce à un voltmètre à

haute impédance d’entrée (Figure I-36).

Figure I-36 : Photographie du matériel de mesure de polarisation spontanée


Conclusion

Les installations de stockage de déchets constituent des lieux à risques du fait de

l’apparition potentielle de défauts que ce soit en fond d’alvéole ou en couverture. Ces défauts

affectent les performances de la structure d’étanchéité (géomembrane ou GSB) et de la

couche argileuse. Plusieurs méthodes électriques (géomembrane conductrice, tests à la pointe

émoussé, sonde mobile,…) et la thermographie infrarouge ont déjà montré leur efficacité pour

la détection de défauts au sein de la géomembrane juste après sa pose. En revanche, même si

les méthodes géophysiques (radar géologique, TRE, TIR, PS, PP) sont beaucoup employées

sur les installations de stockage de déchets, elles le sont principalement pour déterminer les

limites des installations et la recherche de pollution mais très rarement pour caractériser l’état

de la couverture de ces sites. Les études menées jusqu’à présent ont néanmoins montré que,

parmi les méthodes géophysiques, les méthodes électriques et électromagnétiques semblent

être intéressantes pour détecter les hétérogénéités de la couche d’argile. Certains travaux ont

en particulier démontré la capacité de la TRE à détecter les fissures, l’influence des variations

de teneur en eau sur les mesures ARP et la sensibilité de la PS à l’infiltration de l’eau. Chacun

de ces phénomènes pouvant intervenir au cours du temps sur les couvertures d’installation de

stockage de déchets, il nous a semblé intéressant de mettre en œuvre ces trois méthodes

géophysiques dans ce contexte, ce qui n’a pas encore été le cas jusqu’à maintenant.

L’installation de capteurs de température et d’humidité sur le site expérimental permettra de

relier ces deux paramètres aux mesures de résistivité électrique et de PS effectuées au cours

du temps.

Enfin, ces méthodes ne semblent pas encore avoir été mises en œuvre pour l’étude de

la structure d’étanchéité de type GSB.

CHAPITRE II

APPLICATION DES METHODES GEOPHYSIQUES

AU SITE EXPERIMENTAL

Chapitre II : Application des méthodes géophysiques au site expérimental 81

Introduction

Les défauts qui peuvent apparaître au sein de la couverture sont susceptibles de créer

des chemins préférentiels d’infiltration d’eau favorisant l’augmentation de lixiviats. Le

traitement des lixiviats étant coûteux, il est nécessaire de pouvoir identifier les défauts et

mesurer leur étendue. C’est dans ce but que les trois méthodes géophysiques suivantes, la

Polarisation Spontanée (PS), l’Automatic Resistivity Profiling (ARP) et la Tomographie de

Résistivité Electrique (TRE), ont été mises en œuvre à l’échelle d’un site expérimental.

Le site expérimental reproduit deux types de couverture au sein desquelles plusieurs

défauts ont été volontairement créés. Les mesures répétées sur ce site ont permis de

déterminer la capacité de ces méthodes à détecter les défauts ainsi que les conditions

climatiques favorables à leur détection. L’absence de déchets sur ce site a par ailleurs permis

de s’affranchir de leur effet sur les mesures géophysiques.

Après la description du site expérimental, les protocoles et traitements des mesures

géophysiques réalisés seront précisés. La capacité des méthodes géophysiques à détecter les

défauts sera ensuite définie au travers de la présentation des résultats.

II.A. LE SITE EXPERIMENTAL

Le site expérimental a été implanté à proximité immédiate des locaux de l’entreprise

HYDRO INVEST, située sur la commune de Champniers (en Charente). Sa construction s’est

déroulée en deux temps : une phase de préparation du terrain en avril 2009 et une phase de

construction débutée en septembre 2009.

Deux couvertures, de même épaisseur que celles susceptibles d’être rencontrées sur

les installations de stockage de déchets, y ont été reproduites : une couverture semi-perméable

sur la parcelle 1 et une couverture imperméable sur la parcelle 2.

II.A.1. Les deux types de couverture

Les caractéristiques de chacune des couvertures du site expérimental sont résumées

dans le Tableau II-1. La première, de dimensions 16 m par 12 m, est constituée de terre

végétale et de matériau argilo-graveleux sur une épaisseur totale de 1,15 m. La seconde, de


dimensions 11 m par 12 m, est composée de graviers et d’un GSB au-dessus du matériau

argilo-graveleux. Son épaisseur totale est de 1,45 m.

Parcelle 1 Parcelle 2 Dimensions 16 m x 12 m 11 m x 12 m

Epaisseur de couverture 1,15 m 1,45 m

Nature et épaisseur des matériaux composant

les parcelles

- Terre végétale (0,15 m) - Matériau argilo-graveleux (1,0 m)

- Terre végétale (0,15 m) - Géotextile

- Graviers (30 cm) - GéoSynthétique Bentonitique (GSB)

- Matériau argilo-graveleux (1,0 m)

Tableau II-1 : Caractéristiques des deux couvertures créées au niveau des parcelles du site expérimental (schéma en Figure II-1)

Le matériau argilo-graveleux de couverture mis en place sur le site expérimental

provient de terrains situés sur la commune de Touvre en Charente, à une dizaine de kilomètres

de Champniers. Ces terrains sont constitués d’alluvions anciennes essentiellement composées

de limons et d’argiles plastiques à graviers, de couleur marron. Des précisions sur le matériau

constituant ces alluvions anciennes sont données en Annexe 1.

II.A.2. Préparation du terrain

La première phase des travaux a eu lieu en avril 2009 et a consisté à décaper le

terrain en place composé de terre végétale et de remblai sur la surface définie pour la création

du site expérimental. L’épaisseur de la couverture n’étant pas la même pour chacune des deux

parcelles (Tableau II-1), le terrain a été creusé de l’ordre de 50 cm pour la parcelle 1 et de

l’ordre de 85 cm pour la parcelle 2 afin de disposer d’une surface de même hauteur sur

l’ensemble du site expérimental (Figure II-1).

Quatre sondages à la pelle mécanique ont ensuite été effectués sur la surface décapée

du terrain. Ils ont permis d’évaluer l’épaisseur de remblai présent sur le site et de déterminer

la nature du terrain sous-jacent constitué d’alluvions limoneuses.

Dans le but de caractériser le terrain en place, des mesures ont également été

effectuées lors de cette phase de travaux (cf. Annexe 2). Des mesures de résistivité électrique

apparente ont tout d’abord été réalisées en fond de trou (Figure A2-2 et Tableau A2-1). Une

tomographie électrique constituée de 48 électrodes espacées de 0,7 m a ensuite été effectuée


afin de préciser la limite des alluvions limoneuses et du remblai sur la longueur du site

(Figure A2-4).

II.A.3. Mise en place du site expérimental

Une fois le terrain des deux parcelles décapé, elles ont été remplies par le matériau

argilo-graveleux sur une épaisseur de 1,0 m (Figure II-1).

II.A.3.1. Le matériau de couverture

Le matériau argilo-graveleux a été mis en place en trois couches successives : une

première couche de 40 cm et les deux suivantes de 30 cm (Figure II-1). L’épaisseur de

chacune des trois couches a été contrôlée à l’aide d’un niveau laser. Le compactage du

matériau, qui ne s’est pas fait à l’optimum Proctor, a été effectué par des passages répétés des

chenilles de la pelle mécanique de 9 t dans le sens longitudinal et transversal sur les deux

parcelles.

Figure II-1 : Schéma en coupe des parcelles expérimentales

II.A.3.2. La pose du GSB sur la parcelle 2

Le GSB (Bentomat® AS3700) mis en place sur la parcelle 2 est constitué d’un

assemblage de deux géotextiles séparés par de la bentonite calcique activée. Il s’agit de

bentonite calcique naturelle mise en contact avec un milieu chargé en sodium pour forcer les


substitutions cationiques et ainsi augmenter sa capacité de gonflement (cf. chapitre I.A.

§3.2.2).

Trois lés de GSB d’une longueur de 13 m ont été nécessaires pour recouvrir

l’ensemble de la parcelle, la largeur du rouleau étant de 5 m. Le GSB a été placé de façon à

dépasser de 1 m les limites de la parcelle 2, remontant ainsi sur le remblai légèrement surélevé

(Figure II-1). Les recouvrements entre les lés de GSB ont été réalisés sur une largeur de

l’ordre de 50 cm, avec l’ajout de bentonite en poudre sur une dizaine de centimètres entre les

deux épaisseurs, conformément aux recommandations du CFG (2011).

Avant la pose du GSB dans son état initial d’hydratation, la surface du matériau

argilo-graveleux a été arrosée pour permettre au GSB de s’hydrater. En effet, le GSB ne

devient étanche qu’après une phase d’hydratation permettant le gonflement de la bentonite qui

assure l’étanchéité. En pratique, l’hydratation se produit in situ par la mise en équilibre

hydrique du GSB et du sol support (Rayhani et al., 2011). En effet, l’hydratation artificielle,

par arrosage, est proscrite en raison notamment des risques de fluage de la bentonite entre les

géotextiles au cours de la mise en place des couches sus-jacentes (Pierson et al., 2003).

Une couche de graviers de 30 cm a ensuite été répartie uniformément au-dessus du

GSB au moyen du godet de la pelle mécanique restée le plus possible sur la zone centrale de

la parcelle.

Avant la pose des 15 cm de terre végétale, un géotextile a été ajouté au-dessus de la

couche de graviers afin d’éviter le passage de la fraction fine dans les graviers.

L’ensemble du site expérimental !"#" recouvert en partie par la terre végétale

initialement présente sur le site (décapée dans la phase de préparation du terrain) et en partie

par un autre type de terre végétale (rapportée).

La mise en place des matériaux composant les deux types de couverture s’est

accompagnée de la création des défauts (§ II.A.3.3) ainsi que de la pose de capteurs (§ !"!#!$).

II.A.3.3. Les défauts

Les défauts, au nombre de onze, ont été créés au sein du matériau argilo-graveleux

(parcelle 1) et du GSB (parcelle 2). Ils ont été jugés représentatifs de défauts susceptibles

d’être rencontrés sur les couvertures d’installation de stockage de déchets. Leurs dimensions

ont toutefois été volontairement surestimées pour des raisons pratiques de faisabilité (Figure

II-2).


Figure II-2 : Emplacement des défauts sur le site expérimental

L’emplacement des anomalies a été conditionné d’une part par une distance

suffisamment grande pour ne pas s’influencer les unes des autres lors des mesures

géophysiques et d’autre part pour permettre le bon déroulement des travaux. Elles sont donc

situées non loin des limites de parcelles afin de faciliter l’accès aux engins de chantier

(camion de déchargement et pelle mécanique) sur la bande centrale des parcelles. Cette

disposition a entraîné inévitablement des différences de compactage du matériau argilo-

graveleux. La zone centrale a ainsi bénéficié d’une durée de compactage plus longue, les

passages y étant plus fréquents, alors que les zones situées entre les défauts et les extrémités

de la parcelle 1, rendues plus difficiles d’accès, ont été moins compactées.

Les variations de compactage sont à l’origine de niveaux de compaction différents

mis en évidence grâce à des mesures de traîné électrique effectuées à l’issue de la mise en

place de chacune des trois couches de matériau argilo-graveleux. En effet, les cartes des

résistivités de la parcelle 1 montrent des résistivités électriques inférieures à 30 .m dans la

partie centrale de la parcelle délimitées par les fissures et des résistivités électriques plus

élevées (jusqu’à 60 .m) sur le pourtour (Figure A2-5 en Annexe 2).

Afin de caractériser la perméabilité de la couverture, des essais de perméabilité ont

été réalisés à la surface de la troisième couche de matériau argilo-graveleux. Les quatre


mesures, positionnées dans des zones de résistivité électrique différente, ont révélé l’existence

d’une variabilité élevée de perméabilité, entre 10-5 et 10-8 m.s-1 (Figure A2-6 et Tableau A2-2

en Annexe 2).

II.A.3.3.1. Parcelle 1

La parcelle 1 contient des défauts de nature différente (Tableau II-2).

Nature Dimensions (m)

(Longueur : L – Largeur : l)Profondeur (m)

2 fissures L=2,5 l=0,1 0,15 - 1,15 1 fissure L=2,5 l=0,04 0,15 - 1,15

1 piézomètre tube crépiné, diamètre=0,08 0 - 1,15 1 dépression diamètre=2,0 0,15 - 0,35

2 géodrains L= 1,1 l=1,0 0,75 L= 1,3 l=1,1 0,45

Tableau II-2 : Caractéristiques des défauts créés au niveau de la parcelle 1

Trois fissures artificielles ont tout d’abord été créées dans l’objectif de simuler un

défaut de mise en place ou encore les conséquences d’une dégradation par retrait-gonflement

du matériau de couverture ou de l’apparition de tassements différentiels. Elles sont longues de

2,5 m et traversent toute l’épaisseur du matériau argilo-graveleux (Figure II-3 a). Le vide

laissé par les fissures larges de 4 et 10 cm, a été comblé par du sable provenant des carrières

de la Rochefoucauld, à une vingtaine de kilomètres de Champniers. Il s’agit de sable semi

concassé, de diamètre de grains compris entre 0 et 4 mm et composé de silice à hauteur de

82 %.

Une dépression circulaire de 2 m de diamètre a ensuite été creusée sur 20 cm de

profondeur en partie supérieure du matériau argilo-graveleux. Elle simule ainsi une

irrégularité dans l’épaisseur de matériau qui se traduit par un creux au niveau de la terre

végétale.

Un piézomètre a également été ajouté de façon à connaître l’éventuelle influence

d’un puits vertical sur le milieu environnant.

Enfin, des géodrains (classiquement constitués de deux nappes de géotextiles

séparées par des mini-drains) ont été installés après la mise en place de la première et de la

deuxième couche de matériau de couverture, respectivement à -0,75 m et -0,45 m par rapport

à la surface des parcelles. Ces géodrains, d’une épaisseur de 8 mm sur une surface

approximativement de 1 m², sont composés de deux géotextiles séparés par un grillage

plastique remplaçant les mini-drains. Ils constituent des éléments supplémentaires destinés à


définir le niveau de détection des méthodes géophysiques employées dans le cadre de cette

étude.

II.A.3.3.2. Parcelle 2

Les anomalies de la parcelle 2, principalement concentrées au niveau du GSB,

simulent des défauts qui pourraient apparaître lors de la pose du GSB sur sites réels (Tableau

II-3).

Nature Dimensions (m)

(Longueur : L – Largeur : l) Profondeur (m)

1 déchirure ouverte L=3,0 L=0,05 0,45 1 déchirure + 1 fissure (4 cm) dans le matériau

argilo-graveleux L=2,5 l=0,04 0,45 – 1,45

1 défaut de recouvrement L=2,0 l=0,4 0,45 1 arrachage semi-circulaire, de rayon= 1,0 m 0,45

Tableau II-3 : Caractéristiques des défauts créés sur la parcelle 2

L’un des défauts associe une déchirure du GSB sur une longueur de 2,5 m à une

fissure de 4 cm de large traversant toute l’épaisseur du matériau argilo-graveleux. Un

arrachage semi-circulaire a également été réalisé sur un rayon de 1 m, pouvant représenter

l’effet d’un coup de godet donné par un engin de chantier sur une installation de stockage de

déchets (Figure II-3 b). Le matériau argilo-graveleux est donc directement en contact avec la

couche de graviers sus-jacente à l’endroit de ce défaut. Il est également juxtaposé à une

double épaisseur de GSB correspondant à la partie découpée.

Figure II-3 : Photographie de deux défauts créés sur le site expérimental

a) Fissure de 4 cm (parcelle 1)

b) Arrachage réalisé au niveau du GSB (parcelle 2)


Enfin, un défaut de recouvrement entre deux lés de GSB a été réalisé sur une largeur

de 40 cm et une longueur de 2 m.

II.A.3.4. L’instrumentation

Le site expérimental a été instrumenté de 59 capteurs placés à différentes

profondeurs dans le matériau argilo-graveleux et la terre végétale (Figure II-4) :

- 39 électrodes de polarisation spontanée (SDEC),

- 10 capteurs d’humidité de type thétaprobes (Delta-T Devices),

- 10 sondes de température de type PT100 (Radiospares).

Figure II-4 : Emplacement des capteurs par rapport aux défauts créés sur le site expérimental ; la plupart des électrodes PS sont placées à 0,70 m de profondeur.


L’installation de ces capteurs s’est effectuée tout au long de la mise en place des

parcelles. L’utilisation du dispositif ARP sur le site expérimental a imposé d’enterrer

l’ensemble des câbles des capteurs jusqu’aux centrales d’acquisition placées à une vingtaine

de mètres au nord du site expérimental. Ceci a considérablement augmenté les longueurs de

câbles qui, cumulée sur l’ensemble des capteurs, s’élève à plus de 3 km. Les grandes

longueurs de câbles ont nécessité la réalisation de soudures qui ont été protégées de

l’humidité par une application d’araldite associée à une gaine thermorétractable. Les câbles

non blindés ont ensuite été protégés dans des gaines de couleur normalisée (grises) avant la

pose.

II.A.3.4.1. Les électrodes PS

Installation :

Les électrodes PS ont été positionnées la plupart du temps par groupe de quatre, à

une profondeur de 65-70 cm par rapport à la surface finale du site expérimental et à proximité

de chacune des anomalies créées (Figure II-4). Elles ont été placées verticalement et de la

bentonite a été ajoutée afin de favoriser le couplage électrique de l’extrémité de l’électrode et

du terrain. Les trois électrodes situées au niveau de la dépression (E19, E20 et E21) ont la

particularité d’être implantées avec une inclinaison de 45° environ, angle causé par le fait que

la profondeur de la dépression égale à 20 cm correspond à la hauteur de la sonde.

Un profil vertical composé de trois électrodes (E6, E3 et E5) placées à -0,95 m, -0,70

m et -0,35 m a également été mis en place à proximité de la fissure large de 10 cm dans le but

de relier le signal PS à une infiltration d’eau à cet endroit (Figure II-4).

L’électrode de référence notée E22, nécessaire à la mesure de différence de potentiel,

est placée entre les deux parcelles au niveau du biseau. En raison d’une limitation en termes

de place, le terrain étant situé en bordure d’une zone industrielle, l’électrode de référence n’a

pas pu être placée loin de la zone de mesures. Ainsi, afin de contrôler la stabilité du signal PS

au niveau de cette électrode, une seconde électrode E23 a été placée à proximité de l’électrode

de référence.

Branchement :

Le nombre élevé d’électrodes PS a nécessité l’emploi d’un multiplexeur associé à

une centrale d’acquisition CR1000 (Cambpell Scientific) constituée de huit voies

différentielles. Le multiplexeur à relais AM16/32B permet d’augmenter le nombre de voies


analogiques en multiplexant séquentiellement les différentes voies via une seule voie

commune de la centrale.

L’ensemble des voies disponibles a ainsi été utilisé lors du câblage des trente-neuf

électrodes : trente électrodes ont été câblées sur le multiplexeur en mode 2 x 32 voies (mode

choisi pour la mesure de différence de potentiel entre chaque électrode et l’électrode de

référence) et les huit autres électrodes directement branchées sur la centrale.

Les premiers enregistrements PS ont débuté le 27 octobre 2009 avec un pas de

mesure fixé à 1 h.

II.A.3.4.2. Les capteurs d’humidité

Si les capteurs d’humidité de type thétaprobes ont d’abord été choisis en fonction de

leur aptitude à mesurer des teneurs en eau ($v) dans les sols argileux, ils l’ont également été

en raison de la possibilité de disposer de longueurs de câbles élevées sans influer sur la qualité

de la mesure.

La mesure de teneur en eau volumique du sol $v est basée sur la méthode FDR

(Frequency Domain Reflectometry). Cette technique consiste à appliquer une onde haute

fréquence de 100 MHz le long de la sonde et à mesurer la différence de voltage entre l’onde

émise par la sonde et l’onde réfléchie par le sol (Delta-T Devices, 1999). Cette différence

étant fonction des propriétés diélectriques du milieu, elle varie également en fonction de la

teneur en eau.

Installation :

Un ensemble de dix capteurs d’humidité a été installé sur le site expérimental.

Chacun de ces capteurs est constitué d’un corps en PVC d’une longueur de 20 cm dont

l’extrémité est constituée de trois électrodes en acier inox de 3 mm de diamètre et de 6 cm de

long.

Deux profils verticaux ont été mis en place sur la parcelle 1 afin de suivre

l’infiltration d’eau au sein de la couverture dans deux zones, la première à proximité de l’une

des deux fissures larges de 10 cm et la seconde près du piézomètre (Figure II-4). Chacun de

ces profils verticaux est constitué de quatre capteurs, deux à -0,70 et -0,35 m dans le matériau

argilo-graveleux et deux à -0,15 et -0,10 m dans la terre végétale. Les capteurs dans le

matériau argilo-graveleux ont été placés verticalement alors que ceux dans la terre végétale

ont été installés de façon quasi-horizontale, la longueur du capteur étant supérieure à

l’épaisseur de la terre végétale. Si on estime que l’infiltration d’eau a lieu préférentiellement


au niveau de la fissure large de 10 cm, les capteurs situés au niveau du piézomètre (fermé par

un bouchon) et numérotés de 5 à 8 peuvent être considérés comme les « références » de la

parcelle 1.

Par ailleurs, afin de s’affranchir des variations d’ensoleillement, ces capteurs ont été

placés à la même distance de l’extrémité est de la parcelle 1, celle-ci étant bordée par une

rangée d’arbres.

Les deux autres capteurs d’humidité ont été placés verticalement sur la parcelle 2 à

-0,70 m dans le matériau argilo-graveleux au-dessus duquel le GSB a été posé.

Ces capteurs d’humidité nécessitent une calibration spécifique au sol, calibration qui

consiste à effectuer plusieurs prélèvements et à mesurer en laboratoire la réponse de la sonde

en fonction des différents taux d’humidité. Cette calibration n’a pas pu être réalisée puisque

les capteurs ont dus être installés au fur et à mesure de l’avancement du chantier.

Une procédure de calage de ces capteurs d’humidité a donc été développée a

posteriori. Partant du principe que les conditions hydriques du matériau de couverture ont été

constantes au cours des onze jours écoulés entre le début des enregistrements datant du 9

octobre 2009 et les premières pluies, on estime que les quatre courbes des capteurs à -0,35 et

-0,70 m doivent se superposer au cours de cette période exempte de précipitations. Après

avoir vérifié la constance de chacune des courbes au cours de cette période, elles ont été

superposées sur une courbe dite de référence. Cette dernière a été choisie en comparant la

valeur de teneur en eau volumique à une mesure de teneur en eau massique faite sur un

prélèvement de matériau effectué à -0,35 m à une date ultérieure.

Branchement :

Les capteurs ont été reliés à deux centrales d’acquisition DL6 (Delta-T Devices),

constituées chacune de six voies analogiques. Les premiers enregistrements ont eu lieu le 9

octobre 2009 avec un pas de mesure fixé à 1 h.

II.A.3.4.3. Les sondes de température

Avant leur installation, les dix sondes de température ont été étalonnées en

laboratoire à l’aide d’un bain thermostaté. Un ensemble de dix-sept paliers a été réalisé pour

l’étalonnage des sondes entre 3 et 30 °C. Le réglage pour les températures comprises entre 3

et 14 °C s’est fait par palier de 1 °C, températures jugées les plus plausibles au vu de la

localisation du site expérimental.


Installation :

Dix sondes de température de type PT100 ont été mises en place sur le site

expérimental : deux à -0,70 m au niveau de la parcelle 2 et huit selon deux profils verticaux

au niveau de la parcelle 1. Chacun des profils verticaux (l’un à proximité de l’une des deux

fissures larges de 10 cm et l’autre du piézomètre) est composé de quatre sondes placées aux

mêmes profondeurs que celles des capteurs d’humidité.

Les données de ces capteurs seront utilisées afin de corriger les résistivités

électriques de l’effet de la température dans le cadre du suivi temporel réalisé au niveau de la

parcelle 1 du site expérimental.

Branchement :

Les dix sondes de température ont été branchées sur un multiplexeur AM16/32B en

mode 4 x 16 voies, chaque sonde étant composée de quatre fils. Le multiplexeur est relié à

une centrale CR1000. Les enregistrements de données de température ont débuté le 13

novembre 2009 avec un pas de mesure fixé à 1 h.

II.A.3.5. La station météorologique

Une station météorologique (Campbell Scientific) a été mise en place le 4 septembre

2009 avant la construction du site expérimental de façon à enregistrer les variations de

conditions climatiques au cours du temps. Un panneau solaire la rend autonome en énergie.

Les données de température atmosphérique sont mesurées dans un abri ventilé placé à

1,7 m au-dessus du sol. Les précipitations sont mesurées à l’aide d’un pluviomètre à augets

basculant tous les 0,2 mm et placé à 1,2 m au-dessus du sol. Un capteur d’ensoleillement

permet également de connaître la radiation solaire à proximité immédiate du site et de

soustraire l’effet de l’évapotranspiration aux précipitations. On dispose ainsi de données de

précipitations efficaces correspondant à l’infiltration d’eau réelle dans le sol.

Le pas de mesure est fixé à 1 h. Des moyennes de température atmosphérique et des

cumuls de pluie sont par ailleurs calculés automatiquement chaque jour.


II.A.4. Suivi temporel des conditions climatiques

Dans le cadre de mesures géophysiques répétées au cours du temps sur le site

expérimental, il a été nécessaire de prendre en compte les conditions météorologiques au

moment des mesures ainsi que leur historique. Les prospections géophysiques effectuées sur

le site sont composées de :

- trois prospections en PS,

- trois prospections en ARP,

- dix-sept prospections en TRE le long de deux profils recoupant des défauts, l’un

sur la parcelle 1 et l’autre sur la parcelle 2.

Les dates de l’ensemble des prospections géophysiques sont données en Annexe 3.

Les données de pluie efficace et de température atmosphérique permettent de classer

les prospections réalisées sur le site expérimental en fonction des différentes conditions

climatiques (Figure II-5).

Dans tout le mémoire, la pluie efficace sera définie comme la pluie brute diminuée

de l’évapotranspiration (Gilli et al., 2008). Il faut cependant noter que la pluie efficace peut

être définie différemment. L’évapotranspiration correspond à l’ensemble des pertes en eau par

évaporation et transpiration par le sol et les plantes.

L’évapotranspiration a été estimée grâce à la formule de Penman-Monteith

FAO (Allen et al., 1998) : )U34,01(

)ee(U273T

900)GR(408,0

)j/mm(ET2

da2n

0#$#

%#

$#%

! , avec

Rn : la radiation nette à la surface du sol (MJ/m².j) G : le flux de chaleur du sol (MJ/m².j) T : la température atmosphérique moyenne (°C) U2 : la vitesse du vent (m/s)

# : la pente de la courbe de tension de vapeur (kPa/°C) % : la constante psychrométrique (kPa/°C) ea : la pression de vapeur saturante de l’air (kPa) ed : la pression de vapeur actuelle de l’air (kPa)


Figure II-5: Suivi des conditions météorologiques (cumuls décadaires et mensuels de la pluie efficace et moyenne journalière et mensuelle de la température atmosphérique) et dates des mesures

géophysiques effectuées sur le site expérimental

Les conditions climatiques précédant chacune des prospections vont être détaillées

ci-après pour chaque campagne de mesures géophysiques. On s’est intéressé plus

particulièrement au cumul de pluie efficace et à la température atmosphérique moyenne

calculés sur les sept jours précédant les mesures. Cependant, l’analyse des données de teneur

en eau volumique, représentatives des variations d’humidité, montrera qu’il aura été

nécessaire de prendre en compte les conditions météorologiques sur une période plus longue,

égale à trente jours. Les données de teneur en eau volumique des capteurs situés à -0,10 m


dans la terre végétale et -0,70 m dans le matériau argilo-graveleux sont également précisées à

la date des mesures.

L’ensemble de ces données permet de distinguer les mesures réalisées en période

humide de celles réalisées en période sèche.

II.A.4.1. Conditions climatiques lors des mesures de PS

Des mesures ponctuelles de PS ont été réalisées sur l’ensemble du site expérimental

le 18 février, 22 octobre et 16 novembre 2010. Les conditions météorologiques au cours des

sept jours précédant chacune des prospections sont précisées dans le Tableau II-4. Elles sont

associées aux données de teneur en eau volumique des capteurs dits de référence situés à

proximité du piézomètre (capteurs numérotés 5, 6, 7 et 8).

Conditions météorologiques

au cours des sept jours précédant les mesures

Données de teneur en eau volumique (m3.m-3) des capteurs installés à proximité du piézomètre (n°5 à 8) lors des mesures

Numéro et date des mesures

Cumul de pluie efficace

(mm)

Température atmosphérique moyenne (°C)

à -0,10 m

à -0,15 m

à -0,35 m

à -0,70 m

1 18/02/2010 1,6 0,6 0,34 0,32 0,24 0,25 2 22/10/2010 -8,8 8,6 0,11 0,16 0,17 0,20 3 16/11/2010 55,9 11,4 0,26 0,29 0,23 0,24

Tableau II-4 : Conditions météorologiques au cours des sept jours précédant les mesures PS et données de teneur en eau volumique lors des mesures sur le site expérimental

Les conditions météorologiques au cours des trente jours (Tableau II-5) rendent

compte de variations plus élevées en termes de cumul de pluie efficace entre les trois

prospections.

Conditions météorologiques au cours des trente jours précédant

les mesures PS


Cumul de pluie

efficace (mm)


1 18/02/2010 47,7 3,4 2 22/10/2010 -31,0 14,5 3 16/11/2010 103,4 10,6

Tableau II-5 : Conditions météorologiques au cours des trente jours précédant les mesures PS sur le site expérimental


L’ensemble des données ci-dessus permet de séparer la prospection effectuée le 22

octobre 2010 des deux autres prospections. Cette prospection a en effet été réalisée après un

cumul de pluie efficace négatif (respectivement égal à -8,8 et -31,0 mm au cours des sept et

trente jours précédant les mesures) contrairement aux prospections de février et novembre

2010. De plus, l’assèchement du terrain en surface à cette date se note par la présence de

valeurs de teneur en eau volumique plus faibles dans la terre végétale que dans le matériau

argilo-graveleux, valeurs inférieures à 0,21 m3.m-3 quelle que soit la profondeur du capteur.

On en conclut que la prospection du 22 octobre 2010 a eu lieu dans des conditions

dites sèches contrairement à celles du 18 février et 16 novembre 2010 réalisées dans des

conditions dites humides. Ces deux prospections présentent toutefois des cumuls de pluie

efficace différents, de 47,7 mm le 18 février et de 103,4 mm le 16 novembre (Tableau II-5). Il

est cependant difficile d’expliquer que, malgré un cumul de pluie efficace deux fois plus élevé

le 16 novembre, les valeurs de teneur en eau volumique dans la terre végétale soient plus

faibles que celles lors des mesures du 18 février 2010.

II.A.4.2. Conditions climatiques lors des mesures en ARP

Trois prospections en ARP ont été effectuées sur le site expérimental les 25 février,

27 avril 2010 et 10 mars 2011. Les conditions météorologiques au cours des sept jours

précédant chacune de ces prospections sont résumées dans le Tableau II-6.

L’humidité du terrain en surface jouant un rôle crucial dans la qualité des mesures

ARP, ce sont les variations de teneur en eau volumique dans la terre végétale, soit à -0,10 m,

qui sont à prendre en compte lors de ces trois prospections. (Tableau II-6). De ces valeurs,

liées à l’antécédent hydrique, dépend la qualité du contact entre les électrodes et le terrain.

Conditions météorologiques au cours des sept jours

précédant les mesures

Données de teneur en eau volumique (m3.m-3) des capteurs installés à

proximité du piézomètre (n°5 à 8) lors des mesures


Cumul de pluie efficace (mm)


à -0,10 m

à -0,15 m

à -0,35 m

à -0,70 m

1 25/02/2010 0,1 7,9 0,36 0,31 0,24 0,26 2 27/04/2010 -21,9 15,0 0,16 0,20 0,21 0,24 3 10/03/2011 -16,7 7,3 0,25 0,29 0,22 0,23

Tableau II-6 : Conditions météorologiques au cours des sept jours précédant les mesures ARP et données de teneur en eau volumique lors des mesures sur le site expérimental


On constate que les capteurs situés dans la terre végétale présentent le plus de

variations aux trois dates de prospection, en particulier à 0,10 m de profondeur. La teneur en

eau volumique y est de 0,16 m3.m-3 lors des mesures du 27 avril 2010 alors qu’elle est

supérieure à 0,24 m3.m-3 lors des deux autres prospections. Les teneurs en eau volumique à

0,35 et 0,70 m de profondeur diffèrent dans une moindre mesure à ces trois dates. Elles sont

respectivement comprises entre 0,21 et 0,24 m3.m-3 le 27 avril 2010, et entre 0,22 et

0,26 m3.m-3 les 25 février 2010 et 10 mars 2011.

Il est par ailleurs intéressant de remarquer que, la différence de teneur en eau

volumique dans la terre végétale lors des prospections des 27 avril 2010 et 10 mars 2011 peut

s’expliquer par un cumul de pluie efficace différent sur une période de trente jours (Tableau

II-7). En effet, l’écart de pluie efficace entre ces deux prospections, qui n’était que de 5,2 mm

sur une période de sept jours, s’élève à 61,9 mm sur une période de trente jours.

Conditions météorologiques au cours des trente jours précédant

les mesures ARP


Cumul de pluie efficace

(mm)


1 25/02/2010 36,1 3,9 2 27/04/2010 -54,9 12,1 3 10/03/2011 7,0 7,5

Tableau II-7 : Cumul de pluie efficace et température atmosphérique moyenne au cours des trente jours précédant les mesures en ARP sur le site expérimental

L’analyse ci-dessus des conditions climatiques précédant les mesures ARP a mis en

évidence que la prospection du 27 avril 2010 a eu lieu en conditions sèches et celles des 25

février 2010 et 10 mars 2011 en conditions humides.

II.A.4.3. Conditions climatiques lors des mesures de TRE

Un ensemble de dix-sept prospections de TRE a été réalisé entre les mois d’octobre

2009 et de juillet 2011. Des mesures ont ainsi été effectuées le long de plusieurs profils

recoupant l’ensemble des anomalies volontairement créées sur le site expérimental (Figure

II-20).


Les mesures qui vont être présentées par la suite sont au nombre de dix-sept réparties

de la façon suivante :

- douze le long d’un profil noté TRE2, situé au droit de la fissure large de 10 cm et du

géodrain placé à -0,75 m (parcelle 1),

- cinq le long d’un profil noté TRE6, situé au droit de l’arrachage et du défaut de

recouvrement créés au niveau du GSB (parcelle 2).

L’évolution des précipitations efficaces, de la température atmosphérique et de la

teneur en eau volumique à 0,10 et 0,70 m de profondeur à proximité du piézomètre au cours

du temps est indiquée en Figure II-6. Seules les dates des prospections réalisées le long du

profil TRE2 sont précisées par une ligne noire à laquelle est affecté un numéro (en rouge).


Figure II-6 : Données de pluie efficace et de température atmosphérique à proximité du site expérimental et données d’humidité à 0,10 et 0,70 m de profondeur au sein de la parcelle 1


Les cumuls de pluie efficace ainsi que la température atmosphérique moyenne au

cours des sept et trente jours précédant chacune des mesures de tomographie sont précisés

dans le Tableau II-8. Les prospections effectuées le long de TRE2 et TRE6 sont

respectivement identifiées par des numéros et des lettres associés aux dates de mesures.

Conditions météorologiques

au cours des sept jours précédant les mesures

au cours des trente jours précédant les mesures

Identification et date des mesures





1 22/10/2009 11,6 8,4 -38,5 14,6 2 02/02/2010 6,5 1,5 58,0 2,5 A 04/02/2010 6,4 2,8 47,8 2,7 3 10/02/2010 29,4 6,1 79,9 4,2 4 27/09/2010 -7,5 15,8 -71,5 17,0 B 28/09/2010 -6,9 15,4 -70,4 16,7 5 19/11/2010 27,1 10,0 114,6 10,4 6 08/02/2011 -2,8 5,3 3,6 5,1 7 19/04/2011 -26,9 12,6 -55,0 13,2 8 03/05/2011 -28,4 16,1 -100,9 15,3

9/C 20/05/2011 -24,0 16,7 -115,8 17,4 10 07/06/2011 -7,0 18,6 -81,0 18,1 11 11/07/2011 -29,2 20,7 -119,0 19,8 D 22/07/2011 29,2 17,0 -66,3 19,9

12/E 28/07/2011 -7,2 18,3 -55,2 19,4

Tableau II-8 : Conditions météorologiques au cours des sept et trente jours précédant les mesures effectuées le long des profils TRE2 et TRE6 sur le site expérimental ; les prospections réalisées en

période humide sont figurées en bleu

Les six prospections réalisées en octobre 2009, novembre 2010 et février 2011

(identifiées par les numéros 1, 2, 3, 5 et 6 et la lettre A dans le Tableau II-8) l’ont été alors

que les cumuls de pluie efficace étaient compris entre -2,8 et 29,4 mm et les températures

atmosphériques variaient de 1,5 à 10,0 °C (valeurs calculées sur les sept jours précédant les

mesures).

On peut également constater que la température à -0,70 m dans le matériau argilo-

graveleux est supérieure à celle à -0,10 m dans la terre végétale (Tableau II-9). L’écart de

température entre les deux capteurs distants de 60 cm varie de 0,8 à 4,8 °C selon la date de

mesures.


Les conditions climatiques observées lors des neuf autres mesures, effectuées en

septembre 2010 et entre avril et juillet 2011, diffèrent de celles des six prospections

précédentes. Ces prospections sont tout d’abord marquées par des cumuls de pluie efficace

négatifs allant de -7,5 à -29,2 mm (valeurs calculées sur les sept jours précédant les mesures),

excepté pour la prospection du 22 juillet 2011. Cette absence de précipitations efficaces a

entraîné une diminution de l’humidité au sein du matériau argilo-graveleux. Les valeurs de

teneur en eau volumique lors de ces mesures sont globalement inférieures à 0,22 m3.m-3 à

0,70 m de profondeur (Tableau II-9).

Ces prospections se sont également déroulées alors que les températures

atmosphériques étaient élevées, comprises entre 12,6 et 20,7 °C (Tableau II-8). On remarque

par ailleurs que la température à -0,70 m dans le matériau argilo-graveleux est inférieure à

celle à -0,10 m dans la terre végétale. L’écart de température entre les deux capteurs distants

de 60 cm est compris entre -2,8 et 1,6 °C. On peut noter que lors des prospections des 7 juin,

11 et 28 juillet 2011 la température à 0,70 m de profondeur est supérieure à celle de la terre

végétale. Cette différence de comportement en période sèche peut être causée par l’apparition

d’une ou plusieurs fentes de dessiccation à proximité du capteur qui expliquerait la

température plus élevée en profondeur.

La prospection du 19 avril 2011, pour laquelle la teneur en eau volumique est de

0,22 m3.m-3 à -0,70 m, est réalisée dans des conditions intermédiaires à celles des deux

catégories de prospection précédentes. On peut noter que, même si la teneur en eau volumique

lors de cette prospection est du même ordre que celle du 22 octobre 2009, les différences en

termes de pluie efficace et de température atmosphérique lors de ces deux prospections

entraînent une humidité différente de la terre végétale (prospections numérotées 1 et 7 en

Figure II-6 c et Tableau II-9). En effet, la valeur de teneur en eau volumique à 0,10 m de

profondeur donnée par le capteur placé à proximité du piézomètre est respectivement de 0,31

et 0,17 m3.m-3 les 22 octobre 2009 et 19 avril 2011. Il y a donc une variation d’humidité dans

la terre végétale de plus de 80 % entre ces deux dates.


Données des capteurs installés à proximité du piézomètre Teneur en eau volumique (m3.m-3) Température (°C)

Numéro et date des mesures à -0,10 m à -0,70 m -0,10 m à -0,70 m1 22/10/2009 0,31 0,23 10,2 13,5 2 02/02/2010 0,33 0,26 1,1 5,0 3 10/02/2010 0,33 0,26 1,1 5,9 4 27/09/2010 0,11 0,20 19,9 19,0 5 19/11/2010 0,27 0,25 9,3 12,1 6 08/02/2011 0,26 0,23 5,5 6,3 7 19/04/2011 0,17 0,22 16,5 14,9 8 03/05/2011 0,14 0,20 18,7 17,4 9 20/05/2011 0,12 0,19 20,0 19,5 10 07/06/2011 0,14 0,18 20,1 20,3 11 11/07/2011 0,11 0,18 19,3 22,1 12 28/07/2011 0,21 0,17 20,0 20,7

Tableau II-9 : Données de teneur en eau volumique et de température à proximité du piézomètre, à -0,10 m dans la terre végétale et à -0,70 m dans le matériau argilo-graveleux, lors des mesures

effectuées le long du profil TRE2 ; les prospections réalisées en période humide sont figurées en bleu

L’analyse précédente des conditions hydrique et thermique observées lors des quinze

campagnes de prospection a permis de classer les mesures selon deux périodes, humide ou

sèche. Ainsi, les mesures réalisées en octobre 2009, février et novembre 2010, et février 2011

se sont déroulées dans des conditions humides, les autres mesures ayant eu lieu en période

sèche.

II.B. PROTOCOLES ET TRAITEMENT DES MESURES GEOPHYSIQUES

Cette partie traite des protocoles d’acquisition des mesures effectuées en PS, ARP et

TRE sur le site expérimental. Les paramètres d’acquisition choisis y sont détaillés pour

chaque méthode géophysique. Les traitements effectués sur les mesures y sont également

présentés.

II.B.1. Mesures continues de PS

Le suivi temporel PS est effectué en continu avec un pas d’enregistrement d’1 h à

l’aide d’électrodes mis en place à demeure dans le matériau argilo-graveleux, à proximité des

défauts créés au niveau des deux parcelles (Figure II-4).


Les enregistrements des signaux PS sur les trente-huit électrodes de mesures ont mis

en évidence la présence d’un niveau de bruit élevé, d’amplitude de plus de 5 mV en l’absence

de changements de température et d’humidité au sein des parcelles.

II.B.1.1. Amélioration du rapport signal sur bruit

Dans le but d’évaluer le niveau de bruit, une phase d’enregistrement a été réalisée

avec un pas de mesure de 5 minutes le 12 juillet 2010 en période sèche.

Cet enregistrement « haute fréquence » a révélé la présence de nombreux pics sur

l’ensemble des électrodes de mesures. Pour plus de clarté, seuls les enregistrements de quatre

électrodes sur une durée de trois heures ont été reportés en Figure II-7 a. Les électrodes E1 et

E10 (emplacements en Figure II-4) présentent notamment des pics d’amplitude non

négligeable, entre 2 et 7 mV pour l’électrode E10 et jusqu’à 9 mV pour l’électrode E1 par

rapport à la moyenne du signal PS lors de cet enregistrement.

a) Le 12 juillet 2010 b) Le 20 septembre 2010

Figure II-7 : Comparaison entre les mesures de PS acquises toutes les cinq minutes le 12 juillet et le 20 septembre 2010 sur une durée de trois heures au niveau des électrodes E1, E10, E20 et E23

Après vérification du programme d’acquisition des données PS au niveau de la

centrale d’acquisition, il s’est avéré que le filtrage du niveau de bruit était fixé à 60 Hz au lieu

de 50 Hz. De plus, des tests réalisés à l’emplacement de la centrale ont montré que des

mesures de conductivité de l’eau réalisées par ailleurs en continu dans un forage proche

participaient à la perturbation du signal PS.


Ces deux éléments ont donc été modifiés : le filtrage du niveau de bruit a été placé à

50 Hz et les mesures de conductivité de l’eau ont été arrêtées.

Suite à ces modifications, un second enregistrement PS a eu lieu toutes les 5 minutes

le 20 septembre 2010 (Figure II-7 b) dans des conditions constantes de température et

d’humidité. On peut noter que les signaux PS sur cet enregistrement sont plus stables. Des

variations existent toutefois, en particulier au niveau des électrodes E1 et E10 mais d’amplitude

plus faible que lors du premier enregistrement (Figure II-7 a). L’amplitude maximale des pics

par rapport à la moyenne du signal est de l’ordre de 2 mV.

II.B.1.2. Variation du niveau de bruit selon l’électrode

Les modifications apportées au niveau des enregistrements PS ont engendré une

baisse significative du bruit. Il a cependant pu être constaté que le niveau de bruit était

variable selon l’électrode. Afin de le quantifier, un graphique de l’écart-type du signal PS a

été réalisé en fonction de numéro de l’électrode lors des enregistrements des 12 juillet et 20

septembre 2010 (Figure II-8).

Figure II-8 : Ecart-type du signal PS calculé sur une durée de trois heures lors des enregistrements des 12 juillet et 20 septembre 2010 (effectués avec un pas de mesure de cinq minutes) en fonction du

numéro de l’électrode

Le graphique ci-dessus indique tout d’abord une diminution de moitié du niveau de

bruit entre les enregistrements des 12 juillet et 20 septembre 2010, confirmant l’amélioration

du rapport signal sur bruit opérée entre ces deux dates. Il montre ensuite une diminution du

niveau de bruit de l’électrode E1 à E22 et une augmentation de celui-ci de l’électrode E22 à E39.

Le bruit semble néanmoins globalement se répartir par groupe de quatre électrodes.


Cependant, cette différence n’apparaît pas être liée à la longueur de câble reliant l’électrode à

la centrale d’acquisition, longueur qui augmente globalement avec le numéro de l’électrode.

Une influence de la position de l’électrode de mesure par rapport à celle de

l’électrode de référence au niveau du multiplexeur et de la centrale d’acquisition pourrait

également être envisageable. Cette hypothèse n’a cependant pas pu être vérifiée.

II.B.1.3. Filtrage des données brutes

Dans le but de supprimer le bruit résiduel présent sur les signaux PS des électrodes et

de pouvoir exploiter les données enregistrées avant le 12 juillet 2010, un programme Matlab a

été écrit. Ce programme permet le filtrage des données qui s’éloignent de la moyenne du

signal PS (Figure II-7 a). Le calcul de la moyenne glissante se fait sur une période dépendant

de la durée entre deux pics. Lors de l’enregistrement du 12 juillet 2010, le calcul a été fait sur

cinq points correspondant à une période de vingt-cinq minutes. Le filtrage a ensuite eu lieu

sur les données qui s’éloignent de la moyenne au-delà d’un seuil fixé à deux fois l’écart-type.

Un exemple de suppression du bruit sur le signal PS est montré en Figure II-9 au

niveau de l’électrode E10, lors des enregistrements des 12 juillet et 20 septembre 2010.

a) Le 12 juillet 2010 b) Le 20 septembre 2010

Figure II-9 : Comparaison entre les données filtrées et les données brutes PS lors des enregistrements des 12 juillet et 20 septembre 2010 effectués avec un pas de mesure de cinq minutes

Le filtrage du signal brut de PS à l’aide du programme écrit sous Matlab permet

d’obtenir un signal lissé où l’effet du bruit est négligeable. Ce traitement permet par


conséquent d’exploiter l’ensemble des données, y compris celles acquises avant les

modifications entraînant une amélioration du rapport signal sur bruit (cf. § II.B.1.1).

Par ailleurs, dans le but de diminuer l’influence du traitement effectué après

l’acquisition des données, le calcul de paramètres statistiques a été inclus dans le programme

d’acquisition de la centrale. A chaque mesure, les valeurs minimale et maximale, la moyenne

et l’écart-type sont enregistrés. Par exemple, pour un pas de cinq minutes, le calcul des

paramètres statistiques se fait sur cinq valeurs, chacune d’entre elles étant acquises toutes les

minutes.

Les écart-types moyens fournis par la centrale d’acquisition montrent globalement

une répartition des valeurs par anomalie (Figure II-10). La précision des mesures diffère ainsi

selon l’électrode. On constate par exemple que les électrodes situées à proximité de la fissure

large de 10 cm (numérotées E1 à E6 en Figure II-10 a) présentent un écart-type moyen de

l’ordre de 0,55 mV alors que les électrodes au niveau de l’arrachage du GSB (numérotées E28

à E31 en Figure II-10 b) montrent un écart-type plus faible, de l’ordre de 0,20 mV. La

connaissance de la précision des mesures sera utile lors de l’analyse temporelle des signaux

PS (cf. § II.C.1).

Figure II-10 : Ecart-type moyen fourni par la centrale d’acquisition pour chaque électrode mesurée avec un pas de cinq minutes sur la période du 10 au 18 novembre 2010


II.B.2. Mesures ponctuelles de PS

Quelle que soit la date de la prospection, les mesures PS ont été réalisées le matin

aux nœuds d’un réseau à maille carrée de 2 m sur l’ensemble du site expérimental.

II.B.2.1. Acquisition

Les points de mesures, au nombre de 119, sont répartis sur sept profils, notés PS1 à

PS7 et orientés nord-ouest sud-est (Figure II-11). Chaque mesure est précédée du creusement

d’un trou à la pelle, de quelques centimètres de profondeur, dans lequel est ajouté de la boue

de bentonite qui permet d’améliorer le contact électrique entre l’extrémité de l’électrode et le

terrain. Avant de commencer la prospection, une mesure de différence de potentiel est réalisée

entre l’électrode de mesure et l’électrode de base, toutes deux placées dans le trou de

l’électrode de base (indiqué par une étoile en Figure II-11). A l’issue des mesures effectuées

sur chacun des profils, une différence de potentiel est à nouveau mesurée à l’emplacement de

l’électrode de base. Ces retours à la base permettent de connaître la variation du signal PS de

l’électrode de base et donc de corriger les mesures lors du traitement.

Figure II-11: Emplacement des points de mesure PS sur le site expérimental


II.B.2.2. Correction de dérive

Le signal PS à l’électrode de base évolue de façon identique lors des trois

prospections (Figure II-12 et Figure II-13). Il se caractérise par une augmentation d’amplitude

comprise entre 4 et 8 mV lors de la réalisation des deux premiers profils de mesure (PS1 et

PS2) suivie d’une stabilisation jusqu’à la fin de la prospection.

Figure II-12 : Evolution de la dérive de l’électrode mesurée à l’emplacement de l’électrode de base en fonction du temps : prospections en période humide

Figure II-13 : Evolution de la dérive de l’électrode mesurée à l’emplacement de l’électrode de base en fonction du temps : prospection du 22 octobre 2010 en période sèche

L’évolution de la dérive de l’électrode mesurée à l’emplacement de l’électrode de

base peut être représentée par des lois de type puissance (pour les prospections de février et


octobre 2010 - Figure II-12 a et Figure II-13) et polynomiale du second ordre (pour la

prospection de novembre 2010 -Figure II-12 b). Il est alors possible de corriger l’effet de

dérive en retirant cette tendance aux valeurs brutes de PS.

II.B.2.3. Test de répétabilité

Les mesures en période sèche étant plus difficiles à réaliser en raison de l’état sec du

terrain en surface, un test de répétabilité a été mené afin de déterminer si les mesures sont

reproductibles à cette période de l’année (cf. §II.A.4.1).

Une prospection a été réalisée la veille de celle du 22 octobre 2010, permettant

d’estimer la précision des mesures PS. La différence de cartes de PS entre ces deux dates

(Figure II-14) ainsi que le calcul de certains paramètres statistiques (Tableau II-10) a permis

de mettre en évidence le faible écart de PS mesuré à un jour d’intervalle. Ce dernier est

inférieur à 2 mV pour la plupart des points, avec une moyenne égale à 0,5 mV.

Les différences élevées de PS entre les mesures du 21 et 22 octobre 2010 s’observent

au niveau de points situés en bordure du site expérimental (points de coordonnées (1,5; 9,5) et

(33,5; 3,5) en Figure II-14).

Figure II-14 : Carte de la différence de PS entre les mesures du 22 et du 21 octobre 2010 sur le site expérimental


Paramètres statistiques Différence de PS entre le 22 et

le 21 octobre 2010 (mV) Minimum -6,4 1er quartile -0,6 Moyenne 0,5 Médiane 0,8

3ème quartile 2,0 Maximum 7,8

Tableau II-10 : Paramètres statistiques de la différence entre les mesures de PS effectuées les 22 et 21

octobre 2010 tous les 2 m le long des profils PS1 à PS7, après correction de dérive

Ce test de répétabilité a montré que, même en période sèche, les mesures PS sur le

site expérimental sont reproductibles. Les variations de PS sont comprises entre -3 et +3 mV

pour 82 % des points de mesure. Il a également permis de révéler l’existence de zones plus

instables où l’écart de mesure PS peut être six fois plus important que l’écart moyen égal à

0,5 mV. Ces zones sont situées en bordure du site expérimental, notamment en limites nord-

ouest et sud-est. Les mesures moins précises à ces endroits pourraient être reliées à la

présence d’hétérogénéités locales perturbant le signal PS.

II.B.3. Mesures ARP

Trois prospections ARP ont été effectuées au moyen du dispositif ARP 11 par

GEOCARTA sur le site expérimental le 25 février, 27 avril 2010 et 10 mars 2011. Il convient

de préciser les paramètres d’acquisition (intensité du courant injecté, GPS…) utilisés lors de

ces mesures, paramètres qui ont été ajustés au fil des prospections.

L’acquisition des mesures ARP s’est faite différemment lors des trois prospections

(Tableau II-11).

Intensité du courant

injecté (mA) Positionnement GPS différentiel

Espacement inter-profil

(m)

Humidité du terrain en surface Date des

mesures ARP Parcelle

1 Parcelle

2 25/02/2010 0,5 0,1 cinématique relatif 1,0 suffisante

27/04/2010 0,5 cinématique relatif

(Real Time Kinematic - RTK)

0,5 insuffisante

10/03/2011 5 cinématique relatif

(RTK) 0,5 suffisante

Tableau II-11 : Paramètres d’acquisition des mesures ARP effectuées sur le site expérimental


II.B.3.1. Intensité du courant injecté

Trois valeurs d’intensité du courant injecté ont été mises en œuvre sur le site

expérimental : 0,5 et 0,1 mA respectivement sur les parcelles 1 et 2 le 25 février, puis 5 mA le

10 mars 2011.

II.B.3.2. Type de positionnement GPS utilisé

Le positionnement GPS différentiel utilisé pour les mesures a été réalisé en

cinématique relatif lors des trois prospections. Il est basé sur le calcul de distances entre le

récepteur GPS mobile installé sur l’ARP et plusieurs satellites. La station de référence

compare la position calculée à partir du signal GPS avec la position réelle, puis réémet les

corrections à apporter vers le récepteur mobile installé sur l’ARP (Figure II-15).

Les stations de référence utilisées lors des trois prospections n’ont cependant pas été

les mêmes. En effet, le 25 février 2010, les corrections ont été calculées grâce à un réseau de

stations fixes installées dans le monde entier qui ont retransmis leur position à un satellite. La

précision de ce positionnement dépend principalement de la position des satellites et de leur

nombre. En raison de la présence d’arbres bordant le site expérimental, ce positionnement

s’est révélé insuffisant.

Figure II-15 : Positionnement cinématique relatif utilisé lors des mesures ARP sur le site

expérimental (d’après Erickson, 1993)

Lors des deux autres prospections, le positionnement a été effectué avec un GPS

différentiel de type RTK. Pour cela, une station de référence avec une antenne émettrice a été

placée à proximité du site expérimental. Ce positionnement cinématique relatif est plus précis

et nécessaire à l’échelle du site expérimental de dimensions 33 m par 12 m.


II.B.3.3. Espacement inter-profils

Les mesures ARP tractées par un quad ont été effectuées selon des profils espacés de

1,0 m lors de la première prospection. Cet espacement inter-profil ayant été jugé trop élevé au

vu de la taille des défauts présents sur le site expérimental, il a été réduit à 0,5 m lors des

prospections suivantes.

Deux sens de prospection ont également été testés : longitudinal de direction nord-

ouest sud-est (Figure II-16) et transversal de direction nord-est sud-ouest afin de déterminer

l’influence des défauts en termes de résistivité électrique apparente selon le sens d’injection

du courant.

a) Schéma du dispositif ARP 11 b) Acquisition des mesures dans le sens

longitudinal

Figure II-16 : Schéma et photographie du dispositif ARP utilisé sur le site expérimental

La deuxième prospection, réalisée en période sèche, en présence d’un terrain sec en

surface, n’a pas permis l’acquisition de données de bonne qualité due à un mauvais contact

entre les électrodes et la terre végétale. Le dispositif ARP 11 utilisé sur le site expérimental en

raison de son faible poids (conçu notamment pour ne pas endommager les capteurs présents

dans la terre végétale) s’est en effet révélé trop léger dans ces circonstances.

Ainsi, seule la prospection effectuée le 10 mars 2011 a réuni les paramètres

d’acquisition adaptés et les conditions d’humidité favorables à l’acquisition de données

exploitables.


II.B.4. Mesures de tomographie de résistivité électrique

Deux tomographies électriques constituées de 72 électrodes espacées de 0,5 m (soit

une longueur totale de 35,5 m) ont été mises en œuvre sur le site expérimental le 2 octobre

2009. Elles ont été positionnées de façon à recouper certains des défauts créés (Figure II-17).

La première tomographie notée TRE’ est placée au droit des deux fissures remplies

de sable larges de 10 et 4 cm traversant toute l’épaisseur du matériau de couverture. La

seconde tomographie notée TRE’’est quant à elle située au droit de la déchirure et de

l’arrachage réalisés au niveau du GSB.

Figure II-17 : Emplacements des deux tomographies électriques tests effectuées sur le site expérimental le 2 octobre 2009

II.B.4.1. Test des paramètres d’acquisition

Les mesures le long de ces tomographies électriques ont été réalisées dans le but de

tester :

- plusieurs dispositifs,

- le temps d’injection de courant électrique,

- l’espacement inter-électrode.


II.B.4.1.1. Dispositifs de mesure

Les trois dispositifs testés ont été le gradient, le dipôle-dipôle et le Wenner-! afin de

déterminer leur sensibilité vis-à-vis des défauts présents au niveau des deux parcelles.

L’extraction des résistivités électriques à la profondeur de -0,67 m entre 1,5 et 19 m

pour les trois dispositifs a permis d’identifier le dispositif pour lequel l’influence de la fissure

est la plus grande (Figure II-18). Deux méthodes d’inversion ont également été testées : L1 et

L2.

Figure II-18 : Résistivités électriques issues des mesures en dispositifs gradient, dipôle-dipôle et

Wenner-! le long de la tomographie test TRE’ à la profondeur de -0,67 m correspondant au milieu du bloc

On constate tout d’abord que les résistivités électriques issues de l’inversion L2

montrent des variations de plus faible amplitude comparées à celles issues de l’inversion L1.

C’est avec le dispositif gradient que l’augmentation de résistivité électrique au niveau de la

fissure large de 10 cm (notée F.10 en Figure II-18) à 4,5 m du début du profil est la plus

élevée. Elle atteint une valeur de 230 .m alors que celle-ci est de 110 .m avec le dispositif

dipôle-dipôle. Le dispositif Wenner-! est le dispositif qui présente le moins de variations de

résistivité électrique et ce quel que soit le type d’inversion. La résistivité électrique au niveau

de la même fissure y est de l’ordre de 80 .m.

On observe ensuite une seconde augmentation de résistivité électrique entre 12 et

14 m correspondant à l’emplacement de la fissure large de 4 cm (notée F.4 en Figure II-18)

recoupée par la tomographie avec un angle d’environ 30° (Figure II-17). Le maximum de


résistivité électrique s’élève à cet endroit à 110 et 80 .m respectivement sur les mesures des

dispositifs gradient et dipôle-dipôle.

Etant donné que c’est avec le dispositif Wenner-! que les augmentations de

résistivité électrique au droit des deux fissures sont les plus faibles, ce dispositif ne sera pas

conservé pour les mesures réalisées sur le site expérimental.

II.B.4.1.2. Espacement inter-électrodes

Les mesures le long des deux tomographies test ont été effectuées avec un

espacement inter-électrodes de 0,5 m. Les fissures de 10 et 4 cm au sein du matériau argilo-

graveleux ont été identifiées par une augmentation significative des résistivités électriques.

L’espacement inter-électrodes de 0,5 m est par conséquent suffisant pour permettre la

détection de ces deux fissures.

En revanche, les défauts déchirure et arrachage du GSB recoupés au niveau de la

parcelle 2 n’ont pas été détectés. Il a donc été décidé de diminuer l’espacement inter-

électrodes à 0,25 m pour les mesures effectuées sur la parcelle 2.

II.B.4.1.3. Temps d’injection du courant électrique

Trois temps d’injection ont été testés dans le cas du dispositif dipôle-dipôle sur la

tomographie TRE’’ : 250 ms, 500 ms et 1 s.

Lors de l’acquisition des mesures, le facteur dit de qualité Q permettant de quantifier

la dispersion des mesures est enregistré. Sa valeur seuil a été fixée à 0,2 %, ce qui signifie

que, si au bout d’un cycle composé de trois mesures successives la différence entre ces

mesures est supérieure à 0,2 %, une mesure supplémentaire est effectuée, et ainsi de suite

jusqu’à un nombre maximum fixé à 6 (programmation du Syscal Pro).

Le facteur de qualité est un coefficient de variation (Peter-Borie et al., 2011) dont

l’expression est la suivante :

& '

aa

N

1i

2ai,a

NQ"

(!

"

"%"

!

)!

, où "a,i est la résistivité électrique apparente mesurée à

l’itération i, a" est la résistivité électrique moyenne obtenue avec N le nombre de stack et &

est l’écart-type.


L’analyse du coefficient de variation révèle des valeurs différentes selon la parcelle

(Figure II-19). La valeur moyenne du coefficient de variation de l’ensemble des points de

mesures de la tomographie test TRE’’est identique et inférieure au 0,2 % fixé quel que soit le

temps d’injection pour les mesures de la parcelle 1 (Figure II-19 a). En revanche, le

coefficient de variation est plus élevé pour les mesures de la parcelle 2 et suit une relation

exponentielle décroissante avec le temps d’injection. Seules les mesures effectuées avec un

temps d’injection de 1 s présentent une valeur moyenne du coefficient de variation inférieure

à 0,2 %.

Figure II-19 : Etude des mesures réalisées en dispositif dipôle-dipôle le long de la tomographie test TRE’’ en fonction du temps d’injection croissant

Si l’on s’intéresse maintenant au pourcentage de mesures pour lequel le coefficient

de variation est inférieur à 0,2 % après un nombre de cycles égal à 3 (Figure II-19 b), on

constate également une différence de comportement d’une parcelle à l’autre. En effet, le

pourcentage de mesures est très élevé pour les mesures de la parcelle 1 et ce quel que soit le

temps d’injection. Il atteint 99,7 % avec un temps d’injection égal à 500 ms. Pour les mesures

de la parcelle 2, le pourcentage augmente avec le temps d’injection pour atteindre une valeur

maximale de 78,7 % avec 1 s d’injection de courant électrique.

L’analyse précédente effectuée le long des deux tomographies test TRE’ et TRE’’ a

montré la nécessité d’effectuer les mesures séparément sur les deux parcelles. Il est ainsi


possible d’adapter le temps d’injection et l’espacement inter-électrodes sur chacune des deux

parcelles (Tableau II-12).

Parcelle 1 Parcelle 2

Dispositifs de mesure - gradient

- dipôle-dipôle- gradient

- dipôle-dipôle Temps d’injection

(ms) 500 1000

Espacement inter-électrodes (m)

0,5 0,25

Tableau II-12 : Caractéristiques des paramètres d’acquisition pour les mesures de tomographie de résistivité électrique réalisées sur les parcelles 1 et 2

Six tomographies électriques ont par conséquent été placées de façon à recouper

l’ensemble des défauts présents sur le site expérimental (Figure II-20).

Figure II-20 : Emplacement des tomographies électriques effectuées sur le site expérimental

II.B.4.2. Traitement : correction de température

II.B.4.2.1. Parcelle 1

Les résistivités électriques apparentes des différentes prospections ont tout d’abord

été inversées avec le logiciel RES2DINV© au moyen d’une inversion robuste (Loke et al.,

2003) associée à un affinage du maillage du modèle.


Les résistivités vraies localisées au niveau de la couverture ont ensuite été corrigées

de l’effet de la température grâce aux données des capteurs placés au sein du site expérimental

(Figure II-4). Pour cela, on fait l’hypothèse que les températures enregistrées à proximité du

piézomètre sont représentatives de celles de l’ensemble de la couverture à la même

profondeur. La position de ces capteurs permet de prendre en compte la variation de la

température avec la profondeur, ceux-ci étant placés à -0,10 et -0,15 m dans la terre végétale

(capteurs numérotés 5 et 6 près du piézomètre) et à -0,35 et -0,70 m dans le matériau argilo-

graveleux (capteurs numérotés 7 et 8 près du piézomètre).

Concernant les corrections de température, il existe différents modèles permettant de

ramener les valeurs de résistivité électrique mesurées à une température T notées "T à la

température de référence de 25 °C notées "25 (Ma et al., 2010). Le facteur de correction fT

peut être exprimé à l’aide de différentes fonctions : linéaire (Campbell et al., 1948),

exponentielle (Sheets et Hendrickx, 1995 ; Lück et al., 2005 ; Corwin et Lesch, 2005), ou

encore puissance (Besson et al., 2008).

Dans leur article, Ma et al. (2010) ont comparé les différentes expressions du facteur

de correction à des mesures de résistivité électrique faites à différentes températures sur des

prélèvements de sol et publiées dans l’Agriculture Handbook n°60 (U.S. Salinity Laboratory

Staff, 1954).

L’expression * + 2525TT )815.26Texp(4034.14470.0f ",%,#!",!" , établie par

Corwin et Lesch en 2005, est celle pour laquelle les résidus calculés par rapport aux données

de l’Agriculture Handbook, pour des températures comprises entre 3 et 47 °C, sont les plus

faibles. C’est donc cette expression qui a été utilisée pour corriger les résistivités électriques.

Les résistivités électriques inversées et corrigées de la température seront présentés

sous forme de blocs (cf. §II.C.4.1). Seuls les niveaux correspondant à la couverture sont

représentés sur les modèles, les niveaux sous-jacents au-delà de 1,19 m de profondeur

correspondant aux alluvions n’ont pas été corrigés de l’effet de la température, en l’absence

de capteur au-delà de 0,70 m de profondeur. Les corrections de température ont été faites de

la manière suivante : la valeur de température du capteur à -0,10 m a été appliquée jusqu’à

-0,13 m, celle du capteur à -0,15 m jusqu’à -0,26 m, celle du capteur à -0,35 m jusqu’à

-0,58 m et celle du capteur à -0,70 m jusqu’à -1,19 m.


II.B.4.2.2. Parcelle 2

Les résistivités électriques issues des mesures réalisées le long des profils situés sur

la parcelle 2 n’ont pas été corrigées de l’effet de la température.

En effet, on ne dispose que des données de température de deux capteurs situés à

0,70 m de profondeur (Figure II-4). A cette profondeur, on peut néanmoins noter que la

température varie de 6,1 à 19,5 °C lors des cinq prospections réalisées sur cette parcelle

(Tableau II-13). La variation de résistivité électrique engendrée par cet écart de température

(en prenant une résistivité de 30 .m à 10 °C correspondant à celle du matériau argilo-

graveleux) est de l’ordre de 11 .m. Cette valeur est cependant négligeable comparée à la

résistivité réelle du GSB sus-jacent, d’au moins 120 000 .m.

Température à 0,70 m de

profondeur lors des mesures (°C)


Capteur proche de la

déchirure

Capteur de référence

A 04/02/2010 6,1 6,6 B 28/09/2010 19,0 19,3 C 20/05/2011 16,1 16,7 D 22/07/2011 19,2 19,1 E 28/07/2011 19,5 19,4

Tableau II-13 : Données de température à -0,70 m dans le matériau argilo-graveleux lors des mesures effectuées sur la parcelle 2


II.C. RESULTATS DES MESURES GEOPHYSIQUES

Cette partie est consacrée à la présentation des résultats acquis à l’aide des trois

méthodes géophysiques dont les protocoles et traitements ont été définis dans la partie

précédente.

L’objectif de cette partie est de déterminer la capacité des trois méthodes, PS (suivi

en continu et mesures ponctuelles), ARP et TRE, à détecter les défauts volontairement créés

au sein des deux parcelles expérimentales. De plus, l’acquisition des mesures en période

humide et sèche a permis de définir les conditions climatiques favorables à la détection des

défauts pour chacune des trois méthodes.

II.C.1. Mesures continues de PS

Un réseau d’électrodes a été mis en place en profondeur sur le site expérimental afin

de suivre l’infiltration des eaux de pluie au cours du temps. Les électrodes PS ont pour cela

été installées à proximité des défauts volontairement créés, l’infiltration de l’eau à ces

endroits y étant facilitée.

Le suivi temporel des écoulements d’eau dans le sol avec des électrodes installées à

demeure a déjà été fait l’objet de travaux dont les plus récents sont ceux de Béhaegel (2006)

pour l’étude des circulations hydriques sur le site de La Soute et ceux de Méric (2006) sur le

site du mouvement de Séchilienne. Des études antérieures menées par Thony et al. (1997),

Perrier et Morat (2000) et Doussan et al. (2002) avaient étudiée la réponse PS à l’infiltration

de l’eau de pluie dans le sol.

L’analyse des mesures continues de PS s’est faite plus particulièrement au niveau de

deux des défauts créés : la fissure large de 10 cm sur la parcelle 1 (électrodes E1 à E6) et

l’arrachage du GSB sur la parcelle 2 (électrodes E28 à E31). Deux enregistrements sont

détaillés ci-après, le premier en période humide et le second en période sèche. Leur analyse

est précédée de l’étude de l’influence de la température et de la teneur en eau volumique sur

les signaux PS.


II.C.1.1. Influence de la température et de la teneur en eau volumique

L’influence de la température et de la teneur en eau volumique sur les signaux PS des

électrodes situées à proximité de la fissure large de 10 cm va être étudiée du 20 septembre au

15 octobre 2011. Au cours de cette période exempte de précipitations, la teneur en eau

volumique est constante à 0,35 et 0,70 m de profondeur (Figure II-29). L’étude des variations

des signaux PS va être réalisée parallèlement à celles de la température et de la teneur en eau

volumique dans la terre végétale.

II.C.1.1.1. A 0,10 m de profondeur : variations diurnes

Les enregistrements réalisés sur la période du 20 septembre au 15 octobre 2011 sont

marqués par des variations diurnes de température et de teneur en eau volumique à 0,10 m de

profondeur (Figure II-21 a et b). Les données reportées en Figure II-21 b) sont celles du

capteur de teneur en eau volumique situé près du piézomètre en raison d’un problème apparu

à partir d’avril 2011 au niveau du capteur situé à la même profondeur à proximité de la fissure

large de 10 cm. De plus, afin de rendre compte des variations locales à l’endroit de la fissure

large de 10 cm, le signal PS de l’électrode E6 située à 0,95 m de profondeur a été soustrait aux

données des électrodes E1 à E5. Cela a permis d’analyser le gradient local de PS tout en

s’affranchissant du bruit observé entre les électrodes de mesure et l’électrode de référence E22

(Figure II-8). L’électrode E6, la plus profonde, a été choisie car c’est celle qui est considérée

comme étant la plus stable vis-à-vis des infiltrations d’eau au sein de la couverture.

Au cours de la période du 20 septembre au 15 octobre 2011, la température et la

teneur volumique à 0,10 m de profondeur présentent des variations journalières

respectivement comprises entre 2 et 4 °C et entre 0,01 et 0,02 m3.m-3. Les très faibles

variations de teneur en eau volumique sont dues à l’absence de précipitations.

Des variations régulières de PS existent également au niveau des électrodes situées

près de la fissure large de 10 cm (Figure II-21 c). Elles sont comprises entre 0,1 et 0,5 mV

selon les électrodes.


Figure II-21 : Evolution du gradient PS, température et teneur en eau volumique sur la période du 20 septembre au 15 octobre 2011 (pas d’acquisition horaire) - a) température à -0,10 m au niveau du

capteur près de la fissure large de 10 cm ; b) teneur en eau volumique au niveau du capteur situé près du piézomètre ; c) données PS des électrodes situées à proximité de la fissure large de 10 cm

L’électrode E1 qui est proche de la fissure large de 10 cm est celle pour laquelle les

variations diurnes sont présentes sur l’ensemble de la période d’étude. On a cherché à

déterminer si une corrélation existe entre les variations de PS et les variations de température

et de teneur en eau volumique bien que ces derniers enregistrements soient effectués 60 cm

au-dessus de l’électrode. La Figure II-22 montre un zoom des enregistrements de gradient PS

au niveau de l’électrode E1 sur la période du 20 au 30 septembre 2011 (symbolisé par un

rectangle en pointillés rouges en Figure II-21).


Cette figure met tout d’abord en évidence que la valeur minimale de la teneur en eau

volumique est corrélée avec la température minimale au cours de la journée. Bien que le

signal du gradient PS soit bruité, il met clairement en évidence des oscillations diurnes en lien

avec la température et la teneur en eau volumique. On note ensuite que lorsque la température

est maximale la valeur de PS est la plus élevée (lignes en pointillés rouge en Figure II-22).

Figure II-22 : Evolution du gradient PS, température et teneur en eau volumique : zoom sur la période du 20 au 30 septembre 2011 (pas d’acquisition horaire) - a) température à -0,10 m au niveau du

capteur près de la fissure large de 10 cm ; b) teneur en eau volumique à -0,10 m au niveau du capteur situé près du piézomètre ; c) données PS de l’électrode E1-E6 située à -0,70 m à proximité de la fissure

large de 10 cm

La Figure II-23 présente un diagramme croisé entre variation de gradient de PS au

niveau de l’électrode E1 et variation de température (a) et un diagramme croisé entre variation

de gradient de PS et variation de teneur en eau (b). La corrélation ne semble pas évidente mais

montre une légère tendance positive.

Disposant de capteurs de température à la même profondeur que les électrodes

situées à proximité de la fissure large de 10 cm, on a ensuite étudié l’influence de la

température d’une part à -0,35 m sur l’électrode E5 et d’autre part à -0,70 m sur les électrodes

E1 à E4.


a) PS en fonction de la température b) PS en fonction de la teneur en eau

volumique

Figure II-23 : Graphiques de l’évolution du gradient PS de l’électrode E1-E6 en fonction de la température et de la teneur en eau volumique à 0,10 m de profondeur (sur la période du 20 au 30

septembre 2011)

II.C.1.1.2. A 0,35 m de profondeur

Sur la période du 20 septembre au 15 octobre 2011 (Figure II-21), l’influence de la

température à 0,35 m de profondeur sur l’électrode E5 est de l’ordre de -2,02 mV/°C (Figure

II-24 a). Par ailleurs, malgré la teneur en eau volumique quasi-constante à 0,35 m au cours de

cette période exempte de précipitations, on observe des variations élevées de PS (Figure II-24

b).

a) PS en fonction de la température b) PS en fonction de la teneur en eau

volumique

Figure II-24 : Graphiques de l’évolution du gradient PS de l’électrode E5-E6 en fonction de la température et de la teneur en eau volumique à 0,35 m de profondeur (sur la période du 20 septembre

au 15 octobre 2011)


II.C.1.1.3. A 0,70 m de profondeur

L’analyse du gradient thermique sur les signaux PS des quatre électrodes placées à

0,70 m de profondeur près de la fissure large de 10 cm (E1, E2, E3 et E4) met en évidence

l’existence d’une sensibilité différente des électrodes PS aux variations de température

(Figure II-25). En effet, l’influence de la température est de -1,06 mV/°C pour l’électrode E1

et de -2,61 mV/°C pour l’électrode E4. On peut remarquer que l’effet de la température est

fonction de la distance de l’électrode à la fissure large de 10 cm. Cette variation pourrait

s’expliquer par une différence de conductivité thermique entre le sable comblant la fissure et

le matériau argilo-graveleux. En effet, la conductivité thermique diffère selon les matériaux :

elle varie de 0,70 à 0,90 W.m-1.K-1 pour le sable et de 0,85 à 1,10 W.m-1.K-1 pour l’argile

(Chiasson et al., 2000). On peut donc considérer que le matériau argilo-graveleux se

caractérise par une conductivité thermique plus élevée que celle du sable de la fissure.

Figure II-25 : Graphiques de l’évolution des gradients PS des électrodes près de la fissure large de 10 cm en fonction de la température à 0,70 m de profondeur (sur la période du 20 septembre au 15

octobre 2011)

Par ailleurs, le profil vertical constitué des électrodes E5, E3 et E6 (Figure II-4)

permet de noter que l’influence de la température diminue avec la profondeur. Elle est en effet


de -2,02 mV/°C pour l’électrode E5 située à 0,35 m de profondeur et de -1,91 mV/°C pour

l’électrode E3 située 25 cm plus bas.

L’analyse précédente de l’influence de la température sur les signaux PS des

électrodes situées près de la fissure a montré qu’elle est supérieure à celle donnée par le

fabricant, égale à 0,21 mV/°C. L’influence plus élevée de la température peut s’expliquer par

le vieillissement des électrodes PS, installées depuis deux ans sur le site expérimental.

Par ailleurs, les variations des signaux PS des quatre électrodes placées à 0,70 m de

profondeur semblent être liées à la teneur en eau volumique au cours de la période du 20

septembre au 15 octobre 2011. Cette période étant pourtant exempte de précipitations, ces

variations pourraient être causées par une dérive des électrodes au cours du temps. Par

ailleurs, les très faibles variations d’humidité observées à cette profondeur pourraient être

attribuées à la précision de la mesure (Figure II-26).

Figure II-26 : Graphique de l’évolution des gradients PS des électrodes E1-E6, E2-E6, E3-E6, E4-E6 en fonction de la teneur en eau volumique à 0,70 m de profondeur (sur la période du 20 septembre au 15

octobre 2011)

II.C.1.2. Période humide

II.C.1.2.1. Parcelle 1 : électrodes situées à proximité de la fissure large de 10 cm

Un enregistrement des valeurs PS a été effectué toutes les cinq minutes en période

humide, du 10 au 17 novembre 2010. Cette période a été marquée par deux épisodes

pluvieux : le premier du 11 au 13 novembre avec un cumul de pluie efficace de 32 mm et le

second du 14 au 16 novembre avec un cumul de pluie efficace de 9,8 mm (Figure II-27 a). Ces

deux épisodes pluvieux sont responsables de l’augmentation de la teneur en eau volumique au


niveau des capteurs situés à proximité de la fissure large de 10 cm, d’amplitude élevée dans la

terre végétale et plus faible dans le matériau argilo-graveleux (Figure II-27 c). En effet, lors

du premier épisode pluvieux, l’augmentation de teneur en eau volumique est de 0,04 m3.m-3 à

-0,10 m, 0,02 m3.m-3 à -0,35 m et seulement de 0,006 m3.m-3 à -0,70 m.

Malgré la faible influence des précipitations sur l’humidité à 0,70 m de profondeur,

une variation du signal PS s’observe le 12 novembre sur les cinq électrodes étudiées (Figure

II-27 d). L’augmentation du signal, de l’ordre de 5 mV étant supérieure à la variation

engendrée par la température à 0,70 m (Figure II-25), on peut donc en partie l’attribuer à

l’infiltration de la pluie.

L’augmentation de PS a lieu plus précisément après un cumul de pluie de 13,3 mm

au niveau de l’électrode E5 située à -0,35 m et après un cumul de pluie de 20,7 mm au niveau

de l’électrode E3 située 25 cm plus bas. L’intervalle de temps de réponse entre les électrodes

E5 et E3 étant de six heures, il est possible d’estimer la vitesse de propagation du front

d’humidité lors de l’épisode pluvieux du 11 au 13 novembre 2010. Cette dernière est de

l’ordre de 1,2.10-5 m.s-1.

Suite à la variation du signal PS observée le 12 novembre 2010, le signal se stabilise

globalement à partir du 13 novembre en particulier au niveau des électrodes E2, E3 et E4. De

faibles variations journalières existent cependant au niveau de ces électrodes. Elles sont du

même ordre de grandeur que celles étudiées précédemment en Figure II-21 et Figure II-22.

Leur origine n’a néanmoins pas pu être déterminée.

Le second épisode pluvieux du 14 au 16 novembre 2010 n’a globalement pas

engendré de modifications supplémentaires des signaux PS. Ceci pourrait s’expliquer par une

intensité de pluie égale à 9,8 mm, soit trois fois plus faible que celle du premier épisode

pluvieux. On peut toutefois noter une évolution différente des signaux des électrodes E5 et E1,

le premier ayant tendance à diminuer et le second à augmenter. La baisse du signal PS de 0 à

-5 mV au niveau de l’électrode E5 pourrait être attribuée à une absence d’influence du second

épisode pluvieux. A l’inverse, l’augmentation du signal PS de l’électrode E1 de 0 à 10 mV,

pourrait être causée par une circulation de l’eau de pluie préférentiellement dans le sable

comblant la fissure. L’électrode E1, pour laquelle l’influence de la température diffère de celle

des trois autres électrodes à 0,70 m de profondeur (Figure II-25), est en effet l’électrode qui

est située le plus près de la fissure large de 10 cm. Doussan et al. (2002) ont effectivement

montré que les variations de PS avec la pluie sont plus élevées dans un sol sablo-argileux que

argileux.


Figure II-27 : Données du gradient PS du 10 au 17 novembre 2010 au niveau des électrodes situées à proximité de la fissure large de 10 cm en relation avec les données de teneur en eau volumique,

température et précipitations efficaces (pas d’acquisition de cinq minutes)


II.C.1.2.2. Parcelle 2 : électrodes au niveau de l’arrachage du GSB

Les signaux PS des électrodes situées au niveau de l’arrachage du GSB sur la

parcelle 2 ont été analysés sur la même période que celle des électrodes situées près de la

fissure large de 10 cm, soit du 10 au 17 novembre 2010 (Figure II-28).

L’électrode E31 a été choisie comme électrode de référence locale car c’est

l’électrode considérée comme étant la plus stable celle-ci étant la plus proche de la double

épaisseur de GSB (Figure II-4). Son signal PS a donc été soustrait à celui des trois autres

électrodes E28, E29 et E30.

Par ailleurs, les deux épisodes pluvieux (décrits précédemment en Figure II-27) n’ont

pas engendré sur cette parcelle de variations de teneur en eau volumique au niveau des deux

capteurs situés à 0,70 m de profondeur sur cette parcelle. Les données de teneur en eau

volumique ne sont donc pas précisées en parallèle des enregistrements PS (Figure II-28).

Figure II-28 : Données du gradient PS du 10 au 17 novembre 2010 au niveau des électrodes situées à

proximité de l’arrachage du GSB en relation avec les précipitations efficaces (pas d’acquisition de

cinq minutes)

Au cours de cette période, les signaux PS des électrodes situées au niveau de

l’arrachage ne présentent que de très faibles variations. Ainsi, l’amplitude du signal est


respectivement de 4,7, 3,2 et 1,4 mV pour les électrodes E28, E29 et E30. Il est néanmoins

intéressant de noter que l’amplitude du signal est d’autant plus faible que l’on se rapproche de

la double épaisseur de GSB.

II.C.1.3. Période sèche

Les signaux PS ont été étudiés en période sèche, dans des conditions de température

et de teneur en eau volumique stables dans le matériau argilo-graveleux. C’est pourquoi le pas

de mesures horaire a été conservé lors de cette analyse.

II.C.1.3.1. Parcelle 1 : électrodes situées à proximité de la fissure large de 10 cm

Le signal PS des électrodes situées à proximité de la fissure large de 10 cm a été

étudié entre le 20 septembre et le 9 novembre 2011. Cette période est intéressante car elle est

marquée par le retour des pluies efficaces le 25 octobre 2011 (délimitée par une ligne en

pointillés noirs), date à laquelle la teneur en eau volumique varie dans la terre végétale

(Figure II-29 a et c). En raison d’un problème apparu à partir d’avril 2011 au niveau des

enregistrements de teneur en eau volumique du capteur placé à -0,15 m près de la fissure

large, ce sont les données du profil vertical des capteurs situés près du piézomètre qui ont été

reportées en Figure II-29 c.

Sur la période du 20 septembre au 25 octobre 2011 (notée Période 1 en Figure II-29),

on peut tout d’abord noter l’existence de deux comportements différents au niveau des cinq

électrodes.

Les signaux des électrodes E3, E4 et E5 augmentent respectivement de 2,4, 5,3 et

8,6 mV. On peut constater que les plus fortes variations sont situées au niveau de l’électrode

située à 0,35 m.


Figure II-29 : Données du gradient PS du 20 septembre au 9 novembre 2011 au niveau des électrodes situées à proximité de la fissure large de 10 cm en relation avec les données de teneur en eau

volumique, température et précipitations efficaces (pas d’acquisition horaire)


Le signal de l’électrode E2 présente les mêmes variations que celui des électrodes E3

et E4 jusqu’au 15 octobre 2011, date à laquelle il varie en l’absence de pluie efficace. Une

augmentation rapide de PS de l’ordre de 7 mV (sur une journée) est suivie d’une lente

diminution du signal (sur une période de 8 jours). De telles variations ont déjà été observées

par Doussan et al. (2002) dans des électrodes placées dans un matériau argileux en l’absence

de pluie. L’apparition brutale de ce changement pourrait être liée à un problème ponctuel de

contact entre l’électrode et le terrain (causée par l’assèchement de la bentonite à l’extrémité

du bois poreux en période sèche). La qualité du contact électrique de l’électrode est en effet

directement liée à la saturation en eau à l’extrémité du bois poreux de l’électrode. La

conductivité électrique du milieu augmente d’autant plus que la saturation est élevée,

favorisant ainsi un bon contact. En effet, lorsque le sol est sec, la solution interne de

l’électrode peut être absorbée par capillarité ; son évaporation peut ensuite entraîner

l’apparition de dépôts de sel (Petiau, 2000). Si ce processus a lieu en dehors de l’électrode, il

peut en revanche gagner l’intérieur de celle-ci lorsque l’air entre dans les pores du bois sec.

Quand l’électrolyte n’est plus en contact avec le fil de plomb, le potentiel de l’électrode se

met à changer.

Cet effet sur le signal PS de l’électrode E2 n’est cependant pas irréversible car le

signal se stabilise à nouveau à partir du 25 octobre 2011. Ceci pourrait s’expliquer par une

réhumidification de la bentonite due au retour des pluies efficaces favorisant le contact entre

l’électrode et le matériau argilo-graveleux.

Le signal de l’électrode E1 est celui qui présente des variations journalières sur

l’ensemble de la période d’étude. Ces variations, apparaissent être liées à la température

mesurée à 0,10 m de profondeur (Figure II-22).

Il est par ailleurs intéressant de noter l’existence d’une forte augmentation du signal

PS (dépassant la gamme représentée en Figure II-29) sur l’ensemble des électrodes le 5

octobre 2011. Elle est causée par la réalisation de mesures de tomographie de résistivité

électrique à cette date sur la parcelle 1.

La période du 25 octobre au 9 novembre 2011 est marquée par le retour des pluies

efficaces. On observe ainsi une augmentation de la teneur en eau volumique de 0,15 à

0,25 m3.m-3 à -0,15 m dans la terre végétale. Cette forte variation pourrait être causée par une

accumulation de l’eau à l’interface entre la terre végétale et le matériau argilo-graveleux.


Une augmentation de teneur en eau volumique, de 0,15 à 0,21 m3.m

-3, apparaît

ensuite à -0,35 m le 6 novembre 2011 après un cumul de pluie efficace de près de 30 mm.

Cette augmentation d’humidité coïncide avec une diminution du signal PS de l’ordre de 8 mV

au niveau de l’électrode E5 située à la même profondeur. Le gradient vertical de PS est négatif

(contrairement à celui observé en Figure II-27 où il était positif). Les études antérieures

effectuées sur la PS ont montré que l’infiltration de l’eau pouvait engendrer un gradient de PS

soit positif (Meric, 2006) soit négatif (Thony et al., 1997 ; Doussan et al., 2002 ; Darnet et

Marquis, 2004), avec une électrode de référence plus profonde que l’électrode de mesure. Les

travaux menés par Béhaegel (2006) sur les écoulements d’eau à La Soutte ont montré une

variation dans la réponse PS à la pluie, se traduisant parfois par une augmentation parfois par

une diminution.

Cet épisode pluvieux n’engendre en revanche pas de modification du signal PS au

niveau des électrodes E1, E2, E3 et E4 situées à -0,70 m. A cette profondeur, on ne note pas

d’augmentation de teneur en eau volumique, indiquant que le front d’infiltration de l’eau n’a

pas encore atteint cette profondeur.

II.C.1.3.2. Parcelle 2 : électrodes au niveau de l’arrachage du GSB

Les signaux PS des électrodes E28, E29 et E30 sont tout d’abord très stables au cours de

la période du 20 septembre au 4 novembre 2011. Ils varient respectivement de 2,0, 2,7 et

1,3 mV (Figure II-30). On observe ensuite une augmentation du signal PS de l’ordre de 8 mV

sur les enregistrements des électrodes E28 et E30 (maximum observé le 6 novembre 2011).

Cette variation de PS coïncide avec un cumul de pluie efficace de 30 mm sur la période du 1er

au 6 novembre 2011 (Figure II-30 a). Le signal PS de l’électrode E29 diffère des deux

précédents car il est marqué par une diminution de 2 mV.

Il est par ailleurs intéressant de remarquer la variation brutale du signal le 5 octobre

2011 sur les électrodes E28, E29 et E30. Elle est causée par les mesures de tomographie de

résistivité électrique réalisées sur la parcelle 1 du site expérimental à cette date. Ces électrodes

sont pourtant distantes de près de 9,5 m de la fin des profils de mesure TRE2 et TRE3 (Figure

II-20). La valeur élevée de potentiel enregistré signifie donc que le courant électrique injecté

provoque le passage de lignes de courant au niveau de ce défaut.


Figure II-30 : Données PS du 20 septembre au 9 novembre 2011 au niveau des électrodes situées à

proximité de l’arrachage du GSB en relation avec les précipitations efficaces (pas d’acquisition horaire)

En revanche, les signaux PS des électrodes E32 à E35 situées à proximité de la

déchirure du GSB associée à la fissure large de 4 cm dans le matériau argilo-graveleux ainsi

que l’électrode E36 au niveau de défaut de recouvrement ne sont pas affectés par les mesures

de tomographie (Figure II-4). Cela signifie par conséquent que la taille de ces deux défauts est

trop petite pour engendrer une augmentation de PS. A l’endroit de ces défauts, les signaux PS

sont effectivement les plus stables de l’ensemble du site expérimental.

II.C.1.4. Conclusion sur les mesures continues de PS

L’étude des enregistrements en continu des signaux PS a mis en évidence l’existence

d’un comportement différent des électrodes sur les deux parcelles. Quelle que soit la période

d’observation, les signaux PS de la parcelle 1 constituée de terre végétale et de matériau

argilo-graveleux ont montré des variations d’amplitude plus élevée que ceux de la parcelle 2.

L’analyse de l’influence de la température sur les signaux PS a montré que celle-ci

était variable selon l’électrode et sa profondeur, et plus faible en période humide. Son effet sur

le signal PS peut néanmoins être dissocié de l’effet de la pluie, la température agissant sur une


durée plus longue que les changements d’humidité qui entraînent des variations plus

ponctuelles.

L’étude des signaux PS lors de deux épisodes pluvieux en période humide a révélé la

nécessité d’un cumul de pluie efficace suffisamment élevé pour engendrer une variation de

PS. Ainsi, si les signaux PS des électrodes placées à proximité de la fissure large de 10 cm ont

augmenté de l’ordre de 5 mV lors d’un épisode pluvieux de 32,0 mm, cela n’a pas été le cas

lors d’un épisode pluvieux de 9,8 mm. Une diminution de PS à -0,35 m a par ailleurs

coïncidée avec une augmentation de la teneur en eau volumique à cette même profondeur.

En période sèche, les enregistrements ont révélé l’existence d’instabilités au niveau

du signal de certaines électrodes PS. Ces instabilités étant réversibles, elles ont été attribuées à

un mauvais contact électrique entre l’extrémité de l’électrode et le matériau argilo-graveleux.

L’ETP élevée a en effet pu entraîner l’assèchement de la bentonite mise en place à l’extrémité

de l’électrode lors de son installation. Cet assèchement a par ailleurs pu être favorisé par

l’apparition de fentes de dessiccation au sein du matériau argilo-graveleux. Les anomalies du

signal PS en période sèche peuvent donc renseigner indirectement sur le retrait du matériau

argilo-graveleux.

Par ailleurs, l’origine des variations diurnes observées sur certains signaux PS n’a

pas pu être déterminée. Ce phénomène a en revanche déjà pu être observé par Perrier et al.

(2000).

Sur la parcelle 2, où le matériau argilo-graveleux est recouvert par un GSB et des

graviers, les signaux PS se sont révélés plus stables. Une augmentation de PS au niveau des

électrodes de l’arrachage du GSB a toutefois pu être observée lors d’un épisode pluvieux. Il a

également été intéressant de noter une augmentation brutale de la PS en réponse à l’injection

du courant électrique lors de mesures de tomographie de résistivité électrique, pourtant

réalisées à une distance de près de 9,5 m des électrodes situées au niveau du défaut

d’arrachage.


II.C.2. Mesures ponctuelles de PS sur le site expérimental


Lors des prospections de février et novembre 2010, le signal PS est compris entre -7

et 12 mV. Les cartes présentées en Figure II-31 sont issues d’une interpolation des mesures

sous le logiciel Surfer en prenant l’hypothèse d’un variogramme linéaire. Les défauts

volontairement créés au sein des deux parcelles y sont indiqués en rouge. La ligne symbolisée

par des pointillés noirs délimite les deux types de terre végétale mis en place sur le site

expérimental.

a) Le 18 février 2010

b) Le 16 novembre 2010

Figure II-31 : Cartes de PS en période humide


Bien que le signal PS soit du même ordre de grandeur lors de ces deux prospections,

la répartition du signal sur les deux parcelles est différente. La carte PS issue de la

prospection effectuée le 18 février 2010 montre tout d’abord des valeurs globalement

comprises entre 4 et 12 mV (Figure II-31 a). Ces valeurs sont situées sur la parcelle 2 et la

moitié nord-est de la parcelle 1. La moitié nord-ouest de la parcelle 1 présente des valeurs de

PS plus faibles, de -7 à 2 mV. La limite entre ces deux zones de variations de PS coïncide

avec les deux types de terre végétale mis en place (figuré par une ligne en pointillés noirs).

On observe ensuite des valeurs de 8 et 9 mV à proximité des fissures larges de 4 et

10 cm lors de cette prospection. Cette augmentation pourrait être liée au contraste électrique

entre le sable et le matériau argilo-graveleux. Si le pas de mesure de 2 m semble suffisant

pour détecter l’existence des fissures, il ne permet pas en revanche de déterminer leurs

emplacements exacts. Enfin, la présence des autres défauts ne se manifeste pas par une

variation du signal PS. Il est néanmoins intéressant de noter que le signal PS n’apparaît pas

être influencé par le GSB.

La carte PS issue de la prospection du 16 novembre 2010 (Figure II-31 b) a été

effectuée après un cumul de pluie efficace plus élevé que lors des mesures du 18 février 2010

(Tableau II-4). Le signal PS, compris entre -7 et 7 mV, y est effectivement plus faible qu’en

février. On peut tout d’abord noter une différence de comportement électrique entre les deux

parcelles. La parcelle 2 est caractérisée par un signal PS négatif (de -7 à 0 mV) alors que la

parcelle 1 est plutôt représentée par un signal PS positif (de 1 à 7 mV). Cette variation de

signal PS entre les deux parcelles pourrait être représentative d’une différence d’infiltration

d’eau au sein des deux types de couverture (schémas en Figure II-33 et Figure II-34). En effet,

l’infiltration de l’eau au niveau de la parcelle 2 constituée de graviers sous la terre végétale se

fait plus rapidement qu’au niveau de la parcelle 1 où le matériau argilo-graveleux est présent

dès 0,15 m de profondeur. Ainsi, le cumul de pluie de 55,9 mm au cours des sept jours

précédant la deuxième prospection a pu provoquer une concentration de l’eau dans la couche

de graviers située au-dessus du GSB, expliquant le signal négatif au niveau de la parcelle 2.

Des mesures PS réalisées par ailleurs sur une installation de stockage de déchets non

dangereux ont mis en évidence un signal différent selon le type de couverture (Genelle, 2009 ;

Naudet et al., 2011).

Cette deuxième prospection n’a pas mis en évidence de variations du signal PS à

proximité des fissures larges de 10 et 4 cm. Or, si l’infiltration de l’eau avait eu lieu

préférentiellement dans ces fissures, la carte PS aurait dû montrer des anomalies négatives à


ces endroits. C’est notamment le cas dans les zones d’écoulements d’eau dans les dolines

(Jardani et al., 2007).

Quelle que soit la prospection, la parcelle 1 présente des valeurs plus élevées au

niveau de la terre végétale initiale (au nord-est) et plus faibles au niveau de la terre végétale

rapportée (au nord-ouest). Or, c’est dans cette seconde zone qu’apparaît en été le plus de

fentes de dessiccation, révélant une terre végétale plus argileuse à cet endroit. Corwin (1990)

a effectivement montré que le type de végétation en surface pouvait influer sur le signal PS.

Par ailleurs, les mesures de novembre 2010 ont eu lieu alors que certaines des fentes

de dessiccation étaient encore visibles en surface (trois sont indiquées par des rectangles bleus

sur la Figure II-31 b; photographies en Figure II-32). Ces fentes de dessiccation pouvant être

des chemins préférentiels d’infiltration d’eau, leur présence dans la moitié nord-ouest

expliquerait la baisse du signal PS observée dans cette partie.

Figure II-32 : Vue de l’état de surface de la parcelle 1 lors des mesures PS le 16 novembre 2010 – présence de fentes de dessiccation

La dynamique du signal PS sur la parcelle 1 est résumée dans le schéma en Figure

II-33. Ce schéma permet de montrer qu’en période humide, lorsque la teneur en eau décroît

avec la profondeur (Figure II-33 d), le signal PS est d’autant plus négatif que les mesures sont

faites dans la zone la plus sujette à l’apparition de fentes de dessiccation (Figure II-33 c).

La variation de signal PS observée au niveau de la parcelle 2 lors des deux

prospections réalisées en période humide peut s’expliquer par un cumul de pluie efficace

différent (Figure II-34). La configuration de la parcelle 2 favorise l’accumulation de l’eau de

pluie lors des épisodes pluvieux dans la couche de graviers située au-dessus du GSB.


Figure II-33 : Schéma conceptuel de la parcelle 1 en période humide – a) données de pluie efficace pour la prospection du 16 novembre 2010 ; b) schéma de la parcelle 1 ; c) évolution du signal PS ; d)

données de teneur en eau volumique pour la prospection du 16 novembre 2010

Figure II-34 : Schéma conceptuel de la parcelle 2 en période humide – a) données de pluie efficace pour la prospection du 16 novembre 2010 ; b) schéma de la parcelle 2 ; c) évolution du signal PS


II.C.2.2. Période sèche

Lors de la prospection du 22 octobre 2010, on observe une gamme du signal PS plus

élevée que celle en période humide (Figure II-35). Elle varie entre -10 et 52 mV sur

l’ensemble du site expérimental. Le contraste élevé qui existe entre les deux parcelles se

trouve être l’inverse de celui observé en novembre 2010 (Figure II-31 b).

Figure II-35 : Carte de PS le 22 octobre 2010 – période sèche

La parcelle 2 montre des valeurs plus élevées (comprises entre -1 et 52 mV) que

celles de la parcelle 1 (valeurs de -10 à 6 mV). Sur la parcelle 1, la gamme de PS se trouve

être globalement la même que celle observée en période humide. La Figure II-36 permet de

comparer la répartition du signal PS sur cette parcelle avec celles des cartes en période

humide (Figure II-31).

Figure II-36 : Carte de PS (parcelle 1) le 22 octobre 2010 – période sèche


En période sèche, les valeurs sont plus élevées au niveau de la terre végétale

rapportée (au nord-ouest) et plus faibles au niveau de la terre végétale initiale (au nord-est), en

accord avec l’emplacement des fentes de dessiccation.

La dynamique du signal PS sur la parcelle 1 en période sèche est schématisée en

Figure II-37. Ce schéma permet de montrer qu’en période sèche, lorsque la teneur en eau

volumique est plus faible dans la terre végétale que dans le matériau argilo-graveleux (Figure

II-37 d), le signal PS est d’autant plus élevé que les mesures sont faites dans la zone

regroupant la plupart des fentes de dessiccation (Figure II-37 c). Ce comportement, inverse à

celui observé en période humide (Figure II-33 c), serait dû à l’influence prédominante de

l’évapotranspiration sur le signal PS en période sèche, évapotranspiration qui « pompe » le

stock d’eau contenu dans le sol.

Figure II-37 : Schéma conceptuel de la parcelle 1 en période sèche - a) données de pluie efficace pour la prospection du 22 octobre 2010; b) schéma de la parcelle 1 ; c) évolution du signal PS ; d) données

de teneur en eau volumique pour la prospection du 22 octobre 2010

La parcelle 2, pour laquelle le signal PS est fortement positif en période sèche, est

marquée par une évapotranspiration élevée, qui affecte préférentiellement le GSB. Celui-ci

perd son eau et se « dessèche » à travers la couche de graviers (Figure II-38) considérée

comme infiniment perméable.


Figure II-38 : Schéma conceptuel de la parcelle 2 en période sèche - a) données de pluie efficace pour la prospection du 22 octobre 2010; b) schéma de la parcelle 2 ; c) évolution du signal PS

II.C.2.3. Conclusion sur les mesures ponctuelles de PS

Les trois prospections PS effectuées sur le site expérimental ont mis en évidence un

signal PS différent selon le type de couverture et variable en fonction des conditions

climatiques. Ainsi, pour la parcelle 2, constituée d’un GSB surmonté de graviers, le signal PS

varie entre -7 et 8 mV en période humide (en fonction du cumul de pluie efficace) et entre 20

et 50 mV en période sèche. Si les mesures PS en période humide dépendent de la pluie

efficace, elles sont fonction de l’évapotranspiration en période sèche.

Sur la parcelle 1, la gamme du signal PS est globalement la même en période humide

et sèche. Sur cette parcelle, des variations du signal ont été observées sur deux zones

distinctes, caractérisées par une terre végétale de nature différente. En effet, les mesures

effectuées au niveau de la terre végétale rapportée, la plus sujette à l’apparition de fentes de

dessiccation, présentent des valeurs plus élevées en période sèche et plus faibles en période

humide que les mesures réalisées sur la zone de terre végétale initiale. De plus, des valeurs PS

de 8 et 9 mV ont pu être observées à proximité des fissures larges de 10 et 4 cm lors de la

première prospection. Par contre, il n’a été noté aucun contraste à ces endroits lors des

mesures d’octobre et novembre 2010.

Par conséquent, les prospections PS effectuées avec un pas de mesure de 2 m n’ont

globalement pas permis de détecter les défauts volontairement créés sur le site expérimental.


En revanche, elles ont révélé l’existence d’une dynamique du signal PS variable en fonction

des conditions climatiques, en particulier au niveau de la parcelle 2. Cette méthode permettrait

donc de cartographier les couvertures composées de GSB surmonté d’une couche de graviers.

Enfin, la réalisation de mesures supplémentaires de PS avec un pas de 0,5 m à

l’emplacement des profils de tomographie de résistivité électrique n’a par ailleurs pas apporté

de meilleurs résultats concernant la détection des défauts.


II.C.3. Mesures en ARP


Les mesures de résistivité électrique apparente du 10 mars 2011 dans les sens

longitudinal et transversal sont présentées sous forme de cartes (Figure II-39 et Figure II-40)

qui correspondent aux trois écartements de l’ARP (rappel du schéma en Figure II-16).

Ces cartes résultent d’une interpolation de type « spline » avec une maille de 0,25 m

et un rayon de 2 m effectuée sur les mesures filtrées par GEOCARTA.

Les six cartes de l’ARP montrent une gamme de résistivité électrique apparente de

10 à 900 .m (Figure II-39 et Figure II-40). Elles rendent compte des différences de

composition des deux parcelles : les valeurs montrent que les formations de la parcelle 1 sont

conductrices, celles de la parcelle 2 sont résistantes. La diminution des résistivités électriques

apparentes de l’écartement 0,4 à 1,1 m au niveau de la parcelle 1 s’explique par le matériau

argilo-graveleux, présent entre 0,15 et 1,15 m de profondeur. Une évolution opposée

s’observe au niveau de la parcelle 2 avec une augmentation des résistivités électriques

apparentes avec l’écartement croissant. Elle est à mettre en relation avec la couche de graviers

et le GSB situés entre 0,15 et 0,45 m de profondeur. Cela signifie qu’avec l’écartement 1,1 m

l’ARP n’est pas influencé par la présence du matériau argilo-graveleux situé sous le GSB.

II.C.3.1.1. Résistivités électriques apparentes de l’écartement 0,2 m

Les données de résistivité électrique apparente pour l’écartement 0,2 m (Figure

II-39 a et Figure II-40 a) sont globalement comprises entre 20 et 300 .m. Sur la parcelle 1,

une différence de résistivité électrique apparente existe dans le sens de la longueur. Elle

coïncide avec la délimitation entre les deux types de terre végétale mis en place (ligne

pointillée noire). La partie située à l’est, qui présente des résistivités électriques apparentes de

l’ordre de 70 à 100 .m, est constituée de la terre végétale initialement décapée et remise au-

dessus des parcelles. La partie située à l’ouest, où les résistivités électriques apparentes sont

plus faibles (entre 50 et 70 .m) est composée d’une terre végétale rapportée par

l’entrepreneur de travaux lors de la mise en place du site expérimental. Cette terre végétale

semble être de nature plus argileuse que la terre végétale initiale car c’est dans cette zone

qu’apparaît, en été, le plus de fentes de dessiccation.


Figure II-39 : Carte des résistivités électriques apparentes dans le sens longitudinal


Figure II-40 : Carte des résistivités électriques apparentes dans le sens transversal


Les résistivités électriques apparentes au niveau de la parcelle 2 sont comprises entre

100 et 300 .m. Ces valeurs élevées peuvent être dues à la couche de 30 cm de graviers située

sous la terre végétale initiale d’épaisseur 15 cm.

Les résistivités électriques apparentes de l’écartement 0,2 m sont par conséquent

représentatives de l’état superficiel du terrain au niveau des parcelles.


Les données de résistivité électrique apparente pour l’écartement 0,4 m (Figure II-39

b et Figure II-40 b) indiquent un contraste plus fort entre les deux parcelles, soulignant une

profondeur d’investigation plus élevée. Ainsi, la répartition des résistivités électriques qui

était trimodale pour les données de l’écartement 0,2 m est bimodale pour les données de

l’écartement 0,4 m.

Cette répartition bimodale met en évidence les différences de composition des deux

parcelles expérimentales. La parcelle 1 est constituée de matériau argilo-graveleux (premier

mode de l’ordre de 35 .m) et la parcelle 2 de graviers et du GSB (second mode de 290 .m).

Il est par ailleurs intéressant de noter la présence de petites zones ponctuellement

plus résistantes (figurées par des cercles rouges) au sein de la parcelle 1 pour les données

acquises dans le sens de prospection longitudinal. Sur les trois zones entourées seule celle

située le plus au nord-ouest se retrouve sur les données de l’écartement d’1,1 m (Figure II-39

c). On peut également noter que ces zones plus résistantes sont absentes des données acquises

dans le sens de prospection transversal (Figure II-40 b).


Les données acquises avec l’écartement 1,1 m montrent le plus de contrastes de

résistivité électrique apparente entre les deux parcelles (Figure II-39 c et Figure II-40 c). Sur

la parcelle 2, les valeurs de résistivité électrique sont plus élevées que celles de l’écartement

0,4 m. Les mesures avec l’écartement 1,1 m semblent donc être principalement influencées

par le GSB placé à 0,45 m de profondeur.

Sur la parcelle 1, on peut noter la présence d’un contraste de résistivité, délimité par

un rectangle noir. Cette zone se distingue du reste de la parcelle par une diminution de

résistivité électrique dans le sens longitudinal de prospection (Figure II-39 c) et une

augmentation de résistivité électrique dans le sens transversal (Figure II-40 c). La position de

ce contraste correspond à la présence de la fissure large de 10 cm. L’influence du sens


d’injection du courant électrique sur la détection de ce défaut va par conséquent être étudiée

dans le paragraphe suivant.

Il est par ailleurs possible d’estimer la profondeur maximale d’investigation atteinte

par l’ARP 11 sur la parcelle 1 grâce au biseau (Figure II-41). Elle est de l’ordre de 65 cm.

Figure II-41 : Estimation de la profondeur d’investigation de l’ARP 11

II.C.3.2. Influence du sens d’injection du courant électrique sur la détection des

défauts de la parcelle 1

L’influence du sens d’injection du courant électrique sur la détection des défauts de

la parcelle 1 a été analysée sur les données de résistivité électrique apparente pour

l’écartement 1,1 m, après et avant interpolation.

II.C.3.2.1. Données interpolées de résistivité électrique apparente

Les cartes de résistivité électrique apparente pour l’écartement 1,1 m indiquent tout

d’abord un contraste de résistivité à l’endroit de la fissure large de 10 cm qui n’est pas le

même selon le sens de prospection des mesures (Figure II-42). La position des défauts créés

sur la parcelle 1 est indiquée en rouge.

L’étude détaillée des profils de résistivité électrique apparente avant interpolation

sera effectuée au paragraphe II.C.3.2.2.

Dans le cas de l’injection du courant électrique parallèlement à la fissure large de

10 cm (Figure II-42 a), une diminution de la résistivité électrique apparente s’observe à

l’emplacement du défaut. Le rapport de résistivité vis-à-vis du milieu environnant est de

l’ordre de deux. En effet, la valeur de résistivité électrique apparente, de l’ordre de 30 .m au

niveau du matériau argilo-graveleux, est de 15 .m à l’emplacement de la fissure. On peut

également remarquer une augmentation de résistivité électrique apparente supérieure à


90 .m au voisinage des deux autres fissures, de 4 et 10 cm recoupées obliquement par la

trajectoire du quad.

Dans le cas de l’injection du courant électrique perpendiculairement à la fissure large

de 10 cm (Figure II-42 b), une augmentation de la résistivité électrique apparente est visible à

l’endroit du défaut. La résistivité électrique apparente y est de l’ordre de 100 .m. Le rapport

de résistivité vis-à-vis du milieu argilo-graveleux (résistivité moyenne de 30 .m) est par

conséquent de l’ordre de trois, soit plus élevé dans ce sens de prospection.

Par ailleurs, les fissures larges de 10 et 4 cm recoupées obliquement ne sont pas

détectées dans ce sens de prospection ; la résistivité électrique y est du même ordre de

grandeur que celle du matériau argilo-graveleux.

Figure II-42 : Comparaison des cartes de résistivité électrique apparente pour l’écartement 1,1 m

acquises dans les sens longitudinal et transversal de prospection


L’influence du sens du courant électrique sur la détection d’une fissure est connue

(Samouelian, 2004). Dans le cas d’une fissure orientée à 45°, la résistivité électrique

apparente est identique avec une injection du courant menée parallèlement ou

perpendiculairement à celle-ci. Cela signifie que, dans ce cas, un troisième sens d’injection de

courant électrique est nécessaire pour détecter la fissure. De plus, des travaux menés sur la

fissuration du béton (Sirieix et al., 2002 ; Lataste et al., 2003) ont montré que la valeur de la

résistivité électrique apparente mesurée avec un quadripôle dépendait également de la nature

de la fissure. En effet, dans le cas d’une fissure résistante, la résistivité électrique apparente

augmente lorsque l’injection du courant a lieu perpendiculairement à la fissure et diminue

lorsque celle-ci se fait parallèlement à la fissure. Par contre, dans le cas d’une fissure

conductrice, si l’on observe également une diminution de la résistivité électrique apparente

lorsque l’injection est parallèle à la fissure, il n’y a en revanche pas de modification de

résistivité électrique par rapport au milieu environnant lorsque l’injection se fait

perpendiculairement à la fissure.

Si le contraste de résistivité électrique entre le sable et le matériau argilo-graveleux a

rendu possible la détection de la fissure, la largeur de ce défaut se trouve toutefois surestimée

par rapport à la réalité. Elle est voisine de 0,70 m dans les deux sens de prospection. Des

modélisations (Samouelian, 2004) montrent effectivement que la fissure influence le milieu

environnant au-delà de sa largeur proprement dite. Cela entraîne par conséquent une

surestimation de la taille des anomalies par rapport à la réalité.

Les données de résistivité électrique avant interpolation vont maintenant être

analysées en détail au niveau de la fissure large de 10 cm (dans les zones hachurées en Figure

II-42). Leur étude va permettre de déterminer si l’interpolation participe à la surestimation de

la largeur de la fissure.

II.C.3.2.2. Données de résistivité électrique apparente avant interpolation

Les résistivités électriques apparentes des trois profils de mesures réalisés près de la

fissure large de 10 cm ont été analysées dans les deux sens de prospection (zones hachurées

en Figure II-42).

Lorsque l’injection du courant est perpendiculaire à la fissure (Figure II-43 b), on

constate tout d’abord que seules les résistivités électriques du profil 2, situé au droit du défaut,

sont influencées par la fissure large de 10 cm. La résistivité électrique apparente augmente


entre 8 et 11 m, soit sur une distance proche de la longueur réelle de la fissure (égal à 2,5 m).

Le maximum de résistivité, égal à 116,5 .m, est localisé à 9,0 m du début du profil.

Lorsque l’injection du courant est parallèle à la fissure (Figure II-43 a), on observe

tout d’abord une augmentation de résistivité électrique localisée entre 12 et 15 m pour le

profil 2. La valeur maximum de résistivité électrique apparente est de 92,9 .m. Cette

variation de résistivité se produit à l’emplacement de la fissure de 4 cm recoupée obliquement

(Figure II-42 a).

On peut ensuite noter une légère diminution de la résistivité électrique apparente

entre 4 et 5 m le long de deux des trois profils étudiés. Cette variation de résistivité est à

mettre en relation avec la présence de la fissure large de 10 cm.

Figure II-43 : Résistivités électriques apparentes de l’écartement 1,1 m au niveau des trois profils

situés près de la fissure large de 10 cm

En conclusion, l’analyse des profils de résistivité électrique apparente avant

interpolation a montré, que dans le cas d’une injection de courant perpendiculaire à la fissure

large de 10 cm, seules les résistivités électriques d’un profil sont influencées par la fissure.

Les deux profils distants de 0,50 m ne montrent pas de changement de résistivité électrique.

Par conséquent, on en déduit que la surestimation de la largeur de la fissure, estimée

à 0,70 m sur les données interpolées (Figure II-42), est due à l’interpolation des données.


II.C.3.3. Conclusion sur les mesures ARP

Les mesures ARP réalisées sur le site expérimental ont montré l’existence d’un fort

contraste électrique entre les données des deux parcelles correspondant à deux types de

couverture différents.

Les variations de résistivité électrique apparente pour l’écartement 0,2 m sont

représentatives de l’état très superficiel de la couverture. Elles ont en effet été reliées à la

présence des deux types de terre végétale mis en place sur la parcelle 1.

Les données de résistivité électrique apparente pour l’écartement 0,4 m,

correspondant pourtant à une profondeur d’investigation plus élevée, n’ont pas souligné de

contrastes de résistivité à proximité des défauts.

Seules les données de résistivité électrique apparente pour l’écartement 1,1 m ont

permis la détection de la fissure large de 10 cm. Lorsque l’injection de courant électrique a

lieu perpendiculairement à la fissure, une augmentation de résistivité électrique se produit à

l’endroit du défaut. Par contre, lorsque l’injection se fait parallèlement à la fissure, on observe

une diminution de résistivité électrique. Par ailleurs, la comparaison des données avant et

après interpolation à l’endroit de ce défaut a montré que la surestimation de la largeur de la

fissure est causée, du moins en partie, par la méthode d’interpolation effectuée sur les

mesures. Par conséquent, l’analyse des seules cartes de résistivité électrique apparente amène

à surestimer la taille des anomalies.

Une augmentation de résistivité électrique apparente a également été observée à

l’endroit des fissures de 4 et 10 cm recoupées par le quad avec un angle d’environ 30 °.


II.C.4. Mesures de tomographie de résistivité électrique

Le suivi temporel des résistivités électriques réalisé sur le site expérimental d’octobre

2009 à juillet 2011 est détaillé dans cette partie pour les mesures le long des profils TRE2

(parcelle 1) et TRE6 (parcelle 2).

Le profil TRE2 est situé au droit de la fissure large de 10 cm et du géodrain placé à

-0,75 m. Le profil TRE6 est placé au droit du défaut de recouvrement et de l’arrachage du

GSB (Figure II-20).

Ce suivi nous a permis d’étudier l’influence des conditions climatiques sur la

détection des défauts présents au droit de ces deux profils ainsi que la variabilité du matériau

argilo-graveleux mis en place.

II.C.4.1. Parcelle 1 : mesures effectuées le long du profil TRE2

L’étude des conditions climatiques précédant chacune des prospections (cf. §

II.A.4.3) nous a conduit à traiter séparément les mesures effectuées en période humide de

celles en période sèche.

L’ensemble des modèles de résistivité électrique corrigée de la température est issu

des mesures réalisées en dispositif dipôle-dipôle. Les résistivités électriques apparentes ont

été inversées avec le logiciel RES2DINV© au moyen d’une inversion robuste associée à un

affinage du maillage du modèle.

II.C.4.1.1. Période humide

Les modèles de résistivité des 22 octobre 2009, 2 et 10 février 2010, 19 novembre

2010 et 8 février 2011 présentent tout d’abord des valeurs globalement comprises entre 10 et

40 .m (Figure II-44).

On peut ensuite remarquer une augmentation significative de la résistivité électrique

à une distance d’environ 4 m du début des tomographies sur une faible largeur, et traversant

toute l’épaisseur de la couverture. Cette augmentation de résistivité apparaît au droit de la

fissure large de 10 cm et remplie de sable (Figure II-44 a). Cette résistivité de plus de

100 .m peut donc être interprétée comme étant la signature de la fissure.


Figure II-44 : Modèles des résistivités électriques corrigées de l’effet de la température au sein de la couverture le

long du profil TRE2 après cinq itérations – période humide

On constate par ailleurs, dès les premières mesures datant d’octobre 2009 (Figure II-

44 b), l’existence de variations de résistivités électriques au sein du matériau argilo-graveleux.

L’organisation spatiale des résistivités semble pérenne au fil des prospections. Trois zones

particulièrement conductrices notées A, B et C (résistivités comprises entre 10 et 20 .m),


peuvent ainsi être mises en évidence. La répartition de ces faibles valeurs de résistivité

électrique est similaire pour les données acquises les 2 et 10 février ainsi que le 19 novembre

2010 (Figure II-44 c, d et e).

Ces zones apparaissent toutefois d’extension plus restreinte le 8 février 2011 (Figure

II-44 f). Cette diminution d’extension se trouve associée à une augmentation des résistivités

électriques dans la partie superficielle du matériau de couverture (entre 0 et -0,25 m).

L’analyse des conditions climatiques (Tableau II-8) indique effectivement que les mesures du

8 février 2011 se sont déroulées après le cumul de pluie efficace le plus faible de ces six

prospections en période humide.

Des variations de résistivité électrique peuvent également être observées dans la partie

superficielle du matériau de couverture sur les mesures des 2 et 10 février 2010 (Figure II-45

c et d), dates pourtant très proches. Les valeurs globalement plus faibles le 10 février 2010

sont dues à un cumul de pluie efficace plus élevé que le 2 février (Tableau II-8).

Par conséquent, les différences de résistivité électrique dans la partie superficielle du

matériau argilo-graveleux peuvent être a priori imputables aux variations d’humidité au sein

de la couverture.

En conclusion, on peut noter en période humide une certaine constance dans la

distribution spatiale des résistivités électriques au sein du matériau argilo-graveleux.

L’évolution temporelle des différentes zones de résistivité électrique dépend de la fréquence

et de l’intensité des précipitations précédant les mesures et par conséquent des conditions

d’humidité régnant au moment des prospections.

II.C.4.1.2. Période sèche

Les six prospections effectuées en période sèche entre les mois d’avril et de juillet

2011 mettent en évidence une augmentation progressive des résistivités électriques au sein de

la couverture (Figure II-45 et Figure II-46).

Il est ainsi possible de séparer les mesures datant du 19 avril et du 3 mai 2011 des

suivantes. Si les valeurs de résistivité électrique du matériau argilo-graveleux demeurent

comprises entre 10 et 28 .m entre -0,25 à -0,75 m (Figure II-45), les résistivités électriques

des niveaux superficiels sont en revanche plus élevées. Ces dernières sont relatives à

l’assèchement du terrain en surface caractérisé par une baisse de la teneur en eau volumique

dans la terre végétale due à une absence de pluie efficace (Tableau II-8 et Tableau II-9).


Malgré cette modification au niveau des résistivités électriques, le contraste de

résistivité entre le sable comblant la fissure et le matériau argilo-graveleux est suffisant pour

la détecter le 19 avril et 3 mai 2011.

Figure II-45 : Modèles des résistivités électriques corrigées de l’effet de la température au sein de la

couverture le long du profil TRE2 après cinq itérations

Les quatre mesures réalisées au cours de la période du 20 mai au 28 juillet 2011

montrent les valeurs de résistivité électrique les plus élevées de l’ensemble des prospections.

Tout comme lors de la mesure du 27 septembre 2010, les valeurs de résistivité électrique à

cette période sont globalement comprises entre 30 et 113 .m (Figure II-46). Les résistivités

électriques du matériau argilo-graveleux des deux niveaux superficiels (entre 0 et 17 m) se

trouvent toutefois être supérieures à 113 .m (Tableau II-14).

27/09/2010 20/05/2011 07/06/2011 11/07/2011 28/07/2011

Résistivité électrique moyenne ( .m)

220 142 86 186 50

Résistivité électrique maximale ( .m)

712 733 373 1660 222

Tableau II-14 : Valeurs de résistivité électrique des deux niveaux superficiels (entre 0 et 17 m) des modèles des résistivités électriques corrigées de l’effet de la température au sein de la couverture le

long du profil TRE2 – période sèche


Figure II-46 : Modèles des résistivités électriques corrigées de l’effet de la température au sein de la couverture le long du profil TRE2 après cinq itérations – période sèche

On a par ailleurs observé sur le site la présence de nombreuses fentes de dessiccation

apparues sur la parcelle. Certaines d’entre elles ont atteint une profondeur d’au moins 36 cm

en 2010 (Figure II-47) et jusqu’à 94 cm en 2011 (cf. Figure A4-1, Figure A4-2 et Figure A4-3

en Annexe 4).


Figure II-47 : Photographie de l’état de fissuration visible à la surface de la parcelle 1 (été 2010)

La diminution des résistivités électriques en surface lors des mesures des 3 mai, 7

juin et 28 juillet 2011 est causée par une humidité légèrement plus élevée de la terre végétale

à ces dates (Tableau II-9).

Sur l’ensemble des sept prospections réalisées en conditions sèches (Figure II-46), la

fissure large de 10 cm n’est jamais clairement détectée pour cinq d’entre elles, le contraste de

résistivité entre la fissure et le reste de la couverture étant insuffisant lors des ces mesures.

L’analyse précédente des résistivités électriques le long du profil TRE2 a révélé

l’existence d’une répartition spatiale au sein du matériau argilo-graveleux. Dans le but

d’étudier cette distribution des résistivités électriques, une analyse statistique a été menée sur

l’ensemble des douze prospections le long de ce profil.

II.C.4.2. Analyse statistique des résistivités électriques

Les résistivités électriques de l’ensemble des douze prospections ont été analysées

statistiquement, au travers d’une classification hiérarchique ascendante. Seules les données

des 164 blocs situés entre 5 et 19 m et entre 0,26 et 0,76 m de profondeur ont été utilisées. En

effet, les données de résistivité électrique des blocs situés aux niveaux supérieur et inférieur

du matériau argilo-graveleux ainsi que celles des quatre blocs situés entre 18 et 19 m à

-0,76 m n’ont pas été prises en compte car influencées par la terre végétale en surface et par le

terrain naturel en profondeur.

Cette technique permet d’établir de façon quantitative des domaines homogènes de

résistivité électrique au sein de la couverture.


II.C.4.2.1. Classification hiérarchique ascendante

Le regroupement des 164 données centrées réduites de résistivité électrique des

douze campagnes de mesures s’est fait par la méthode d’agrégation de Ward associée à une

mesure euclidienne des distances.

La classification hiérarchique ascendante (Figure II-48) permet d’identifier quatre

classes au regard des résistivités électriques des douze campagnes de mesure.

Figure II-48 : Dendrograme des données centrées réduites de résistivité électrique corrigées de l’effet

de la température lors des douze prospections le long de TRE2 et pourcentage de blocs dans chaque

classe

Le dendrogramme rend compte des distances de regroupement entre les quatre

classes (Figure II-48). On peut ainsi noter que les classes 1 et 2 réunissent 47 % des données

à une distance de 37,3. Les classes 3 et 4 se regroupent à une distance légèrement plus grande,

égale à 41,4.

Les données de résistivité électrique vont maintenant être étudiées par classe et par

date de mesure grâce au calcul de certains paramètres statistiques.

II.C.4.2.2. Paramètres statistiques des résistivités électriques par classe et par

date de mesures

Le graphique des résistivités électriques médianes des classes en fonction du temps

(Figure II-49) ainsi que le calcul des paramètres statistiques (Tableau II-15 et Tableau II-16)

mettent en évidence l’existence de résistivités électriques (médianes, écart-types, coefficients

de variation) plus faibles en période humide et d’autant plus élevées que les mesures ont lieu

en période sèche. De plus, les classes s’organisent globalement dans l’ordre 2-1-4-3


correspondant à une augmentation des résistivités électriques. Les valeurs soulignées dans les

Tableau II-15 et Tableau II-16 correspondent à une organisation est différente.

Médianes des résistivités électriques

( .m) Ecart-type des résistivités électriques

( .m) Numéro et

date des mesures Classe 2 Classe 1 Classe 4 Classe 3 Classe 2 Classe 1 Classe 4 Classe 3

1 22/10/2009 16,6 19,3 20,9 20,9 1,7 2,3 4,3 2,6

2 02/02/2010 12,0 18,1 18,8 20,8 0,8 1,7 2,7 3,4 3 10/02/2010 12,3 18,0 20,1 21,7 1,4 1,8 2,8 3,4 4 27/09/2010 43,7 56,9 83,8 74,5 17,2 19,0 26,4 49,0 5 19/11/2010 13,4 18,7 21,3 21,9 1,1 1,9 2,2 3,0 6 08/02/2011 13,2 20,8 22,0 24,3 1,9 2,0 2,2 3,7 7 19/04/2011 16,4 20,0 24,2 22,4 2,6 2,2 5,8 2,9

8 03/05/2011 21,6 26,1 34,8 27,2 3,0 4,3 14,7 4,3

9 20/05/2011 38,4 46,3 68,8 56,3 2,1 16,2 20,9 30,6 10 07/06/2011 34,7 48,2 77,7 59,9 10,7 10,3 18,1 10,8

11 11/07/2011 50,8 64,0 104,7 75,1 8,1 17,0 58,0 29,8

12 28/07/2011 41,9 59,6 131,4 53,7 5,3 28,4 45,7 12,9

Tableau II-15 : Médianes et écart-type des résistivités électriques corrigées de l’effet de la température par classe et par date de prospection (profil TRE2) ; les prospections réalisées en période humide sont

figurées en bleu

Coefficient de variation

des résistivités électriques (%) Numéro et

date des mesures Classe 2 Classe 1 Classe 4 Classe 3

1 22/10/2009 10 12 20 12

2 02/02/2010 6 10 14 16

3 10/02/2010 11 10 14 16

4 27/09/2010 34 32 32 55

5 19/11/2010 8 10 10 14

6 08/02/2011 13 10 10 16

7 19/04/2011 16 11 23 13

8 03/05/2011 14 16 36 15

9 20/05/2011 5 36 30 44

10 07/06/2011 29 20 23 18

11 11/07/2011 16 27 45 37

12 28/07/2011 12 40 33 23

Tableau II-16 : Coefficient de variation (rapport de l’écart-type sur la moyenne) des résistivités électriques corrigées de l’effet de la température par classe et par date de prospection (profil TRE2) ;

les prospections réalisées en période humide sont figurées en bleu


La hiérarchisation 2-1-4-3 des résistivités électriques pour les différentes classes est

globalement conservée en période humide. Les classes 2 et 1 rassemblent les blocs de

résistivité électrique les plus faibles. Les valeurs médianes sont respectivement comprises

entre 12,0 et 16,6 .m et entre 18,0 et 20,8 .m (Tableau II-15). Les classes 4 et 3 présentent

des valeurs médianes de résistivité électrique plus élevées, respectivement de 18,8 à 22,0 .m

et de 20,8 à 24,3 .m.

Figure II-49 : Evolution temporelle des résistivités électriques médianes corrigées de l’effet de la température par classe en fonction des dates de prospection

On peut constater que les valeurs des coefficients de variation des résistivités

électriques sont globalement plus élevées en période sèche (Tableau II-16). Par ailleurs,

l’ordre des classes à cette période n’est pas le même que celui en période humide. En effet, la

médiane des résistivités électriques de la classe 3 est inférieure à celle de la classe 4

(prospections numérotées 4 et de 7 à 12 dans le Tableau II-15). L’écart-type de la classe 3 est

par ailleurs en moyenne deux fois plus élevé que celui de la classe 4.

Cette modification de l’ordre des résistivités électriques des classes 4 et 3 souligne la

proximité de ces deux classes, proximité déjà constatée par la classification hiérarchique

ascendante (Figure II-48).

Enfin, il est intéressant de noter une baisse de la médiane des résistivités électriques

de la classe 3 lors des mesures du 28 juillet 2011, alors que la médiane des résistivités


électriques de la classe 4 est la plus élevée (égale à 131,4 .m). La variation de comportement

de la classe 3 à cette date pourrait s’expliquer par la position des blocs de résistivité

électrique. En effet, les blocs de résistivités de la classe 3 sont, pour 70 % d’entre eux, situés

le plus près de la surface (premier niveau entre -0,26 et -0,41 m) alors que ceux de la classe 4

sont majoritairement situés en profondeur (entre -0,58 et -0,76 m). Le cumul de pluie efficace

du 17 au 20 juillet s’élevant à 32,2 mm, la diminution de la résistivité électrique de la classe 3

s’expliquerait par une augmentation de l’humidité en surface du matériau argilo-graveleux.

En effet, une augmentation de la teneur en eau volumique a lieu dans la terre végétale alors

qu’il n’y en a pas à -0,35 et -0,70 m au sein du matériau argilo-graveleux (Tableau II-9).

Après l’analyse statistique des résistivités électriques de chacune des quatre classes,

l’étude de leur répartition spatiale nous amène à figurer les classes sur les modèles de

résistivité électrique des prospections.

II.C.4.3. Répartition spatiale des résistivités électriques des quatre classes

Après l’étude temporelle des résistivités électriques, les quatre classes ont été

attribuées aux blocs de résistivité électrique dans le but d’étudier leur répartition spatiale.

Dans un souci de clarté, seuls les modèles de résistivité électrique issus des mesures acquises

le 2 février 2010, 27 septembre 2010 et 8 février 2011 sont présentés en Figure II-50.

Les zones délimitées par chaque classe correspondent à des variations de résistivité

électrique temporelles et semblent montrer l’existence de zones d’hétérogénéités au sein du

matériau argilo-graveleux.

La classe 2 (figurée par des carrés) se trouve concentrée entre 5 et 7 m du début du

profil TRE2, à une profondeur comprise entre 0,26 et 0,58 m et regroupe le plus petit nombre

de blocs de résistivité électrique (égal à 10). La classe 1 (symbolisée par des losanges) compte

66 blocs de résistivité électrique principalement situés entre 9,5 et 12,5 m, à une profondeur

comprise entre 0,41 et 0,76 m. Enfin, la classe 3 (représentée par des triangles) regroupe 43

blocs qui se trouvent pour la plupart entre -0,26 et -0,41 m tandis que la classe 4 (figurée par

des ronds) rassemble 45 blocs qui sont majoritairement entre -0,58 et -0,76 m.


Figure II-50 : Répartition spatiale des groupes de résistivité électrique issus de la classification hiérarchique ascendante le long du profil TRE2

Dans le but de déterminer les caractéristiques géotechniques des différentes classes

de résistivité électrique et d’établir leurs liens avec les propriétés électriques, des

prélèvements de matériau argilo-graveleux ont été effectués lors des mesures du 8 février

2011.

II.C.4.4. Caractérisation de l’hétérogénéité du matériau argilo-graveleux

Afin de ne pas endommager le site au droit des anomalies, les prélèvements de

matériau argilo-graveleux ont été réalisés le long d’un profil « témoin » noté TREc. Ce dernier

est situé à 1,20 m du profil TRE2 dans une zone dépourvue d’anomalies.


II.C.4.4.1. Profil TREc

Dans un premier temps, des mesures de tomographie de résistivité électrique ont été

réalisées le long de TREc afin de déterminer si la répartition des résistivités électriques le long

de ce profil peut être considérée comme similaire à celle le long de TRE2.

Les modèles de résistivité électrique issus des mesures réalisées le long de ces deux

profils à la date du 8 février 2011 (Figure II-51) indiquent que les résistivités électriques

s’organisent globalement de la même façon.

Figure II-51 : Modèles des résistivités électriques corrigées de l’effet de la température au sein de la couverture le 8 février 2011 après cinq itérations

Dans un second temps, les classes issues de la classification hiérarchique ascendante

effectuées sur les données de TRE2 ont été réattribuées à chacun des blocs constitutifs du

modèle de résistivité de TREc (Figure II-52).

Figure II-52 : Répartition spatiale des groupes de résistivité électrique issus de la classification hiérarchique ascendante le long du profil TREC


Les paramètres statistiques des résistivités électriques des classes ont également été

calculés le long de ce profil pour être comparés à ceux de TRE2 (Tableau II-17).

Les valeurs médianes des résistivités électriques des quatre classes le long de TREc

se hiérarchisent globalement de la même façon que pour TRE2. Elles sont croissantes en

fonction des classes organisées dans l’ordre 2-1-3-4. On peut toutefois noter que les classes 3

et 4 présentent des valeurs médianes très proches le long de TREc, respectivement égales à

21,5 et 21,6 .m. Par ailleurs, les résistivités électriques le long de TREc (médianes et écart-

types) se concentrent sur une gamme plus faible que celles le long de TRE2 : l’écart entre les

valeurs médianes minimale et maximale est de 5,4 .m pour ce profil alors qu’il est de

11,1 .m pour TRE2.

Médiane des résistivités

électriques ( .m) Ecart-type des résistivités

électriques ( .m) Classe 2 1 4 3 2 1 4 3 TRE2 13,2 20,8 22,0 24,3 1,9 2,0 2,2 3,7 TREc 16,2 19,7 21,6 21,5 2,0 2,2 2,7 1,8

Tableau II-17 : Comparaison des médianes et écarts-types des résistivités électriques corrigées de l’effet de la température des profils TRE2 et TREc à la date du 8 février 2011

L’analyse statistique et spatiale des résistivités électriques nous conduit par

conséquent à supposer en première approximation l’évolution des résistivités électriques, dans

le temps et en fonction des précipitations, identique pour ces deux profils.

II.C.4.4.2. Prélèvements de matériau argilo-graveleux

Des prélèvements de matériau argilo-graveleux, au nombre de seize, ont été effectués

le 8 févier 2011 le long du profil TREc dans des zones de résistivité électrique différente. Leur

emplacement a été défini à l’endroit des classes 1, 3 et 4 de la classification hiérarchique

ascendante (symbolisés par des carrés rouges en Figure II-52). Au vu du faible nombre de

blocs de la classe 2 (au nombre de dix), il n’y a pas eu de prélèvements faits dans cette classe.

Les prélèvements ont été réalisés à la tarière manuelle à une profondeur comprise

entre 0,25 et 0,35 m pour la quasi-totalité des échantillons des classes 1 et 3 et entre 0,65 et

0,75 m pour les échantillons de la classe 4. Cependant, seule la composante limono-argileuse

du matériau a pu être prélevée à la tarière manuelle. Ce mode de prélèvement n’a en effet pas

permis d’échantillonner la fraction plus grossière du matériau.

Afin de caractériser le matériau limono-argileux, des analyses en laboratoire ont été

effectuées sur dix des seize prélèvements : deux pour la classe 1 (E5 et E9), trois pour la classe


3 (E1, E3 et E13) et cinq pour la classe 4 (E2, E4, E6, E10 et E14). Ces analyses ont tout d’abord

consisté à mesurer la teneur en eau massique (Tableau II-18) de chacun des échantillons selon

la norme française NF P 94-050 (AFNOR, 1995).

II.C.4.4.2.a) Teneurs en eau massique

Les teneurs en eau massique des échantillons (Tableau II-18) sont comprises entre

21,5 et 28,5 %. Les échantillons E5, E9, E1 et E3, pour lesquels les teneurs en eau sont les plus

élevées (entre 27,0 et 28,5 %) correspondent aux classes 1 et 3. Ces deux classes sont celles

qui présentent les résistivités électriques les plus faibles (la valeur médiane des résistivités

électriques de ces deux classes étant respectivement de 19,7 et 21,5 .m). Les échantillons E6,

E10, E14, E2 et E4 présentent des teneurs en eau massique plus faibles, de 21,5 à 26,5 %. Ces

prélèvements ont été réalisés dans des zones attribuées à la classe 4 pour laquelle la valeur

médiane des résistivités électriques est égale à 21,6 .m.

Echantillon Profondeur du

prélèvement (m) Classe

Résistivité électrique

médiane de TREc

Résistivité électrique du bloc

correspondant

Teneur en eau massique (%)

E5 De -0,25 à -0,35 1 19,7

23,1 27,0

E9 De -0,25 à -0,35 1 19,7 27,0

E1 De -0,25 à -0,35 3

21,5

17,0 28,0

E13 De -0,25 à -0,35 3 22,2 25,0

E3 De -0,25 à -0,35 3 18,0 28,5

E6 De -0,65 à -0,75 4

21,6

24,0 23,5

E10 De -0,65 à -0,75 4 24,0 26,5

E14 De -0,65 à -0,75 4 22,3 21,5

E2 De -0,65 à -0,75 4 16,6 25,0

E4 De -0,65 à -0,75 4 16,8 26,5

Tableau II-18 : Teneur en eau massique des dix échantillons de matériau limono-argileux prélevés le 8 février 2011 le long de TREc ; les valeurs soulignées sont celles où la résistivité électrique médiane de

TREc diffère de plus de 3,5 .m de celle du bloc correspondant

Les échantillons ont ensuite été tamisés afin d’établir des courbes granulométriques.

II.C.4.4.2.b) Courbes granulométriques

Les courbes granulométriques rendent compte d’un pourcentage pondéral différent

pour les fractions comprises entre 80 et 400 µm (Figure II-53).


Figure II-53 : Courbe granulométriques des échantillons prélevés

On constate que le pourcentage de fines (particules < 80 µm) est différent selon la

classe des échantillons. Il est le plus élevé pour les échantillons E5 et E9 de la classe 1

(supérieur à 85 %). Les valeurs sont comprises entre 82,8 et 84,4 % pour les trois échantillons

E1, E3 et E13 de la classe 3. Le pourcentage de fines est plus faible pour les échantillons de la

classe 4 (entre 73,9 et 82,4 %).

Il est par ailleurs intéressant de remarquer que globalement plus la proportion de

fines dans la composante limono-argileuse du matériau est grande plus la teneur en eau

massique est élevée (Figure II-54).

Figure II-54 : Pourcentage de fines en fonction de la teneur en eau massique pour les dix échantillons prélevés


On peut néanmoins noter que les échantillons E5 et E9 de la classe 1 présentent une

teneur en eau massique légèrement plus faible que celle des échantillons E3 et E1 de la classe

3 alors que leur pourcentage de fines est plus élevé. Par ailleurs, l’échantillon E13 qui présente

une teneur en eau massique plus faible que celles des échantillons E3 et E1 est considéré

comme non représentatif de la classe 3.

Les paramètres géotechniques (teneur en eau massique et en fines) mesurés sur les

échantillons vont maintenant être mis en relation avec les valeurs médianes des résistivités

électriques des trois classes du profil TREc (Figure II-55).

Malgré la présence d’une variabilité élevée au sein de la classe 4 (pour laquelle le

nombre de prélèvements est le plus grand), on peut noter que les valeurs médianes des

résistivités électriques ont tendance à diminuer avec le pourcentage de fines croissant (Figure

II-55a). Cette même tendance devrait normalement s’observer avec la teneur en eau massique

croissante (Figure II-55 b). Cependant, la grande variabilité de teneur en eau massique des

échantillons des classes 4 et 3 montre la limite de la représentativité des échantillons vis-à-vis

des résistivités électriques.

Figure II-55 : Valeurs médianes des résistivités électriques des quatre classes de TREc en fonction de la teneur en fines (a) et de la teneur en eau massique (b) des dix prélèvements de matériau limono-

argileux

Les analyses menées sur les dix échantillons de matériau limono-argileux ont mis en

évidence l’existence de variations en termes de pourcentage de fines et teneur en eau

massique. Elles ont ainsi confirmé la nature hétérogène du matériau de couverture mis en


place sur le site expérimental. Il a cependant été difficile de relier les différences de teneur en

fines et en eau aux résistivités électriques des classes. De plus, si les variations de résistivité

électrique peuvent être causées par l’hétérogénéité du matériau argilo-graveleux, elles peuvent

également être dues à des différences de compaction (McCarter, 1984 ; Abu-Hassanein,

1996 ; Seladji et al., 2010). Or, il n’a pas été réalisé d’essais Proctor lors de la mise en place

du matériau argilo-graveleux. Des mesures de traîné électrique associées à des tests de

perméabilité ont néanmoins révélé la présence d’une compaction non uniforme sur les trois

couches de la parcelle 1 (cf. Figure A2-5 et Figure A2-6 en Annexe 2).

Par ailleurs, dans le but de caractériser plus précisément les échantillons au regard

des classes issues de la classification hiérarchique ascendante, des prélèvements pourraient

être réalisés en plus grand nombre. Des analyses supplémentaires, comme la valeur au bleu de

méthylène et les limites d’Atterberg, pourraient également être envisagées.

Afin de fixer un seuil en-deçà duquel la fissure large de 10 cm n’est plus détectée, les

variations de teneur en eau volumique à 0,70 m de profondeur au sein du matériau argilo-

graveleux ont été étudiées vis-à-vis des résistivités électriques médianes des quatre classes

lors des douze prospections le long du profil TRE2.

II.C.4.5. Influence de la teneur en eau volumique sur les résistivités électriques

Le suivi temporel des résistivités électriques effectué au niveau du profil TRE2 a

permis de souligner la diminution des valeurs médianes des résistivités électriques de chacune

des quatre classes avec la teneur en eau volumique croissante à 0,70 m de profondeur (Figure

II-56).

L’évolution des résistivités électriques médianes de chaque classe en fonction de la

teneur en eau volumique à -0,70 m peut être représentée par une loi de type puissance. Seule

la médiane des résistivités électriques de la classe 4 en période sèche ainsi que celle des

classes 3 et 1 à la date du 27 septembre 2010 se situent en dehors de la zone délimitée par les

courbes de tendance (Figure II-56). La classe 4 est en effet la classe qui présente l’écart-type

le plus élevé en période sèche le long du profil TRE2 (Tableau II-15).


Figure II-56 : Valeurs médianes des résistivités électriques corrigées de la température des quatre classes de TRE2 en fonction de la teneur en eau volumique à 0,70 m de profondeur lors des douze

prospections

Etant donné que la fissure n’est pas détectée sur les mesures réalisées entre mai et

juillet 2011 (Figure II-46), la valeur seuil de teneur en eau volumique qui permet sa détection

est de 0,20 m3.m-3 à 0,70 m de profondeur en 2011 (Figure II-56). En revanche, lors des

mesures effectuées le 27 septembre 2010 à une teneur en eau volumique de 0,20 m3.m-3, la

fissure n’est pas détectée ; la valeur seuil est donc différente en 2010 et de l’ordre de

0,22 m3.m-3.

II.C.4.6. Conclusion des mesures de tomographie de résistivité électrique sur la parcelle 1

Les douze prospections en tomographie de résistivité électrique réalisées le long du

profil TRE2 ont mis en évidence l’existence de conditions favorables à la détection de la

fissure large de 10 cm traversant toute l’épaisseur du matériau argilo-graveleux. En effet, ce

défaut détecté en période humide ne l’est plus en période sèche. Un seuil de teneur en eau

volumique et de température à l’aide des capteurs placés à 0,70 m de profondeur a pu être


défini. Les valeurs de teneur en eau volumique et de température doivent être respectivement

supérieure à 0,20 ou 0,22 m3.m-3 (Figure II-56) et inférieure à 17,5 °C (Tableau II-8).

Cependant, les conditions d’humidité et de température en profondeur étant liées aux

conditions hydriques et thermiques en surface, l’analyse des seules données de pluie efficace

et de température atmosphérique devraient également permettre de définir les conditions

météorologiques pour lesquelles le défaut de type fissure n’est pas détecté, en l’absence de

capteurs installés sur le site.

Les conditions météorologiques des douze prospections effectuées le long du profil

TRE2 au cours des sept et trente jours sont présentées respectivement en Figure II-57 a et b.

Ces deux graphiques rendent compte d’une distribution spatiale différente selon la période

d’observation. On peut ainsi remarquer que la prise en compte des conditions

météorologiques sur une période de sept jours n’est pas suffisante pour identifier les seules

mesures ayant détecté la fissure (Figure II-57 a). En revanche, sur une période de trente jours,

la séparation entre les deux groupes de prospection est possible (Figure II-57 b). La fissure

n’a pas été détectée lorsque le cumul de pluie efficace était inférieure à -55,0 mm et la

température atmosphérique supérieure à 14,6 °C.

Figure II-57 : Conditions météorologiques (pluie efficace et température atmosphérique) précédant les douze prospections le long du profil TRE2


II.C.4.7. Parcelle 2 : mesures effectuées le long du profil TRE6

Cinq prospections en tomographie de résistivité électrique ont été réalisées le long du

profil TRE6 entre février 2010 et juillet 2011. Ce profil recoupe le défaut de recouvrement et

l’arrachage volontairement créés au niveau du GSB (Figure II-20).

Contrairement aux mesures réalisées sur la parcelle 1 (cf. § II.C.4.1), les résultats des

mesures en périodes humide et sèche le long de ce profil ne sont pas séparés, la configuration

de la couverture étant différente de celle de la parcelle 1 (Figure II-1).

Les modèles de résistivité électrique issus des mesures en dispositif dipôle-dipôle le

long de TRE6 sont présentés en Figure II-58. La gamme de résistivité électrique varie de 16,9

à 4107 .m.

Les mesures réalisées dans un premier temps en 2010 (Figure II-58 b et c) ont révélé

la présence d’un fort contraste de résistivité électrique à une profondeur voisine de 0,2 m. Les

résistivités électriques au-delà de cette profondeur sont supérieures à 1000 .m le 4 février et

4000 .m le 28 septembre 2010. Les variations superficielles de résistivité électrique à ces

deux dates sont dues à un cumul de pluie efficace différent (Tableau II-8). La résistivité

électrique y est inférieure à 100 .m le 4 février 2010 et comprise entre 150 et 400 .m le 28

septembre 2010. Si les résistivités électriques superficielles peuvent être attribuées à la terre

végétale, les résistivités électriques sous-jacentes sont représentatives de la couche de graviers

de 30 cm et du GSB d’épaisseur 6 mm. Ces deux éléments sont indissociables sur les deux

modèles de résistivité électrique où leur épaisseur est surestimée. Le matériau argilo-

graveleux, pourtant présent à 0,45 m de profondeur, n’est pas détecté. Par ailleurs, des

mesures réalisées jusqu’à 2 m de profondeur en 2010 ont conduit aux mêmes résultats.

Les mesures réalisées dans un second temps en 2011 (Figure II-58 d, e et f) montrent

une baisse des résistivités électriques de la couche de graviers et du GSB sur toute la longueur

du profil. Sur le modèle de résistivité des mesures du 20 mai 2011, les valeurs de résistivité

demeurent supérieures à 4000 .m entre 0,2 et 0,6 m de profondeur, soit plus faible qu’en

2010. Les modèles de résistivité des mesures effectuées en juillet 2011 indiquent des valeurs

globalement inférieures à 1000 .m.

Ces modèles diffèrent également des précédents par la présence en profondeur (entre

-0,80 et -1,0 m) de faibles valeurs de résistivité électrique, comprises entre 16 et 37 .m, en

particulier entre les abscisses 3 et 8 m. Elles pourraient être liées à la présence du matériau

argilo-graveleux situé sous le GSB. Ces valeurs de résistivité sont toutefois plus faibles que


celles visibles à 0,70 m de profondeur au niveau de la parcelle 1 à la même date (Figure II-46).

Deux hypothèses peuvent donc être envisagées pour expliquer cette différence : soit le GSB

empêche la dessiccation du matériau sous-jacent soit il s’agit d’un artefact d’inversion des

mesures.

Figure II-58 : Modèles des résistivités électriques non corrigées de l’effet de la température au sein de la couverture le long du profil TRE6 après cinq itérations


Les mesures réalisées en juillet 2011, soit plus d’un an et demi après la mise en place

du site expérimental, montrent l’existence d’un contraste de résistivité électrique entre 7,5 et

7,7 m à partir de 0,2 m de profondeur, au sein de l’ensemble « graviers + GSB » (Figure II-58

e et f). La résistivité y est notamment inférieure à 200 .m le 22 juillet. Or, cette diminution

de résistivité électrique a lieu au droit de l’arrachage du GSB, au niveau de la zone où le

matériau argilo-graveleux est directement en contact avec les graviers (Figure II-58 a).

Il est par ailleurs intéressant de noter que la zone située entre 7,7 et 9,0 m présente

des résistivités électriques élevées et ce jusqu’à la profondeur d’investigation maximale. Il

pourrait s’agir de l’effet du GSB présent à cet endroit avec une double épaisseur.

De plus, les faibles valeurs de résistivité électrique (<40 .m) dans la partie

superficielle des modèles de résistivité s’expliqueraient par un cumul de pluie efficace de

29,2 mm au cours des sept jours précédant les mesures.

Enfin, la détection du défaut de recouvrement n’est pas visible avec la gamme de

résistivité électrique utilisée pour la représentation des modèles de résistivité (Figure II-58).

Les résistivités électriques au droit de ce défaut sont toutefois légèrement plus faibles que

celles présentes au niveau du GSB intact.

II.C.4.7.1. Evolution temporelle de la résistivité électrique de l’ensemble

« graviers + GSB » à une profondeur donnée

Dans le but d’analyser l’évolution temporelle de la résistivité électrique de

l’ensemble « graviers + GSB », les résistivités électriques entre 0,38 et 0,48 m de profondeur

(l’interface réelle entre les graviers et le GSB étant à 0,45 m) ont été comparées pour les six

prospections (Figure II-59). Une ultime mesure a été réalisée le 30 janvier 2012.


Figure II-59 : Résistivités électriques non corrigées de l’effet de la température entre 0,38 et 0,48 m de profondeur extraites des modèles de résistivité le long du profil TRE6

Les résistivités électriques de la première prospection datant du 4 février 2010

montrant des valeurs plus élevées aux deux extrémités du profil (entre 1 et 2,5 m et entre 8,5

et 11 m), la comparaison des résistivités électriques aux différentes dates s’est donc faite entre

2,5 et 8,5 m (Tableau II-19).

Dates des mesures

Résistivité électrique entre 2,5 et 8,5 m, pour une profondeur de

0,38 à 0,48 m ( .m)

Détection des défauts du GSB

Temps écoulé

depuis la mise en place du

GSB (mois)

Minimum Moyenne Maximum Arrachage Recouvrement

04/02/2010 3784 5344 7582 non non 5 28/09/2010 39 969 97 590 165 474 non non 12 20/05/2011 4178 12 290 47 675 non non 20 22/07/2011 148 2538 13 269 oui non 22 28/07/2011 391 2481 4585 oui non 22 30/01/2012 673 2977 11 332 oui non 28

Tableau II-19 : Evolution de la résistivité électrique le long du profil TRE6 entre 2,5 et 8,5 m pour une profondeur de 0,38 à 0,48 m


On constate tout d’abord que la résistivité électrique de l’ensemble « graviers +

GSB » en 2010 varie avec les conditions climatiques. En effet, la résistivité électrique

moyenne passe de 5344 à 97 590 .m entre février et septembre 2010.

La prospection réalisée le 20 mai 2011 présente une résistivité électrique moyenne de

12 290 .m, soit intermédiaire à celles des deux prospections de 2010. Le cumul de pluie

efficace à cette date est pourtant plus faible qu’en septembre 2010 (Tableau II-8). Un autre

phénomène influence par conséquent la résistivité électrique du GSB.

Les mesures réalisées en juillet 2011 indiquent les plus faibles résistivités électriques

depuis le début des mesures. La valeur minimale de résistivité électrique est de 148 .m le 22

juillet et de 391 .m le 28 juillet (Tableau II-19). Elle est située au droit de l’arrachage du

GSB dans la zone où le matériau argilo-graveleux est en contact direct avec les graviers

(Figure II-59).

L’ultime prospection effectuée le 30 janvier 2012 a également permis de détecter

l’arrachage du GSB (cumul de pluie de 8,8 mm au cours des sept jours précédant les

mesures). Cette prospection a par conséquent permis de confirmer que la détection de

l’arrachage du GSB ne dépendait plus des conditions climatiques précédant les mesures

depuis juillet 2011. La baisse globale de résistivité électrique serait donc liée au vieillissement

du GSB.

Deux phénomènes principaux (cf. chapitre I § I.A.4.2) ont pu intervenir dans le

processus du vieillissement du GSB (de type bentonite calcique activée) installé à -0,45 m sur

la parcelle 2. Le premier est l’échange cationique, processus par lequel les ions calcium Ca2+

remplacent les ions sodium Na+. Il peut se faire par l’intermédiaire de l’eau de pluie

d’infiltration mais aussi par le matériau en contact avec le GSB selon sa nature. Des études

ont montré que le GSB devient calcique à 90 % dans un délai d’un à deux ans entraînant une

augmentation de sa perméabilité (Egloffstein, 2001 ; Silvestre et al., 2003). Le second

phénomène est la variation d’humidité par les cycles de dessiccation/humidification.

L’apparition de fissures de retrait au sein de la bentonite provoque une diminution des

performances du GSB, en particulier sa perméabilité. Des recommandations préconisent en

effet de placer le GSB en-deçà de la profondeur de dessiccation, à 1 m minimum (CFG,

2011).

Le GSB n’a en revanche pas subi de dégradation causée par les cycles gel/dégel,

celui-ci ayant été placé hors-gel. En effet, les deux capteurs situés à -0,35 m au niveau de la

parcelle 1 n’ont jamais enregistré de température inférieure à 1,9 °C.


Afin de préciser le comportement des résistivités électriques sur cette parcelle, des

modélisations ont été réalisées à l’aide du logiciel RES2DMOD©.

II.C.4.7.2. Modélisation de la parcelle 2

Deux modélisations de la parcelle 2 sont présentées ci-après dans le but d’approcher

les changements de résistivité électrique opérés entre les mesures de février 2010 et de juillet

2011. Ces modélisations mettent également en œuvre la présence des défauts de recouvrement

et d’arrachage au niveau du GSB.

Le panneau modélisé est constitué de 48 électrodes espacées de 0,25 m, soit une

longueur totale de 11,75 m, pour être comparable au profil TRE6. Les données du modèle

direct, sans ajout de bruit aléatoire sur les données de résistivité électrique apparente, ont été

inversées en dispositif dipôle-dipôle de la même façon que les données de terrain (inversion

robuste et affinage du maillage du modèle).

Les épaisseurs et les résistivités électriques des éléments constitutifs de la parcelle 2

utilisées pour la modélisation M1 sont résumées dans le Tableau II-20.

L’épaisseur réelle du GSB égale à 6 mm ne pouvant être modélisée telle quelle à une

telle profondeur (Loke, 2002), on a donc choisi d’appliquer le principe d’équivalence. Ce

principe permet de considérer qu’un terrain résistant compris entre deux terrains conducteurs

se manifeste essentiellement par sa résistance transversale : !" epR t , avec ep l’épaisseur

du terrain résistant et ! sa résistivité électrique.

Couche Matériaux Epaisseur

modélisée (m) Résistivité

électrique ( .m) Profondeur sur le modèle direct (m)

1 Terre végétale 0,15 60 0 - 0,15 2 Graviers 0,30 5000 0,15 – 0,45

3 GSB 0,10 10 000 0,45 – 0,55

Equivalent GSB réel 0,006 ~166 666

4 Matériau argilo-

graveleux 1,00 20 0,55 – 1,55

Tableau II-20 : Caractéristiques de la couverture modélisée – Modèle direct M1 (février 2010)

Le modèle de résistivité issu de cette première modélisation (Figure II-60) est

comparable au modèle de résistivité des mesures du 4 février 2010 (Figure II-58 b). On

retrouve le fort contraste de résistivité électrique à la profondeur de 0,2 m. Les résistivités

électriques au niveau de l’ensemble « graviers + GSB » présentent globalement des valeurs

similaires, supérieures à 1000 .m. De plus, des valeurs plus faibles sur le modèle (Figure


II-60) apparaissent à l’endroit des deux défauts créés, mais sur une largeur surestimée par

rapport à leur taille réelle.

Figure II-60 : Modèle M1 inversé en dispositif dipôle-dipôle sans ajout de bruit

Lors de la seconde modélisation, les valeurs de résistivité électrique des couches de

terre végétale et de graviers ont été modifiées (Tableau II-21). Elles ont respectivement été

divisées par deux et dix par rapport au premier modèle (Tableau II-20) afin de simuler l’effet

de la pluie tombée avant les mesures de juillet 2011. La résistivité électrique du GSB a aussi

été diminuée.

On constate sur le modèle de résistivité (Figure II-61) une baisse globale de

l’ensemble des résistivités électriques. Les résistivités sont les plus faibles à l’endroit des

deux défauts du GSB, de l’ordre de 400 .m. On observe la même variation de résistivité

électrique au droit de la zone sans GSB de l’arrachage sur les mesures du 28 juillet 2011

(Figure II-58 f).




1 Terre végétale 0,15 30 0 - 0,15 2 Graviers 0,30 500 0,15 – 0,45

3 GSB 0,10 8 000 0,45 – 0,55

Equivalent GSB réel 0,006 ~133 333

4 Matériau argilo-

graveleux 1,00 20 0,55 – 1,55

Tableau II-21 : Caractéristiques de la couverture modélisée – Modèle direct M2 (juillet 2011)


Figure II-61 : Modèle M2 inversé en dispositif dipôle-dipôle sans ajout de bruit

Ces modélisations ont permis de vérifier que la signature électrique des graviers ne

peut être dissociée de celle du GSB. Cela complique par conséquent la compréhension des

variations de résistivité électrique au niveau de cette parcelle.

II.C.4.8. Conclusion sur les mesures de tomographie de résistivité électrique de la parcelle 2

L’évolution des résistivités électriques au niveau du GSB a été mise en évidence par

les mesures effectuées le long du profil TRE6 entre février 2010 et janvier 2012, soit

respectivement cinq et dix-huit mois après l’installation du GSB.

La baisse de résistivité serait due au vieillissement du GSB provoqué par l’échange

cationique entre les ions sodium et calcium et par les cycles de dessiccation/humidification.

Cette modification de l’état du GSB a rendu possible la détection du défaut d’arrachage au

bout d’un an et demi.


Conclusion

Les trois méthodes géophysiques suivantes, la PS, l’ARP et la TRE, mises en œuvre

sur le site expérimental ont permis de déterminer leur capacité à détecter les défauts

volontairement créés dans deux types de couverture susceptibles d’être rencontrées sur les

installations de stockage de déchets. Les mesures répétées sur le site expérimental ont révélé

l’existence d’un comportement différent sur les deux couvertures au cours du temps. De plus,

les mesures en période humide se sont révélées plus favorables à la détection des défauts pour

l’ensemble des méthodes géophysiques.

Les mesures continues de PS, mises en place dans le but de suivre les transferts

d’eau, ont révélé l’existence d’un comportement différent sur les deux parcelles. Les signaux

PS se sont révélés plus stables sur la parcelle 2, où le matériau argilo-graveleux est recouvert

par un GSB lui-même surmonté de graviers. Des variations d’amplitude plus élevée

s’observent sur les signaux PS des électrodes situées sur la parcelle 1. Certaines de ces

variations ont pu être associées à des épisodes pluvieux. L’analyse des enregistrements PS se

trouve facilitée en période humide, la température influençant peu le signal. En revanche, en

période sèche apparaissent des instabilités sur les signaux de certaines électrodes. Ces

changements de PS étant toutefois réversibles, ils ont pu être attribués à un mauvais contact

électrique entre l’extrémité de l’électrode et le matériau argilo-graveleux, causé par

l’assèchement de la bentonite. Les signaux PS se sont toutefois révélés extrêmement variables

au cours du temps à la fois entre les différentes électrodes et pour une même électrode. Des

perturbations supplémentaires, liées notamment à l’implantation du site expérimental en zone

industrielle (utilisation de câbles non blindés), peuvent également être responsables des

variations observées.

Les prospections PS effectuées sur le site expérimental ont mis en évidence un signal

PS différent selon le type de couverture et variable en fonction des conditions climatiques. Un

contraste élevé de signal PS a en particulier été observé au niveau de la parcelle 2. Sur cette

parcelle, le signal PS globalement compris entre 20 et 50 mV en période sèche pourrait être

attribué à l’évapotranspiration. En période humide, le faible signal PS (entre -7 et 8 mV)

pourrait être lié à la concentration de l’eau de pluie dans la couche de graviers située au-

dessus du GSB. Les deux prospections réalisées en période humide ont par ailleurs montré un

signal PS d’autant plus négatif que le cumul de pluie efficace est élevé.


Sur la parcelle 1, la gamme du signal PS est globalement la même en période humide

et sèche, comprise entre -7 et 12 mV. Les variations du signal observées dans deux zones

distinctes ont été reliées à la nature différente de la terre végétale mise en place. En effet, les

mesures effectuées au niveau de la terre végétale rapportée, la plus sujette à l’apparition de

fentes de dessiccation, présentent des valeurs plus élevées en période sèche et plus faibles en

période humide que les mesures réalisées sur la zone de terre végétale initiale.

Lors de la prospection de février 2010, le signal PS a montré une augmentation de 8

et 9 mV à proximité des fissures larges de 10 et 4 cm. Si le pas de mesure de 2 m n’a pas

permis de les localiser précisément, il apparaît néanmoins suffisant pour en détecter

l’existence. Ce contraste n’a toutefois pas été noté lors des deux autres prospections.

Tout comme les mesures de PS ponctuelles effectuées en période humide, les

mesures ARP sont sensibles au type de terre végétale mis en place sur la parcelle 1. Les

résistivités électriques apparentes présentent des valeurs plus faibles au niveau de la terre

végétale où apparaissent les fentes de dessiccation en été. Ces dernières peuvent en effet être

le lieu privilégié de l’infiltration de l’eau lors du retour des pluies efficaces.

Les données de résistivité électrique apparente pour l’écartement 1,1 m sont les

seules à avoir permis la détection de la fissure large de 10 cm. La résistivité électrique

apparente à l’endroit de ce défaut est plus élevée (100 .m) que celle du matériau argilo-

graveleux (30 .m) lorsque l’injection du courant se fait perpendiculairement à la fissure, et

plus faible (19 .m) lorsque l’injection du courant a lieu parallèlement à la fissure. Cependant

l’interpolation des mesures acquises tous les 0,5 m entraîne une surestimation de la largeur de

la fissure, estimée à 0,70 m. De plus, une augmentation de résistivité électrique apparente a

été observée à l’endroit des fissures de 4 et 10 cm recoupées obliquement.

La TRE a fourni des résultats intéressants quant à la détection des défauts

volontairement créés sur le site expérimental. Les mesures effectuées sur la parcelle 2 avec un

espacement inter-électrodes de 0,25 m et un temps d’injection de 1 s ont révélé une évolution

temporelle des résistivités électriques au niveau du GSB. Au cours des dix-huit premiers mois

suivant la pose du GSB, les mesures ont montré la présence de résistivités électriques très

élevées (>4000 .m) au niveau de l’ensemble « graviers + GSB ». La baisse de résistivité

électrique qui s’opère sur les quatre mois suivants serait causée par le vieillissement du GSB

provoqué par l’échange cationique entre les ions sodium et calcium et les cycles de

dessiccation/humidification. Cela rend la détection du défaut d’arrachage possible à partir du


vingt-deuxième mois après la pose du GSB et indépendante de l’antécédent hydrique et

thermique.

Les mesures de TRE réalisées sur la parcelle 1 en période humide avec un

espacement inter-électrodes de 0,50 m et un temps d’injection de 500 ms ont permis la

détection de l’ensemble des défauts : fissures larges de 4 et 10 cm et géodrains à -0,45 et

-0,75 m. Les conditions favorables à la détection de la fissure large de 10 cm traversant toute

l’épaisseur du matériau argilo-graveleux ont été définies précisément grâce à l’analyse des

données des capteurs de température et de teneur en eau volumique présents à 0,70 m de

profondeur au niveau de la parcelle 1. Ainsi, la détection de la fissure est possible lorsque la

teneur en eau volumique est supérieure à 0,20 ou 0,22 m3.m-3 (en fonction de la précocité

d’apparition des fentes de dessiccation), et la température inférieure à 17,5 °C. Néanmoins, en

l’absence de capteurs placés sur un site quelconque, l’analyse des conditions météorologiques

(température atmosphérique moyenne et cumul de pluie efficace) sur les trente jours

précédant les mesures rendent possible la détermination des conditions favorables à la

détection du défaut. Ainsi, la fissure large de 10 cm n’est plus détectée lorsque le cumul de

pluie efficace est inférieur à -55,0 mm et la température atmosphérique supérieure à 14,6 °C.

Les mesures de TRE effectuées sur la parcelle 1 ont également mis en évidence

l’existence d’un matériau argilo-graveleux hétérogène. Les résistivités électriques des quatre

classes définies grâce à une classification hiérarchique ascendante effectuée sur l’ensemble

des prospections le long d’un profil ne se distinguent les unes des autres que de 4 .m en

moyenne en période humide. Ces variations de résistivité électrique peuvent être dues à des

différences de compaction lors de la mise en place ou encore à la nature intrinsèque du

matériau (teneur en fines par exemple). Les hétérogénéités observées correspondent par

conséquent à des domaines au comportement hydrique et électrique différent.

La conservation de la répartition spatiale des différences de résistivité électrique dans

le temps indique que la présence d’hétérogénéités dès la mise en place de la couverture peut

conditionner son évolution future. L’existence de zones plus perméables peut ainsi entraîner

une infiltration d’eau préférentielle à ces endroits. Cela montre par conséquent d’une part

l’importance du choix du matériau de couverture sur une installation de stockage de déchets et

d’autre part la nécessité d’une compaction uniforme afin d’assurer une bonne étanchéité de la

couverture au cours du temps.

CHAPITRE III

APPLICATION DES METHODES GEOPHYSIQUES

A UNE INSTALLATION DE STOCKAGE DE

DECHETS DANGEREUX

Chapitre III : Application des méthodes géophysiques à une installation de stockage de déchets dangereux 187

Introduction

Les trois méthodes géophysiques testées sur le site expérimental, l’ARP, la TRE et la

PS, ont été mises en œuvre sur une couverture d’installation de stockage de déchets

dangereux en France. Sur ce site, une couverture a été placée sur l’ensemble des casiers de

stockage de déchets afin de minimiser les infiltrations d’eau dans le massif de déchets. Malgré

cette couverture, la quantité de lixiviats augmente anormalement après les épisodes pluvieux.

Une des causes de cette augmentation peut notamment être liée à l’état de la couverture âgée

de près de vingt ans. La présence de défauts au sein de la couverture pouvant créer des

chemins préférentiels d’infiltration d’eau, nous avons testé la capacité des trois méthodes

géophysiques à détecter les zones de faiblesse.

Après la présentation du site et des études déjà réalisées concernant la caractérisation

de la couverture, les résultats des méthodes géophysiques ARP, TRE, PS seront détaillés.

III.A. PRESENTATION DU SITE X

Le site X est une Installation de Stockage de Déchets Dangereux (ISDD) renfermant

près de 400 000 tonnes de déchets déposés entre 1978 et 1988 sur une superficie de

42 000 m².

III.A.1. Contexte géologique

L’ISDD est installée sur un ensemble de dépôts sédimentaires continentaux

limniques rattachés aux "Grès rouges" r2 du Saxonien (Permien inférieur, de -275 à -258 Ma),

dont l'épaisseur totale peut localement dépasser 1 000 m et qui sont discordants sur les assises

plus anciennes du Carbonifère.

Dans le détail, ces "Grès rouges" peuvent être localement subdivisés comme suit

(Figure III-1) :

- La formation de Montfaucon r2a : elle est constituée de conglomérats

polygéniques, d’arkoses à feldspaths roses et de lits gréseux. Cette formation,


rencontrée en bordure sud-est du site, se retrouve plus au sud en contact anormal faillé

avec les schistes houillés h5 du bassin Stéphanien (Carbonifère),

- La formation de Torcy r2b : elle se compose d'argiles plus ou moins sablo-

gréseuses qui ont été exploitées en carrières pour la production de tuiles.

L’ISDD a été installée dans l'une de ces carrières après reprofilage du fond. Son front

nord-ouest est probablement affecté par une faille qui décale fortement la série sédimentaire

au sein même des argiles de Torcy, ce qui souligne leur importante épaisseur.

Figure III-1 : Schéma des formations géologiques du site X (Dutheil et al., 2005)

En fond de carrière, la formation des argiles de Torcy présente une perméabilité

comprise entre 1.10-8 et 1.10-9 m.s-1. Elle est considérée comme hétérogène car elle comporte

des bancs plus ou moins gréseux de pendage quasi-vertical (Figure III-2).

Figure III-2 : Carte géologique du site X (Dutheil et al., 2005)


III.A.2. Stockage des déchets

A la fin de l’exploitation de la carrière en 1977, le fond était compris entre 327 et

330 m NGF, du fait de la présence de bancs gréseux partiellement laissés en place (Figure

III-3). Le fond a ensuite été surcreusé par endroits jusqu’à une profondeur pouvant atteindre

314 m NGF.

Figure III-3 : Coupe géologique à travers l’installation de stockage de déchets dangereux (Dutheil et

al., 2005)

Les déchets, avant d’être stockés dans les alvéoles, étaient réceptionnés dans une

fosse et mélangés à de l’argile prélevée sur le site (caractérisée par une couleur rouge foncée).

Le comblement des alvéoles a ensuite été effectué selon un schéma multicouche, en alternant

un mètre de déchets mélangés et 30 cm d’argile. Les déchets ont été répartis suivant douze

alvéoles, sur une épaisseur moyenne de treize mètres, celle-ci pouvant cependant être plus

importante au niveau des alvéoles surcreusées.

III.A.3. Mise en place de la couverture

En 1992, une couverture est mise en place par apport de matériaux naturels avec

mise en forme au-dessus des déchets. Cette couverture, d’une épaisseur théorique de 2,3 m,

est principalement constituée d’une alternance de matériaux sablo-argileux et argileux

surmontés de 10 cm de terre végétale (Figure III-4). Un géosynthétique bentonitique (GSB)

d’une épaisseur de 7 mm est également disposé à une profondeur voisine de -1,1 m. Ce GSB


est constitué de bentonite calcique activée (avec une teneur en montmorillonite supérieure à

70 %) et de deux couches de géotextiles en polypropylène blancs.

Figure III-4 : Coupe théorique de la couverture (a) et photographie de la maquette (b)

Par ailleurs, des géodrains ont été mis en place au sein de la couverture pour la

collecte des gaz à une profondeur voisine de -1,3 m. Des drains ont également été placés juste

au-dessus du massif de déchets pour la collecte des lixiviats (Figure III-4). L’installation de

stockage est donc en permanence saturée en eau, le dispositif de drainage captant seulement le

« trop plein ». Seul l’emplacement des deux drains qui collectent l’ensemble des lixiviats en

partie basse du site est précisé en Figure III-5. Ces drains, situés en bordure de la zone de

stockage de déchets, sont reliés à un puits de convergence à l’extrémité nord-est du site, puits

lui-même raccordé à une cuve de stockage de 50 m3 installée dans le puits P2. Les eaux de

ruissellement sont quant à elles collectées dans un fossé bétonné périphérique au stockage

puis éloignées de l’ISDD.

Suite à ces travaux de couverture, une paroi molle en coulis de bentonite-ciment

pouvant atteindre treize mètres de profondeur a été réalisée en 1995-1996 tout autour du

stockage dans le but d’empêcher les entrées d’eau au sein de l’ISDD. La cote sol actuelle du

site est comprise entre 330 et 348 m NGF.


Figure III-5 : Plan de l’installation de stockage de déchets dangereux (Dutheil et al., 2005)

III.A.4. Etudes antérieures effectuées sur la couverture

Une prospection électromagnétique a été réalisée sur le site en janvier 2006 par

l’entreprise GéoGéophy, suivie de prélèvements de matériaux argileux en septembre 2006 par

Burgéap. Des prélèvements de GSB ont également été effectués par l’INSA (INSAVALOR,

2006).

III.A.4.1. Prospection électromagnétique

Une cartographie électromagnétique a été réalisée avec un équipement EM38 selon

des profils espacés en moyenne de 5 m et positionnées grâce à un GPS. Un total de 9164

mesures a ainsi été acquis en dispositif vertical du 3 au 6 janvier 2006 (Ragot, 2006). Les

données fournies m’ont permis de réaliser une carte des conductivités électriques apparentes

(Figure III-6). Elle est issue d’une interpolation de type krigeage (voisinage de 5,2 m et

variogramme linéaire omnidirectionnel) réalisée à l’aide du logiciel Surfer.


Figure III-6 : Carte de conductivités électriques apparentes obtenues à partir des mesures d’EM38 effectuées par GéoGéophy en janvier 2006

Cette carte montre tout d’abord que les conductivités électriques apparentes sont

majoritairement comprises entre 20 et 60 mS/m, à hauteur de 70 %. Elle met ensuite en

évidence l’existence d’une zone particulièrement conductrice ("app>100 mS/m) au sommet de

l’ISDD alors que les zones en pente sont globalement plus résistantes ("app<60 mS/m), en

particulier dans la partie nord du site où les conductivités électriques apparentes sont

concentrées entre 0 et 20 mS/m. Ces contrastes de conductivité pourraient refléter

l’hétérogénéité des matériaux de couverture et donc de sa perméabilité. Dans le but de vérifier

cette hypothèse, GéoGéophy a préconisé l’implantation de plusieurs reconnaissances

mécaniques, dont cinq, notés S1 à S5 en Figure III-6, ont été réalisés par Burgéap dans des

zones de conductivité électrique apparente différente.


III.A.4.2. Caractérisation des matériaux de couverture

Les sondages à la pelle mécanique ont permis de caractériser les matériaux de

couverture jusqu’à une profondeur maximale de 1,2 m. La Figure III-7 précise les matériaux

rencontrés ainsi que les valeurs de conductivité électrique apparente pour chaque point de

sondage.

Figure III-7 : Caractérisation des matériaux de couverture à l’emplacement des sondages (Dutheil et

al., 2007)

La caractérisation des matériaux de couverture au niveau des sondages a permis de

constater que les matériaux sont globalement les mêmes jusqu’à 0,5 m de profondeur, à savoir

une couche de grès rouge altéré (de 30 à 50 cm d’épaisseur) surmontée de 10 cm de terre

végétale. Ce n’est pas le cas au niveau du sondage S2 où de l’argile sableuse noire a été

identifiée jusqu’à -0,9 m. L’épaisseur de la couche de grès rouge altéré étant globalement

celle correspondant au sable argileux sur la coupe théorique, nous définirons par la suite

comme sable argileux le grès rouge altéré en admettant qu’il s’agisse du même matériau.

Le matériau sous-jacent au sable argileux présente des variations lithologiques au

nombre de trois. Plusieurs types d’argiles ont été différenciés : limoneuse jaune, ocre et

sableuse brune. Par ailleurs, le GSB a été atteint à une profondeur comprise entre 1,1 et 1,2 m,

au niveau des sondages S2 et S3 les plus profonds. Ainsi, la profondeur du GSB et les

matériaux sus-jacents rencontrés au niveau des sondages sont globalement conformes à la

coupe théorique.


En complément de l’analyse macroscopique, Burgéap a prélevé un échantillon de

chacune des cinq couches argileuses (noté E1 à E5 en Figure III-7) pour analyse

granulométrique. Le graphique du pourcentage pondéral cumulé en fonction du diamètre des

grains confirme que les trois matériaux distingués précédemment présentent des variations de

granulométrie significative (Figure III-8).

Figure III-8 : Courbes granulométriques des échantillons de matériaux de couverture notés E1 à E5, établies à partir des données des essais granulométriques faits par Burgéap

On peut tout d’abord remarquer que le pourcentage de grains inférieur à 80 µm est

compris entre 61,7 % pour l’échantillon E4 et 97,4 % pour l’échantillon E1. Ensuite,

l’échantillon E1 diffère des autres échantillons par un diamètre maximal de grains plus petit,

égale à 2 mm, mais aussi par une fraction argileuse plus élevée. En effet, le pourcentage de

grains de diamètre inférieur à 2 µm s’élève à 52 % pour l’échantillon E1 alors qu’il est

compris entre 25 et 32 % pour les échantillons E2 à E5.

L’hétérogénéité de ces matériaux argileux n’a cependant pas pu être reliée à une

différence de signature électromagnétique à l’emplacement des sondages (Figure III-6).


III.A.4.3. Evaluation de l’état du GSB

A l’emplacement des sondages S2 et S3, du GSB a été prélevé par l’INSA sur une

surface de 60 cm² pour évaluer ses performances hydrauliques (INSAVALOR, 2006). Une

rustine de GSB, identique à celui de la couverture, a été posée sur la zone échantillonnée et

jointe au GSB existant par la mise en place de bentonite en poudre.

Les résultats des analyses effectuées sur le GSB sont résumés dans le Tableau III-1. Ils

sont comparés aux données du fabricant pour des produits neufs.

Caractéristiques GSB

S2 GSB

S3 Données du

fabricant Etat visuel

du GSB Masse surfacique de la

bentonite sèche (kg.m-2) 3 3 3

Absence de perforations

Gonflement libre de la bentonite (cm3.2g-1)

7 8 25

Capacité d’absorption d’eau de la bentonite (cm3.g-1)

2 2 6

Perméabilité (m.s-1) 4.10-9 9.10-7 1.10-10

Tableau III-1 : Résultats des analyses effectuées sur les prélèvements de GSB en 2006 (INSAVALOR, 2006)

Bien que macroscopiquement le GSB soit exempt de perforations à l’endroit des deux

sondages, les analyses montrent une baisse de ses performances, exceptée concernant la

masse surfacique de la bentonite sèche. En effet, les capacités de la bentonite en termes de

gonflement libre et d’absorption d’eau ont été divisées par trois en quatorze ans. On observe

également une augmentation de la perméabilité du GSB, de 40 au niveau du sondage S2 à

9000 fois au niveau du sondage S3 supérieure à la donnée du fabricant. Ces chiffres attestent

du vieillissement du GSB depuis sa mise en place : des échanges ioniques avec la solution de

percolation in situ ou encore des phénomènes de fluage pourraient être responsables de sa

dégradation.

En conclusion, les études effectuées en 2006 sur la couverture de l’installation de

stockage de déchets dangereux ont dans un premier temps montré l’existence de contrastes de

conductivité électrique apparente grâce à la prospection électromagnétique. Les analyses

ponctuelles réalisées sur les matériaux de couverture ont dans un second temps mis en

évidence l’hétérogénéité de la couverture. Cependant, la variabilité des matériaux de

couverture, de nature sableuse et argileuse à l’emplacement des cinq points de sondages


effectués, n’a pas été reliée par Burgéap aux différences de conductivité électrique apparente.

Nous montrerons en revanche grâce à nos mesures que la conductivité électrique peut

toutefois être reliée à la nature des matériaux superficiels ainsi qu’à l’état du GSB. Par

ailleurs, les deux analyses effectuées sur les prélèvements de GSB par l’INSA en 2006 ont

montré une augmentation de perméabilité différente apportant ainsi la preuve d’une

dégradation variable selon l’emplacement.

Afin de tester la capacité des méthodes géophysiques à détecter les défauts

d’étanchéité, trois d’entre elles ont été mises en œuvre sur le site X en 2009-2010. Les défauts

recherchés peuvent être liés au choix des matériaux de couverture mis en place (nature,

épaisseur), à l’installation du GSB (déchirure, glissement de lés) ou encore à sa dégradation

causée par les échanges cationiques avec la solution de percolation ou les cycles

d’humidification/dessiccation.

III.B. PROSPECTIONS GEOPHYSIQUES

Des mesures en ARP ont tout d’abord été réalisées permettant de cartographier

rapidement l’ensemble de l’installation de stockage de déchets. Suite à cette prospection, des

mesures de PS ont été effectuées dans une zone présentant un contraste de résistivité

électrique apparente. Enfin, une campagne de TRE associée à des reconnaissances faites à la

tarière manuelle a été menée le long de deux profils. Ces trois prospections ayant été réalisées

à différentes périodes de l’année, il convient de préciser dans quelles conditions

météorologiques elles ont eu lieu. En effet, la connaissance des conditions météorologiques

est nécessaire pour l’interprétation des mesures géophysiques (en particulier l’historique des

précipitations). De plus, leur influence sur la qualité des mesures a pu être prouvée grâce aux

nombreuses campagnes réalisées sur le site expérimental (cf. chapitre II).

III.B.1. Conditions métérologiques

Aucun suivi de température et d’humidité n’est réalisé sur la couverture du site X.

Nous disposons donc seulement des données de température atmosphérique et de

précipitations totales au cours des mois de juillet 2009 à juillet 2010 grâce à une station


météorologique installée à proximité immédiate de l’installation de stockage de déchets

dangereux (Figure III-5).

Les mesures en ARP et PS ont été effectuées en novembre 2009 au cours d’une

période marquée par de nombreux épisodes pluvieux (Figure III-9). Un cumul de 19 mm a

notamment pu être observé au cours des dix jours précédents la prospection ARP du 5

novembre (dont 13 mm le 2 novembre). De plus, les températures atmosphériques étant

faibles à cette période mais néanmoins supérieures à 0 °C, l’évaporation peut être considérée

comme négligeable. Ainsi, les précipitations, en humidifiant le terrain, ont favorisé un bon

contact entre les électrodes de l’ARP et le terrain. Les mesures PS ont été réalisées le 19

novembre après un cumul supplémentaire de pluie de 12 mm depuis les mesures ARP. Quant

aux mesures de TRE, elles ont été réalisées du 21 au 25 juin 2010. Le cumul de pluie s’élève

à près de 42 mm au cours des dix jours précédents les mesures (avec un épisode pluvieux de

26 mm le 17 juin). Cependant, les températures atmosphériques étant plus élevées qu’en

novembre 2009, on peut supposer une plus forte évaporation à cette période et par conséquent

un cumul de pluie efficace plus faible.

Figure III-9 : Données de précipitations totales et températures atmosphériques moyennes, journalières et mensuelles, au cours des mois de juillet 2009 à juillet 2010 (données de la station météorologique

située à proximité du site X)


III.B.2. Mesures en Automatic Resistivity Profiling (ARP)

Une prospection en ARP a été réalisée les 5 et 6 novembre 2009 sur l’ensemble du

site X avec un espacement inter-profil d’environ 1 m. L’intensité du courant injecté lors de

ces mesures était de 10 mA et le positionnement s’est fait au moyen d’un GPS différentiel.

Les trois cartes obtenues avec les écartements de 0,5, 1,0 et 2,0 m (dispositif ARP 03)

montrent des variations de résistivité électrique apparente entre 10 et 200 .m (Figure III-10).

Les données ont été interpolées selon la méthode de type « spline » avec une maille de 0,5 m

en prenant en compte les points de mesure dans un rayon de 4 m.

Les trois cartes en Figure III-10 mettent en évidence l’existence de contrastes de

résistivité électrique apparente sur l’ensemble du site. Il est possible de distinguer quatre

zones où les résistivités électriques apparentes évoluent différemment avec l’écartement

croissant. La première zone, localisée dans la moitié nord de l’installation de stockage,

rassemble les résistivités électriques les plus élevées (supérieures à 70 .m) quel que soit

l’écartement. La moitié sud de l’installation de stockage est marquée par l’existence de deux

comportements différents. A certains endroits, une diminution de la résistivité électrique

apparente (de 70 à 50 .m) s’observe avec l’écartement croissant. Dans cette deuxième zone,

ceci pourrait être lié à la présence de matériaux sableux en surface et plus argileux en

profondeur, en accord avec la composition théorique de la couverture (Figure III-4). La partie

sud de l’installation de stockage montre également de faibles résistivités (~50 .m) sur la

carte de l’écartement 0,5 m (Figure III-10 a), résistivités qui tendent à décroître sur les cartes

des écartements 1,0 et 2,0 m (Figure III-10 b et c). Dans cette troisième zone, les faibles

résistivités pourraient résulter d’une teneur en argile plus élevée dans les matériaux

superficiels de la couverture. Enfin, des valeurs particulièrement conductrices visibles sur les

trois écartements sont localisées aux extrémités nord et est du site. Cette quatrième zone se

trouve délimitée d’une part par les drains de lixiviats et d’autre part par la paroi moulée

(Figure III-5). La résistivité électrique y est inférieure à 30 .m et pourrait notamment

s’expliquer par une teneur en eau plus élevée dans cette partie. Cette dernière pourrait être

causée par l’action des eaux pluviales ruisselant jusqu’à ce point bas du site et à leur

concentration en avant de la paroi moulée (Figure III-5).

Cha

pitr

e II

I : A

pplic

atio

n de

s m

étho

des

géop

hysi

ques

à u

ne in

stal

latio

n de

sto

ckag

e de

déc

hets

dan

gere

ux

199

Fig

ure

III-

10 :

Car

te d

es r

ésis

tivi

tés

élec

triq

ues

appa

rent

es s

ur le

sit

e X

– in

terp

olat

ion

de ty

pe «

spl

ine

» (m

aill

e de

0,5

m e

t ray

on d

e 4

m)


Par ailleurs, l’étude antérieure réalisée par Burgéap sur le site X avait déjà montré

l’existence de matériaux hétérogènes au sein de la couverture (Figure III-7 et Figure III-8),

matériaux parfois différents de ceux de la coupe théorique (Figure III-4). Ainsi, les contrastes

de résistivité électrique mis en évidence par l’ARP seraient liés à la variabilité des matériaux

de couverture. On peut ajouter à cela d’autres causes telles que des variations d’épaisseur, de

compaction et de teneur en eau qui prennent part aux variations de résistivité électrique.

Dans le but de comparer les conductivités électriques apparentes acquises en 2006

par GéoGéophy aux résistivités électriques apparentes mesurées en 2009 par GEOCARTA,

une superposition des deux jeux de données a été effectuée (Figure III-11). Ce sont les

données ARP avec l’écartement 2,0 m qui sont le plus fortement corrélées aux données

d’EM38. Dans un souci de lisibilité, les données de conductivité électrique comprises entre 20

et 60 mS/m n’ont pas été reportées en Figure III-11.


Figure III-11 : Comparaison entre les données de résistivité électrique apparente (mesures ARP avec l’écartement 2,0 m faites par GEOCARTA en 2009) et les données de conductivité électrique

apparente (mesures EM38 acquises par GéoGéophy en 2006)

Malgré les mesures réalisées à quatre ans d’intervalle, il est intéressant de noter

l’existence de certaines similitudes en termes de répartition des contrastes électriques entre les

données des deux méthodes géophysiques. La délimitation de ces contrastes est toutefois

moins précise en EM38 qu’en ARP, le pas de mesure étant respectivement de l’ordre de 1 m

et de 10 cm. Toutefois, la partie nord-ouest de l’ISDD présente une bonne corrélation entre

les mesures en EM38 et ARP. Les plus faibles conductivités électriques apparentes (de 0 à


20 mS/m) coïncident en partie avec des résistivités électriques apparentes élevées, comprises

entre 70 et 100 .m. Il en est de même pour la partie sud de l’ISDD où l’on observe des

conductivités électriques apparentes supérieures à 60 mS/m et des résistivités électriques

inférieures à 30 .m. Par contre, les mesures au moyen de l’EM38 montrent un

comportement opposé à celui des mesures ARP aux extrémités nord et est de l’ISDD. Dans

cette zone, il n’apparaît pas de fortes conductivités électriques, les valeurs étant globalement

comprises entre 20 et 60 mS/m à l’endroit où les résistivités électriques apparentes mesurées

sont les plus faibles (inférieures à 30 .m). Plusieurs hypothèses peuvent être avancées pour

expliquer le changement de comportement électrique de la couverture : des conditions

météorologiques précédant les mesures différentes (en particulier au niveau des

précipitations) ou encore une dégradation de la couverture apparue entre les deux campagnes

de mesures géophysiques.

En conclusion, la prospection en ARP menée sur le site X a permis de connaître,

grâce à l’acquisition d’un grand nombre de mesures, la répartition précise des résistivités

électriques apparentes à trois profondeurs différentes. Deux zones de faible résistivité

électrique (de 10 à 30 .m) ont ainsi pu être mises en évidence, l’une localisée au voisinage

du point haut de l’ISDD et l’autre en limites nord et est correspondant aux points bas. La

majorité de la couverture présente par ailleurs des résistivités électriques sensiblement plus

élevées (globalement entre 50 et 150 .m) pouvant être reliées à la variabilité des matériaux

de couverture (nature, épaisseur, teneur en eau).

Au vu de ces résultats, des mesures PS ont ensuite été programmées. Néanmoins, ces

mesures géophysiques, de par leur mise en œuvre plus longue et la nécessité de conditions

climatiques stables, n’ont pas pu être réalisées sur la totalité du site. La zone à prospecter a

donc été choisie dans un endroit caractérisé par des variations de résistivité électrique

apparente visibles sur les trois écartements de l’ARP. Cette zone de dimensions 20 m par

110 m et orientée est-sud-est ouest-nord-ouest est délimitée en Figure III-10 par un rectangle

noir.


III.B.3. Mesures de polarisation spontanée (PS)

La prospection PS a été effectuée le 19 novembre 2009 avec un total de 115 points

de mesures acquis selon une maille de 5 m par 5 m (Figure III-12). Chaque mesure est

précédée du creusement d’un trou à la pelle à main, de quelques centimètres de profondeur,

dans lequel est posé une motte de boue de bentonite qui permet d’améliorer le contact

électrique entre l’extrémité de l’électrode et le terrain. Une mesure de différence de potentiel

est ensuite réalisée entre l’électrode de mesure, déplacée à chaque point, et l’électrode de

base, qui elle reste fixe. Le signal à l’électrode de base variant dans le temps, il est nécessaire

de corriger les mesures de l’effet de dérive.

Figure III-12 : Emplacement des mesures PS sur l’installation de stockage de déchets dangereux

III.B.3.1. Traitement des données : correction de dérive

Au cours de la prospection, un retour à l’électrode de base est réalisé à l’issue des

mesures effectuées pour chacun des profils. La variation du signal PS à l’endroit de

l’électrode de base en fonction du temps est précisée en Figure III-13. L’ensemble des valeurs

brutes de PS est donc corrigé de l’effet de dérive à l’aide d’une loi polynomiale du deuxième

ordre.


Figure III-13 : Evolution de la dérive de l’électrode mesurée à l’emplacement de l’électrode de base en fonction du temps

Afin d’étudier en détail les mesures PS corrigées de la dérive, une étude statistique a

été réalisée pour chaque profil.

III.B.3.2. Etude statistique des mesures PS le long de chaque profil

Les valeurs des paramètres statistiques classiques calculés le long des profils de y=0

à y=20 m sont résumées dans le Tableau III-2.

Profils de polarisation spontanée : mesures corrigés de la dérive

y= 0 m y=5 m y=10 m y=15 m y=20 m

Minimum (mV) -50,8 -80,6 -47,3 -50,3 -17,8

1er quartile (mV) -9,8 -4,9 -4,9 -3,0 -0,2

Médiane (mV) -0,9 2,4 -1,3 -0,9 1,9

Moyenne (mV) -2,3 -2,9 0,8 -1,8 3,3

3ème quartile (mV) 5,9 6,3 13,3 4,9 6,2

Maximum (mV) 42,4 37,2 37,4 20,8 32,2

Coefficient de variation (%) -9,7 -8,7 22,7 -7,7 2,8

Variance (mV²) 501,4 654,6 357,7 195,3 82,4

Ecart-type (mV) 22,4 25,6 18,9 14,0 9,1

Etendue (mV) 93,2 117,8 84,7 71,1 49,9

Intervalle inter-quartile (mV) 15,7 11,2 18,2 7,9 6,4

Coefficient d'aplatissement 0,4 3,3 1,5 5,6 4,4

Coefficient d'asymétrie -0,2 -1,4 -0,7 -2,0 0,8

Taille 23 23 23 23 23

Tableau III-2 : Paramètres statistiques des mesures PS par profils de mesures avec une mesure acquise tous les cinq mètres, après correction de dérive


Les résumés statistiques du Tableau III-2 et le graphique des fonctions de répartition

montrés en Figure III-14 permettent de classer les mesures PS en deux catégories : une

première réunissant les mesures le long des profils y=15 et y=20 m et une seconde regroupant

les mesures le long des trois autres profils.

Les mesures réalisées le long des profils y=15 et y=20 m sont celles qui présentent

les valeurs de PS les plus concentrées. Elles sont caractérisées par des écart-types

(respectivement de 14,0 et 9,1 mV) et des intervalles inter-quartiles (respectivement de 7,9 et

6,4 mV) plus faibles que ceux des mesures le long des autres profils. De plus, l’homogénéité

des ces valeurs PS est confirmée par un coefficient d’aplatissement élevé, respectivement égal

à 5,6 et 4,4 le long des profils y =15 et y=20 m.

Pour les mesures effectuées le long des profils y=0, y=5 et y=10 m, regroupées dans

la seconde catégorie, on observe un comportement différent au niveau des valeurs PS. Leurs

coefficients de variation sont élevés en valeur absolue et leurs intervalles inter-quartiles

supérieurs à 11 mV. De plus, l’étendue des mesures est comprise entre 84,7 et 117,8 mV, la

valeur minimale de PS ayant été mesurée le long du profil y=5 m. Les valeurs PS le long de

ces trois profils sont toutefois moins homogènes que celles de la première catégorie ; ceci est

souligné par des coefficients d’aplatissement plus faibles (entre 0,4 et 3,3).

Il est par ailleurs intéressant de remarquer que, sur les valeurs obtenues le long des

cinq profils de mesure, celles effectuées le long de quatre d’entre eux montrent une queue de

distribution vers les faibles valeurs se traduisant par un coefficient d’asymétrie négatif

(Tableau III-2). Seule la distribution des valeurs le long du profil y=20 m présente un

étalement vers les valeurs positives (coefficient d’asymétrie positif). On peut enfin noter que

les coefficients d’asymétrie les plus élevées sont ceux situés le long des profils y=0 et

y=20 m, profils situés de part et d’autre de la zone de prospection (Figure III-12).

Le graphique des fréquences cumulées relatives en fonction du signal PS (Figure

III-14) met en évidence une concentration de l’ensemble des valeurs PS pour des fréquences

cumulées relatives comprises entre 0,26 et 0,70. Dans cet intervalle regroupant 70 % des

valeurs PS, les mesures varient de -10 à +10 mV. De plus, il existe dans cette zone un faible

écart de PS entre les cinq profils de mesure (<10 mV) pour une fréquence cumulée relative

donnée. Cet écart devient en revanche plus élevé pour les fréquences cumulées relatives

inférieures à 0,13 où sa valeur dépasse les 30 mV et atteint 56,8 mV pour une fréquence

cumulée relative de 0,04.


Figure III-14 : Graphique des fonctions de répartition des mesures PS, réalisées tous les 5 m, après correction de dérive

L’analyse statistique effectuée précédemment sur les mesures PS corrigées de la

dérive a révélé l’existence de deux comportements différents le long des cinq profils de

mesures. Les profils y =15 et y=20 m sont ceux qui présentent les plus faibles variations du

signal PS. Cette étude a également permis de constater que la plupart des valeurs PS sont

comprises entre -10 et +10 mV. On peut donc supposer que les valeurs situées en dehors de

cet intervalle sont représentatives d’un état plus anomalique.

III.B.3.3. Interprétation des données

III.B.3.3.1. Profils de mesures PS

Les mesures PS corrigées de la dérive sont représentées en fonction de la position

des points de mesure le long des profils y=0 à y=20 m en Figure III-15. Le signal PS s’étend

de 42,4 à -80,6 mV. On constate tout d’abord que les mesures le long des profils présentent

globalement une allure de courbes identique. Les valeurs PS ont tendance à diminuer au début

des profils, pour ensuite se stabiliser et diminuer significativement avant de réaugmenter en

fin de profils. Sur la base de ces variations, quatre zones distinctes notées A, B, C et D ont été

délimitées.


Figure III-15 : Profils PS corrigés de la dérive, réalisés sur cinq lignes espacées de cinq mètres

La zone A, comprise entre 10 et 30 m du début des profils, est caractérisée par une

diminution des valeurs PS entre 42,4 et 3,8 mV, excepté pour les mesures le long du profil

y=20 m qui ont globalement tendance à augmenter. La zone comprise entre 30 et 90 m est

marquée par des variations du signal entre -8,9 et 10 mV. Cette zone centrale, notée B,

indique un signal PS plus ou moins homogène sur toute la largeur de la prospection. C’est

entre 90 et 110 m qu’apparaît, sur chacun des profils, une diminution brutale du signal PS

suivi d’une augmentation. Cependant, l’amplitude de variation du signal n’est pas du même

ordre de grandeur sur tous les profils et un décalage vers le nord-ouest s’observe dans

l’emplacement du minimum PS. En considérant que l’amplitude des variations du signal PS

observé précédemment au sein de la zone B correspond à un signal stable, on peut en déduire

que la zone C, où une diminution significative du signal est mesurée, constitue une zone

d’anomalie PS. Enfin, la zone D est marquée par une augmentation du signal PS qui, en fin de

profil, atteint des valeurs du même ordre de grandeur que celles observées au début du profil

(excepté pour le profil y= 0 m).

III.B.3.3.2. Carte PS

Les données PS corrigées de la dérive ont ensuite été interpolées à l’aide du logiciel

Surfer par la méthode du krigeage. La carte PS est présentée en Figure III-16.


Figure III-16 : Carte PS obtenue par une interpolation de type krigeage (avec un modèle sphérique ajusté sur un variogramme omnidirectionnel)

Cette carte, au-dessus de laquelle est rappelée la topographie, met en évidence une

zone au signal PS négatif située dans la partie haute des profils (zone C). Cette anomalie peut

être le reflet d’une zone préférentielle d’infiltration d’eau et/ou de la biodégradation des

déchets. Elle est par ailleurs localisée à l’endroit où les résistivités électriques apparentes

acquises en ARP varient fortement avec l’écartement croissant (Figure III-17). Les résistivités

électriques apparentes sont par ailleurs les plus faibles avec l’écartement 2,0 m.


Figure III-17 : Carte des résistivités électriques apparentes a) écartement 0,5 m ; b) écartement 1,0 m ; c) écartement 2,0 m ; d) Carte PS

Le profil y=5 m est celui qui montre le contraste de PS le plus élevé sur l’ensemble

de la zone de prospection. Le signal PS varie de 37,2 mV en bas du profil à -80,6 mV au

niveau sommital de l’ISDD. La connaissance de ces variations PS s’ajoutant aux contrastes de

résistivité électrique apparente détectés dans cette zone par l’ARP, il a été décidé d’effectuer

des mesures de TRE le long du profil y=5 m, représenté par une ligne rouge en Figure III-16

et Figure III-17.


III.B.4. Mesures de tomographie de résistivité électrique (TRE)

Cette quatrième partie présente les mesures de TRE réalisées du 21 au 25 juin 2010

sur la couverture de l’ISDD. Deux profils de mesures ont été implantés en fonction des

résultats des mesures ARP et PS effectuées en novembre 2009. Un premier profil noté TRE1 a

ainsi été placé dans une zone marquée par des variations de résistivité électrique apparente

entre 20 et 150 .m avec l’écartement croissant et également par un signal PS contrasté. Un

second profil noté TRE2 a été implanté dans une zone caractérisée en ARP par de faibles

résistivités électriques quel que soit l’écartement mais identifiée en 2006 par de faibles

conductivités électriques détectées en EM38.

La réalisation de cette campagne de mesures a nécessité la présence de sept

personnes sur le site pendant une semaine. En parallèle des mesures de TRE, des tarières

manuelles ainsi que des essais pénétrométriques légers (de type Panda) ont été mis en œuvre

sur le site. Ces derniers consistent à enfoncer un train de tiges terminé par une pointe jusqu’à

la profondeur désirée. À chaque battage, l’énergie de frappe apportée au système par rapport à

la profondeur est mesurée et la résistance au sol calculée. Cependant, les valeurs de résistance

se sont révélées quasi-constantes avec la profondeur et n’ont par conséquent pas permis de

distinguer les différentes couches de couverture.

III.B.4.1. Mesures effectuées le long d’une tomographie test

La première phase de mesures a consisté à tester plusieurs dispositifs d’acquisition

sur une tomographie test notée P1-TRE1 (Figure III-18) afin de mettre au point le protocole de

mesures adéquat. Dans un second temps, des mesures ont été réalisées le long de deux profils

notés TRE1 et TRE2 (Figure III-18).


Figure III-18 : Emplacement des profils de tomographie de résistivité électrique

III.B.4.1.1. Caractéristiques des dispositifs mis en œuvre

Les dispositifs ont été choisis au vu des mesures de TRE réalisées sur le site

expérimental de Champniers (cf. chapitre II). Il avait notamment été constaté que les mesures

réalisées au moyen des dispositifs gradient et dipôle-dipôle donnaient des résultats

satisfaisants pour la détection des fissures, le dispositif gradient étant celui qui révélait le plus

fort contraste de résistivité électrique entre la fissure et le milieu argilo-graveleux. Le

protocole de mesure pour ces deux dispositifs a ensuite été affiné sur le site où, à la différence

du site expérimental, la présence des déchets, l’altération non maîtrisée de la couverture et

l’épaisseur réelle de cette dernière ont dû être prises en compte.

Le dispositif dipôle-dipôle, le plus rapide à mettre en œuvre, a permis la réalisation

de tomographies en roll-along sur une distance de 142 m avec la technique d’embrayage sur

24 électrodes espacées de 0,5 m. En effet, une acquisition de mesures en roll-along au moyen

du dispositif gradient aurait nécessité beaucoup plus d’électrodes d’embrayage pour une

profondeur d’investigation suffisante et a été jugée incompatible avec un temps de mesure

respectable sur site.


Cinq acquisitions, dont les caractéristiques sont précisées dans le Tableau III-3, ont

été réalisées sur la première tomographie électrique notée P1-TRE1 (Figure III-18) constituée

de 72 électrodes espacées de 0,5 m, pour une longueur totale de 35,5 m. Différents paramètres

d’acquisition ont été mis œuvre sur cette tomographie sans déplacement des électrodes :

temps d’injection, temps de mesure et profondeur d’investigation.

Dispositif Nom Temps

d’injection (ms)

Temps de

mesure (mn)

Nombre de points

de mesures

Nombre de

niveaux

Ecartement de base

Profondeur d’investigation après inversion correspondant à la base du bloc

(m) minimum

(a) maximum

(x.a) dipôle-dipôle 1

DD1 500 12 1220 20 0,5 2a 2,3

dipôle-dipôle 2

DD2 500 36 1307 27 1,0 5a 5,7

dipôle-dipôle 3

DD3 250 23 1307 27 1,0 5a 5,7

dipôle-dipôle 4

DD4 250 13 1112 23 1,0 6a 5,7

gradient grad 250 13 2107 20 0,5 4a 2,0

Tableau III-3 : Caractéristiques des dispositifs mis en œuvre sur la tomographie électrique test P1-TRE1

Deux temps d’injection (500 et 250 ms) ont été testés avec le dispositif dipôle-dipôle.

Les valeurs absolues de résistivité électrique apparente pour chaque point de mesure

différaient en moyenne de 2,9 %, la médiane étant de 0,4 %. Cet écart étant très faible, le

temps d’injection choisi a été de 250 ms.

La profondeur d’investigation, dépendante du nombre de niveaux dans la séquence

de mesures et du nombre d’écartement de base entre les électrodes d’injection (Tableau III-3),

a également été étudiée lors des quatre acquisitions en dispositif dipôle-dipôle. D’après la

coupe théorique de la couverture (Figure III-4), le GSB se situerait à -1,1 m et les déchets à

2,3 m de profondeur. Afin d’atteindre les déchets et sachant que l’épaisseur du GSB (égale ici

à 7 mm) est surestimée sur les modèles de résistivité (cf. mesures sur le site expérimental avec

un GSB en bon état), trois profondeurs d’investigation ont été testées : 2,0, 2,3 et 5,7 m

(valeurs correspondant à la base du dernier bloc sur les modèles de résistivité).


Remarque : par la suite, les dispositifs dipôle-dipôle réalisés avec un espacement minimum de

1,0 m seront qualifiés de profonds et le dispositif réalisé avec un espacement minimum de

0,5 m de superficiel.

III.B.4.1.2. Résultats des mesures effectuées sur la tomographie test Les cinq modèles de résistivité électrique de la tomographie P1 –TRE1 issus d’une

inversion robuste (Loke et al., 2003) et d’un affinage du maillage du modèle sont présentés en

Figure III-19. L’inversion robuste permet d’obtenir des délimitations précises dans le cas de

contrastes de résistivité comme c’est le cas sur le site. La topographie est prise en compte

dans le modèle d’inversion selon une grille déformée en éléments finis où la distorsion des

blocs du modèle s’atténue de façon exponentielle avec la profondeur selon un coefficient

d’atténuation égal à 0,75 (Loke, 2010).

La gamme de résistivité électrique de l’ensemble des tomographies s’étend

globalement de 0,5 à 400 .m.

On note tout d’abord sur l’ensemble des modèles de résistivité l’existence de

variations horizontales de résistivité électrique. Le modèle de résistivité DD1 (Figure III-19 a)

fait apparaître trois couches de résistivité électrique. Deux d’entre elles, situées entre 0 et

-0,6 m et entre -1,1 et -1,8 m, sont constituées de matériaux de résistivité comprise entre 70 et

200 .m. La couche intermédiaire est composée de matériaux plus conducteurs (résistivité

électrique de 25 à 70 .m). Contrairement au modèle issu des mesures en dispositif DD1, les

modèles de résistivité des dispositifs dipôle-dipôle plus profonds (Figure III-19 b, c et d),

montrent seulement l’existence de deux couches : une première couche de résistivité

électrique entre 70 et 200 .m et une seconde plus faible (entre 25 et 70 .m) située entre 0,6

et 2,0 m de profondeur. Ces modèles sont également caractérisés par la présence en

profondeur de valeurs de résistivité électrique particulièrement faibles (visibles en gris sur la

Figure III-19 b, c et d). Ces valeurs inférieures à 10 .m sont représentatives des déchets

mélangés à l’argile saxonienne. Le modèle de résistivité des mesures faites en dispositif

gradient (Figure III-19 e) montre quant à lui une répartition des résistivités électriques

intermédiaires entre celle du dispositif superficiel DD1 et celle des dispositifs profonds DD2,

DD3 et DD4.


Figure III-19: Modèles de résistivité de la tomographie P1-TRE1 après cinq itérations (inversion robuste et affinage du maillage du modèle)

Ces premières observations montrent la nécessité de réaliser plusieurs dispositifs

d’acquisition, les mesures conduisant à des modèles de résistivité différents. Les contrastes

électriques des différentes couches, et plus particulièrement la présence de très faibles

résistivités électriques correspondant aux déchets, influencent par conséquent le résultat de

l’inversion. Étant donné que la profondeur des déchets est différente selon le modèle de

résistivité, l’influence des valeurs très conductrices sur les dispositifs de mesures va


maintenant être étudiée afin de déterminer le dispositif qui fournit la représentation la plus

fidèle du terrain.

III.B.4.1.3. Analyse de l’influence des déchets sur les mesures

III.B.4.1.3.a) Caractérisation des déchets selon le dispositif de mesure

Les résistivités électriques relatives aux déchets ainsi que leur profondeur diffèrent

selon les modèles de résistivité. Leurs valeurs sont précisées dans le Tableau III-4 pour la

zone de la tomographie P1-TRE1 comprise entre 6 et 16 m, choisie en raison des fortes

variations de résistivité électrique observées au niveau de la couverture selon le dispositif de

mesure employé (Figure III-19).

Dispositif Résistivité

électrique des déchets ( .m)

Profondeur (m) des déchets correspondant au haut du

bloc, entre 6 et 16 m le long de la tomographie P1-TRE1

DD1 1,1 – 9,5 -2,0 DD2 0,4 – 10,0 -3,1 DD3 0,4 – 9,4 -3,1 DD4 0,5 – 9,3 -3,1 grad 1,0 –9,6 -1,7

Tableau III-4 : Profondeur et valeurs de résistivité électrique des déchets selon les dispositifs de mesure le long de la tomographie P1-TRE1

On remarque d’une part que la profondeur des déchets est estimée à -3,1 m pour les

dispositifs dipôle-dipôle profonds notés DD2, DD3 et DD4. Pour les dispositifs DD1 et

gradient, elle est respectivement de -2,0 et -1,7 m. Sur les deux modèles de résistivité

correspondants (Figure III-19 a et e), les déchets ne sont en revanche pas clairement visibles,

ceux-ci apparaissant seulement numériquement au niveau du dernier bloc.

D’autre part, les déchets sont représentés par de faibles valeurs de résistivité

électrique, inférieures à 10 .m. Il existe cependant des différences en termes de valeurs de

résistivité électrique selon le dispositif utilisé. En effet, les valeurs les plus faibles (<1 .m)

s’observent sur les données des dispositifs DD2, DD3 et DD4.

On peut par conséquent constater que plus l’épaisseur de déchets sur le modèle de

résistivité est grande, plus la résistivité électrique de ces derniers est faible. Cette différence

est à mettre en relation avec le nombre de niveaux et d’écartement de base mis en œuvre dans

les cinq dispositifs de mesures (Tableau III-3). Les dispositifs dipôle-dipôle DD1 et DD4 sont


notamment caractérisés par un nombre d’écartement de base de 2a et 6a. Les cartes de

sensibilité pour ces deux dispositifs ainsi que pour le dispositif gradient sont présentées en

Annexe 5 en Figure A5-1. Elles permettent de rendre compte de la plus ou moins grande

fiabilité des valeurs de résistivité électrique attribuées aux blocs constitutifs des modèles de

résistivité. La sensibilité est d’autant plus faible que les blocs sont situés en profondeur.

III.B.4.1.3.b) Effet du filtrage des données de résistivité électrique apparente

Afin d’étudier l’influence des déchets sur la qualité de l’inversion, l’essentiel des

niveaux conducteurs présents en profondeur des différents dispositifs vont être supprimés afin

de réaliser les inversions des mesures sur les données filtrées. Les dispositifs de mesure une

fois filtrés ont une profondeur d’investigation de 2,0 m correspondant à la base du dernier

bloc (Tableau III-5). Ainsi seules les données du dispositif gradient ne seront pas filtrées, ceci

afin de comparer l’ensemble des dispositifs à la même profondeur d’investigation.

Dispositif Temps

d’injection (ms) Nombre de

mesures Nombre

de niveaux

Profondeur d’investigation

correspondant à la base du bloc (m)

DD1 500 1058 17 2,0 DD2 500 789 13 2,0 DD3 250 789 13 2,0 DD4 250 619 10 2,0

gradient 250 2107 20 2,0

Tableau III-5 : Caractéristiques des dispositifs mis en œuvre sur la tomographie électrique test après suppression des niveaux correspondant aux déchets

L’effet du filtrage des niveaux conducteurs en profondeur sur les valeurs de

résistivité électrique sus-jacentes à proximité de 18 m pour les dispositifs DD1 et DD4 est

présenté en Figure III-20.


Figure III-20 : Moyenne des résistivités électriques effectuée sur les points situés à 17,875, 18,125 et 18,375 m du début de la tomographie P1-TRE1 pour les mesures au moyen des dispositifs DD1

(superficiel) et DD4 (profond) et coupe théorique de la couverture

On constate tout d’abord que l’évolution des résistivités électriques en fonction de la

profondeur pour les mesures faites au moyen du dispositif profond (noté DD4-P1-non filtré sur

la Figure III-20) est bien différente des autres. Le filtrage des niveaux conducteurs sur le

dispositif profond est significatif puisqu’il modifie les résistivités électriques de plusieurs

dizaines d’ .m à partir de 0,4 m de profondeur. Les valeurs de résistivité électrique ainsi

filtrées (noté DD4-P1-filtré sur la Figure III-20) se superposent globalement à celles du

dispositif superficiel filtré.

On peut ensuite remarquer que le filtrage réalisé au niveau du dispositif DD1 entraîne

une plus faible variation des résistivités électriques, à partir de -0,4 m. Il modifie les

résistivités électriques au maximum de 20 .m alors que dans le cas du dispositif DD4 la

variation s’élève à 40 .m au niveau de la troisième couche.

Enfin, il est intéressant de noter que les résistivités électriques sur les dispositifs DD1

et DD4 une fois filtrés évoluent de façon similaire avec la profondeur. Quatre couches de

résistivité électrique variable peuvent être différenciées. Une première couche présente des

résistivités électriques comprises entre 80 et 110 .m sur une épaisseur de 0,5 m. Une

deuxième couche est caractérisée par des résistivités électriques plus faibles, de l’ordre de


50 .m, sur une épaisseur de 0,4 m. Une troisième couche fait apparaître des résistivités

électriques de 80 à 100 .m jusqu’à 1,6 m de profondeur. Enfin, une diminution des

résistivités électriques s’observe entre 1,6 et 1,9 m de profondeur. Elle est causée par la

présence du seul niveau conducteur correspondant aux déchets et met par conséquent en

évidence une plus faible épaisseur de couverture à la verticale de 18 m que celle de la

couverture théorique. Par ailleurs, les résistivités électriques des deux premières couches

identifiées sur le modèle de résistivité pourraient correspondre à celles des couches de sable

argileux et d’argile visibles sur la coupe théorique, d’épaisseur néanmoins légèrement

différente.

En conclusion, l’évolution similaire des résistivités électriques en fonction de la

profondeur observée sur les dispositifs DD1 et DD4 une fois filtrés met en évidence que le

filtrage des niveaux conducteurs en profondeur est nécessaire afin de mieux délimiter les

différentes couches de la couverture. L’analyse précédente permet par ailleurs de constater

qu’en l’absence de filtrage, le modèle de résistivité résultant des mesures en dispositif DD1

superficiel (Figure III-19 a) est plus proche de la couverture théorique que celui des mesures

faites en dispositif DD4 profond. On peut néanmoins noter que la profondeur des déchets, plus

élevée sur le modèle de résistivité électrique profond que superficiel, n’est pas due à

l’existence de blocs plus épais. Les profondeurs des blocs sont en effet les mêmes pour

l’ensemble des dispositifs dipôle-dipôle jusqu’à 2,3 m de profondeur (Figure III-20).

III.B.4.1.3.c) Modèles de résistivité électrique filtrés

L’ensemble des modèles de résistivité électrique de la tomographie P1-TRE1 après

suppression des niveaux conducteurs correspondant aux déchets est présenté en Figure III-21.


Figure III-21 : Modèles filtrés de résistivité de la tomographie P1-TRE1 après cinq itérations (inversion robuste et affinage du maillage du modèle). Les traits rouges symbolisent les emplacements des

sondages réalisés à la tarière manuelle.

On constate cette fois-ci une répartition des résistivités électriques comparable quel

que soit le dispositif, à savoir la délimitation de trois couches de matériaux différents. La

première couche, située entre 0 et -0,6 m, est globalement représentée par des résistivités


électriques comprises entre 70 et 200 .m et correspondrait, d’après la coupe théorique de la

couverture (Figure III-4), à la présence de sable argileux. La deuxième couche, caractérisée

par des valeurs résistivités électriques plus faibles (de 25 à 60 .m), est en accord avec la

présence d’un matériau plus argileux. Les résistivités électriques de la troisième couche, entre

-1,1 et -1,8 m, sont du même ordre de grandeur que celles de la première couche. Le GSB

surmontant une couche de sable argileux est théoriquement présent à cette profondeur ;

cependant, il n’est pas possible de déterminer lequel de ces matériaux est responsable de cette

signature électrique. La description de la couverture faite grâce aux modèles de résistivité

filtrés semble proche de la composition théorique de la couverture (Figure III-4).

Concernant les déchets, ils sont véritablement atteints à partir de -1,7 m pour

l’ensemble des dispositifs après le filtrage des niveaux conducteurs en profondeur. La

représentation des modèles de résistivité sous forme de blocs (Figure III-22) permet de mieux

visualiser les déchets présents sur la quasi-totalité de la longueur de la tomographie (entre 3,5

et 29 m). Les variations de résistivité électrique visibles sur le dernier niveau de blocs, entre

0,5 et 20 .m, peuvent s’expliquer par la présence d’argile saxonienne mélangée en plus ou

moins grande quantité aux déchets, le tout étant saturé en eau.

Les mesures réalisées en dispositif gradient (Figure III-21 e) diffèrent cependant des

autres par une délimitation moins marquée des matériaux constitutifs de la couche

intermédiaire, en particulier entre 14 et 19 m. Ceci pourrait s’expliquer par la différence de

profondeurs de blocs entre ce dispositif et les dispositifs dipôle-dipôle. La Figure III-23

montre l’évolution verticale, à proximité de 18 m, des résistivités électriques figurées au

centre de chaque bloc. Cette figure permet de constater que l’absence de variations de

résistivité électrique entre -0,5 et -1,5 m sur le dispositif gradient pourrait être due à un

nombre de blocs insuffisant : en effet, pour une même profondeur d’investigation, il y a douze

blocs pour les dispositifs dipôle-dipôle alors qu’il n’y en a que dix dans le cas du dispositif

gradient.


Figure III-22 : Modèles filtrés de résistivité électrique de la tomographie P1-TRE1 avec la topographie et sous forme de blocs après cinq itérations (inversion robuste et affinage du maillage du modèle). Les

traits rouges symbolisent les emplacements des sondages réalisés à la tarière manuelle.


Figure III-23 : Comparaison des valeurs de résistivité électrique (moyenne effectuée sur les points situés à 17,875, 18,125 et 18,375 m du début de la tomographie P1-TRE1 à chaque profondeur de bloc)

pour les dispositifs dipôle-dipôle filtrés et gradient non filtré

Par ailleurs, il a pu être constaté que la topographie modifie quelque peu la

distribution des résistivités électriques sur les modèles. Les données inversées sans la

topographie sont présentées en Annexe 5 en Figure A5-2 (modèles de résistivité initiaux),

Figure A5-3 (modèles de résistivité filtrés) et Figure A5-4 (modèles de résistivité filtrés sous

forme de blocs). La Figure A5-3 nous permet en particulier de constater une différence au

début de la tomographie à partir de 1,0 m de profondeur : la troisième couche apparaît moins

résistante jusqu’à une distance de 6 m sur ces modèles que sur les modèles prenant en compte

la topographie (Figure III-21). La Figure A5-3 et la Figure A5-4 présentent les modèles de

résistivité électrique filtrés sans la topographie sous forme de contours et de blocs. C’est cette

dernière représentation qui souligne le mieux la profondeur à partir de laquelle les déchets

sont atteints.

Remarque : afin d’éviter toute confusion entre les distances le long du profil de mesure de

TRE et les profondeurs, les distances vont par la suite être données en points métriques (PM).

III.B.4.1.4. Interprétation avec les données des tarières

Dans le but de déterminer dans quelle mesure les variations de résistivité électrique

sont liées à une différence dans la nature des matériaux de couverture, quatre tarières

manuelles ont été réalisées le long de la tomographie P1-TRE1, aux PM 3,5, 12, 18 et 29

(figurées par des traits rouges sur la Figure III-21). Leur emplacement a été choisi en fonction

de la variabilité latérale et verticale des résistivités électriques observées sur les modèles de


résistivité filtrés, ceci afin de tenter de relier cette variation à une éventuelle hétérogénéité des

matériaux de couverture. Ces tarières ont également permis de vérifier la profondeur des

déchets estimée précédemment sur les modèles de résistivité électrique filtrés. Enfin, elles ont

été utiles dans le choix des dispositifs de mesure à conserver pour la suite de la prospection.

Pour l’ensemble des tarières décrites ci-après, l’analyse des matériaux de couverture

a été réalisée macroscopiquement par un examen visuel qui a fourni les différentes lithologies

en fonction de la prédominance de sable ou d’argile jugée qualitativement. Les dix premiers

centimètres sont toujours constitués de terre végétale. L’état du GSB (sain ou endommagé) a

uniquement été déterminé par la plus ou moins grande résistance qu’il a opposé au passage de

la tarière. Ainsi, lorsque le GSB a été traversé sans aucune résistance, celui-ci a été défini

comme endommagé et positionné ultérieurement grâce à la présence de fibres textiles et/ou de

bentonite dans les échantillons remontés à la tarière. Dans le cas où il n’a pas été traversé, il a

été considéré comme non endommagé. Pour quantifier son état d’endommagement, il aurait

été nécessaire d’effectuer des prélèvements de GSB afin de réaliser des mesures en

laboratoire.

III.B.4.1.4.a) Tarière au PM 3,5

La première tarière a été réalisée au PM 3,5 du début de P1-TRE1 dans une zone où la

résistivité électrique est globalement de 40 .m jusqu’a -1,0 m puis de 70 .m jusqu’a -1,6 m

(Figure III-21). La Figure III-24 présente les variations de résistivité électrique issues des

modèles de résistivité en fonction de la profondeur pour les cinq dispositifs filtrés à proximité

de cette tarière. Les valeurs reportées sur le graphique résultent de la moyenne des résistivités

électriques aux PM 3,375, 3,625 et 3,875 du début de la tomographie à chaque profondeur de

blocs. En face du graphique sont décrits les matériaux traversés lors du trou fait à la tarière

(cf. photographie en Figure A6-1 a en Annexe 6). La même procédure est utilisée pour

l’ensemble des tarières le long de la tomogrpahie test (Figure III-25, Figure III-26 et Figure

III-27).


Figure III-24 : Résistivités électriques issues des modèles filtrés au droit de la tarière au PM 3,5 le long de la tomographie P1-TRE1

On constate tout d’abord que l’évolution des résistivités électriques en fonction de la

profondeur est la même pour l’ensemble des mesures réalisées avec les différents dispositifs

(Figure III-24). On y distingue quatre zones de résistivité électrique différentes : une première

couche de résistivité égale à 50 .m jusqu’à -0,5 m, une deuxième couche de résistivité égale

à 32 .m jusqu’à -1,0 m, une troisième couche de résistivité égale à 60 .m jusqu’à -1,6 m et

une dernière couche qui présente les plus faibles valeurs de résistivité électrique (<10 .m).

Par ailleurs, les matériaux rencontrés à la tarière jusqu’à -1,8 m (photographie en

Figure A6-1 a.) sont constitués de haut en bas de 30 cm d’argile sableuse, 60 cm d’argile ocre,

du GSB endommagé, 40 cm de sable saturé argileux, du géodrain et de 10 cm d’argile

humide. Enfin, de l’argile de couleur rouge foncée a été observée à partir de 1,5 m de

profondeur. Or, on rappelle que les déchets, avant d’être stockés dans les alvéoles, étaient

malaxés avec de l’argile prélevée sur le site (cf. §III.A.2). Ces argiles étant notamment

caractérisées par une couleur rouge foncée, on peut par conséquent considérer que, dès lors

que l’on observe ce type d’argile noté « argile saxonienne » en Figure III-24, les déchets sont

atteints.

En conclusion, les variations de résistivité électrique observées sur le modèle de

résistivité ont pu être associées grâce à la tarière manuelle à différents matériaux de

couverture rencontrés au PM 3,5 le long de la tomographie test. Ainsi, la résistivité électrique

moyenne de 50 .m observée dans la partie superficielle correspondrait à la présence d’argile


sableuse et la résistivité électrique moyenne de 32 .m jusqu’à -1,0 m à l’argile ocre. La plus

faible valeur de résistivité électrique, de l’ordre de 5 .m, observée à partir de 1,6 m de

profondeur est attribuée à l’argile saxonienne et aux déchets. Cette succession de matériaux se

trouve être globalement conforme à la coupe théorique de la couverture présentée en Figure

III-4, excepté que l’on ne retrouve pas la couche de sable argileux qui devrait être présente

entre 1,5 et 2,3 m de profondeur au-dessus des déchets. L’épaisseur réelle de la couverture à

la verticale de cette tarière étant inférieure à celle de la coupe théorique, les déchets se

trouvent par conséquent à une profondeur plus faible, soit à -1,6 m au lieu de -2,3 m.

Concernant les valeurs de résistivité électrique (de 60 à 80 .m) observées entre -1,1

et -1,6 m, elles peuvent être associées à deux matériaux de couverture (GSB et sable argileux

saturé). Or, des mesures réalisées en laboratoire ont montré que le GSB est représenté par une

résistivité électrique d’au moins 100 000 .m dans un état sec et de l’ordre de 360 .m dans

un état saturé. Les résistivités électriques de cette couche apparaissent être toutefois trop

élevées pour correspondre au sable argileux saturé. Dans le but de déterminer le rôle des

matériaux GSB et sable argileux saturé dans l’augmentation de résistivité électrique au niveau

de la couche comprise entre l’argile ocre et les déchets, des modélisations ont été réalisées à

l’aide du logiciel RES2DMOD© (cf. § III.B.4.1.5).

III.B.4.1.4.b) Tarières aux PM 12 et 18

Deux tarières ont ensuite été effectuées aux PM 12 et 18 du début de P1-TRE1. Elles

sont toutes deux localisées au droit d’une zone où les résistivités électriques sont plus élevées

au niveau des première et troisième couches de la couverture (environ 100 .m sur les

modèles de résistivité en Figure III-21) qu’elles ne le sont au PM 3,5. Ainsi, les Figure III-25

et Figure III-26 montrent une évolution verticale des résistivités électriques à proximité de ces

deux tarières plus contrastée que celle observée précédemment au PM 3,5 (Figure III-24). Des

résistivités électriques élevées en surface (environ 100 .m) diminuent entre -0,5 et -1,0 m

(résistivité de l’ordre de 40 à 50 .m), puis réaugmentent jusqu’à -1,6 m avant de diminuer.

Seules les données de résistivités issues des mesures en dispositif gradient ne présentent pas

de contrastes de résistivité entre -0,5 et -1,5 m au PM 18 (Figure III-26).


Figure III-25 : Résistivités électriques issues des modèles filtrés au droit de la tarière au PM 12 le long de la tomographie P1-TRE1

Figure III-26 : Résistivités électriques issues des modèles filtrés au droit de la tarière au PM 18 le long

de la tomographie P1-TRE1

Les matériaux rencontrés à la verticale de ces deux points sont de même nature

lithologique (photographies en Figure A6-1 b et c). Ils sont constitués de haut en bas de sable

argileux, d’argile ocre, du GSB endommagé, de sable argileux saturé, du géodrain et d’argile

saxonienne à partir de 1,6 m de profondeur. Ainsi, la résistivité électrique de 100 .m dans la

partie superficielle de la couverture peut être attribuée au sable argileux et la résistivité

électrique de 45 .m à l’argile ocre. On peut toutefois noter que la profondeur de la base de la


couche de sable argileux, estimée à 50 cm sur les modèles de résistivité électrique, a été

évaluée à 70 cm au PM 18 sur le terrain. Cette différence peut être causée par une tendance à

surestimer l’épaisseur réelle du matériau lors de la description des tarières, les variations

lithologiques étant parfois difficile à évaluer précisément (notamment lorsqu’elles évoluent

progressivement avec la profondeur) ou par une erreur d’estimation liée à l’inversion.

Les variations de résistivité électrique observées ensuite à partir de 1,1 m de

profondeur au droit des tarières aux PM 12 et 18 sont du même ordre que celles identifiées

précédemment au droit de la tarière au PM 3,5. La valeur de 100 .m entre 1,1 et 1,6 m de

profondeur correspond au GSB et au sable argileux saturé, tout comme au PM 3,5 où la

résistivité était de l’ordre de 60 .m. Enfin, les valeurs très conductrices observées en

profondeur sont représentatives des déchets mélangés à l’argile saxonienne.

Par ailleurs, on peut conclure que la différence de résistivité électrique observée au

niveau de la première couche entre les tarières aux PM 12 et 18 et celle au PM 3,5 est liée à

une variation lithologique du matériau de couverture. On rappelle que le matériau traversé

entre -0,1 et -0,4 m au PM 3,5 était de l’argile sableuse, représentée par une résistivité

électrique moyenne de 50 .m.

III.B.4.1.4.c) Tarière au PM 29

Une quatrième tarière a été réalisée au PM 29 le long de la tomographie P1-TRE1.

Les résistivités électriques à cet endroit diffèrent de celles situées aux PM 12 et 18 par la

résistance moindre de la troisième couche de matériaux (valeur voisine de 70 .m sur les

modèles de résistivité en Figure III-21) et par l’absence de valeurs conductrices en profondeur

(Figure III-22). Les résistivités électriques issues des cinq modèles de résistivité filtrés au

droit de cette tarière sont précisées en Figure III-27.

On constate tout d’abord des résistivités électriques de l’ordre de 90 .m de 0 à

-0,3 m et de 40 .m de -0,5 à -0,9 m. Puis, les résistivités électriques augmentent de -0,9 à

-1,5 m mais différemment selon le dispositif de mesure. Les résistivités électriques sont plus

élevées pour les dispositifs dipôle-dipôle (en moyenne de 82 .m) que pour le dispositif

gradient (62 .m). Tout comme aux PM 3,5, 12 et 18, la succession des matériaux prélevés

jusqu’à -1,1 m au droit du PM 29 (Figure A6-1 d en Annexe 6), à savoir du sable argileux et

de l’argile ocre, est globalement en accord avec les résistivités électriques observées à cet

endroit. On peut néanmoins noter un décalage de 20 cm entre la profondeur de la base de la

couche de sable argileux observée au niveau de la tarière et celle estimée sur les modèles de


résistivité ; cette différence peut être due à la difficulté à estimer l’épaisseur des matériaux sur

le terrain, difficulté déjà constatée au niveau de la tarière au PM 18 (Figure III-26), ou à une

erreur d’estimation liée à l’inversion.

Figure III-27 : Résistivités électriques issues des modèles filtrés au droit de la tarière au PM 29 le long de la tomographie P1-TRE1

Par ailleurs, la tarière au PM 29 du début de P1-TRE1 diffère des trois précédentes car

c’est la seule où le GSB n’a pas été traversé. Au vu de la résistance que le GSB a opposé au

passage de la tarière, on peut supposer qu’il se trouve en meilleur état à cet endroit. Or, la

résistivité électrique au-delà de 1,1 m de profondeur se trouve être plus faible que celle

observée aux PM 12 et 18 (environ 100 .m). Sachant qu’un GSB en bon état et non saturé

apparaît très résistant électriquement (cf. mesures sur le site expérimental) et en supposant

dans un premier temps que la résistivité électrique de la troisième couche n’est influencée que

par le GSB, cette dernière devrait par conséquent être plus élevée au PM 29. Plusieurs

hypothèses peuvent être émises pour expliquer cette incohérence : la tarière a pu ne pas être

très bien positionnée par rapport à la tomographie, le GSB peut être dans un état saturé ou

encore la profondeur des déchets apparemment plus élevée peut modifier l’inversion à cet

endroit.

III.B.4.1.4.d) Synthèse de l’analyse des tarières le long de la tomographie test

L’analyse couplée des résistivités électriques issues des modèles de résistivité

électrique filtrés et des matériaux rencontrés au niveau des quatre tarières a permis de mettre

en relation les variations de résistivité électrique avec des matériaux de nature lithologique


différente (Tableau III-6). L’épaisseur des différentes couches de matériaux a toutefois été

évaluée à 20 cm près. Cette incertitude n’est pas seulement liée à la taille des blocs du modèle

d’inversion mais à la difficulté à distinguer les matériaux les uns des autres sur le terrain,

amenant à une estimation parfois approximative de leur épaisseur, notamment lorsqu’il y a

une évolution lithologique progressive avec la profondeur.

Résistivité électrique moyenne ( .m) issue des modèles de résistivité électrique

à proximité des PM 3,5, 12, 18 et 29

Matériaux de couverture rencontrés au niveau des quatre tarières le long de la

tomogaphie test P1-TRE1 100 Sable argileux 50 Argile sableuse 40 Argile ocre

Tableau III-6 : Résistivité électrique moyenne des différents matériaux de couverture rencontrés au-dessus du GSB au niveau des quatre tarières effectuées le long de la tomographie test P1-TRE1

Par ailleurs, les déchets ont globalement été trouvés à partir de -1,6 m au niveau des

tarières effectuées aux PM 3,5, 12 et 18 pour lesquelles le GSB a été traversé (Tableau III-7).

Cette valeur est inférieure à celle issue de l’estimation faite à partir des modèles de résistivité

des dispositifs filtrés. Cette dernière est égale à -1,7 m, profondeur correspondant au haut du

dernier niveau de bloc dont l’épaisseur est comprise entre -1,7 et -2,0 m. Or, quel que soit le

dispositif, on a pu observer en Figure III-24, Figure III-25 et Figure III-26 une diminution

brutale des résistivités électriques de plusieurs dizaines d’ .m à partir de -1,5 m. La

différence de profondeur avec celle observée au niveau des tarières provient donc des

épaisseurs de blocs du modèle d’inversion. Ces dernières sont en effet plus grandes en

profondeur : les résistivités électriques comprises entre -1,4 et -2,0 m ne sont représentées que

par deux blocs.

Profondeur des déchets le long de la tomographie P1-TRE1 (m)

PM 3,5 PM 12 PM 18

Dispositifs filtrés -1,7 -1,7 -1,7 Tarière manuelle -1,5 -1,6 -1,6

Tableau III-7 : Comparaison entre la profondeur des déchets déterminée par tomographie de résistivité électrique (correspondant au haut des blocs sur les modèles de résistivité) et par les tarières aux PM

3,5, 12 et 18 réalisées le long de la tomographie P1-TRE1

L’ensemble des dispositifs filtrés met par conséquent bien en évidence la présence

des déchets à la profondeur réelle observée au niveau des tarières. Ainsi, les modèles de


résistivité électrique issus des mesures en dispositifs profonds, pour lesquels les déchets sont

estimés à 3,1 m de profondeur, ne sont pas jugés représentatifs de la réalité du terrain. Ils ne

présentent pourtant qu’un faible pourcentage d’erreur (entre 2,1 et 4,2 %). De plus, ils ne font

pas apparaître la couche résistante correspondant au GSB et au sable saturé argileux comprise

entre la couche d’argile ocre et les déchets (Figure III-19). On en conclut que l’inversion faite

en présence des niveaux conducteurs s’arrête sur une solution correspondant très

probablement à un minimum local.

Enfin, l’analyse des résistivités électriques a mis en évidence une augmentation de

résistivité entre -1,1 et -1,5 m, correspondant à la zone comprise entre l’argile ocre et l’argile

saxonienne pour les tarières aux PM 3,5, 12 et 18. Les valeurs moyennes de résistivité de

cette couche « GSB et sable argileux saturé » varient entre 56 et 104 .m (Tableau III-8). On

note par ailleurs que le sable argileux saturé est de même nature lithologique que le sable

argileux sec observé en surface aux PM 12, 18 et 29, représenté par une résistivité électrique

de 100 .m.

Tarière Dispositif filtré Résistivité électrique moyenne de la couche de

GSB et de sable argileux saturé ( .m)

PM 3,5

DD1 56 DD2 63 DD3 63 DD4 64 grad 60

PM 12

DD1 92 DD2 103 DD3 103 DD4 100 grad 104

PM 18

DD1 100 DD2 101 DD3 101 DD4 96 grad 67

PM 29

DD1 88 DD2 79 DD3 78 DD4 84 grad 63

Tableau III-8 : Résistivité électrique moyenne de la couche de GSB et de sable argileux saturé au niveau des quatre tarières, pour chaque dispositif de mesure filtré mis en œuvre sur la tomographie test

P1-TRE1


Dans le but de déterminer lequel des matériaux rencontrés (sable argileux saturé

et/ou GSB) crée cette signature électrique, différentes configurations de terrain ont été

modélisées à l’aide du logiciel RES2DMOD©.

III.B.4.1.5. Modélisations de la couverture

La gamme de résistivité électrique observée précédemment aux profondeurs du GSB

et de la couche de sable argileux saturé s’étendant de 56 à 104 .m, plusieurs modélisations

de la couverture ont été nécessaires afin de déterminer le rôle de chacun de ces deux

matériaux dans les variations de résistivité électrique. On s’est basé sur la succession verticale

des couches rencontrées à proximité de la tarière effectuée au PM 18 car les contrastes de

résistivité y sont bien définis avec les dispositifs dipôle-dipôle (Figure III-26). Les valeurs de

résistivité électrique attribuées à chacune des couches constitutives du modèle sont les valeurs

moyennes issues des modèles de résistivité électrique filtrés en dispositifs dipôle-dipôle

(Tableau III-9). En effet, les matériaux « argile ocre » et « argile saxonienne - déchets » sont

représentés par des valeurs de résistivité électrique différentes (plus élevées) sur le modèle de

résistivité électrique en dispositif gradient.

Résistivité électrique ( .m) Sable

argileuxArgile ocre

Argile saxonienne -Déchets

Tarière au PM 18

DD1 107 53 5 DD2 101 51 3 DD3 101 51 3 DD4 101 53 4 grad 105 64 16

Tableau III-9 : Résistivité électrique des matériaux de couverture identifiés au niveau de la tarière au PM 18, pour chaque dispositif de mesure filtré mis en œuvre le long de la tomographie test P1-TRE1

Pour l’ensemble des modélisations présentées ci-après, la tomographie modélisée est

constituée de 72 électrodes espacées de 0,5 m, soit une longueur totale de 35,5 m, pour être

comparable à la tomographie test. Les données du modèle direct, après ajout de 3 % de bruit

aléatoire sur les données de résistivité électrique apparente, sont ensuite inversées en

dispositif dipôle-dipôle de la même façon que les données de terrain (inversion robuste et

affinage du maillage du modèle). Treize niveaux sont nécessaires pour atteindre la profondeur

d’investigation de 2,0 m. Lors de l’inversion, les profondeurs de blocs sont imposées de façon

à pouvoir comparer les résistivités aux mêmes profondeurs que celles de la tomographie test.

Enfin, le modèle de résistivité résultant de la modélisation est comparé au modèle issu des


mesures sur site en dispositif dipôle-dipôle filtré sans la topographie, cette dernière ne

pouvant pas être prise en compte avec le logiciel RES2DMOD©.

III.B.4.1.5.a) Modélisation de la couche de sable argileux saturé sans le GSB (M1)

Dans un premier temps, un ensemble de quatre couches de résistivité électrique

différente a été modélisé (Tableau III-10) : une première couche de 70 cm de sable argileux,

une seconde couche de 40 cm d’argile ocre, une troisième couche de 50 cm de sable argileux

saturé et une quatrième couche constituée des déchets mélangés à l’argile saxonienne.

La résistivité électrique de la troisième couche des matériaux de couverture, égale à

98 .m (Tableau III-8) est attribuée dans cette première modélisation à la seule couche de

sable argileux bien que l’écart de résistivité avec la couche de sable argileux sec ne soit pas

significatif.

Couche Matériaux Epaisseur modélisée

(m)


( .m)

Profondeur sur le modèle direct

(m) 1 Sable argileux 0,7 102 0 - 0,7 2 Argile ocre 0,4 51 0,7 - 1,1 3 Sable argileux saturé 0,5 98 1,1 - 1,6 4 Argile saxonienne/ déchets 4 >1,6

Tableau III-10 : Caractéristiques de la couverture modélisée au PM 18 - Modèle direct M1

Le modèle de résistivité M1 de la couverture est comparé au modèle issu de mesures

en dispositif dipôle-dipôle en Figure III-28.

Figure III-28 : a) Modèle M1 inversé en dispositif dipôle-dipôle avec ajout de 3 % de bruit, après cinq itérations - erreur absolue = 2,0 %. b) Modèle filtré de résistivité électrique de la tomographie P1-TRE1 (dispositif DD1) sans la topographie après cinq itérations (inversion robuste et affinage du maillage du

modèle)


On constate que, sur les quatre couches modélisées, seules deux sont en accord avec

les mesures : la première couche de sable argileux et la dernière faite d’argile saxonienne

associée aux déchets. Les résistivités électriques présentes entre les PM 16 et 19 (zone

délimitée par un rectangle rouge) seront par la suite comparées à celles des autres modèles

directs ainsi qu’aux données de terrain (Figure III-31).

La délimitation des couches n’étant pas conforme à celle visible sur le terrain (Figure

III-28 b), la seule présence de sable argileux saturé ne suffit pas à expliquer la résistivité de la

troisième couche. On en conclut donc que le modèle mettant en œuvre une couche de sable

argileux de 98 .m sans le GSB n’est pas satisfaisant.

Sachant que sur le site expérimental de Champniers le GSB crée une anomalie

résistante, on décide lors de la deuxième modélisation d’ajouter un GSB en bon état au-dessus

de la couche de sable argileux saturé.

III.B.4.1.5.b) Modélisation de la couche de sable argileux saturé et du GSB en bon état (M2)

Cette deuxième modélisation met en œuvre cinq matériaux de résistivité électrique

différente avec l’ajout du GSB à 1,1 m de profondeur (Tableau III-11). L’épaisseur réelle du

GSB égale à 7 mm ne pouvant être modélisée telle quelle à une telle profondeur (Loke, 2002),

on a donc choisi d’appliquer le principe d’équivalence. Ce principe permet de considérer

qu’un terrain résistant compris entre deux terrains conducteurs se manifeste essentiellement

par sa résistance transversale : !" epR t , avec ep l’épaisseur du terrain résistant et ! sa

résistivité électrique. Des mesures faites en laboratoire sur un GSB en bon état ont permis

d’estimer sa résistivité électrique à environ 120 000 .m. En se basant sur cette valeur, le

GSB d’une épaisseur de 7 mm, est représenté par une résistivité de 8400 .m et une épaisseur

de 10 cm sur le modèle.


(m)


( .m)


(m) 1 Sable argileux 0,7 102 0 - 0,7 2 Argile ocre 0,4 51 0,7 - 1,1

3 GSB 0,1 8400 1,1 - 1,2

Equivalent GSB réel 0,007 120 000 Sable argileux saturé 0,5 24 50 1,2 - 1,7

4 Argile saxonienne/ déchets 4 >1,7



Contrairement au précédent modèle M1 où le sable argileux saturé était représenté

par une résistivité électrique de 98 .m, il est modélisé dans ce deuxième modèle par une

résistivité plus faible. Une estimation de la résistivité électrique du sable argileux saturé !r a

été faite en utilisant la formule d’Archie : nmwr Sa ## !$!! " , où est la porosité

effective de la couche de sable argileux saturé, !w la résistivité de l’eau circulant dans la

couche avec un pourcentage de saturation égal à S, a un facteur dépendant de la lithologie et

m le facteur de cimentation.

La résistivité de l’eau a pu être approchée grâce à une mesure de conductivité

réalisée au fond d’un trou creusé à la tarière. Une valeur de 660 µS/cm a été mesurée,

correspondant à une résistivité de l’eau de 15,2 .m. La formule d’Archie mettant en jeu de

nombreux paramètres liés à la nature intrinsèque du matériau, il a été nécessaire d’émettre des

hypothèses afin de pouvoir fixer leurs valeurs. On a ainsi choisi : a= 0,81 (<1 pour les roches

intergranulaires), m=1,3 (valeur correspondant aux sables non consolidés) et n=2. On a

également arbitrairement considéré la porosité du sable argileux comprise entre 45 et 60 %

avec une saturation en eau allant de 80 à 100 %.

L’utilisation de la formule d’Archie permet par conséquent d’obtenir une résistivité

électrique du sable argileux saturé de 24 à 38 .m (pour une porosité de 60 %) et de 35 à

54 .m (pour une porosité de 45 %) selon son degré de saturation. Bien que les valeurs

obtenues pour une porosité de 60 % apparaissent être non représentatives de ce matériau

comparé à la résistivité de l’argile, ces valeurs ont été jugées plausibles dans le cas où le sable

est saturé en lixiviats et eau qui diminuent sa résistivité.

Compte-tenu de l’incertitude sur la valeur de résistivité électrique du sable argileux

saturé, sa saturation et sa porosité pouvant varier le long du profil de mesure, les

modélisations suivantes vont être réalisées en considérant dans un premier cas sa résistivité

égale à 24 .m et dans un second cas à 50 .m.

La Figure III-29 présente le modèle de résistivité issu de l’inversion du modèle direct

M2 avec la résistivité électrique du sable argileux saturé égale à 50 .m. On y distingue trois

des quatre couches modélisées. A la différence du modèle de résistivité M1 (Figure III-28), la

deuxième couche constituée d’argile ocre est mieux délimitée dans sa partie basse mais

présente toujours une résistivité électrique de l’ordre de 70 .m, soit 20 .m de plus que la

valeur indiquée dans le modèle. La troisième couche, représentée par le GSB associé au sable

argileux saturé, apparaît résistante (de résistivité électrique moyenne égale à 342 .m),

masquant la couche de déchets sous-jacente.


Par ailleurs, l’utilisation d’une résistivité de 24 .m pour le sable argileux saturé

conduit à des observations identiques, signifiant l’influence prédominante du GSB sur le

matériau de couverture sous-jacent.

Figure III-29 : Modèle M2 inversé en dispositif dipôle-dipôle avec ajout de 3 % de bruit, après cinq itérations – erreur absolue = 2,4 %

Puisque le modèle de résistivité en Figure III-29 n’est pas celui observé sur le terrain,

deux hypothèses peuvent être envisagées concernant le GSB : soit celui-ci n’est pas en bon

état soit il est saturé. Les tarières effectuées sur le site ont permis de confirmer la présence

d’un GSB dégradé.

III.B.4.1.5.c) Modélisation de la couche de sable argileux saturé et du GSB endommagé (M3)

La résistivité électrique du GSB dans le modèle précédent étant trop élevée, un

troisième modèle est effectué en prenant une valeur de résistivité dix fois plus faible égale à

840 .m (Tableau III-12). Cette valeur plus faible de résistivité électrique pourrait être

attribuée à son état de saturation et/ou à sa dégradation chimique au cours du temps (cf.

chapitre II §II.C.4.7). Des mesures de résistivité électrique faites en laboratoire sur le GSB du

site expérimental ont en effet montré une diminution de la résistivité électrique du GSB de

plusieurs ordres de grandeur avec un état de saturation croissant.


(m)


( .m)

Profondeur sur le modèle direct (m)

1 Sable argileux 0,7 102 0 - 0,7 2 Argile ocre 0,4 51 0,7 - 1,1

3 GSB 0,1 840 1,1 - 1,2

Equivalent GSB réel 0,007 12 000

Sable argileux saturé 0,5 24 50 1,2 - 1,7 4 Argile saxonienne/ déchets 4 >1,7



Le modèle de résistivité M3 (Figure III-30) présente une délimitation des couches

assez conforme à celle de la tomographie test avec toutefois des valeurs de résistivité

électrique des deuxième et troisième couches (argile ocre et GSB associé au sable argileux

saturé) plus élevées que celles du terrain. De plus, la troisième couche de couverture apparaît

homogène en résistivité et continue sur les données du modèle M3, alors que ce n’est pas le

cas sur le terrain, laissant supposer que l’altération n’est pas continue. Tout comme pour le

modèle M2, la résistivité du sable argileux saturé, de 24 ou 50 .m, ne modifie pas le résultat

de la modélisation.

Figure III-30 : Modèle M3 inversé en dispositif dipôle-dipôle avec ajout de 3 % de bruit, après cinq itérations – erreur absolue = 2,1 %

III.B.4.1.5.d) Comparaison de l’évolution des résistivités électriques en fonction de la profondeur issues des modélisations M1, M2 et M3 avec celle des mesures de terrain

La Figure III-31 permet de comparer les résistivités électriques des trois premiers

modèles à celles des dispositifs filtrés DD1 et DD4. Les modélisations ne pouvant intégrer la

topographie, les données des dispositifs DD1 et DD4 sont celles sans la topographie. Les

valeurs de résistivité électrique issues des modélisations correspondent aux moyennes

effectuées entre 16 et 19 m pour chaque profondeur de blocs (avec les mêmes profondeurs

que les mesures de terrain). Quant aux résistivités électriques des dispositifs DD1 et DD4, il

s’agit de la moyenne des trois valeurs situées à proximité de 18 m (comme en Figure III-26).

Le graphique montre tout d’abord une évolution similaire des résistivités électriques

pour les trois modèles jusqu’à une profondeur de 0,9 m. On remarque ensuite de fortes

différences de résistivité électrique entre les trois modèles à partir de -1,0 m, au niveau de la

troisième couche. De par ses valeurs de résistivité trois fois plus élevées que celles du terrain,

le modèle M2 mettant en œuvre un GSB en bon état (de résistivité électrique égale à

120 000 .m) ne correspond pas à la couverture réelle. Les résistivités électriques des

modèles M1 et M3 pour cette troisième couche, bien que plus proches de celles des mesures de

terrain, se trouvent dans le premier cas sous-estimées et dans le second cas surestimées.


Figure III-31 : Résistivités électriques issues des modèles directs M1, M2 et M3 et des mesures de terrain réalisées en dispositifs DD1 et DD4 au PM 18

La Figure III-32 présente la résistivité électrique en fonction de la profondeur pour

les modèles M1 « sable argileux saturé - 98 .m » et M3 « sable argileux saturé – 50 .m +

GSB – 12 000 .m » ainsi que pour les mesures de terrain.

Figure III-32 : Résistivités électriques issues des modèles directs M1 et M3 et des mesures de terrain réalisées en dispositifs DD1 et DD4 filtrés au PM 18 (sans la topographie)

Les résistivités électriques des modélisations diffèrent de celles des dispositifs DD1

et DD4 mesurés sur le terrain, excepté dans la partie la plus superficielle de la couverture

constituée de sable argileux (jusqu’à -0,3 m) et en profondeur au niveau des déchets. En effet,


les résistivités électriques au niveau de la deuxième couche sont plus élevées sur les modèles

(environ 70 .m) que sur les mesures de terrain (~45 .m). De plus, les résistivités

électriques au niveau de la troisième couche sont plus faibles (égales à 70 .m) dans le cas du

modèle « sable argileux saturé » (M1) et plus élevées (entre 140 et 160 .m) dans le cas du

modèle « sable argileux saturé et GSB » (M3) que celles des mesures de terrain, voisines de

100 .m.

On en conclut donc que les modélisations mettant en œuvre d’une part du sable

argileux saturé de résistivité électrique égale à 98 .m (M1) et d’autre part du sable argileux

saturé et un GSB de résistivité électrique respectivement égale à 50 et 12 000 .m (M3) ne

sont pas conformes aux mesures de terrain.

III.B.4.1.5.e) Influence d’une déchirure du GSB (modèle M4)

Etant donné que la modélisation du GSB endommagé associé au sable argileux

saturé conduit à une résistivité électrique sur le modèle de résistivité supérieure à celle

observée à 18 m le long de la tomographie test (Figure III-32), on a testé l’influence d’une

déchirure du GSB. Une déchirure a ainsi été modélisée au droit de 6 m sur une largeur de

12,5 cm correspondant à la taille d’un bloc (Tableau III-13). On y a attribué la résistivité

électrique du matériau sus-jacent, à savoir celle de l’argile ocre.


(m)

Résistivité électrique ( .m)



3 GSB 0,1

840 + déchirure large de 12,5 cm au droit de 6 m

1,1 - 1,2


4 Argile saxonienne/

déchets 4 >1,7


La résistivité électrique de la couche d’ocre a également été modifiée par rapport à la

valeur prise dans les modèles précédents. En effet, on a pu constater que la couche d’argile

ocre modélisée avec une résistivité électrique de 51 .m était représentée par une résistivité


une fois inversée supérieure à celle observée sur les mesures de terrain, ces dernières montrant

des valeurs comprises de 25 à 60 .m pour cette deuxième couche de couverture (Figure

III-21). La valeur de résistivité électrique de l’argile ocre choisie dans le modèle M4 est de

33 .m, valeur observée précédemment au droit de la tarière au PM 3,5 (Figure III-24).

L’épaisseur d’argile ocre étant plus grande au PM 3,5 qu’au PM 18, on peut en effet estimer

que la valeur de résistivité après inversion est plus juste à cet endroit.

Les données du modèle M4 une fois inversées (Figure III-33) font apparaître une

deuxième couche plus conductrice, de résistivité égale à 50 .m, soit comparable à celle

mesurée sur le site. De plus, une discontinuité s’observe au droit de 6 m au niveau de la

troisième couche mais seulement dans le cas où la résistivité électrique du sable argileux

saturé sous-jacent au GSB est de 24 .m (Figure II-33 b) ; la résistivité à l’endroit de la

déchirure est plus faible (environ 80 .m) que sur le reste de la tomographie où elle est de

l’ordre de 160 .m.

On peut par ailleurs noter que le modèle de résistivité électrique issu de l’inversion

des données du modèle direct M4 sans ajout de bruit (Figure III-33 c) montre également une

diminution identique de résistivité électrique au droit du défaut.

Figure III-33 : Modèles M4 inversés en dispositif dipôle-dipôle après cinq itérations – erreur absolue =2,2 % (a), 2,2 % (b) et 0,9 % (c)


III.B.4.1.5.f) Comparaison de l’évolution des résistivités électriques en fonction de la profondeur issue de la modélisation M4 avec celle des mesures de terrain

Les résistivités électriques de la modélisation « sable argileux saturé – 24 .m +

GSB – 12 000 .m et déchiré à 6 m » (M4) ont été confrontées à celles des mesures de terrain

des dispositifs filtrés DD1 et DD4 sans la topographie à proximité du PM 18. La Figure III-34

indique deux évolutions de résistivité électrique différentes pour le modèle M4 : la première

correspond à la zone au droit de la déchirure (moyennes des valeurs entre 4 et 7 m) et la

seconde à une zone sans déchirure (moyennes des valeurs entre 16 et 19 m).

Figure III-34 : Résistivités électriques issues du modèle direct M4 et des mesures de terrain réalisées en dispositifs DD1 et DD4 filtrés au PM 18 (sans la topographie)

On remarque tout d’abord une évolution des résistivités électriques issues du modèle

M4 jusqu’à 0,9 m de profondeur similaire à celle issue des mesures en dispositifs filtrés DD1

et DD4. La couche d’argile ocre modélisée par une résistivité électrique de 33 .m est en

particulier plus en accord avec les mesures qu’avec une résistivité de 51 .m choisie dans les

modèles précédents (Figure III-32).

On observe ensuite, entre 1,3 et 1,6 m de profondeur, que la résistivité électrique de

100 .m correspondant à la zone incluant la déchirure du GSB est égale à celle des mesures

du dispositif DD4. La résistivité électrique dans la zone sans déchirure se trouve être par

ailleurs de l’ordre de 160 .m.

La résistivité électrique au droit du GSB déchiré ainsi que celle de la couche d’argile

ocre étant conformes à celles du dispositif DD4 filtré, on en déduit que le modèle mettant en


œuvre un GSB endommagé (résistivité électrique égale à 12 000 .m) et déchiré est le

modèle le plus proche de la réalité du terrain à l’endroit de la tarière au PM 18.

Après avoir démontré l’influence d’une déchirure de 12,5 cm de large au niveau du

GSB sur les résistivités électriques de la troisième couche, deux paramètres vont maintenant

être étudiés : la taille de la déchirure et sa position le long de la tomographie.

III.B.4.1.5.g) Influence de la taille d’une déchirure du GSB

Le modèle M5 a été réalisé en mettant en œuvre une déchirure du GSB sur une

largeur de 6,25 cm, soit deux fois plus petite que celle du modèle M4 (Tableau III-14). Ceci a

été rendu possible en prenant un espacement inter-électrode de 0,25 m et en augmentant le

nombre de niveaux (égal à 27) pour conserver la même profondeur d’investigation.

L’inversion des données a donc été faite sans affinage du maillage du modèle pour conserver

l’espacement de 0,25 m.


(m)




3

GSB 0,1 840 + déchirure large de 6,25 cm au droit de 6 m

1,1 - 1,2



déchets 4 >1,7


Le modèle de résistivité M5 en Figure III-35 ne fait pas apparaître de diminution de

résistivité électrique au droit de 6 m et ce quel que soit la résistivité électrique du sable saturé

argileux (24 ou 50 .m). Par ailleurs, la déchirure n’est pas non plus détectée sur le modèle de

résistivité effectué sans ajout de bruit aléatoire sur les données de résistivité électrique

apparente.


Figure III-35 : Modèle M5 inversé en dispositif dipôle-dipôle avec ajout de 3% de bruit, après cinq itérations – erreur absolue = 3,1 %

III.B.4.1.5.h) Influence de la position d’une déchirure du GSB

Une déchirure large de 6,25 cm n’étant pas détectée avec les paramètres choisis dans

le modèle M5, un modèle supplémentaire M6 a été réalisé en créant une déchirure large de

12,5 cm au niveau du GSB non pas à 6 m (Tableau III-13) mais à 12 m du début de la

tomographie (Tableau III-15).


(m)




3 GSB 0,1


1,1 - 1,2



déchets 4 >1,7


Le modèle de résistivité en Figure III-36 montre, au niveau de la troisième couche,

une diminution de résistivité à la verticale de 12 m mais également l’apparition d’une zone de

résistivité plus faible aux deux extrémités de la tomographie en l’absence de déchirure. Ce

phénomène s’observe dans le cas où la résistivité électrique du sable argileux saturé est de

24 .m, et également en l’absence d’ajout de bruit sur les données de résistivité électrique

apparente ; en revanche, avec une résistivité de 50 .m, il ne se produit aucune variation de

résistivité électrique le long de la tomographie.


Figure III-36 : Modèle M6 inversé en dispositif dipôle-dipôle avec ajout 3% de bruit, après cinq itérations – erreur absolue = 2,2 %

Par conséquent, la déchirure large de 12,5 cm est détectée lorsque le GSB et le sable

argileux saturé sont respectivement représentés par une résistivité électrique de 12 000 et

24 .m. Ces conditions n’étant vraisemblablement pas les seules permettant de détecter ce

défaut, on a réalisé une modélisation supplémentaire en faisant varier les résistivités

électriques du GSB et du sable argileux saturé.

III.B.4.1.5.i) Influence de la résistivité électrique du GSB et du sable argileux saturé

Dans le modèle suivant M7, on a conservé la présence de la déchirure à la verticale

de 12 m tout en faisant fixant les résistivités électriques du GSB et du sable argileux saturé,

respectivement à 7143 et 50 .m (Tableau III-16).


(m)


Profondeur sur le modèle direct (m)


3 GSB 0,1


1,1 - 1,2

Equivalent GSB réel 0,007 ~7143 Sable argileux saturé 0,5 50 1,2 - 1,7


déchets 4 >1,7


Le modèle de résistivité issu de la modélisation M7 est présenté en Figure III-37. La

répartition des résistivités électriques est globalement la même que celle du modèle de

résistivité M6 (Figure III-36). La résistivité électrique de la troisième couche est plus faible

mais la discontinuité au droit de la déchirure à 12 m est toujours visible ainsi que la zone

moins résistante aux deux extrémités de la tomographie (jusqu’à environ 5 m).


Figure III-37 : Modèle M7 inversé en dispositif dipôle-dipôle avec ajout 3 % de bruit, après cinq itérations – erreur absolue = 2,1 %

Il est par ailleurs intéressant de noter que, bien que l’argile ocre représentée par une

résistivité électrique de 33 .m soit en accord avec la résistivité électrique des mesures de

terrain entre 0,7 et 0,9 m de profondeur (Figure III-34) les valeurs situées à la base et au toit

de la couche se trouvent être plus élevées (Figure III-37). La résistivité électrique de l’argile

ocre va donc être modifiée dans la modélisation ci-après.

III.B.4.1.5.j) Influence de la résistivité électrique de l’argile ocre

Une ultime modélisation où la résistivité électrique de l’argile ocre est fixée à 25

.m a été effectuée (Tableau III-17).





3 GSB 0,1

500 + déchirure large de 12,5

cm à 12 m 1,1 - 1,2

Equivalent GSB réel 0,007 ~7143 Sable argileux saturé 0,5 50 1,2 - 1,7


déchets 4 >1,7

Tableau III-17 : Caractéristiques de la couverture modélisée au PM 18 – modèle direct M8

Le modèle de résistivité M8 (Figure III-38 a) est le modèle pour lequel les couples

des épaisseurs et des résistivités électriques des différentes couches sont les plus proches de

ceux des mesures réalisées sur la tomographie test.


Figure III-38 : a) Modèle M8 inversé en dispositif dipôle-dipôle avec ajout 3 % de bruit, après cinq itérations - erreur absolue = 2,3 %. b) Modèle filtré de résistivité électrique de la tomographie P1-TRE1 (dispositif DD4) sans la topographie après cinq itérations (inversion robuste et affinage du maillage du

modèle)

III.B.4.1.5.k) Synthèse de l’étude des modélisations de la couverture

Les différents paramètres étudiés dans les modélisations de la couverture permettent

de conclure que les configurations mises en œuvre par les modèles M4 et M8 (Tableau III-18),

présentent toutes deux les résultats les plus proches des mesures de terrain (Figure III-39).


(m)



(m) M4 M8 1 Sable argileux 0,7 102 0 - 0,7 2 Argile ocre 0,4 33 25 0,7 - 1,1

3

GSB 0,1

840 + déchirure large de

12,5 cm à 6 m

500 + déchirure large de

12,5 cm à 12 m

1,1 - 1,2

Equivalent GSB

réel 0,007 12 000 7143

Sable argileux saturé

0,5 24 50 1,2 - 1,7


déchets 4 >1,7

Tableau III-18 : Configurations de couverture testées par les modèles M4 et M8 se rapprochant le plus des mesures effectuées sur le site X


L’évolution verticale des résistivités électriques issues des deux modèles ci-dessus

dans la zone englobant la déchirure large de 12,5 cm au niveau du GSB est comparée à celle

issue des mesures en dispositifs DD1 et DD4 (valeurs moyennées entre 16 et 19 m des

modèles filtrés sans la topographie) en Figure III-39.

On remarque tout d’abord que les résistivités électriques issues de la modélisation

M8 dans la zone de GSB déchirée montrent l’évolution verticale la plus proche de celle des

mesures de terrain. La couche de 70 cm de sable argileux sec y est représentée par une

résistivité électrique de 102 .m et la couche de 40 cm d’argile ocre par une résistivité

électrique de 25 .m.

Figure III-39 : Résistivités électriques issues des modèles directs M4 et M8 au droit d’une déchirure du GSB large de 12,5 cm et des mesures de terrain réalisées en dispositifs DD1 et DD4 filtrés sans la

topographie au PM 18

On peut ensuite noter, au niveau de la couche de GSB et sable argileux saturé, la

présence de résistivités électriques inférieures à 100 .m dans le cas du GSB déchiré

(modèles M4 et M8) et légèrement plus élevées en l’absence de déchirure (modèle M8).

Cependant, bien que les résistivités électriques issues du modèle M8 dans la zone sans

déchirure soient supérieures à celles correspondant aux deux dispositifs filtrés, elles sont

toutefois représentatives d’un GSB saturé (les résistivités électriques dans le cas d’un GSB en

bon état étant bien plus élevées – cf. Figure III-31).

Le GSB peut donc être caractérisé par une résistivité électrique comprise entre 7143

et 12 000 .m, relative à un état de saturation et/ou de dégradation variable. De ce dernier

dépend la saturation du sable argileux sous-jacent, matériau qui peut être représenté par une

résistivité électrique entre 24 et 50 .m.

Quant aux déchets, ils sont représentés par une résistivité électrique de 4 .m, en

conformité avec les mesures de terrain.


En conclusion, les différentes configurations de couverture modélisées

précédemment ont permis d’améliorer la connaissance du matériau responsable de la

résistivité électrique de la couche « GSB et sable argileux saturé » observée sur les mesures

faites sur la tomographie test. Ainsi, la valeur de résistivité électrique observée à environ 1 m

de profondeur ne peut pas s’expliquer par la seule présence de sable argileux saturé de

résistivité électrique de 98 .m. Cette valeur est d’ailleurs peu probable dans le cas d’un

matériau saturé et devrait plutôt être aux alentours de 35 .m d’après nos estimations.

Néanmoins, si le GSB apparaît comme le matériau influençant majoritairement les

résistivités électriques de cette couche de couverture, il ne se trouve pas en bon état. En effet,

la modélisation impliquant un GSB non endommagé et non saturé (!=120 000 .m) fournit

une représentation différente de celle des mesures de terrain. Cependant, les variations élevées

de résistivité électrique observées sous la couche d’argile ocre le long de la tomographie test

mettent en évidence l’existence d’une altération et/ou d’une saturation variable du GSB. De

nombreux couples de résistivité électrique pour le GSB et le sable argileux saturé peuvent

donc être envisagés. Cependant, si la résistivité électrique de chacun de ces matériaux peut

varier, il apparaît néanmoins plus probable que celle du GSB varie dans des proportions plus

élevées que celle du sable argileux saturé, en raison de son état de dégradation latérale

variable.

On a par ailleurs pu déterminer l’influence d’une déchirure large de 12,5 cm sur les

résistivités électriques de la couche de GSB et sable argileux saturé qui, au droit du défaut,

sont plus faibles que sur le reste de la tomographie. C’est notamment le cas à 3,5 m le long de

la tomographie test où la résistivité électrique est inférieure à 80 .m au-delà de 1 m de

profondeur (Figure III-24).

III.B.4.1.6. Choix des dispositifs

Afin de déterminer le ou les dispositifs de mesure les plus en adéquation avec le

terrain, les valeurs de résistivité électrique caractérisant les matériaux rencontrés au niveau

des quatre tarières sont précisées dans le Tableau III-19 pour chaque dispositif. Il s’agit des

résistivités électriques moyennes calculées par épaisseur de matériau à proximité de chacune

des tarières (Figure III-24, Figure III-25, Figure III-26 et Figure III-27).

Ce tableau permet de constater que les valeurs de résistivité électrique sont assez

homogènes quel que soit le dispositif. Cependant, les valeurs issues des mesures en dispositif

gradient sont globalement légèrement plus élevées. Par ailleurs, le dispositif gradient est celui


pour qui les mesures en roll-along nécessiteraient trop de temps et pour une profondeur

d’investigation moins élevée qu’avec le dispositif dipôle-dipôle. Par conséquent, le dispositif

gradient ne donnant pas plus d’informations que le dispositif dipôle-dipôle, il ne sera donc pas

utilisé pour la suite des mesures sur le site.

Résistivité électrique des matériaux de couverture au-dessus du GSB ( .m)

Sable argileux

Argile sableuse

Argile ocre

Argile saxonienne - Déchets

Tarière à 3,5 m

DD1 51 33 7 DD2 51 32 5 DD3 51 32 5 DD4 51 32 5 grad 49 39 1

Tarière à 12 m

DD1 103 39 38 DD2 94 38 31 DD3 93 38 31 DD4 96 36 33 grad 109 41 17

Tarière à 18 m

DD1 107 53 5 DD2 101 51 3 DD3 101 51 3 DD4 101 53 4 grad 105 64 16

Tarière à 29 m

DD1 87 37

DD2 87 39 DD3 86 39 DD4 86 38 grad 88 48

Tableau III-19 : Résistivité électrique des matériaux de couverture identifiés au niveau des quatre tarières, pour chaque dispositif de mesure mis en œuvre sur la tomographie test P1-TRE1

Concernant les dispositifs dipôle-dipôle, ils présentent peu de différence en termes de

valeurs de résistivité électrique pour les matériaux de couverture. Deux d’entre eux ont été

conservés pour la suite des mesures. Le dispositif DD1 de profondeur d’investigation égale à

-2,3 m est le dispositif qui fournit, même en l’absence de filtrage, une bonne délimitation des

matériaux de couverture. Sur la tomographie test, l’épaisseur de la couverture de l’ordre de

1,7 m, valeur vérifiée grâce aux tarières, s’est révélée inférieure à celle de la coupe théorique

égale à 2,3 m (Figure III-4) ; cette différence de près de 0,8 m de profondeur nous incite

cependant à réaliser des mesures en dispositif plus profond, l’épaisseur de couverture pouvant

être plus grande le long du profil TRE1 (Figure III-18) qu’elle ne l’est au niveau de la

tomographie test P1-TRE1. Le second dispositif choisi est le dispositif DD4 car, bien


qu’équivalent aux dispositifs DD2 et DD3, son temps de mesure avec un temps d’injection de

250 ms est le plus faible (Tableau III-3).

III.B.4.2. Mesures effectuées le long du profil TRE1

Une fois le protocole défini, nous avons réalisé les mesures le long du premier profil

choisi noté TRE1 (Figure III-18). Ce profil se situe au droit des mesures PS (entre 10 et

120 m) et ARP faites précédemment, dans une zone présentant un contraste de polarisation

spontanée et de résistivité électrique apparente. Il est par ailleurs positionné dans la direction

est-sud-est ouest-nord-ouest dans le sens de la pente (Figure III-40 et Figure III-41).

Figure III-40 : Topographie le long du profil TRE1


Les caractéristiques des dispositifs DD1 et DD4 retenus après l’analyse des mesures

le long de la tomographie test sont rappelées dans le Tableau III-20 ci-dessous.

Dispositif Temps

d’injection (ms)

Temps de

mesure (min)

Nombre de

mesures

Nombre de

niveaux

Ecartement de base Profondeur

d’investigation (m)

Minimum (a)

Maximum (x.a)

DD1 250 10 1220 20 0,5 2a 2,3 DD4 250 13 1112 23 1,0 6a 5,7

Tableau III-20 : Caractéristiques des deux dispositifs mis en œuvre le long du profil TRE1


Figure III-41 : Photographie des mesures de tomographie de résistivité électrique le long du profil TRE1

III.B.4.2.2. Acquisition des mesures

L’acquisition des mesures le long du profil TRE1 s’est faite selon la technique de

l’embrayage dans le cas du dispositif superficiel DD1. Quatre tomographies en roll-along,

notées RL1, RL2, RL3 et RL4 ont ainsi été mises en œuvre au cours d’une même journée, les

vingt-quatre premières électrodes de chacune de ces tomographies étant communes à la

tomographie précédente (Figure III-42). Enfin, des mesures supplémentaires ont été

effectuées au niveau de la tomographie P0 en bas de pente dans le prolongement du profil, au

cours d’une seconde journée.

Figure III-42 : Schéma des tomographies électriques superficielles réalisées le long du profil TRE1

Dans le cas du dispositif DD4, les tomographies électriques ont été effectuées sans

embrayage afin d’éviter de déplacer les électrodes et d’optimiser le temps de mesure sur site.


Chaque tomographie présente ainsi une zone de recouvrement de 11 m (soit 143 points de

mesure) avec la tomographie précédente (sauf pour la tomographie P0 où cette zone est de

13 m correspondant à 181 points de mesure).

Figure III-43 : Schéma des tomographies électriques profondes réalisées le long du profil TRE1

Comme les tomographies électriques effectuées le long de ce profil présentent des

zones de recouvrement (Figure III-42 et Figure III-43), les mesures de résistivité électrique

apparente communes à deux tomographies consécutives ont été comparées pour en estimer la

reproductibilité. Le Tableau III-21 précise pour chaque groupe de points de mesure l’écart

absolu de résistivité électrique apparente existant entre les deux tomographies dans le cas du

dispositif dipôle-dipôle profond (Figure III-43).

% Tomographie

Moyenne Médiane Minimum Maximum Ecart-type

(P0- P1)/P0 4,8 3,5 0,0 24,5 4,7 (P1-P2)/P1 10,3 7,9 0,0 41,4 8,0 (P2-P3)/P2 0,2 0,2 0,0 1,8 0,2 (P3-P4)/P3 0,2 0,1 0,0 0,9 0,2 (P4 -P5)/P4 0,2 0,1 0,0 5,3 0,6

Tableau III-21 : Paramètres statistiques calculés sur les écarts absolus de résistivité électrique apparente entre les tomographies en dispositif dipôle-dipôle profond

On observe que les écarts les plus faibles sont situés dans la deuxième partie du

profil TRE1, à partir de 48,5 m (Figure III-43). La moyenne des écarts entre les mesures de

résistivité électrique apparente de ces tomographies est de 0,2 %. L’ordre de grandeur de ces

différences se trouve être plus faible que celui observé entre les dispositifs DD2 et DD3 (écart

moyen égal à 2,9 %) qui ne diffèrent que par leur temps d’injection (Tableau III-3). Ce n’est

pas le cas dans la première partie du profil où les zones de recouvrement entre les

tomographies P0 et P1 et entre P1 et P2 présentent respectivement un écart moyen de 4,8

et 10,3 %.


Dans cette partie du profil TRE1, on ne peut pas considérer les différences de résistivité

électrique apparente comme négligeables.

Afin de réaliser le modèle de résistivité électrique sur toute la longueur du profil, on

choisit de conserver les mesures de résistivité électrique apparente situées le plus à l’est de

chacune des tomographies tant pour le dispositif profond (Figure III-44) que superficiel

(Figure III-45).

III.B.4.2.3. Résultats des mesures

Le modèle de résistivité du profil TRE1 allant du PM -22,5 au PM 131,5 en dispositif

dipôle-dipôle profond est présenté en Figure III-44. La topographie le long de ce profil

(Figure III-40) est prise en compte dans le modèle d’inversion selon une grille déformée en

éléments finis où la distorsion des blocs du modèle s’atténue de façon exponentielle avec la

profondeur selon un coefficient d’atténuation égal à 0,75 (Loke, 2010).

Figure III-44 : Modèle de résistivité électrique du profil TRE1 en dispositif dipôle-dipôle profond (inversion

robuste et affinage du maillage du modèle) – Erreur absolue = 1,8 % après cinq itérations

Le modèle de résistivité ci-dessus révèle la présence de valeurs conductrices

correspondant aux déchets à une profondeur variable le long du profil TRE1 (Figure III-44).

En effet, des valeurs conductrices sont identifiées à une profondeur de l’ordre de 2,5 m aux

extrémités est et ouest du profil et jusqu’à 5 m dans sa partie centrale. Cependant, l’analyse

effectuée sur la tomographie test P1-TRE1 (cf. § III.B.4.1.3) permet de savoir que la

profondeur des déchets est surestimée sur ce modèle issu des mesures en dispositif profond.

Ce dernier fait également apparaître des résistivités électriques élevées entre 1,0 et 4,0 m de


profondeur dans la zone comprise entre les PM 30 et 90. Ces résistivités de 70 à plus de 200

.m sont relatives à la présence du GSB, d’épaisseur surestimée dans cette partie.

La Figure III-45 qui présente le modèle de résistivité électrique du profil TRE1 en

dispositif superficiel, constitue par conséquent une plus fidèle représentation de la couverture

réelle ainsi que de la profondeur des déchets quand ceux-ci sont atteints. La gamme de

résistivité électrique s’étend de 0,5 à 400 .m. De la même façon que pour la tomographie

test, des tarières ont été effectuées le long du profil TRE1 à des emplacements marqués par

des contrastes de résistivité électrique. Ces tarières, au nombre de seize, sont représentées par

des traits rouges en Figure III-45.

Figure III-45 : Modèle de résistivité électrique du profil TRE1 en dispositif dipôle-dipôle superficiel (inversion robuste et affinage du maillage du modèle) – Erreur absolue = 1,0 % après cinq itérations

III.B.4.2.4. Comparaison des résistivités électriques avec celles de la tomographie test

L’évolution des résistivités électriques pour les mesures en dispositif dipôle-dipôle

DD1 (superficiel) et DD4 (profond) provenant de l’inversion réalisée sur la totalité du profil

TRE1 (Figure III-45 et Figure III-44) va maintenant être comparée à celle de la tomographie

test à proximité du PM 18 en Figure III-46.


Figure III-46 : Moyenne des résistivités électriques effectuée sur les points situés aux PM 17,875, 18,125 et 18,375 issus des modèles de résistivité pour les mesures réalisées en dispositif superficiel (DD1) et profond (DD4) le long de la tomographie test P1-TRE1 et le long de l’ensemble du profil

TRE1

Le graphique des résistivités électriques en fonction de la profondeur (Figure III-46)

rend compte dans un premier temps de deux évolutions différentes selon le dispositif dipôle-

dipôle employé. Cette remarque avait déjà pu être faite à la section III.B.4.1.3.b) (Figure

III-20). On constate dans un second temps que, s’il n’y a pas de différence majeure entre les

résistivités électriques de la tomographie test et celles le long du profil TRE1 pour le dispositif

DD4, un écart significatif peut être observé sur les résistivités électriques des mesures en

dispositif dipôle-dipôle DD1, entre 1,3 et 1,9 m de profondeur. En effet, les valeurs de

résistivités électriques à la verticale du PM 18 sont de l’ordre de 80 .m pour l’inversion

effectuée sur la tomographie test alors qu’elles sont plus élevées sur les données issues de

l’inversion effectuée sur l’ensemble du profil TRE1 (environ 120 .m). Cela souligne que

l’inversion prenant en compte l’ensemble des mesures le long du profil peut ne pas donner les

mêmes valeurs de résistivité électrique au niveau de la troisième couche des matériaux de

couverture, comme c’est le cas ici au PM 18. Cette différence n’apparaît pas à proximité des

trois autres tarières effectuées sur la tomographie test.



La même démarche que pour les quatre tarières de la tomographie test (§ III.B.4.1.4)

a été adoptée ci-après. Les différents contrastes de résistivité électrique observés à l’endroit

des seize tarières (Figure III-45) ont permis de les classer en cinq groupes distincts.

III.B.4.2.5.a) Tarières aux PM -15,5, 3,5, 74 et 95

Les matériaux rencontrés au droit des tarières aux PM -15,5, 3,5, 74 et 95 ainsi que

les résistivités électriques en fonction de la profondeur sont présentés en Figure III-47. Ces

tarières sont situées à l’endroit de défauts ponctuels, marqués par une absence d’augmentation

de résistivité à partir de 1,0 m de profondeur sur le modèle de résistivité du profil TRE1

(Figure III-45).

Figure III-47 : Résistivités électriques verticales extraites du modèle de résistivité du dispositif dipôle-dipôle superficiel au droit des tarières aux PM -15,5, 3,5, 74 et 95 le long du profil TRE1 et

nature des matériaux de couverture au droit de trois d’entre elles

L’ensemble des valeurs de résistivité électrique est compris entre 17 et 53 .m

(excepté à -2,1 m) pour ces tarières situées aux PM -15,5, 3,5, 74 et 95. L’évolution peu

contrastée des résistivités électriques avec la profondeur s’explique par la présence d’argile

sableuse et d’argile ocre comme matériaux rencontrés au-dessus du GSB. Or, on constate, tout

comme lors de l’analyse détaillée des quatre tarières de la tomographie P1-TRE1, que l’argile

sableuse et l’argile ocre peuvent être représentées par des résistivités électriques comparables.

En effet, l’argile sableuse avait été caractérisée par une résistivité électrique de l’ordre de

50 .m et l’argile ocre par une résistivité électrique comprise entre 32 et 64 .m


(Tableau III-19). De plus, aucune augmentation de résistivité s’observe à la profondeur du

GSB présent à -0,8 m au PM -15,5 et à -1,0 m aux PM 3,5, 74 et 95. Le GSB ayant été

traversé au niveau des quatre tarières, son état endommagé et/ou saturé peut expliquer les

faibles résistivités électriques sur le modèle de résistivité.

III.B.4.2.5.b) Tarières aux PM 12, 18, 29 et 45

La deuxième classe regroupe les tarières situées aux PM 12, 18, 29 et 45 (Figure III-

48) au droit desquelles trois couches de couverture ont été identifiées sur le modèle de

résistivité du dispositif dipôle-dipôle superficiel (Figure III-45).

Figure III-48 : Résistivités électriques verticales extraites du modèle de résistivité du dispositif dipôle-dipôle superficiel au droit des tarières aux PM 12, 18, 29 et 45 le long du profil TRE1 et nature des

matériaux de couverture au droit de deux d’entre elles

Les valeurs de résistivité électrique au droit de ces quatre tarières s’étendent

globalement de 40 à 200 .m. Les variations de résistivité électrique avec la profondeur

permettent d’identifier quatre couches. La première couche est caractérisée par une résistivité

électrique comprise entre 60 et 120 .m jusqu’à -0,5 m, la seconde couche par une résistivité

plus faible, comprise entre 40 et 55 .m, jusqu’à -1,1 m. Une augmentation de résistivité

électrique a ensuite lieu entre 1,3 et 1,8 m de profondeur, jusqu’à une valeur de 95 à 200 .m

selon la tarière. La forte variabilité de la résistivité électrique au niveau de cette couche

pourrait être liée à un état du GSB plus ou moins dégradé et/ou saturé selon les tarières mais

aussi par l’état de saturation des matériaux situés juste au-dessus et en-dessous du GSB.


Enfin, on observe une diminution de la résistivité électrique à partir de 1,8 m de profondeur

pour atteindre des valeurs comprises entre 3 et 140 .m à 2,1 m de profondeur.

L’évolution des résistivités électriques avec la profondeur peut être reliée aux

différents matériaux rencontrés au niveau des tarières. En effet, les matériaux situés au-dessus

du GSB sont constitués d’argile ocre (de 20 à 50 cm d’épaisseur) surmontée de sable argileux

(de 50 à 60 cm d’épaisseur) aux PM 12, 18 et 29 et de sable (de 70 cm d’épaisseur) au PM 45.

Les épaisseurs de ces différents matériaux sont en accord avec les variations de résistivité

électrique détectées entre 0 et 1,1 m de profondeur. De plus, la résistivité électrique de la

première couche diffère de celle observée au droit des tarières de la première classe (Figure

III-47) en raison d’une teneur en sable plus élevée.

Par ailleurs, le GSB a été traversé au niveau des quatre tarières. Néanmoins, la

présence aux PM 12 et 18 de matériaux humides sus-jacents au GSB atteste de son

imperméabilité. L’humidité de ces matériaux peut également expliquer les plus faibles

résistivités électriques observées aux PM 12 et 18 comparé à celles à 45 m. De plus, la

réalisation d’une tarière supplémentaire aux environs du PM 42,5 du début du profil TRE1 à

proximité du sondage S3 effectué par Burgéap en 2006 (Figure III-6) a mis en évidence un

refus au niveau du GSB. Ainsi, bien que dans un état altéré, le GSB peut toutefois être

considéré en meilleur état que celui au niveau des tarières de la première classe. La variabilité

du comportement du GSB a pu être reproduite grâce à des modélisations (cf. § III.B.4.1.5). La

résistivité électrique de 120 .m, identifiée aux PM 12 et 18 sur le modèle de résistivité,

correspond plus particulièrement à la modélisation d’un GSB de 7 mm d’épaisseur de

résistivité électrique égale à 7143 .m, valeur inférieure à celle d’un GSB non endommagé et

non saturé (>120 000 .m).

Il est enfin intéressant de noter que les déchets mélangés à l’argile saxonienne ont été

rencontrés à la tarière manuelle à partir de -1,6 m aux PM 12, 18 et 45 alors que la diminution

de résistivité sur la tomographie a lieu à partir de -1,8 m. La profondeur des déchets est

supérieure à la réalité du terrain en raison de la surestimation de l’épaisseur du GSB sur le

modèle de résistivité.

Les résistivités électriques évoluant avec la profondeur de façon moins homogène

pour les huit tarières effectuées entre les PM 78,5 et 127 le long du profil TRE1 que pour les

huit tarières précédentes regroupées en deux classes, elles ont été séparées en !"#$%classes


différentes. Le comportement des résistivités électriques au niveau de ces tarières est

cependant intermédiaire à celui mis en évidence dans les deux classes précédentes.

III.B.4.2.5.c) Tarières aux PM 78,5 et 87

Les résistivités électriques au droit des tarières aux PM 78,5 et 87 évoluent de façon

identique avec la profondeur (Figure III-49). Une valeur constante de résistivité électrique, de

l’ordre de 20 .m, s’observe entre 0 et 0,7 m de profondeur, suivie d’une augmentation

jusqu’à 115 et 150 .m à -1,1 m respectivement aux PM 78,5 et 87. Une diminution de

résistivité électrique se produit ensuite à partir de -1,3 m pour atteindre une valeur de 60 et

120 .m à -2,1 m respectivement aux PM 78,5 et 87.

Figure III-49 : Résistivités électriques verticales au droit des tarières aux PM 78,5 et 87 extraites du modèle de résistivité du dispositif dipôle-dipôle superficiel le long du profil TRE1 et nature des

matériaux de couverture au droit de ces deux tarières

Les faibles résistivités électriques observées dans la partie superficielle de la

couverture (jusqu’à -0,7 m) sont représentatives de la présence d’argile sableuse et d’argile

ocre détectées jusqu’à -0,5 m respectivement aux PM 78,5 et 87. Les matériaux de la

deuxième couche surmontant le GSB ont été qualifiés d’argile ocre au PM 78,5 et de sable au

PM 87 (cf. Annexe 6 - photographie en Figure A6-4). Si les résistivités électriques à la

profondeur de l’argile sableuse et de l’argile ocre sont identiques, ce n’est en revanche pas le

cas pour les matériaux de la deuxième couche. On peut néanmoins supposer que

l’augmentation de résistivité à partir de -0,7 m est causée par la présence couplée d’argile ocre

et du GSB au PM 78,5 et de sable et du GSB au PM 87. La différence de résistivité électrique


observée à partir de 0,8 m de profondeur entre les deux tarières peut être attribuée à la

variation lithologique du matériau sus-jacent au GSB et/ou à un état d’altération du GSB

variable à l’endroit des deux tarières.

Les six tarières localisées dans la partie sommitale du profil TRE1, entre les PM

105,5 et 127, ont toutes été effectuées dans une zone de faible résistivité visible sur le modèle

de résistivité électrique du dispositif dipôle-dipôle superficiel (Figure III-45). Deux évolutions

différentes de la résistivité électrique avec la profondeur permettent toutefois de distinguer les

tarières situées aux PM 105,5, 107,5, 110,3 et 120 (Figure III-50) de celles aux PM 114 et 127

(Figure III-51).

III.B.4.2.5.d) Tarières aux PM 105,5, 107,5, 110,3 et 120

Les résistivités électriques observées aux PM 105,5, 107,5, 110,3 et 120 montrent

des valeurs de plus en plus faibles avec la profondeur (Figure III-50). La résistivité de 50 à

75 .m entre 0 et -0,4 m diminue jusqu’à -0,8 m pour atteindre une valeur comprise entre 30

et 40 .m. Une nouvelle baisse de résistivité s’opère ensuite entre 1,6 et 1,8 m de profondeur

où les valeurs sont les plus conductrices (de 1 à 20 .m). C’est en effet à partir de cette

profondeur que de l’argile saxonienne a été trouvée, notamment au droit de la tarière au PM

105,5. Le retrait de ce matériau s’est accompagné d’un dégazage que l’on a attribué à la

présence des déchets mélangés avec ce type d’argile.

Figure III-50 : Résistivités électriques verticales extraites du modèle de résistivité du dispositif

dipôle-dipôle superficiel au droit des tarières aux PM 105,5, 107,5, 110,3 et 120 le long du profil TRE1 et nature des matériaux de couverture au droit de trois d’entre elles


Par ailleurs, on peut noter une diminution plus rapide des résistivités électriques au

niveau de la tarière au PM 120, où la résistivité passe de 36 à 20 .m entre -1,3 et -1,6 m. En

considérant que l’argile saxonienne associée aux déchets est représentée par une résistivité

électrique inférieure à 20 .m, la baisse de résistivité observée au PM 120 est à mettre en

relation avec une épaisseur de couverture plus faible qu’aux PM 105,5 et 110,3, soit de 1,2 m

au lieu de 1,8 m.

Le comportement des résistivités électriques au niveau des tarières aux PM 105,5,

107,5, 110,3 et 120 se rapproche de celui observé au niveau des tarières de la première classe

(Figure III-47), principalement par l’absence de contraste de résistivité électrique à la

profondeur du GSB indiquant qu’il est endommagé. Les valeurs de résistivité électrique à

partir de 1,8 m de profondeur sont toutefois particulièrement faibles (inférieures à 20 .m)

pour les tarières situées dans la partie haute du profil TRE1 (Figure III-45).

III.B.4.2.5.e) Tarières aux PM 114 et 127

Les résistivités électriques au droit des tarières situées aux PM 114 et 127 (Figure

III-51) sont caractérisées, tout comme celles des tarières analysées précédemment dans la

partie sommitale du profil (Figure III-50), par des valeurs très conductrices en profondeur.

Ces valeurs permettent de positionner les déchets à une profondeur respective de -1,3 et

-1,7 m bien qu’ils ne soient pas atteints par les tarières.

Les résistivités électriques dans la partie superficielle de la couverture augmentent

néanmoins entre -0,2 et -0,5 m pour la tarière au PM 114 et entre -0,3 et -0,7 m pour la tarière

au PM 127. Ce comportement, qui diffère de celui des autres tarières de la partie sommitale

de l’ISDD (Figure III-50), n’est pas en accord avec les matériaux rencontrés au droit de ces

deux tarières. Une première hypothèse pour expliquer cette incohérence serait l’existence

d’une forte variabilité des matériaux de couverture à ces deux endroits, variabilité telle que les

deux tarières ne soient pas représentatives des résistivités électriques visibles sur le modèle.

Une seconde hypothèse consisterait à dire que les descriptions lithologiques des matériaux ne

rendent pas bien compte de la proportion de sable variable avec la profondeur.

Les valeurs de résistivité électrique les plus élevées sont donc localisées au-dessus du

GSB. Elles diminuent ensuite, signifiant que le GSB traversé à la tarière se trouve dans un état

endommagé et/ou saturé.


Figure III-51 : Résistivités électriques verticales extraites du modèle de résistivité du dispositif dipôle-dipôle superficiel au droit des tarières aux PM 114 et 127 le long du profil TRE1 et nature des

matériaux de couverture au droit de ces deux tarières

III.B.4.2.5.f) Synthèse de l’analyse des tarières le long du profil TRE1

En conclusion, les variations de résistivité électrique observées sur le modèle de

résistivité du profil TRE1 (Figure III-45) ont pu être mises en relation avec la présence de

matériaux de couverture différents de par leur nature lithologique mais aussi de par leur

humidité variable, grâce à l’étude des résistivités électriques au niveau des seize tarières.

L’existence d’une couverture semblable pour trois des quatre tarières le long de la

tomographie test P1-TRE1 a ainsi été mise en évidence (Figure A6-1). Cette couverture,

constituée de 50 cm de sable argileux, de 40 cm d’argile ocre, du GSB et de 50 cm de sable

argileux saturé, n’a en revanche pas été observée au droit des douze autres tarières pour

lesquelles les épaisseurs et la nature des matériaux sont différentes. Ces variations de

matériaux de couverture sont en cohérence avec les résistivités électriques détectées en

tomographie. Des matériaux sableux, caractérisés par une résistivité électrique supérieure à

110 .m, ont par exemple été observés au droit des tarières situées à 45 et 87 m.

Les gammes de résistivité électrique des différents matériaux de couverture ainsi que

celle des déchets mélangés à l’argile saxonienne sont précisées dans le Tableau III-22. Quatre

matériaux de couverture constitués principalement de sable et d’argile ont pu être distingués

macroscopiquement sur le terrain : de l’argile ocre, de l’argile sableuse, du sable argileux et

du sable.


Tableau III-22 : Gammes de résistivité électrique et photographies des différents matériaux de couverture et des déchets mélangés à l’argile saxonienne, rencontrés au niveau de l’ensemble des

tarières le long du profil TRE1

On constate l’existence de gammes de résistivité électrique différentes avec un pôle

argileux et un pôle sableux associés à des variations granulométriques visibles

macroscopiquement. On observe par exemple une augmentation de la résistivité électrique, de

52 jusqu’à 142 .m, avec une teneur croissante en sable. L’étendue des gammes de résistivité

électrique des matériaux argile ocre, argile sableuse et sable argileux, de 30 à 50 .m, peut

être due aux variations d’humidité des matériaux ainsi qu’à la nature de l’argile selon les

tarières. On peut également remarquer que les résistivités électriques de l’argile ocre et de

l’argile sableuse s’étendent respectivement de 24 à 56 .m et de 21 à 62 .m. Ces variations


de résistivité peuvent être causées par une différence de lithologie qui n’a pas pu être

identifiée macroscopiquement.

Outre la distinction de plusieurs matériaux de couverture, les tarières ont également

souligné la variabilité de l’épaisseur de la couverture, comprise entre 0,9 et 1,8 m de

profondeur. C’est dans la partie haute du profil que l’épaisseur de couverture est la plus

faible, les déchets ayant été atteints dès -0,9 et -1,2 m respectivement au droit des tarières aux

PM 107,5 et 120. Si cette épaisseur demeure dans tous les cas inférieure à celle de la coupe

théorique (Figure III-4), le GSB a quant à lui été trouvé entre -0,8 et -1,1 m, soit en assez

bonne conformité avec sa profondeur théorique de -1,1 m.

Les emplacements où le GSB a été traversé à la tarière manuelle sont localisés dans

des zones où n’apparaît pas de contrastes de résistivité électrique à partir de 1,1 m de

profondeur le long du profil TRE1 (Figure III-45). Par ailleurs, la remontée de fibres de

géotextiles et/ou de particules de bentonite apporte la preuve que le GSB est dégradé.

C’est au niveau des tarières situées aux PM 29, 78,5 et 87, dans des zones marquées

par une augmentation de résistivité électrique jusqu’à environ 100 .m à partir de 1,0 m de

profondeur, que le GSB n’a pas été traversé. Son imperméabilité encore acceptable étant

soulignée par la présence d’un matériau sus-jacent humide, comme c’est le cas aux PM 78,5

et 87, il a donc été considéré en meilleur état à ces trois emplacements. Les tarières aux PM

12 et 18, également réalisées dans des zones caractérisées par une résistivité électrique de

l’ordre de 100 .m, ont indiqué la présence d’une argile ocre humide juste au-dessus du GSB,

GSB qui a pourtant été traversé à ces deux emplacements.

Par ailleurs, les modélisations ont pu confirmer la véracité de l’état d’altération du

GSB (déchirure et/ou saturation) en accord avec les variations de résistivité électrique aux

environs de 1,1 m de profondeur. Concernant le géodrain, il n’a été positionné qu’au droit de

quatre tarières, à une profondeur comprise entre 1,4 et 1,6 m, soit différente de celle de la

coupe théorique égale à 1,3 m. Il ne semble cependant pas jouer de rôle électrique sur les

tomographies.

Les différentes signatures électriques du GSB ainsi que l’épaisseur de couverture

variable ont permis de mettre en évidence l’existence de zones plus ou moins altérées au sein

de la couverture le long du profil TRE1.

On peut tout d’abord considérer que la zone regroupant les tarières situées entre les

PM 105,5 et 120 constitue une zone fortement altérée marquée par la présence de déchets à


une faible profondeur, au minimum de -0,9 m (résistivité électrique comprise entre 1,1 et

9,4 .m) ainsi que par une absence d’augmentation de résistivité à la profondeur du GSB,

indiquant son état de dégradation et/ou de saturation.

Ensuite, la zone au droit des tarières aux PM -15,5, 3,5, 74 et 95 présente des

résistivités électriques entre 20 et 60 .m quelle que soit la profondeur et serait par

conséquent également la signature d’un GSB altéré. A ces endroits, les déchets sont atteints à

une profondeur de 1,5 à 1,8 m, et absents au PM -15,5 car juste en dehors de la zone de

stockage supposée (Figure III-18).

Enfin, les zones délimitées par les tarières entre les PM 12 et 45 et entre les PM 78,5

et 87 font apparaître des valeurs de résistivité électrique entre 100 et 200 .m à la profondeur

du GSB ainsi qu’une surestimation de son épaisseur. On peut donc considérer ici que le GSB,

bien que dans un état altéré, est moins dégradé qu’ailleurs.

III.B.4.3. Mesures effectuées le long du profil TRE2

Suite aux mesures effectuées le long du profil TRE1, des mesures ont été effectuées

le long d’un second profil noté TRE2 situé dans la partie nord de l’installation de stockage de

déchets dangereux (Figure III-18). Dans cette zone, les mesures en ARP datant de novembre

2009 présentaient des résistivités électriques apparentes conductrices selon les trois

écartements (Figure III-10). Un ensemble de quatre dispositifs a été mis en œuvre le long de

ce profil, qui ne présente pas de variations d’altitude (Figure III-52).

Figure III-52 : Photographie de l’emplacement du profil TRE2



Les caractéristiques des quatre dispositifs mis en œuvre le long du profil TRE2 sont

précisées dans le Tableau III-23.

Dispositif Nom Temps

d’injection (ms)

Temps de

mesure (mn)

Nombre de points

de mesures

Nombre de

niveaux

Ecartement de base Profondeur d’investigation après

inversion correspondant à la base du bloc (m)

Minimum (a)

Maximum (x.a)

dipôle-dipôle 1

DD1 250 8 1220 20 0,5 2a 2,3

dipôle-dipôle 4

DD4 250 13 1112 23 1,0 6a 5,7

dipôle-dipôle 5

DD5 250 27 1416 36 1,0 5a 8,0

gradient grad 250 17 2107 20 0,5 4a 2,0

Tableau III-23 : Caractéristiques des dispositifs mis en œuvre le long du profil TRE2

Des mesures selon les deux dispositifs dipôle-dipôle DD1 et DD4 choisis

précédemment (Tableau III-20) ainsi que selon le dispositif gradient réalisé sur la

tomographie test ont été effectuées. Au vu de la plus grande homogénéité des résistivités

électriques le long de ce profil comparé à TRE1, un dispositif dipôle-dipôle noté DD5 a été

réalisé avec une profondeur d’investigation voisine de 8,0 m.

III.B.4.3.2. Résultats des mesures

Les quatre modèles de résistivité électrique du profil TRE2, issus d’une inversion

robuste et d’un affinage du maillage du modèle, sont présentés en Figure III-53. La même

échelle de résistivité électrique que pour les tomographies effectuées le long du profil TRE1

est utilisée.

On constate tout d’abord que, contrairement au profil TRE1 où la gamme de

résistivité s’étendait de 0,5 à 200 .m (Figure III-45), la plupart des résistivités électriques au

droit du profil TRE2 sont concentrées entre 10 et 50 .m. On note ensuite sur la quasi-totalité

de la longueur de la tomographie la présence de matériaux conducteurs en surface, de

résistivité de 10 à 25 .m. Des résistivités électriques plus élevées (de 70 à 150 .m)

s’observent dans deux zones distinctes, l’une située entre 1 et 4 m et l’autre entre 18,5 et

22,5 m. La zone résistante située au début du profil coïncide avec le chemin présent autour de

l’ISDD (Figure III-52). Visuellement rien n’a été noté au droit de la seconde zone.


Il est par ailleurs intéressant de noter sur la quasi-totalité de la longueur de la

tomographie l’absence de valeurs très conductrices en profondeur (!<10 .m) correspondant

aux déchets, et ce malgré les profondeurs d’investigation comprises entre 2 et 8 m. Seules les

mesures effectuées en dispositifs dipôle-dipôle profonds DD4 et DD5 (Figure III-53 b et c)

font apparaître des valeurs inférieures à 10 .m à partir de 5 m de profondeur aux environs de

24 m. Le profil ayant été positionné à l’extrémité de l’ISDD, on peut raisonnablement penser

que les déchets sont absents dans cette partie et que l’apparition de valeurs conductrices en fin

de profil marque le début d’une alvéole de stockage. Cette hypothèse est confirmée par la

limite supposée de stockage des déchets (Figure III-5 et Figure III-18).

Figure III-53 : Modèles de résistivité du profil TRE2 après cinq itérations (inversion robuste et affinage du maillage du modèle)



Afin de lever les incertitudes sur les variations de résistivité électrique présentes en

surface, trois tarières ont été réalisées le long de TRE2.

III.B.4.3.3.a) Tarières aux PM 6,7, 12 et 20

Les résistivités électriques en fonction de la profondeur sont présentées en Figure

III-54 au PM 6,7 et Figure III-55 aux PM 12 et 20 pour les quatre dispositifs de mesure

employés.

Figure III-54 : Résistivités électriques au droit de la tarière au PM 6,7 le long du profil TRE2

Les résistivités électriques au droit de ces trois tarières ne présentent que peu de

variations avec la profondeur. Seules les résistivités entre 0 et 0,6 m de profondeur au PM 20

sont plus élevées que celles aux PM 6,7 et 12. A cet endroit, les valeurs sont comprises entre

60 et 90 .m selon le dispositif de mesure alors qu’au niveau des deux autres tarières elles

sont comprises entre 20 et 40 .m. Cette différence a pu être reliée avec la nature du matériau

de couverture : du sable argileux est présent au PM 20 (Figure III-55 b) alors que de l’argile

sableuse a été trouvée au droit des PM 6,7 et 12.

Les valeurs de résistivité électrique au-delà de -0,6 m (entre 20 et 40 .m) pourraient

s’expliquer par la présence d’un matériau de couverture homogène dans cette partie de

l’ISDD. De l’argile sableuse saturée a été observée entre -1,0 et -1,1 m entre -0,9 et -1,2 m

respectivement au droit des tarières aux PM 12 et 20. Par ailleurs, le GSB n’a été rencontré

qu’au PM 20 à 0,9 m de profondeur, dans un état endommagé et saturé expliquant l’absence

de contraste de résistivité électrique avec l’argile sableuse.

Cha

pitr

e II

I : A

pplic

atio

n de

s m

étho

des

géop

hysi

ques

à u

ne in

stal

latio

n de

sto

ckag

e de

déc

hets

dan

gere

ux

268

a) P

M 1

2 b)

PM

20

Fig

ure

III-

55 :

Rés

isti

vité

s él

ectr

ique

s ve

rtic

ales

au

droi

t des

tari

ères

aux

PM

12

et 2

0 le

long

du

prof

il T

RE

2 et

nat

ure

des

mat

éria

ux d

e co

uver

ture

au

droi

t de

ces

deux

ta

rièr

es


III.B.4.3.3.b) Synthèse de l’analyse des tarières le long du profil TRE2

Les trois matériaux de couverture rencontrés le long du profil TRE2 sont caractérisés

par des valeurs de résistivité électrique du même ordre que celles observées le long du profil

TRE1 (Tableau III-22). On peut toutefois remarquer que, pour chaque matériau de couverture,

les résistivités électriques au niveau de ce second profil font partie des plus faibles observées

sur l’ensemble des mesures (Tableau III-24). L’argile sableuse présente même une valeur de

résistivité électrique de 17 .m, soit inférieure au minimum observé précédemment le long du

premier profil de tomographie (égal à 21 .m). Or, ce matériau a été trouvé dans un état

saturé le long de TRE2 ce qui n’a pas été le cas le long du profil TRE1, expliquant la

différence de résistivité électrique de l’argile sableuse entre les deux profils.

Matériaux de couverture Résistivité électrique ( .m)

le long de TRE2 Résistivité électrique ( .m)

le long de TRE1 Argile sableuse 17 - 20 21 - 62

Argile ocre 35 24 - 56 Sable argileux 62 - 75 52 - 101

Tableau III-24 : Gammes de résistivité électrique des différents matériaux de couverture rencontrés au niveau des tarières le long des profils TRE2 et TRE1

En conclusion, les résistivités électriques aux PM 6,7 et 12 extraites du modèle de

résistivité du dispositif superficiel DD1 (Figure III-53 a) montrent une évolution similaire

avec la profondeur à celle étudiée précédemment au niveau des tarières aux PM -15,5 et 74

(Figure III-47) localisées au droit de défauts visibles sur le modèle de résistivité du profil

TRE1 (Figure III-45). La remontée de fibres de géotextiles mêlées à de la bentonite saturée au

niveau du trou fait à la tarière manuelle au PM 20 le long de TRE2 a permis de confirmer

l’endommagement et la saturation du GSB à l’extrémité nord de l’ISDD. De plus, les mesures

effectuées en dispositifs dipôle-dipôle profonds (Figure III-53 b et c) le long du profil TRE2 à

partir du PM 20 ont révélés la présence de valeurs conductrices (<10 .m) en profondeur. Ces

valeurs étant celles relatives aux déchets, une limite de casier est ici détectée.

Par ailleurs, la présence d’argile sableuse saturée à partir de 1,0 m de profondeur le

long de ce profil pourrait s’expliquer par une accumulation des eaux pluviales au niveau de ce

point bas de l’ISDD où l’eau serait bloquée par la paroi moulée. Le cumul des précipitations

totales au cours des quatorze jours précédant les mesures de tomographie s’élève à 67,8 mm,

avec deux épisodes pluvieux de 26,0 et 15,8 mm qui ont respectivement eu lieu les quatrième

et onzième jours précédant les mesures. Or, les matériaux sous-jacents au GSB, que ce soit le

long du profil TRE2 ou au début du profil TRE1 (entre les PM 3,5 et 18), sont bien plus


humides que ceux situés au-dessus. La seconde hypothèse qui peut être avancée est une

remontée du niveau de lixiviats liée à l’infiltration des précipitations et visible en pied de

l’ISDD. Ainsi au droit de la tarière au PM -15,5, où l’on s’est arrêté au niveau du GSB

endommagé, on pourrait penser que le matériau sous-jacent est lui aussi dans un état saturé.

Les lixiviats n’étant collectés qu’au sommet du massif de déchets (cf. § III.A.3), cela mettrait

alors en évidence un défaut du système de drainage, en ce sens que les lixiviats ne seraient

collectés que partiellement au niveau des drains.

III.B.5. Comparaison des méthodes géophysiques sur le site X

Sur l’ensemble des mesures réalisées sur le site X, les mesures ARP étant les plus

rapides à mettre en œuvre, on a tout d’abord étudié le degré de similitude entre les

informations fournies par l’ARP et celles obtenues par la TRE. Pour ce faire, les résistivités

électriques apparentes obtenues avec ces deux méthodes ont été comparées le long des deux

profils TRE1 et TRE2 (Figure III-56 et Figure III-57). On rappelle toutefois que ces méthodes

n’ont pas été mises en œuvre simultanément sur l’ISDD. On a ensuite cherché à déterminer la

contribution des mesures PS dans la connaissance de la couverture le long du profil TRE1.

III.B.5.1. Résistivités électriques apparentes le long des deux profils : ARP et TRE

III.B.5.1.1. Profil TRE1

Les résistivités électriques apparentes fournies par l’ARP présentent des variations

similaires le long du profil TRE1 quel que soit l’écartement (Figure III-56 a) : les valeurs sont

globalement supérieures à 80 .m du début du profil jusqu’au PM 60 alors qu’elles sont

inférieures à 60 .m dans la seconde partie du profil. La pseudosection des résistivités

électriques apparentes montre globalement la même gamme de résistivité dans sa partie

superficielle. Les valeurs au-delà de 1,0 m de profondeur aux deux extrémités du profil sont

en revanche plus conductrices que celles visibles avec l’écartement de l’ARP 2,0 m.


Figure III-56 : a) Résistivités électriques apparentes extraites des mesures ARP avec les trois écartements le long du profil TRE1 b) Pseudosection des résistivités électriques apparentes du profil

TRE1 issue des mesures en dispositif dipôle-dipôle DD1 superficiel (a=0,5 m)

Sur la majeure partie du profil, les résistivités électriques apparentes ont tendance à

diminuer avec l’écartement croissant. On observe par exemple au PM 12 des valeurs de

résistivité électrique de 122 et 82 .m avec les écartements respectifs 0,5 et 2,0 m (dispositif

ARP 03). Un comportement opposé est visible entre les PM 65 et 90, où la résistivité

électrique apparente (de l’ordre de 60 .m) est plus élevée avec l’écartement 2,0 m qu’avec

les deux autres écartements (environ 40 .m).

La pseudosection met en évidence des variations de résistivité électrique apparente

d’amplitude plus élevée qu’avec l’ARP. Ainsi, au PM 12 m, les résistivités électriques

décroissent de 150 à 40 .m et, dans la zone comprise entre les PM 65 et 90 sont concentrées

entre 15 et 40 .m. Ces différents contrastes de résistivité électrique apparente sont à relier à

l’hétérogénéité des matériaux de couverture. Les valeurs conductrices visibles au PM 74 sont

représentatives d’une teneur en argile plus élevée au sein du matériau de couverture qu’elle ne

l’est au PM 12 (Figure III-56).

Les plus faibles valeurs de résistivité électrique apparente avec l’écartement 2,0 m

(de 57 à 24 .m) sont localisées entre les PM 105 et 130, là où la couverture est plus fine.


C’est dans cette même zone que la pseudosection fait apparaître des résistivités électriques

inférieures à 10 .m à partir de 0,9 m de profondeur, en lien avec les déchets.

Dans le but d’étudier les relations entre les données ARP et TRE, les coefficients de

corrélation de Pearson ont été calculés pour les vingt-trois couples de variables correspondant

aux résistivités acquises avec les trois écartements de l’ARP (0,5, 1,0 et 2,0 m) et les vingt

configurations du dispositif dipôle-dipôle caractérisées par une longueur différente (Tableau

III-25). Cette matrice de corrélation a été effectuée sur un ensemble de vingt-trois par vingt-

neuf valeurs de résistivité électrique apparente extraites tous les cinq mètres entre les PM -15

et 125 le long du profil TRE1.

Cha

pitr

e II

I : A

pplic

atio

n de

s m

étho

des

géop

hysi

ques

à u

ne in

stal

latio

n de

sto

ckag

e de

déc

hets

dan

gere

ux

273

A

RP

(0

,5)

AR

P

(1,0

)A

RP

(2

,0)

TR

E

(1,5

) T

RE

(2

,0)

TR

E

(2,5

) T

RE

(3

,0)

TR

E

(3,5

) T

RE

(4

,0)

TR

E

(5,0

) T

RE

(4

,5)

TR

E

(5,5

) T

RE

(5

,0)

TR

E

(6,0

)T

RE

(5

,5)

TR

E

(6,5

)T

RE

(6

,0)

TR

E

(7,0

)T

RE

(7

,5)

TR

E

(8,0

)T

RE

(8

,5)

TR

E

(9,0

) T

RE

(9

,5)

AR

P (

0,5)

1,

00

0,98

0,74

0,84

0,

84

0,76

0,

68

0,67

0,

57

0,45

0,

33

0,30

0,

270,

230,

240,

150,

160,

120,

030,

030,

01-0

,04

-0,0

4

AR

P (

1,0)

0,

98

1,00

0,80

0,79

0,

80

0,75

0,

70

0,72

0,

65

0,54

0,

42

0,40

0,

360,

330,

350,

260,

260,

220,

140,

130,

120,

06

0,07

AR

P (

2,0)

0,

74

0,80

1,00

0,49

0,

52

0,55

0,

68

0,81

0,

87

0,83

0,

75

0,76

0,

700,

710,

720,

670,

670,

630,

580,

580,

560,

52

0,53

TR

E (

1,5)

0,

84

0,79

0,49

1,00

0,

92

0,75

0,

53

0,46

0,

40

0,26

0,

17

0,11

0,

090,

010,

04-0

,07

-0,0

8-0

,11

-0,1

6-0

,15

-0,1

4-0

,20

-0,2

0

TR

E (

2,0)

0,

84

0,80

0,52

0,92

1,

00

0,86

0,

61

0,52

0,

42

0,27

0,

19

0,10

0,

08-0

,01

0,01

-0,0

9-0

,11

-0,1

4-0

,20

-0,1

9-0

,20

-0,2

6 -0

,26

TR

E (

2,5)

0,

76

0,75

0,55

0,75

0,

86

1,00

0,

86

0,69

0,

52

0,36

0,

26

0,16

0,

150,

040,

05-0

,06

-0,0

7-0

,11

-0,1

8-0

,17

-0,1

9-0

,25

-0,2

5

TR

E (

3,0)

0,

68

0,70

0,68

0,53

0,

61

0,86

1,

00

0,86

0,

64

0,53

0,

43

0,38

0,

360,

290,

300,

210,

190,

130,

080,

070,

050,

02

0,01

TR

E (

3,5)

0,

67

0,72

0,81

0,46

0,

52

0,69

0,

86

1,00

0,

87

0,79

0,

66

0,65

0,

620,

590,

610,

530,

520,

480,

410,

420,

410,

36

0,37

TR

E (

4,0)

0,

57

0,65

0,87

0,40

0,

42

0,52

0,

64

0,87

1,

00

0,96

0,

89

0,88

0,

820,

810,

800,

740,

740,

710,

650,

650,

640,

58

0,58

TR

E (

5,0)

0,

45

0,54

0,83

0,26

0,

27

0,36

0,

53

0,79

0,

96

1,00

0,

95

0,97

0,

950,

930,

920,

870,

840,

830,

790,

780,

760,

70

0,69

TR

E (

4,5)

0,

33

0,42

0,75

0,17

0,

19

0,26

0,

43

0,66

0,

89

0,95

1,

00

0,97

0,

920,

890,

860,

830,

800,

790,

760,

750,

720,

67

0,65

TR

E (

5,5)

0,

30

0,40

0,76

0,11

0,

10

0,16

0,

38

0,65

0,

88

0,97

0,

97

1,00

0,

970,

980,

960,

940,

920,

910,

880,

870,

850,

80

0,78

TR

E (

5,0)

0,

27

0,36

0,70

0,09

0,

08

0,15

0,

36

0,62

0,

82

0,95

0,

92

0,97

1,

000,

970,

950,

930,

880,

890,

870,

850,

830,

78

0,75

TR

E (

6,0)

0,

23

0,33

0,71

0,01

-0

,01

0,04

0,

29

0,59

0,

81

0,93

0,

89

0,98

0,

971,

000,

990,

990,

970,

960,

940,

930,

910,

87

0,86

TR

E (

5,5)

0,

24

0,35

0,72

0,04

0,

01

0,05

0,

30

0,61

0,

80

0,92

0,

86

0,96

0,

950,

991,

000,

980,

970,

960,

940,

930,

910,

88

0,86

TR

E (

6,5)

0,

15

0,26

0,67

-0,0

7 -0

,09

-0,0

60,

21

0,53

0,

74

0,87

0,

83

0,94

0,

930,

990,

981,

000,

980,

990,

980,

970,

950,

93

0,92

TR

E (

6,0)

0,

16

0,26

0,67

-0,0

8 -0

,11

-0,0

70,

19

0,52

0,

74

0,84

0,

80

0,92

0,

880,

970,

970,

981,

000,

980,

970,

950,

940,

92

0,92

TR

E (

7,0)

0,

12

0,22

0,63

-0,1

1 -0

,14

-0,1

10,

13

0,48

0,

71

0,83

0,

79

0,91

0,

890,

960,

960,

990,

981,

000,

990,

980,

960,

94

0,94

TR

E (

7,5)

0,

03

0,14

0,58

-0,1

6 -0

,20

-0,1

80,

08

0,41

0,

65

0,79

0,

76

0,88

0,

870,

940,

940,

980,

970,

991,

000,

990,

980,

97

0,96

TR

E (

8,0)

0,

03

0,13

0,58

-0,1

5 -0

,19

-0,1

70,

07

0,42

0,

65

0,78

0,

75

0,87

0,

850,

930,

930,

970,

950,

980,

991,

000,

990,

98

0,97

TR

E (

8,5)

0,

01

0,12

0,56

-0,1

4 -0

,20

-0,1

90,

05

0,41

0,

64

0,76

0,

72

0,85

0,

830,

910,

910,

950,

940,

960,

980,

991,

000,

99

0,98

TR

E (

9,0)

-0

,04

0,06

0,52

-0,2

0 -0

,26

-0,2

50,

02

0,36

0,

58

0,70

0,

67

0,80

0,

780,

870,

880,

930,

920,

940,

970,

980,

991,

00

0,99

TR

E (

9,5)

-0

,04

0,07

0,53

-0,2

0 -0

,26

-0,2

50,

01

0,37

0,

58

0,69

0,

65

0,78

0,

750,

860,

860,

920,

920,

940,

960,

970,

980,

99

1,00

Tab

leau

III

-25

: Mat

rice

de

corr

élat

ion

calc

ulée

ent

re le

s ré

sist

ivit

és é

lect

riqu

es a

ppar

ente

s de

s m

esur

es A

RP

et T

RE

ext

rait

es to

us le

s ci

nq m

ètre

s le

long

du

prof

il T

RE

1.

Les

val

eurs

en

roug

e in

diqu

ent l

es c

oeff

icie

nts

de c

orré

lati

on le

s pl

us é

levé

es e

ntre

les

écar

tem

ents

AR

P e

t les

long

ueur

s de

dis

posi

tif

en T

RE

.


Le coefficient de corrélation permet de quantifier la relation entre deux variables.

Des valeurs positives élevées indiquent des relations possibles entre des couples de variables.

Le Tableau III-25 souligne que la corrélation maximale pour les écartements ARP (0,5) et

ARP (1,0) s’obtient avec une longueur de dispositif dipôle-dipôle de 2,0 m. L’écartement

(2,0) de l’ARP est quant à lui le plus fortement corrélé (r=0,87) avec une longueur du

dispositif dipôle-dipôle égale à 4,0 m. Cela signifie que 76 % (r²=0,87²) de la variabilité de la

résistivité électrique de l’ARP (2,0) est expliquée par la tomographie pour une longueur de

dispositif de 4,0 m. Cette longueur correspondant à une pseudo-profondeur de 0,87 m

(Edwards, 1977), cela montre que l’ARP est principalement influencé par les matériaux de

couverture proches de la surface quand ceux-ci sont électriquement résistants. Le dispositif

ARP ne permet donc pas d’identifier l’influence du GSB. De plus, la réalisation du test de

significativité sur l’indépendance de ces deux variables montre que l’hypothèse nulle peut être

rejetée à un niveau hautement significatif ("<0,001).

III.B.5.1.2. Profil TRE2

Le long du profil TRE2 (Figure III-57), les résistivités électriques apparentes

acquises avec l’ARP présentent des valeurs globalement comprises entre 20 et 40 .m, soit

plus faibles dans cette partie de l’ISDD que le long de TRE1 (Figure III-56). Ces valeurs

s’expliquent par la présence d’argile sableuse saturée, notamment détectée au niveau des

tarières aux PM 6,7 et 12. Seule la zone située entre les PM 18 et 26 montre des valeurs de

résistivité électrique apparente plus élevées, entre 40 et 85 .m, en particulier avec

l’écartement de l’ARP 0,5 m. Le contraste de résistivité dans cette zone est représentatif d’un

matériau superficiel différent, à savoir du sable argileux, identifié entre 0,1 et 0,6 m de

profondeur au niveau de la tarière au PM 20 m. En conclusion, les faibles variations de

résistivité électrique le long de ce profil s’expliquent par une plus grande homogénéité des

matériaux de couverture, principalement composée d’argile sableuse saturée.

Il est par ailleurs intéressant de constater une bonne cohérence des valeurs de

résistivité électrique apparente obtenues avec les deux méthodes tout le long de ce profil ;

l’absence de valeurs entre les PM 0 et 4 en ARP est due au fait que les mesures n’ont pas été

réalisées sur le chemin, contrairement à l’emplacement du profil de TRE (Figure III-52).


Figure III-57 : a) Résistivités électriques apparentes extraites des mesures ARP avec les trois écartements le long du profil TRE2 b) Pseudosection des résistivités électriques apparentes du profil

TRE2 issue des mesures en dispositif dipôle-dipôle DD1 superficiel (a=0,5 m)

Tout comme pour les mesures réalisées le long du profil TRE1, les coefficients de

corrélation de Pearson ont été calculés pour chaque couple de variables sur un ensemble de

vingt-trois par vingt-six valeurs de résistivité électrique apparente extraites tous les mètres

entre les PM 5 et 30 le long du profil TRE2. Le Tableau III-26 permet de constater que, quel

que soit l’écartement de l’ARP, la plus forte corrélation (r=0,94) s’observe avec une longueur

du dispositif dipôle-dipôle égale à 1,5 m. On peut aussi noter que le coefficient de corrélation

calculé entre l’ARP (2.0) et une longueur du dispositif dipôle-dipôle égale à 4,0 m pour les

résistivités électriques le long de ce profil est de 0,33. Cette plus faible valeur, comparée au

0,87 le long de TRE1, pourrait s’expliquer par une saturation différente de la couverture à cet

endroit lors des mesures ARP (en novembre 2009) et des mesures de TRE (en juin 2010).

Cette zone apparaît être particulièrement sensible aux précipitations.

Cha

pitr

e II

I : A

pplic

atio

n de

s m

étho

des

géop

hysi

ques

à u

ne in

stal

latio

n de

sto

ckag

e de

déc

hets

dan

gere

ux

2

76

A

RP

(0

,5)

AR

P

(1,0

) A

RP

(2

,0)

TR

E

(1,5

) T

RE

(2

,0)

TR

E

(2,5

)T

RE

(3

,0)

TR

E

(3,5

)T

RE

(4

,0)

TR

E

(5,0

)T

RE

(4

,5)

TR

E

(5,5

)T

RE

(5

,0)

TR

E

(6,0

)T

RE

(5

,5)

TR

E

(6,5

)T

RE

(6

,0)

TR

E

(7,0

)T

RE

(7

,5)

TR

E

(8,0

) T

RE

(8

,5)

TR

E

(9,0

) T

RE

(9

,5)

AR

P (

0,5)

1,

00

0,99

0,96

0,94

0,

89

0,82

0,75

0,56

0,38

0,49

0,40

0,

400,

45

0,29

0,

19

0,16

-0,1

0 0,

00-0

,06

-0,0

7 -0

,16

-0,3

3 -0

,42

AR

P (

1,0)

0,

99

1,00

0,97

0,94

0,

86

0,79

0,76

0,58

0,35

0,46

0,36

0,

340,

42

0,25

0,

15

0,12

-0,1

3 -0

,05

-0,1

1-0

,11

-0,1

9-0

,33

-0,4

1

AR

P (

2,0)

0,

96

0,97

1,00

0,92

0,

84

0,76

0,69

0,48

0,33

0,41

0,39

0,

310,

36

0,20

0,

08

0,06

-0,1

4 -0

,08

-0,1

8-0

,19

-0,2

9-0

,47

-0,5

2

TR

E (

1,5)

0,

94

0,94

0,92

1,00

0,

82

0,70

0,65

0,41

0,30

0,37

0,40

0,

370,

32

0,19

0,

15

0,12

-0,0

9 -0

,03

-0,1

7-0

,13

-0,2

4-0

,34

-0,3

5

TR

E (

2,0)

0,

89

0,86

0,84

0,82

1,

00

0,94

0,73

0,42

0,29

0,42

0,31

0,

360,

43

0,22

0,

21

0,13

-0,1

9 -0

,09

-0,1

9-0

,12

-0,1

8-0

,28

-0,3

2

TR

E (

2,5)

0,

82

0,79

0,76

0,70

0,

94

1,00

0,78

0,45

0,22

0,39

0,15

0,

270,

46

0,24

0,

23

0,16

-0,2

0 -0

,15

-0,1

5-0

,12

-0,1

4-0

,19

-0,3

0

TR

E (

3,0)

0,

75

0,76

0,69

0,65

0,

73

0,78

1,00

0,78

0,24

0,43

0,27

0,

390,

52

0,35

0,

29

0,22

-0,0

8 -0

,04

-0,0

40,

01

0,00

-0,0

8 -0

,17

TR

E (

3,5)

0,

56

0,58

0,48

0,41

0,

42

0,45

0,78

1,00

0,55

0,64

0,35

0,

420,

49

0,45

0,

27

0,27

0,15

0,

210,

200,

17

0,15

0,07

-0

,02

TR

E (

4,0)

0,

38

0,35

0,33

0,30

0,

29

0,22

0,24

0,55

1,00

0,85

0,75

0,

610,

33

0,34

0,

18

0,23

0,18

0,

350,

260,

25

0,12

-0,0

1 -0

,08

TR

E (

5,0)

0,

49

0,46

0,41

0,37

0,

42

0,39

0,43

0,64

0,85

1,00

0,66

0,

810,

77

0,70

0,

52

0,53

0,24

0,

400,

320,

27

0,18

0,05

-0

,02

TR

E (

4,5)

0,

40

0,36

0,39

0,40

0,

31

0,15

0,27

0,35

0,75

0,66

1,00

0,

660,

32

0,26

0,

03

0,05

0,06

0,

150,

050,

03

-0,0

4-0

,22

-0,1

7

TR

E (

5,5)

0,

40

0,34

0,31

0,37

0,

36

0,27

0,39

0,42

0,61

0,81

0,66

1,

000,

73

0,81

0,

77

0,74

0,52

0,

590,

360,

33

0,22

0,08

0,

04

TR

E (

5,0)

0,

45

0,42

0,36

0,32

0,

43

0,46

0,52

0,49

0,33

0,77

0,32

0,

731,

00

0,85

0,

71

0,65

0,19

0,

250,

230,

17

0,15

0,06

0,

05

TR

E (

6,0)

0,

29

0,25

0,20

0,19

0,

22

0,24

0,35

0,45

0,34

0,70

0,26

0,

810,

85

1,00

0,

87

0,90

0,68

0,

630,

460,

28

0,22

0,18

0,

13

TR

E (

5,5)

0,

19

0,15

0,08

0,15

0,

21

0,23

0,29

0,27

0,18

0,52

0,03

0,

770,

71

0,87

1,

00

0,95

0,64

0,

660,

440,

42

0,34

0,30

0,

21

TR

E (

6,5)

0,

16

0,12

0,06

0,12

0,

13

0,16

0,22

0,27

0,23

0,53

0,05

0,

740,

65

0,90

0,

95

1,00

0,78

0,

760,

540,

38

0,25

0,24

0,

15

TR

E (

6,0)

-0,

10 -

0,13

-0,1

4-0

,09

-0,1

9 -0

,20

-0,0

80,

150,

180,

240,

06

0,52

0,19

0,

68

0,64

0,

781,

00

0,82

0,53

0,29

0,

200,

25

0,17

TR

E (

7,0)

0,

00

-0,0

5-0

,08

-0,0

3 -0

,09

-0,1

5-0

,04

0,21

0,35

0,40

0,15

0,

590,

25

0,63

0,

66

0,76

0,82

1,

000,

780,

67

0,49

0,33

0,

20

TR

E (

7,5)

-0,

06 -

0,11

-0,1

8-0

,17

-0,1

9 -0

,15

-0,0

40,

200,

260,

320,

05

0,36

0,23

0,

46

0,44

0,

540,

53

0,78

1,00

0,83

0,

740,

54

0,20

TR

E (

8,0)

-0,

07 -

0,11

-0,1

9-0

,13

-0,1

2 -0

,12

0,01

0,17

0,25

0,27

0,03

0,

330,

17

0,28

0,

42

0,38

0,29

0,

670,

831,

00

0,93

0,67

0,

39

TR

E (

8,5)

-0,

16 -

0,19

-0,2

9-0

,24

-0,1

8 -0

,14

0,00

0,15

0,12

0,18

-0,0

4 0,

220,

15

0,22

0,

34

0,25

0,20

0,

490,

740,

93

1,00

0,80

0,

49

TR

E (

9,0)

-0,

33 -

0,33

-0,4

7-0

,34

-0,2

8 -0

,19

-0,0

80,

07-0

,01

0,05

-0,2

2 0,

080,

06

0,18

0,

30

0,24

0,25

0,

330,

540,

67

0,80

1,00

0,

81

TR

E (

9,5)

-0,

42 -

0,41

-0,5

2-0

,35

-0,3

2 -0

,30

-0,1

7-0

,02

-0,0

8-0

,02

-0,1

7 0,

040,

05

0,13

0,

21

0,15

0,17

0,

200,

200,

39

0,49

0,81

1,

00

Tab

leau

III

-26

: Mat

rice

de

corr

élat

ion

calc

ulée

ent

re le

s va

leur

s de

rés

isti

vité

éle

ctri

que

appa

rent

e de

s m

esur

es A

RP

et T

RE

ext

rait

es to

us le

s m

ètre

s le

long

du

prof

il T

RE

2.

Les

val

eurs

en

roug

e in

diqu

ent l

es c

oeff

icie

nts

de c

orré

lati

on le

s pl

us é

levé

es e

ntre

les

écar

tem

ents

AR

P e

t les

long

ueur

s de

dis

posi

tif

en T

RE

.


III.B.5.2. Les trois méthodes géophysiques

Pour faciliter la comparaison des trois méthodes géophysiques (ARP, TRE et PS)

entre les PM 10 et 120 le long du profil TRE1 noté AB, les données de résistivité électrique

ont été extraites du modèle de résistivité issu des mesures acquises en dispositif superficiel

entre 1,4 et 2,0 m de profondeur ainsi que les résistivités électriques apparentes de

l’écartement 2,0 m de l’ARP. Le pas d’extraction de ces données étant égal à cinq mètres, on

peut ainsi les confronter avec les données PS du profil y=5 m (Figure III-58).

Figure III-58 : a) Résistivités électriques extraites du modèle de résistivité du profil TRE1 (dispositif dipôle-dipôle avec a=0,5 m) avec une mesure tous les cinq mètres à deux profondeurs différentes, résistivités électriques apparentes extraites des mesures ARP avec l’écartement 2,0 m et valeurs de polarisation spontanée le long du profil y=5 m. b) Modèle de résistivité du profil TRE1 (dispositif

dipôle-dipôle avec a=0,5 m)


Le début du profil présente une diminution du signal PS de 40 à 10 mV alors que les

valeurs de résistivité électrique en ARP et en tomographie, inférieures à 140 .m, varient peu.

Dans la partie centrale du profil (entre les PM 30 et 90), la plupart des résistivités électriques

entre 1,4 et 2,0 m de profondeur sont comprises entre 80 et 140 .m (avec des valeurs plus

élevées, allant jusqu’à 400 .m, localisées entre les PM 35 et 55). Une variation de résistivité

électrique apparente de plus faible amplitude (de 60 à 100 .m) s’observe sur les mesures

ARP. Dans cette zone, le GSB semble être en meilleur état et pourrait « masquer » le signal

PS. Cette hypothèse pourrait expliquer la relative stabilité du signal PS (variant de -10 à

10 mV) dans cette partie du profil.

La fin du profil présente une diminution de résistivité électrique respectivement

jusqu’à 18 et 3 .m au PM 120 pour les blocs de résistivité situés entre -1,4 et -1,7 et entre

-1,7 et -2,0 m. La profondeur des déchets, vérifiée grâce aux tarières manuelles, est en effet

plus faible en haut de l’ISDD. On observe également une diminution de la résistivité

électrique apparente au niveau de l’écartement 2,0 m mais seulement à partir du PM 110 et

dans une moindre mesure comparé à la TRE, mettant en évidence la plus faible profondeur

d’investigation de l’ARP. Le signal PS est quant à lui caractérisé par une forte décroissance

(de -5 à -81 mV) suivie d’une augmentation jusqu’a 7 mV au PM 120. Cette anomalie

négative pourrait être associée à la biodégradation des déchets qui, d’après Naudet et Revil

(2005) et Arora et al. (2007) se caractérise par un fort signal négatif.

Par ailleurs, une matrice de corrélation, faite sur les données de résistivité électrique

apparente (ARP et TRE) et PS, a montré que le maximum de corrélation du signal PS, égal à

0,40, est obtenu avec l’écartement 2,0 m de l’ARP. Etant donné que les résistivités électriques

de l’ARP (2,0 m) et la TRE (4,0 m) le long du profil TRE1 sont fortement corrélées entre elles

(r= 0,87), tandis qu’elles ne le sont pas avec la PS, on peut conclure que les phénomènes

physiques influençant chaque méthode sont d’une certaine manière indépendants.

En conclusion, la comparaison des résistivités électriques apparentes issues de la

tomographie et de l’ARP a montré dans un premier temps que ce dernier est majoritairement

influencé par la forte hétérogénéité des matériaux superficiels de la couverture. La teneur en

argile et en eau apparaissent être en particulier les deux paramètres prédominants dans les

mesures ARP. En revanche, s’ils contribuent aux mesures de TRE, ce ne sont pas les seuls

paramètres. En effet, la tomographie est également sensible à la profondeur des déchets

(localisée entre -1,8 et -0,9 m le long du profil TRE1) ainsi qu’à l’état du GSB (endommagé

et/ou saturé) grâce à la multiplicité des écartements inter-électrodes et donc de pseudo-


profondeurs ainsi qu’à l’inversion des données. L’analyse menée dans un second temps sur

les résistivités électriques à la profondeur du GSB et les résistivités électriques apparentes de

l’écartement 2,0 m de l’ARP a souligné la nécessité d’inverser les données ARP. Cependant,

les trois écartements de la configuration actuelle du système apparaissant insuffisants pour

l’inversion, l’ajout de plusieurs dipôles de mesure, avec un écartement plus grand entre les

électrodes afin d’améliorer la profondeur d’investigation, s’avère nécessaire.


Conclusion

Les trois méthodes géophysiques suivantes, l’Automatic Resistivity Profiling (ARP),

la Tomographie de Résistivité Electrique (TRE) et la Polarisation Spontanée (PS), ont été

mises en œuvre sur le site X dans le but de déterminer leur capacité à détecter les défauts dans

la couverture. En effet, une augmentation anormale de la quantité de lixiviats a été observée

au sein du massif de déchets après les épisodes pluvieux, remettant en cause l’imperméabilité

de la couverture. Or, cette imperméabilité doit être conservée au cours du temps. Les déchets

industriels étant peu évolutifs, il n’est pas nécessaire, comme dans le cas des déchets

d’ordures ménagères, d’accélérer leur processus de dégradation en augmentant leur taux

d’humidité (concept du bioréacteur). Les défauts recherchés dans le cadre de cette étude

peuvent être liés au choix des matériaux de couverture mis en place (nature, épaisseur) ainsi

qu’à l’installation du GSB (déchirure, glissement de lés) et à son vieillissement. Concernant la

dégradation du GSB causée par les échanges cationiques avec la solution de percolation ou les

cycles d’humidification/dessication, l’influence de celle-ci sur la résistivité électrique est plus

difficile à déterminer. En effet, nous ne disposons pas de l’état initial du GSB et des mesures

de résistivité électrique menées par ailleurs sur le GSB en laboratoire s’avèrent délicates. Cet

endommagement intrinsèque au matériau doit être associé à des analyses sur des échantillons

de GSB prélevés sur site afin de le quantifier précisément.

L’étude menée en 2006 par Burgéap sur la couverture du site X a permis de mettre

en évidence la présence de différents matériaux de couverture avec une teneur en fines

variable grâce à des sondages à la pelle associés à des essais granulométriques. De plus, les

analyses menées sur deux échantillons de GSB prélevés sur le site ont montré une baisse de

ses performances, en particulier une augmentation de sa perméabilité jusqu’à 9.10-7 m.s-1,

proche de 10 000 fois la perméabilité "constructeur" du GSB neuf. Une prospection

électromagnétique a par ailleurs permis de souligner l’existence de contrastes de conductivité

électrique apparente, contrastes qui n’avaient cependant pas pu être reliés à l’hétérogénéité

des matériaux.

La prospection ARP réalisée en 2009 a montré des similitudes en termes de répartition

des résistivités électriques apparentes avec la prospection électromagnétique effectuée trois

ans auparavant. Les mesures ARP étant rapides à mettre en œuvre, elles ont mis en évidence


l’existence de fortes variations latérales des matériaux de couverture sur l’ensemble de

l’ISDD. La profondeur d’investigation de cette méthode a par ailleurs pu être estimée grâce à

la mise en œuvre de mesures de TRE le long de deux profils de 154 et 35,5 m de long. Si l’on

considère que la profondeur d’investigation de l’ARP, définie par Edwards comme la

profondeur efficace, correspond à celle indiquée par le coefficient de corrélation maximum

obtenu avec les résistivités électriques apparentes mesurées en tomographie, elle est évaluée à

-0,9 m avec l’écartement 2,0 m de l’ARP le long du profil TRE1. La profondeur

d’investigation est en revanche sensiblement plus faible le long du profil TRE2 où les

matériaux sont caractérisés par une teneur en argile et en eau élevée. Par conséquent,

l’ensemble des résistivités électriques apparentes fournies par l’ARP est principalement

influencé par l’hétérogénéité des matériaux de la partie superficielle de la couverture. Ces

seules données ne suffisent donc pas à comprendre le comportement global de la couverture, à

cause du nombre limité de profondeurs d’investigation dans la configuration actuelle du

dispositif. Le recours à une inversion des données ARP à plus de trois profondeurs permettrait

vraisemblablement d’apporter des informations supplémentaires sur la couverture. Ainsi, une

modification de la configuration du système, avec l’ajout de plusieurs dipôles de mesure,

rendrait possible l’inversion des données ARP. L’augmentation de l’écartement entre les

électrodes apparaît notamment nécessaire afin d’améliorer la profondeur d’investigation.

Les mesures de tomographie réalisées en juin 2010, avec un espacement inter-

électrode de 0,5 m, ont tout d’abord permis de détecter la présence d’une couverture

hétérogène, de composition parfois fortement différente de celle de la coupe théorique. Les

variations de résistivité électrique ont été reliées aux différentes lithologies des matériaux sus-

jacents au GSB grâce aux tarières manuelles creusées le long des deux profils. Quatre

matériaux composés d’argile et de sable en proportion différente ont ainsi pu être distingués

macroscopiquement : d’une part, du sable et du sable argileux respectivement caractérisés par

des résistivités électriques supérieures à 114 .m et comprises entre 51 et 100 .m, et d’autre

part, de l’argile sableuse et de l’argile ocre représentées par des résistivités électriques allant

respectivement de 17 à 62 .m et de 24 à 56 .m. La proximité des deux gammes de

résistivité des matériaux argileux peut s’expliquer par des variations d’humidité mais aussi

par la difficulté à les distinguer l’un de l’autre, la teneur en sable ayant été évaluée

qualitativement. On constate par conséquent que la tomographie de résistivité électrique sur

ce site est influencée par le contenu en argile et aussi par la teneur en eau des différents

matériaux de couverture sus-jacents au GSB.


Le GSB a été trouvé à une profondeur comprise entre -0,8 et -1,1 m au niveau des

tarières manuelles, soit en conformité avec sa profondeur théorique de -1,1 m. Cependant, les

variations de résistivité électrique observées à sa profondeur n’ont pas pu être différenciées de

celles des matériaux sous-jacents le long des deux profils. Des modélisations sous le logiciel

RES2DMOD© ont été nécessaires pour déterminer la signature électrique du GSB. Elles ont

notamment montré que les valeurs de résistivités électriques inférieures à 140 .m détectées

sur le modèle de résistivité sur une épaisseur pouvant atteindre 1 m correspondent, selon le

principe d’équivalence, à un GSB de 7 mm d’épaisseur caractérisé par une valeur de

12 000 .m. Il s’avère que le GSB est endommagé et/ou saturé le long des deux profils de

tomographie, un GSB non endommagé et non saturé étant défini par une résistivité électrique

d’au moins 100 000 .m. Les tarières manuelles ont par ailleurs mis en évidence que, dans les

zones où n’apparaît pas de contraste de résistivité électrique à la profondeur du GSB, ce

dernier a été traversé. En revanche, dans les zones marquées par une augmentation de

résistivité électrique comprises entre 140 et 450 .m associée à une surestimation de

l’épaisseur du GSB, ce dernier n’a pas été traversé à la tarière manuelle. On a par conséquent

considéré que le GSB est d’autant plus endommagé que la résistivité électrique à sa

profondeur est faible et son épaisseur sur le modèle de résistivité proche de la réalité.

Par ailleurs, de l’état du GSB dépend la profondeur des déchets évaluée sur le

modèle de résistivité. Les déchets se manifestent par des valeurs conductrices, nettement

inférieures à 10 .m. Cependant, s’ils sont bien détectés avec les mesures du dispositif

dipôle-dipôle a=1,0 m (profondeur d’investigation de 5,7 m), leur profondeur est en revanche

surestimée par rapport à la réalité. Les déchets ont été trouvés entre 0,9 et 1,8 m de

profondeur à l’emplacement des tarières manuelles, indiquant une épaisseur de couverture

inférieure à celle de la couverture théorique égale à 2,3 m.

On a également pu noter que certaines variations de résistivité électrique visibles sur

le modèle de résistivité électrique issu des mesures en dispositif dipôle-dipôle superficiel

(a=0,5 m) diffèrent de celles visibles sur le modèle « a=1,0 m ». Or, la composition de la

couverture détectée sur le modèle « a=0,5 m » est plus proche des matériaux rencontrés au

niveau des tarières creusées dans cette zone. On en conclut donc que la représentation du

terrain est plus fidèle avec ce dispositif qu’avec le dispositif profond « a=1,0 m »,

probablement en raison du fort contraste lié aux déchets en profondeur. Dans le cas du

dispositif dipôle-dipôle profond (a=1,0 m), il apparaît par conséquent nécessaire d’inverser les

données sans les niveaux conducteurs (!<10 .m) pour obtenir un modèle plus conforme à la


réalité en termes de délimitation des différentes couches de la couverture et de la profondeur

des déchets, en particulier lorsque le GSB est fortement endommagé. L’estimation de la

profondeur des déchets sur le modèle de résistivité superficiel (a=0,5 m) diffère au maximum

de 10 % de la valeur réelle, cet écart étant causé par l’épaisseur des blocs du modèle

d’inversion.

Les mesures PS ont principalement montré une diminution de l’ordre de 90 mV

suivie d’une augmentation de même amplitude au sommet de l’ISDD. Le signal PS à cet

endroit pourrait être associé à la biodégradation des déchets, la couverture associée à un GSB

endommagé étant la plus fine dans cette zone. A l’inverse, des variations de PS entre -10 et

10 mV ont été observées dans la zone où les résistivités électriques sont les plus élevées au

niveau du GSB. Cette relative stabilité du signal PS pourrait être causée par la présence du

GSB susceptible de masquer l’influence des déchets, celui-ci étant moins endommagé dans

cette zone.

Cette étude a montré l’apport des méthodes géophysiques ARP, TRE et PS dans

l’amélioration de la connaissance de la couverture du site X. L’ARP, de par sa rapidité

d’acquisition, a permis de cartographier l’ensemble de l’ISDD. C’est un outil non-destructif

utile pour connaître la répartition spatiale des résistivités électriques apparentes de la

couverture superficielle. Sa mise en œuvre préalable a notamment permis d’optimiser

l’implantation des mesures PS et TRE, plus lentes à réaliser, dans des zones marquées par des

variations élevées de résistivité électrique apparente.

La tomographie de résistivité électrique, associée non seulement à la réalisation de

tarières manuelles le long des deux profils de mesure mais aussi aux modélisations, a mis en

évidence la variabilité de l’état de la couverture, principalement dépendante de

l’endommagement et/ou de la saturation du GSB. Ainsi, la zone située en haut de l’ISDD,

entre 105,5 et 120 m, est celle qui présente la couverture la plus fine et la plus fortement

altérée ; elle peut donc être le lieu d’une infiltration préférentielle des eaux pluviales.

Plusieurs défauts ponctuels ont ensuite pu être localisés à -15,5, 3,5, 74 et 95 m le long du

profil TRE1 et confortés par les tarières manuelles réalisées à ces endroits. Enfin, la couverture

située entre 29 et 60 m et entre 78,5 et 87 m est plus faiblement altérée, le GSB y étant moins

dégradé. Par ailleurs, la forte humidité des matériaux sous-jacents au GSB, que ce soit au

début du profil TRE1 (jusqu’à 18 m) ou le long du profil TRE2, pourrait résulter d’un mauvais


fonctionnement du système de drainage en partie basse du site. En effet, si la remontée du

niveau des lixiviats est avérée dans ces zones, elle pourrait être causée par une collecte

partielle des lixiviats au niveau des drains.

Dans le cadre de notre étude sur le site X, la décision de réhabiliter prochainement

l’ensemble de la couverture constitue un excellent moyen de caler plus largement les mesures

géophysiques effectuées en réalisant des autopsies au niveau de la couverture. Des analyses

en laboratoire avec notamment des caractérisations granulométriques et des mesures de teneur

en eau seraient utiles afin de définir plus précisément les matériaux et de déterminer les

profils d’humidité au sein de la couverture. Des prélèvements de GSB permettraient

également de vérifier son état d’endommagement (déchirures, poinçonnements…) dans

l’espoir de le quantifier avec les variations de résistivité électrique observées le long des deux

profils de tomographie. Des analyses seraient également utiles dans le but de contrôler ses

performances (mesures de perméabilité, gonflement de la bentonite…) pour dissocier les

variations de résistivité électrique liées aux défauts de mise en place de celles relatives à la

dégradation intrinsèque du GSB (échange cationique, cycles d’humidification/dessication).

Par ailleurs, le fonctionnement du système de drainage en partie basse de l’ISDD

serait à vérifier, en association avec des analyses d’eau contenue dans les matériaux à partir

de 1,0 m de profondeur dans cette zone.

Enfin, il pourrait être intéressant de réaliser une étude de corrélation entre les

précipitations efficaces et le débit de lixiviats pompé au sein de l’ISDD. L’utilisation du

logiciel TEMPO serait un outil envisageable pour découpler les infiltrations rapides des

infiltrations lentes d’eaux pluviales.

CONCLUSION GENERALE

289

Les matériaux constitutifs de la couverture des installations de stockage de déchets,

qu’il s’agisse d’argile ou de GéoSynthétique Bentonitique (GSB), sont sensibles aux

sollicitations climatiques et mécaniques. Leurs effets sur la couverture sont inévitables et

peuvent entraîner l’apparition de défauts potentiellement responsables d’une baisse de

l’étanchéité. Par ailleurs, certains défauts peuvent survenir précocement (variabilité des

matériaux, déchirures du GSB, hétérogénéités de compaction…), rendant nécessaire la

surveillance des couvertures dès leur mise en place.

Cette thèse a eu pour but d’étudier la capacité des méthodes géophysiques de

Tomographie de Résistivité Electrique (TRE), Polarisation Spontanée (PS) et Automatic

Resistivity Profiling (ARP) à caractériser les couvertures d’installation de stockage de

déchets. La démarche a consisté à mettre en œuvre ces méthodes géophysiques sur deux sites

de nature différente, un site expérimental (sans déchets) et un site réel, en tenant compte dans

les deux cas de l’incidence des conditions environnementales et tout particulièrement

climatiques sur les résultats obtenus.

Mesures géophysiques sur le site expérimental

La première phase de ce travail a consisté à créer un site expérimental constitué de

deux couvertures, l’une faite de matériau argilo-graveleux et de terre végétale (parcelle 1),

l’autre comportant une couche de graviers et un GSB au-dessus du matériau argilo-graveleux

(parcelle 2). Des défauts y ont été volontairement créés : fissures dans le matériau argilo-

graveleux, pose de géodrains, déchirure et arrachage au niveau du GSB…

La deuxième phase de ce travail a consisté à mettre au point le protocole de mesures

géophysiques et le traitement des données adéquat à la détection des défauts.

La troisième phase a été la réalisation de mesures géophysiques répétées dans des

conditions climatiques différentes afin d’étudier l’influence de celles-ci sur la détection des

défauts.

290

Couverture constituée de matériau argilo-graveleux et de terre végétale : parcelle 1

Sur cette couverture expérimentale, les mesures PS effectuées en surface ont révélé

une augmentation du signal à proximité de deux des fissures de 4 et 10 cm lors de l’une des

prospections effectuée en période humide. Par ailleurs, les mesures continues de PS effectuées

grâce à des électrodes installées de façon pérenne dans le site expérimental ont révélé des

variations du signal dont certaines ont pu être reliées à une infiltration de l’eau lors d’épisodes

pluvieux. En revanche, de nombreuses variations sans rapport avec la pluie n’ont pas pu être

expliquées. Par ailleurs, l’apparition d’instabilités sur les signaux en période sèche a pu être

attribuée à un problème ponctuel de contact entre l’extrémité de l’électrode et le matériau de

couverture.

Les mesures ARP (dispositif ARP 11) effectuées dans deux sens de prospection ont

permis de détecter clairement une des fissures larges de 10 cm avec un écartement inter-

dipôle de 1,1 m lors de l’une des prospections. La variation de résistivité électrique engendrée

par ce défaut n’est pas la même selon le sens de prospection, résultat cohérent avec ceux de la

littérature concernant cependant des matériaux de nature et de taille différente. En raison de la

présence de bruit élevé sur les données des autres campagnes de mesures, ces dernières n’ont

pas pu être interprétées.

La méthode de TRE a permis de détecter les trois fissures larges de 4 et 10 cm

remplies de sable, ainsi que les deux géodrains placés à 0,75 et 0,45 m de profondeur avec un

espacement inter-électrodes de 50 cm. Les différents dispositifs d’acquisition testés

(Wenner-", Wenner Schlumberger, gradient, dipôle-dipôle) ont permis de déterminer que les

dispositifs dipôle-dipôle et gradient étaient les plus performants. Le dispositif dipôle-dipôle

étant le plus rapide à mettre en œuvre, c’est donc ce dispositif qui a été utilisé sur

l’installation de stockage de déchets dangereux. Par ailleurs, la détection des défauts s’est

révélée dépendante des conditions météorologiques. Elle a en particulier été impossible au

cours des mois de juillet à octobre 2010, période où les températures sont élevées et les pluies

efficaces (précipitations - évapotranspiration) quasi-absentes. La faible humidité du matériau

à cette période entraîne une augmentation de l’ensemble des résistivités électriques, rendant

insuffisant le contraste entre les défauts et le matériau argilo-graveleux. Cependant, les

mesures fréquentes réalisées au cours de l’été 2011 ont montré que la détection des fissures

larges de 10 cm était possible à cette période en présence d’épisodes pluvieux. Cette

291

observation souligne donc que la prise en compte des antécédents hydriques doit se faire à

court et moyen terme.

En plus de la détection des défauts volontairement créés sur le site expérimental, les

mesures en TRE ont révélé l’existence d’hétérogénéités au sein du matériau argilo-graveleux.

Ces hétérogénéités, dont l’organisation spatiale est conservée au cours du temps,

correspondent à des variations de comportement hydrique et électrique. Quatre domaines,

distincts les uns des autres en moyenne de 4 .m en période humide, ont été définis grâce à

une classification hiérarchique ascendante effectuée sur l’ensemble des prospections. Ces

variations de résistivité électrique ont pu être attribuées à la nature intrinsèque du matériau, en

particulier à une teneur en fines variable (entre 73,9 et 86,6 %) et probablement à des

différences de compaction. La mise en évidence de ces hétérogénéités au sein du matériau de

couverture et de la différence de comportement hydrique et mécanique qu’elles peuvent

engendrer au cours du temps souligne toute l’importance qui doit être attachée au choix des

matériaux de couverture et à leur mise en place sur les installations de stockage de déchets.

Couverture constituée de matériau argilo-graveleux surmonté d’un GSB et d’une

couche de graviers : parcelle 2

Sur cette couverture expérimentale, la présence du GSB à 0,45 m de profondeur

associée à une couche de graviers sus-jacente a rendu difficile la détection des déchirures,

arrachage, défaut de recouvrement du GSB quelle que soit la méthode géophysique employée.

Le GSB, de perméabilité inférieure à 1.10-10 m.s-1, se caractérise par une résistivité

extrêmement élevée et une épaisseur fortement surestimée (> 1 m au lieu de 6 mm en réalité)

sur le modèle de résistivité obtenu en TRE.

Bien que les mesures PS effectuées en surface sur cette couverture n’aient pas permis

de détecter les défauts du GSB, elles ont en revanche souligné l’existence d’un comportement

différent en fonction des conditions climatiques. Le signal PS plutôt faible (entre -7 et 8 mV)

en période humide pourrait être causé par l’accumulation de l’eau dans la couche de graviers

au-dessus du GSB. Les deux prospections réalisées à cette période ont montré un signal PS

d’autant plus négatif que le cumul de pluie efficace est élevé. En période sèche, le signal

positif (entre 20 et 50 mV) serait lié à la forte évapotranspiration se produisant sur la

couverture à cette période. Les mesures continues de PS ont quant à elles montré l’existence

292

de très faibles variations au cours du temps dû aux infiltrations d’eau limitées sur cette

parcelle par la présence du GSB.

Les mesures ARP (dispositif ARP 11) ont montré une augmentation des résistivités

électriques apparentes avec l’écartement croissant, soulignant l’influence du GSB situé à

0,45 m de profondeur. Les défauts du GSB ne sont par ailleurs pas détectés, leurs dimensions

apparaissant être trop petites par rapport à l’espacement inter-profil de 50 cm employé lors

des mesures réalisées en moyenne tous les 10 cm et ce quel que soit le sens de prospection.

Les mesures en TRE ont montré l’existence d’une évolution temporelle de la

résistivité électrique pour l’ensemble constitué des « graviers + GSB » (indissociables

électriquement). La diminution des résistivités électriques observée à partir du vingt-

deuxième mois suivant la création du site expérimental pourrait être causée par une

dégradation chimique du GSB lié aux phénomènes d’échange cationique entre les ions

sodium et calcium et les cycles de dessiccation/humidification. La détection du défaut

d’arrachage devient alors possible quelles que soient les conditions climatiques, le contraste

de résistivité électrique à l’endroit du défaut par rapport à l’ensemble de la tomographie étant

toutefois fonction de l’antécédent hydrique.

Mesures géophysiques sur l’installation de stockage de déchets dangereux

Sur l’installation de stockage de déchets dangereux, des prospections géophysiques

ont été réalisées dans le but de caractériser l’état de la couverture, vieille de près de vingt ans.

Les mesures ARP (dispositif ARP 03) ont été mises en œuvre dans un premier temps

afin de cartographier l’ensemble du site. Elles ont révélé l’existence de variations latérales de

résistivité électrique apparente. Ces variations se sont avérées être majoritairement

représentatives de l’hétérogénéité des matériaux superficiels, qui a été mise en évidence par

l’analyse de sondages à la tarière manuelle. Cette variabilité de nature des matériaux n’a pas

permis que l’ARP détecte des variations plus profondes correspondant à l’influence du GSB,

excepté dans le rare cas où l’ensemble des matériaux sus-jacent au GSB est de nature

identique. Les résultats obtenus au moyen de l’ARP se sont par ailleurs révélés globalement

comparables à ceux obtenus au moyen de l’EM38 près de quatre ans auparavant.

293

La mise en œuvre préalable de méthode de profilage apparaît nécessaire afin de

connaître la variabilité de la couverture et optimiser l’implantation des mesures de TRE et de

PS, plus lentes à réaliser.

Des mesures de TRE et PS ont été réalisées dans un second temps dans une zone

marquée par des variations de résistivité électrique apparente. Les mesures de TRE ont, tout

d’abord, permis de détecter la présence d’une couverture hétérogène et d’épaisseur variable

(entre -1,8 et -0,9 m). Les variations de résistivité électrique observées entre 0 et 1 m de

profondeur au-dessus du GSB ont été attribuées à des natures différentes de matériaux de

couverture (argile sableuse, argile ocre, sable…) grâce aux résultats de l’observation des

sondages réalisés à la tarière manuelle. Les mesures ont ensuite montré l’existence de

résistivités électriques élevées à la profondeur théorique du GSB. Au sein de cet horizon

résistant et d’épaisseur surestimée apparaissent des diminutions de résistivité électrique qui

semblent pouvoir être attribuées à la présence de défauts créés lors de sa pose (déchirure,

glissement de lés) ou résultant d’une dégradation au cours du temps.

Enfin, il est apparu que, pour obtenir un modèle de résistivité électrique de la

couverture conforme à la réalité, il a fallu éliminer les niveaux des tomographies les plus

profonds pour lesquels les résistivités vraies étaient faibles (!déchets <10 .m).

La prospection PS a montré l’existence d’une forte anomalie négative dans la partie

sommitale de l’ISDD. Le signal PS à cet endroit pourrait être associé à l’influence des déchets

détectés à une profondeur inférieure à 1 m dans cette zone où le GSB semble particulièrement

endommagé et/ou saturé.

Apport des méthodes géophysiques dans l’étude des couvertures

sur les deux sites de nature différente

Les mesures réalisées sur le site expérimental ont été utiles pour l’interprétation des

mesures sur l’ISDD. La forte anomalie négative PS sur le site réel a ainsi pu être attribuée à

l’influence prédominante des déchets, peu profonds à cet endroit, le signal PS mesurée sur le

site expérimental présentant une amplitude bien plus faible.

294

Les mesures ARP sur chacun des deux sites ont été effectuées avec deux dispositifs

d’acquisition différents (dispositif ARP 11 sur le site expérimental et ARP 03 sur le site réel).

Dans les deux cas, la profondeur d’investigation de l’ARP s’est révélée insuffisante avec des

écartements inter-dipôles maximums de 1,1 m pour l’ARP 11 et de 2,0 m pour l’ARP 03. De

plus, l’influence prédominante des matériaux superficiels de couverture sur l’ARP rend par

conséquent indispensable de coupler cette méthode à la TRE ou à d’autres méthodes capables

d’investiguer une profondeur plus élevée et pouvant prendre en compte la variabilité des

matériaux superficiels.

Les résistivités électriques issues de mesures de TRE réalisées sur chacune des

couvertures comportant le GSB diffèrent principalement en raison de l’âge de la couverture et

de la densité des défauts. Sur le site réel, les résistivités électriques estimées à la profondeur

du GSB âgé de vingt ans sont plus faibles que celles observées sur la couverture

expérimentale. De plus, les variations élevées de résistivité électrique à sa profondeur sur le

site réel suggère l’existence de défauts (de type déchirure, glissement de lés) ainsi qu’une

dégradation du GSB avec le temps. Ces deux phénomènes semblant agir sur le comportement

électrique du GSB, une partie de cette thèse a été consacrée à sa modélisation, indispensable à

l’interprétation des mesures de résistivité électrique. En prenant en compte le principe

d’équivalence, la valeur de résistivité électrique du GSB a été estimée dans un premier temps

à 130 000 .m sur le site expérimental et à 12 000 .m sur l’ISDD, confirmant son état plus

endommagé et/ou saturé sur cette dernière. Une seconde estimation, faite d’après des mesures

en laboratoire, a montré que la valeur de résistivité électrique du GSB peut atteindre

1 000 000 .m.

Perspectives

L’architecture des dispositifs ARP actuels est dédiée à l’acquisition de données de

résistivité électrique apparente à trois profondeurs. Cette configuration s’est révélée ne pas

permettre la caractérisation d’une couverture d’installation de stockage de déchets, en

particulier lorsque celle-ci est de nature hétérogène. Il pourrait par conséquent être envisagé

de modifier cette architecture en y ajoutant plusieurs dipôles de mesures permettant une plus

grande profondeur d’auscultation. Cela rendrait possible l’obtention d’un modèle de

résistivité représentant mieux la réalité, toutefois après inversion.

295

Concernant les mesures ponctuelles de PS, l’influence prédominante des déchets sur

le signal aurait tendance à masquer l’effet causé par l’infiltration de l’eau dans la couverture.

Il faut cependant noter que l’état de la couverture (plus ou moins perméable) a aussi un

impact sur l’humidité et donc la biodégradation des déchets. En conclusion, la méthode PS,

couplée à d’autres méthodes géophysiques, peut apporter des informations complémentaires

sur l’état de la couverture, mais reste tout de même délicate à interpréter.

Une des méthodes géophysiques qui pourrait être testée sur les couvertures

d’installation de stockage de déchets est la Polarisation Provoquée (PP). En effet, de récentes

études, mettant en œuvre la PP spectrale pour le suivi de l’infiltration de l’eau dans un sol

argileux, ont révélé l’existence d’une diminution de la phase au début de phénomène

d’infiltration lorsque le sol est sec.

Par ailleurs, le suivi de l’infiltration de l’eau d’une couverture par la mise en place

d’un réseau enterré d’électrodes PS se révèle difficile de par l’existence de phénomènes

parasites non élucidés perturbant le signal PS dont on a vu qu’il était de faible amplitude.

Dans l’état actuel des connaissances, un tel suivi continu de PS ne semble pas devoir apporter

d’éléments probants concernant les zones d’infiltration d’eau dans les couvertures.

La seule étude des variations temporelles des résistivités électriques n’a pas permis à

ce stade de séparer l’effet de la saturation du GSB de celui de sa dégradation au cours du

temps (cycles de dessiccation/humidification, échange cationique). Dans le but de relier la

résistivité électrique au seul état de saturation du GSB, des mesures en laboratoire pourraient

être envisagées dans des conditions contrôlées de température et d’humidité ainsi que de

composition de l’eau. Au cours de cette thèse, des essais sur des échantillons de GSB ont

montré une diminution de sa résistivité électrique de plusieurs ordres de grandeur avec l’état

de saturation croissant. Cependant, ces essais ont été difficiles à réaliser au vu de la très faible

épaisseur du GSB et les résultats nécessiteraient d’être confirmés par de nouvelles mesures.

Afin de quantifier la dégradation du GSB au cours du temps, il serait nécessaire d’en

prélever des échantillons sur l’ISDD et sur le site expérimental afin d’analyser leurs

performances respectives (mesures de conductivité hydraulique, concentration en ions

calcium Ca2+ et sodium Na2+…). La quantification de l’échange cationique ne sera toutefois

envisageable que sur le GSB du site expérimental dont on connaît l’état initial.

296

Ces nouvelles approches apportent des perspectives intéressantes dans le cadre de la

mise en œuvre de la TRE sur les installations de stockage de déchets. Ainsi, dans la mesure

où le lien entre la résistivité électrique et l’état de saturation du GSB serait connu,

l’interprétation des mesures de TRE en relation avec la perméabilité du GSB pourrait être

améliorée. Il existe toutefois de nombreux types de GSB et il est par conséquent fort possible

que les comportements varient d’un GSB à un autre (type d’assemblage, bentonite…).

Dans le cadre de ce travail, l’inversion des mesures a été exclusivement basée sur la

méthode d’optimisation par moindres carrés généralisés. Il serait intéressant d’utiliser d’autres

méthodes d’inversion, susceptibles d’améliorer la connaissance de la résistivité électrique du

GSB. La méthode d’optimisation par essaims particulaires testée actuellement donne des

résultats encourageants. Elle permet notamment de contraindre le domaine de recherche en

fixant des a priori sur les épaisseurs des différentes couches. Il pourrait également être

intéressant de tester le code d’inversion InGEOHT (Inversion des campagnes Géo-Electriques

réalisées sur les Ouvrages Hydrauliques en Terre) développé depuis peu. Bien qu’ayant été

créé spécialement pour les ouvrages en terre, la possibilité d’intégrer des phénomènes

physiques tels que la température et l’écoulement pourrait améliorer la connaissance des

couvertures d’installation de stockage de déchets.

299

GLOSSAIRE

% ADEME : Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie

% ARP : Automatic Resistivity Profiling

% CFG : Comité Français des Géosynthétiques

% ETP : EvapoTranspiration Potentielle

% FDR : Frequency Domain Reflectometry

% GSB : GéoSynthétique Bentonitique

% ISDD : Installation de Stockage de Déchets Dangereux (anciennement centre de stockage de déchets de classe 1)

% ISDND : Installation de Stockage de Déchets Non Dangereux (anciennement centre de stockage de déchets de classe 2)

% ISDI : Installation de Stockage de Déchets Inertes (anciennement centre de stockage

de déchets de classe 3)

% PECS : PolyEthylène ChloroSulfoné

% PEHD : PolyEthylène Haute Densité

% PM : Point Métrique

% PS : Polarisation Spontanée

% PVC-P : Polychlorure de Vinyle Plastifié

% RTK : Real Time Kinematic

% TDR : Time Domain Reflectometry

% TIR : Thermographie InfraRouge

300

301

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

- A -

ABU-HASSANEIN Z.S., BENSON C.H., BLOTZ L.R. 1996. Electrical resistivity of

compacted clays. Journal of Geotechnical Engineering, vol. 122, pp 397-406.

ADEME. 1998. Démarche qualité pour la mise en œuvre des géosynthétiques. Application

aux centres de stockage de déchets. 87 p.

ADEME – BRGM. 2001. Guide pour le dimensionnement et la mise en œuvre des

couvertures de sites de stockage de déchets ménagers et assimilés. 167 p.

AFNOR. 1992a. Classification des matériaux utilisables dans la construction des remblais et

des couches de forme d’infrastructures routières. NF P 11-300.

AFNOR. 1992b. Sols : reconnaissance et essais. Analyse granulométrique des sols. Méthode

par sédimentation. NF P 94-057.

AFNOR. 1993. Sols : reconnaissance et essais. Détermination des limites d’Atterberg. NF P

94-051.

AFNOR. 1995. Sols : reconnaissances et essais. Détermination de la teneur en eau pondérale

des matériaux. Méthode par étuvage. NF P 94-050.

AFNOR. 1998a. Déchets : détermination de la perméabilité d’une formation géologique en

place, de matériaux rapportés, ou artificiellement reconstitués. Infiltromètre à double anneaux,

de type ouvert. NF X 30-418. ISSN 0335-3931.

AFNOR. 1998b. Sols : reconnaissance et essais. Mesure de la capacité d’adsorption de bleu

de méthylène d’un sol ou d’un matériau rocheux. Détermination de la valeur de bleu de

méthylène d’un sol ou d’un matériau rocheux par l’essai à la tâche. NF P 94-068.

AFNOR. 1998c. Géomembranes – terminologie. NF P 84-500.

AFNOR. 2006. Géosynthétiques – Termes et définitions. NF EN ISO 10318.

AFNOR. 2008. Géosynthétiques bentonitiques – généralités – définitions. XP P 84-700.

AIT SAADI L. 2003. Méthodologie de contrôle de l’homogénéité et de la perméabilité des

barrières argileuses. Thèse de doctorat de l’INSA, Lyon. 302 p.

302

ALBRIGHT W.H., BENSON C.H., GEE G.W., ABICHOU T., MCDONALD E.V., ROCK

S.A. 2006. Field performance of a compacted clay landfill final cover at a humid site. Journal

of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, vol. 132, pp 1393-1403.

ALLEN R.G., PEREIRA L.S., RAES D., SMITH M. 1998. Crop evapotranspiration:

guidelines for computing crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage. 326 p.

ARCHIE GE, 1942. The electrical resistivity log as an aid in determining some reservoir

characteristics. Transactions of the American Institute of Mining and Metallurgical

Engineers, vol. 146, pp 54-61.

ARISTODEMOU E., THOMAS-BETTS A. 2000. DC resistivity and induced polarisation

investigations at a waste disposal site and its environments. Journal of Applied Geophysics,

vol. 44, pp 275-302.

ARORA T., LINDE L., REVIL A., CASTERMANT J. 2007. Non-intrusive characterization

of the redox potential of landfill leachate plumes from self-potential data. Journal of

Contaminant Hydrology, vol. 92, pp 274-292.

ASTM Standard D6747. 2004. Standard guide for selection of techniques for electrical

Ddetection of potential leak paths in geomembranes. ASTM International. DOI:

10.1520/D6747-04.

- B -

BAVUSI M., RIZZO E., LAPENNA V. 2006. Electromagnetic methods to characterize the

Savoia di Lucania waste dump (Southern Italy). Environmental Geology, vol. 51, pp 301-308.

DOI 10.1007/s00254-006-0327-9.

BEHAEGEL M. 2006. Hydrogéophysique à l’échelle du petit bassin versant de La Soutte.

Thèse de doctorat de l’Université Louis Pasteur, Strasbourg. 230 p.

BECK Y-L., PALMA-LOPES S., FERBER V., ECH-CHARHAL Y., FAUCHARD C.,

GUILBERT V., FROUMENTIN M., COTE P. 2008. Détermination de l’état hydrique et de la

masse volumique d’un sol limoneux par combinaison de méthodes géophysiques : du

laboratoire au site contrôlé. Journées Scientifiques de Géophysique Appliquée, Aix-en-

Provence. pp 21-24.

BECK A. 2011. Technical improvements in dipole geoelectric survey methods. Symposium

on geosynthetics (GEOFRONTIERS), Dallas. pp 2831-2837. DOI:10.1061/41165(397)290.

303

BERNSTONE C., DAHLIN T., OHLSSON T., HOGLAND W. 2000. DC-resistivity mapping

of internal landfill structures: two pre-excavation surveys. Environmental Geology, vol. 39,

pp 360-371.

BESSON A., COUSIN I., SAMOUËLIAN A., BOIZARD H., RICHARD G. 2004. Structural

heterogeneity of the soil tilled layer as characterized by 2D electrical resistivity surveying.

Soil and Tillage Research, vol. 79, pp 239-249.

BESSON A., COUSIN I., DORIGNY A., DABAS M., KING D. 2008. The temperature

correction for the electrical resistivity measurements in undisturbed soil samples: analysis of

the existing conversion models and proposal of a new model. Soil Science, vol. 173, pp 707-

720.

BESSON A., COUSIN I., BOURENNANE B., NICOULLAUD B., PASQUIER G.,

RICHAD A., DORIGNY A., KING D. 2010. The spatial and temporal organization of soil

water at the field-scale as described by electrical resistivity measurements. European Journal

of Soil Science, vol. 61, pp 120-132.

BHATTACHARYA P.K., PATRA H.P. 1968. Direct current geoelectric sounding -

Principles and interpretation, Elsevier Scientific Publishing. 139 p.

BOLEVE A., REVIL A., JANOD F., MATTIUZZO J.L., FRY J.-J. 2009. Preferential fluid

flow pathways in embankment dams imaged by self-potential tomography. Near Surface

Geophysics, vol. 7, pp 447-462.

BOUAZZA A. 2002. Geosynthetic Clay Liners. Geotextiles and Geomembranes, vol. 20,

pp 3-17.

BOUAZZA A., JEFFERIS S., VANGPAISAL T. 2007. Investigation of the effects and

degree of calcium exchange on the Atterberg limits and swelling of geosynthetic clay liners

when subjected to wet-dry cycles. Geotextiles and Geomembranes, vol. 25, pp 170-185.

BRGM. 2006. Retrait-gonflement des sols argileux : un aléa géologique lié aux conditions

climatiques. Geoscience, vol . 3, pp 50-54.

BRUNET P., CLEMENT R., BOUVIER C. 2010. Monitoring soil water content and deficit

using Electrical Resistivity Tomography (ERT) – A case study in the Cevennes area, France.

Journal of Hydrology, vol. 380, pp 146-153.

304

- C -

CAMP S., GOURC J.P., PLE C. 2010. Landfill clay barrier subjected to cracking : multi-

scale analysis of bending tests. Applied clay science, vol. 48, pp 384-392.

CAMPANA S., DABAS D. 2011. Archeological impact assessment : The BREBEMI project

(Italy). Archeological Prospection, vol. 18, pp 139-148.

CAMPBELL R.B., BOWER C.A., RICHARDS L.A. 1948. Change of electrical conductivity

with temperature and the relation of osmotic pressure to electrical conductivity and ion

concentration for soil extracts. Soil Science Society of America Proceedings, vol. 13, pp 66-

69.

CANNARD H., BENCHET R., GERBAUD F., GRIVAUD S., MACOR L. 2011. Contrôle

par thermographie infrarouge des doubles soudures avec canal central des géomembranes

plastomères. Rencontres géosynthétiques, Tours. pp 228-237.

CARDARELLI E, BERNABINI M. 1997. Two case studies of the determination of

parameters of urban waste dumps. Journal of Applied Geophysics, vol. 36, pp 167-174.

CARLSON N.R., MAYERLE C.M., ZONGE K.L. 1999. Extremely fast IP used to delineate

buried landfills. Proceedings 5th

Environmental and Engineering Geophysics meeting,

Budapest, Hungary. 9 p.

CARPENTER P.J., CALKIN S.F., KAUFMANN R.S. 1991. Assessing a fractured landfill

cover using electrical resistivity and seismic refraction techniques. Geophysics, vol. 56, pp

1896-1904.

CASSIANI G., FUSI N., SUSANNI D., DEIANA R. 2008. Vertical radar profiling for the

assessment of landfill capping effectiveness. Near Surface Geophysics, vol. 6, pp 133-142.

CAZAUX D. (BRGM). 2005. Recommandations pour la caractérisation de la perméabilité

des barrières d’étanchéité des installations de stockage de déchets. Rapport final, BRGM-RP-

53721-FR.

CAZZUFFI D., CRIPPA E., VILLA C. 2005. Laboratory tests and field observations on a

geosynthetic clay liner (GCL) system installed as capping since seven years. International

Worshop “Hydro-Physico-Mechanics of Landfills”, Grenoble. 7 p.

CFG. 1991. Recommandations générales pour la réalisation d’étanchéités par géomembranes.

Fascicule n°10. 45 p.

305

CFG. 1995. Recommandations pour l’utilisation des géosynthétiques dans les centres de

stockage de déchets. Fascicule n°11. 53 p.

CFG. 2003. Présentation de méthodes de détection et de localisation de défauts dans les

dispositifs d'étanchéité par géomembranes. 44 p.

CFG. 2011. Recommandations pour l’utilisation des géosynthétiques bentonitiques en

installations de stockage de déchets. Fascicule n°13. 85 p.

CHAMBERS J.E., KURAS O., MELDRUM P.I., OGILVY R.D., HOLLANDS J. 2006.

Electrical resistivity tomography applied to geologic, hydrogeologic, and engineering

investigations at a former waste-disposal site. Geophysics, vol. 71, pp 231-239.

CHEVRIER B., DIDIER G., CAZAUX D., GAMET M., GUYONNET D. 2010. GCLs in

landfill applications : influence of subgrade, temperature and confining pressure on bentonite

hydration. 3rd

International Symposium of Geosynthetic Clay Liners, Würzburg. Germany.

9 p.

CHIASSON A.C., REES S.J., SPITLER J.D. 2000. A preliminary assessment of the effects of

ground-water flow on closed-loop ground-source heat pump systems. ASHRAE Transactions,

vol. 106, pp 380-393.

CLEMENT R., OXARANGO L., DESCLOITRES M. 2011. Contribution of 3-D time-lapse

ERT to the study of leachate recirculation in a landfill. Waste Management, vol. 31, pp 457-

467.

COLUCCI P., DARILEK G.T., LAINE D.L., BINLEY A. 1999. Locating landfill leaks

covered with waste. Seventh International Waste Management and Landfill Symposium,

Cagliari. 4 p.

COMEAGA L. 1997. Dispositifs d'étanchéité par géosynthétiques bentonitiques dans les

centres de stockage de déchets. Thèse de doctorat de l’INSA, Lyon, 297 p.

CORWIN R.F. 1990. The self-potential method for environmental and engineering

applications. Geotechnical and Environmental Geophysics, vol. 1, pp 127-145.

CORWIN D.L., LESCH S.M. 2005. Apparent soil electrical conductivity measurements in

agriculture. Computers and Electronics in Agriculture, vol. 46, pp 11-43.

COSENZA P., SELADJI S., BESSON A., COUSIN I., GOUTAL N., BOIZARD H.,

TABBAGH A., RANGER J., RICHARD G. 2010. Caractérisation géoélectrique in situ du

306

compactage des sols agricoles et forestiers. Journées Nationales de Géotechnique et de

Géologie de l’Ingénieur, Grenoble. 8 p.

COSTANTINI E.A.C., ANDRENELLI M.C., BUCELLI P., MAGINI S., NATARELLI L.,

PELLEGRINI S., PERRIA R., STORCHI P., VIGNOZZI N. 2009. Strategies of ARP

application (Automatic Resistivity Profiling) for viticultural precision farming. Geophysical

Research Abstracts, vol. 11, EGU2009-8061-1.

COUSIN I., BESSON A., BOURENNANE H., PASQUIER C., NICOULLAUD B., KING

D., RICHARD G. 2009. From spatial-continuous electrical resistivity measurements to the

soil hydraulic functioning at the field scale. Comptes Rendus Geosciences, vol. 341,

pp 859-867.

- D -

DABAS M. 2009. Theory and practice of the new fast electrical imaging system ARP©.

Geophysics and Landscape Archaeology. In: Seeing the Unseen, Geophysics and Landscape

Archaeology, Campana and Piro eds. pp 105-126.

DAHLIN T., ZHOU B. 2004. A numerical comparison of 2D resistivity imaging with 10

electrode arrays. Geophysical Prospecting, vol. 52, pp 379-398.

DARILEK G., LAINE D. 2007. Experience with GCLs used as a conductive layer in

geomembrane leak-location surveys. Geosynthetics, vol. 25, pp 30-35.

DARMENDRAIL.D., GABORIAU.H., FEUGA.B. (BRGM). 1996. Mise en œuvre de

matériaux rapportés destinés au confinement des centres de stockage. Guide Technique.

BRGM/RR-38696-FR. 242 p.

DARNET M. 2003. Caractérisation et suivi de circulations de fluides par la mesure de

Potentiels Spontanés (PS). Thèse de doctorat de l’Université Louis Pasteur, Strasbourg. 205 p.

DARNET M., MARQUIS G. 2004. Modelling streaming potential (SP) induced by water

movement in the vadose zone. Journal of Hydrology, vol. 285, pp 114-124.

DELTA-T DEVICES. 1999. Thetaprobe Soil Moisture type ML2x User Manual.

DIDIER G., AL NASSAR M., PLAGNE V., CAZAUX D. 2000. Evaluation of self-healing

ability of Geosynthetic Clay Liners. International Conference on Geotechnical and

Geological Engineering, Melbourne. 7 p.

307

DIDIER G., COURADIN A., NOROTTE V., POTHIER C., CLAUSTRE D. 2006. Les multi-

fonctions d’un géosynthétique bentonitique (GSB) : cas du dispositif retenu au CSDU

d’Attainville (95). Rencontres Géosynthétiques, Montpellier, pp 45-50.

DOUSSAN C., JOUNIAUX L., THONY J.L. 2002. Variations of self-potential and

unsaturated water flow with time in sandy loam and clay loam soils. Journal of Hydrology,

vol. 267, pp 173-185.

DUTHEIL C., ROGER A., MICHELOT C. (BURGEAP). 2005. Optimisation de la gestion

des effluents – Rapport E1 : Etude documentaire réalisée sur le site X. 2005. Rapport

confidentiel. 103 p.

DUTHEIL C., ROGER A., MICHELOT C., VIRAPIN F. (BURGEAP). 2007. Contrôle des

infrastructures réalisé sur le site X. 2007. Rapport confidentiel. 147 p.

- E -

EDWARDS L.S. 1977. A modified pseudosection for resistivity and IP. Geophysics, vol. 42,

pp 1020-1036.

EGLOFFSTEIN T.A. 2001. Natural bentonites - influence of the ion exchange and partial

desiccation on permeability and self-healing capacity of bentonites used in GCLs. Geotextiles

and Geomembranes, vol. 19, pp 427-444.

ERICKSON C. 1993. Guide pour le positionnement GPS. Ressources naturelles Canada.

131 p.

- F -

FORGET B., ROLLIN A.L., JACQUELIN T. 2005. Lessons learned from 10 years of leak

detection surveys on geomembrane. Symposium on Waste Management and Landfill, Cagliari,

Sardinia, 9 p.

FUKUE M., MINATO T., HORIBE H., TAYA N. 1999. The micro-structure of clay given by

resistivity measurements. Engineering Geology, vol. 54, pp 43-53.

308

- G -

GALLAS J.D.F., TAIOLI F., FILHO W.M. 2010. Induced polarization, resistivity, and self-

potential : a case history of a contamination evaluation due to landfill leakage. Environmental

Earth Sciences, vol. 63, pp 251-261.

GAWANDE N.A., REINHART D.R., THOMAS P.A., MCCREANOR P.T., TOWNSEND

T.G., 2003. Municipal solid waste in situ moisture content measurement using an electrical

resistance sensor. Waste Management, vol. 23, pp 667–674.

GEBBERS R., LÜCK E., DABAS M., DOMSCH H. 2009. Comparison of instruments for

geoelectrical soil mapping at the field scale. Near Surface Geophysics, vol. 7, pp 179-190.

GENELLE F. 2009. Méthodes croisées de recherche de fuites dans les couvertures de centres

d’enfouissement technique. Rapport d’étape n°2. 86 p.

GENELLE F. 2010. Méthodes croisées de recherche de fuites dans les couvertures de centres


GHINASSI G., PAGNI P.P, VIERI M. 2010. Optimizing vineyard irrigation through the

automatic resistivity profiling (ARP) technology. The proposal of a methodological approach.

10th

International Conference on Precision Agriculture, Denver, Colorado.

GILLI E., MANGAN C., MUDRY J. 2008. Hydrogéologie. Objets, méthodes, applications.

2ème édition. Edition Dunod. ISBN 978-2-10-051528-8. 339 p.

GOURC J.P., CAMP S., VISWANADHAM B.V.S., RAJESH S. 2010. Deformation behavior

of clay cap barriers of hazardous waste containment systems: full-scale and centrifuge tests.

Geotextiles and Geomembranes, vol. 28, pp 281-291.

GRELLIER S. 2005. Suivi hydrologique des centres de stockage de déchets. Thèse de

doctorat de l’Université Paris VI. 242 p.

GRELLIER S., GUÉRIN R., ROBAIN H., BOBACHEV A., VERMEERSCH F., TABBAGH

A. 2008. Monitoring of leachate recirculation in a bioreactor landfill by 2D electrical

resistivity imaging. Journal of Environmental and Engineering Geophysics, vol. 13, pp 351-

359.

GUERIN R., MUNOZ M.L., ARAN C., LAPERRELLE C., HIDRA M., DROUART E.,

GRELLIER S. 2004. Leachate recirculation: moisture content assessment by means of a

geophysical technique. Waste Management, vol. 24, pp 785-794.

309

GUIGOURES F. 2001. Caractérisation du comportement thermique d’une interface solide-

fluide – Application à la surveillance des décharges d’ordures ménagères par thermographie

infrarouge aérienne. Thèse de doctorat de l’Université de Poitiers, 290 p.

GUYONNET D., GOURRY J-C, BERTRAND L., AMRAOUI N. 2003. Heterogeneity

detection in an experimental clay liner. Canadian Geotechnical Journal, vol. 40, pp 149-160.

GUYONNET D., NOROTTE V., TOUZE-FOLTZ N., POTHIER C., DIDIER G.,

GAILHANOU H., BLANC P., PANTET A., PAUMIER S., GAUCHER E., FLEHOC C.,

MARTINEAU D. 2008. Projet LIXAR2 – Indicateurs de performance pour les

géosynthétiques bentonitiques. Rapport final BRGM/ RP-56356-FR. 30 p.

- H -

HANSEN R., BECK A. 2009. Electrical leak location surveys for landfill caps. Symposium on

the perspective on environmental and water resources (Environmental and Water Resources

Institute conference), Bangkok, Thaïlande. 7 p.

HAYLEY K., BENTLEY L.R., GHARIBI M., NIGHTINGALE M. 2007. Low temperature

dependence of electrical resistivity: implications for near surface geophysical monitoring.

Geophysical Research Letters, vol. 34, L18402, 5 p. DOI : 10,1029/2007GL031124.

HEWITT R.D., DANIEL D.E. 1997. Hydraulic conductivity of geosynthetic clay liners after

freeze-thaw. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, vol. 123,

pp 305-313.

- I -

IMHOFF P.T., REINHART D.R., ENGLUND M., GUÉRIN R., GAWANDE N., HAN B.,

JONNALAGADDA S., TOWNSEND T.G., YAZADANI R. 2003. Review of state of the art

methods for measuring water in landfills. Waste Management, vol. 27, pp 729-745.

INSAVALOR. 2006. Rapport d’analyses du GSB prélevé sur le site X. 24 p.

310

- J -

JARDANI A., REVIL A., SANTOS F., FAUCHARD C., DUPONT J.P. 2007. Detection of

preferential infiltration pathways in sinkholes using joint inversion of self-potential and EM-

34 conductivity data. Geophysical Prospecting, vol. 55, pp 1-12.

JOHANSSON S., DAHLIN T. 1996. Seepage monitoring in an earth embankment dam by

repeated resistivity measurements. European Journal of Environmental and Engineering


JOUNIAUX L., MAINEULT A., NAUDET V., PESSEL M., SAILHAC, P. 2009. Review of

self-potential methods in hydrogeophysics. Comptes Rendus Geosciences, vol. 341,

pp 928-936.

JOURNAL OFFICIEL DE LA REPUBLIQUE FRANÇAISE. 1997. Arrêté du 9 septembre

1997 relatif aux décharges existantes et aux nouvelles installations de stockage de déchets

ménagers et assimilés.

JOURNAL OFFICIEL DU CONSEIL DE L’UNION EUROPEENNE. 1999. Directive

1999/31/CE du 26 avril 1999 concernant la mise en décharge des déchets.

JOURNAL OFFICIEL DE LA REPUBLIQUE FRANÇAISE. 2001. Arrêté du 31 décembre

2001 modifiant l’arrêté du 9 septembre 1997 relatif aux décharges existantes et aux nouvelles

installations de stockage de déchets ménagers et assimilés.

JOURNAL OFFICIEL DE LA REPUBLIQUE FRANÇAISE. 2002. Arrêté du 3 avril 2002

modifiant l’arrêté du 31 décembre 2001 relatif aux décharges existantes et aux nouvelles


JOURNAL OFFICIEL DE LA REPUBLIQUE FRANÇAISE. 2003. Arrêté du 30 décembre

2002 relatif au stockage de déchets dangereux.

JOURNAL OFFICIEL DE LA REPUBLIQUE FRANÇAISE. 2006a. Arrêté du 19 janvier

2006 modifiant l’arrêté du 3 avril 2002 relatif aux décharges existantes et aux nouvelles


JOURNAL OFFICIEL DE LA REPUBLIQUE FRANÇAISE. 2006b. Arrêté du 15 mars 2006

fixant la liste de déchets inertes admissibles dans des installations de stockage de déchets

inertes et les conditions d’exploitation de ces installations.

311

- K -

KALINSKI R.J., KELLY W.E. 1993. Estimating water content of soils from electrical

resistivity. Geotechnical Testing Journal, vol. 16, pp 323-329.

KRAUS J.B., BENSON C.H., ERICKSON A.E., CHAMBERLAIN E.J. 1997. Freeze-thaw

cycling and hydraulic conductivity of bentonite barriers. Journal of Geotechnical and

Geoenvironmental Engineering, vol. 123, pp 229-238.

- L -

LAINE D.L., DARILEK G.T. 1993. Locating leaks in geomembrane liners of landfills

covered with a protective soil. Symposium on geosynthetics, Vancouver, Canada. 10 p.

LAINE D.L., BINLEY A.M., DARILEK G.T. 1997. Locating geomembrane liner leaks under

waste in a landfill. Symposium on geosynthetics. Long Beach California, USA. 5 p.

LATASTE J.-F., SIRIEIX C., BREYSSE D., FRAPPA M. 2003. Electrical resistivity

measurement applied to cracking assessment on reinforced concrete structures in civil

engineering. Non Destructive Testing and Evaluation, vol. 36, pp 383-394.

LEROUX V., DAHLIN T., SVENSSON M. 2007. Dense resistivity and induced polarization

profiling for a landfill restoration project at Härlöv, Southern Sweden. Waste Management

and Research, vol. 25, pp 49-60.

LEROUX V., DAHLIN T., SVENSSON M. 2010. Time-domain IP and resistivity sections

measured at four landfills with different contents. EAGE Near Surface, Zurich, Switzerland.

5 p.

LOKE, M.H. 2002. RES2DMOD version 3.01. Rapid 2D resistivity forward modelling using

the finite difference and finite-element methods.

LOKE M.H. 2010. Tutorial : 2-D and 3-D electrical imaging surveys. 154 p.

LOKE M.H., ACWORTH I., DAHLIN T., 2003. A comparison of smooth and blocky

inversion methods in 2D electrical imaging surveys. Exploration Geophysics, vol. 34,

pp 182-187.

LÜCK E., RÜHLMANN J., SPANGENBERG U. 2005. Physical background of soil EC

mapping: Laboratory, theoretical and field studies. Precision agriculture, Ed Stafford J.V.

ISBN: 9076998698. pp 417-424.

312

- M -

MA R., MCBRATNEY A., WHELAN B., MINASNY B., SHORT M. 2010. Comparing

temperature correction models for soil electrical conductivity measurement. Precision

Agriculture, vol. 12, pp 55-66. DOI : 10,1007/s11119-009-9156-7.

MAHUET J.L. 2011. La certification, une solution pour mieux maîtriser la qualité de mise en

œuvre des géomembranes. Rencontres géosynthétiques, Tours. pp 33-46.

MAINEULT A., STROBACH E., RENNER J. 2008. Self-potential signals induced by

periodic pumping tests, Journal of Geophysical Research, vol. 113, B01203, 12 p. DOI :

10.1029/2007JB005193.

MCCARTER W.J. 1984. The electrical resistivity characteristics of compacted clays.

Geotechnique, vol. 34, pp 263-267.

MEDD. 2009. Guide de recommandation pour l’évaluation de « l’équivalence » en étanchéité

passive d’installation de stockage de déchets. Rapport du Ministère de l’Economie et du

Développement Durable. 52 p.

MEER S.R., BENSON C.H. 2007. Hydraulic conductivity of geosynthetic clay liners

exhumed from landfill final covers. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental

Engineering, vol. 133, pp 550-563.

MELCHIOR S. 1997. In situ studies of the performance of landfill caps (compacted soil

liners, geomembranes, geosynthetic clay liners, capillary barriers). Land Contamination and

Reclamation, vol. 5, pp 209-216. DOI 10.2462/09670513.944.

MERIC O. 2006. Etude de mouvements de terrain par méthodes géophysiques. Thèse de

doctorat de l’Université Joseph Fourier, Grenoble. 252 p.

MICHOT D., BENDERITTER Y., DORIGNY A., NICOULLAUD B., KING D.,

TABBAGH A. 2003. Spatial and temporal monitoring of soil water content with an irrigated

corn crop cover using surface electrical resistivity tomography. Water Resources Research,

vol. 39, 1138, 20 p. DOI: 10.1029/2002WR001581.

MINSLEY B.J., SOGADE J., MORGAN F.D. 2007. Three-dimensional self-potential

inversion for subsurface DNAPL contaminant detection at the Savannah River Site, South

Carolina, Water Resources Research, vol. 43, W04429, 13 p. DOI : 10.1029/2005WR003996.

313

MOTA R., SANTOS F.A.M., MATEUS A., MARQUES F.O., GONCALVES M.A.,

FIGUEIRAS J., AMARAL H. 2004. Granite fracturing and incipient pollution beneath a

recent landfill facility as detected by geoelectrical surveys, Journal of Applied Geophysics,

vol. 57, pp 11-22.

MOTA R., MIGUENS P., BARROSO M., LOPES M.G., DORES R., SILVA F. 2011.

Laboratorial prototype for detection of defects on geomembranes – the geophysical approach.

EAGE Near Surface, Leicester, UK.

- N -

NAUDET V., REVIL A., RIZZO E., BOTTERO J.-Y., BEGASSAT P. 2004. Groundwater

redox conditions and conductivity in a contaminant plume from geoelectrical investigations.

Hydrology and Earth System Sciences, vol. 8, pp 8-22.

NAUDET V., REVIL A. 2005. A sandbox experiment to investigate bacteria-mediated redox

processes on self-potential signals. Geophysical Research Letters, vol. 32, L11405, 4 p. DOI:

10.1029/2005GL022735.

NAUDET V., LAZZARI M., PERRONE A., LOPERTE A., PISCITELLI S., LAPENNA V.

2008. Integrated geophysical and geomorphological approach to investigate the snowmelt-

triggered landslide of Bosco Piccolo village (Basilicata, southern Italy). Engineering Geology,

vol. 98, pp 156-167.

NAUDET V., GENELLE F., DABAS M., SIRIEIX C., RISS J., RENIE S., DUBEARNES B.,

BEGASSAT P. 2011. On the geoelectrical characterization of an old landfill cover. EAGE

Near Surface, Leicester, UK.

NICHOL D., FERRIS J.K., REYNOLDS J.M. 2004. Application of electrical resistivity

tomography to leak detection in a geomembrane at A55 Conwy Tunnel, North Wales.

Proceedings Second International Conference on Geotechnical and Geophysical Site

Characterization, Porto, Portugal, pp 1147-1154.

- O -

OGILVY R., MELDRUM P., CHAMBERS J., WILLIAMS G. 2002. The use of 3D electrical

resistivity tomography to characterise waste and leachate distributions within a closed landfill,

Thriplow, UK. Journal of Environmental and Engineering Geophysics, vol. 7, pp 11-18.

314

ÖNAL M., SARIKAYA Y. 2007. Preparation and characterization of acid-activated bentonite

powders. Powder technology, vol. 172, pp 14-18.

ORLANDO L., MARCHESI E. 2001. Georadar as a tool to identify and characterise solid

waste dump deposits. Journal of Applied Geophysics, vol. 48, pp 163-174.

- P -

PANISSOD C., DABAS M., JOLIVET A., TABBAGH A. 1997. A novel mobile multipole

system (MUCEP) for shallow (0-3 m) geoelectrical investigation: The ‘Vol-de-canards’ array.

Geophysical Prospecting, vol. 45, pp 983-1002.

PAPADOPOULOS N.G., TSOKAS G.N., DABAS M., YI M-J., KIM J-H., TSOURLOS P.

2009. Three-dimensional inversion of Automatic Resistivity Profiling data. Archeological

Prospection, vol. 16, pp 267-278.

PARRA J.O. 1988. Electrical response of a leak in a geomembrane liner. Geophysics, vol. 53,

pp 1445-1452.

PEGGS I.D. 1996. Defect identification, leak location, and leak monitoring in geomembrane

liners. Proceedings of the first european geosynthetics conference, Maastricht, Netherlands,

pp 611-618.

PERRIER F., MORAT P. 2000. Characterization of electrical daily variations induced by

capillary flow in the non-saturated zone. Pure and Applied Geophysics, vol. 157, pp 785-810.

PERRIER F., RAJ PANT S. 2003. Noise-reduction in long-term self-potential monitoring

with travelling electrode referencing. Pure and Applied Geophysics, vol. 162, pp 165-179.

PERRONE A., IANNUZZI A., LAPENNA V., LORENZO P., PISCITELLI S., RIZZO E.,

SDAO F. 2004. High-resolution electrical imaging of the Varco d'Izzo earthflow (southern

Italy). Journal of Applied Geophysics, vol. 56, pp 17-29.

PETER BORIE M., SIRIEIX C., NAUDET V., RISS J. 2011. Electrical resistivity monitoring

with buried electrodes and cables : noise estimation with repeatability measurements. Near

Surface Geophysics, vol. 9, pp. 369-380.

PETIAU G. 2000. Second generation of lead-lead chloride electrodes for geophysical

applications. Pure and Applied Geophysics, vol. 157, pp 357-382.

PIERSON P., CAZAUX D., GUYONNET D. 2003. Fonds d’installations de stockage de

déchets. 5èmes rencontres géosynthétiques francophones, Colmar, France.

315

PIRRION T., TOUZE-FOLTZ N., CROISSANT D., ROSIN-PAUMIER S., OUVRY J.F.

2011. Performances d’un GSB dans une couverture d’installation de stockage de déchets

après six ans en service. Rencontres géosynthétiques, Tours. pp 339-348.

PODGORNEY R.K., BENNETT J.E. 2006. Evaluating the long-term performance of

geosynthetic clay liners exposed to freeze-thaw. Journal of Geotechnical and


POIGNARD S. 2000. Etude des flux hydriques dans un sol non saturé hétérogène :

application aux couvertures de décharges. Thèse de doctorat de l’Université Paris VI, 308 p.

- R -

RAGOT J-M. (GEOGEOPHY). 2006. Prospection géophysique sur le site X. Rapport

confidentiel. 14 p.

RAYHANI M.T., ROWE R.K., BRACHMAN W.I., TAKE W.A., SIEMENS G., 2011.

Factors affecting GCL hydration under isothermal conditions. Geotextiles and

Geomembranes, vol. 29, pp 525-533.

REIN A., HOFFMANN R., DIETRICH P. 2004. Influence of natural time-dependent

variations of electrical conductivity on DC resistivity measurements. Journal of Hydrology,

vol. 285, pp 215-232.

REYNOLDS J.M., TAYLOR D.I. 1993. Use of geophysical surveys during the planning,

construction and remediation of landfills. Engineering Geology of Waste Disposal,

Engineering Geology Special Publication n°11, pp 93-98.

RIZZO E., SUSKI B., REVIL A., STRAFACE S., TROISI S. 2004. Self-potential signals

associated with pumping tests experiments. Journal of Geophysical Research, 109, B10203,

14p. DOI : 10.1029/2004JB003049.

ROSQVIST H., DAHLIN T. 2010. Geoelectrical imaging for detection of water migration in

a bioreactor landfill. 23rd

EEGS Symposium on the Application of Geophysics to Engineering

and Environmental Problems. Keystone, Colorado, USA. pp 361-368.

ROWE R.K., MUKUNOKI T., BATHURST R.J. 2006. Compatibility with jet A-1 of a GCL

subjected to freeze-thaw cycles. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,

Alexandria, Egypt. pp 1526-1537.

316

ROWE R.K., ABDELATTY K.M. 2011. Impact of calcium uptake on the performance of

GCLs in landfill covers. Proceedings of the 17th

International Conference on Soil Mechanics

and Geotechnical Engineering, vol. 5, pp 3388-3391. ISBN 978-1-60750-508-2.

RUSSELL E.J.F, BARKER R.D. 2010. Electrical properties of clay in relation to moisture

loss. Near Surface Geophysics, vol. 8, pp 173-180. DOI : 10,3997/1873-0604,2010001.

- S -

SAMOUËLIAN A., COUSIN I., RICHARD G., TABBAGH A., BRUAND A. 2003.

Electrical Resistivity Imaging for detecting soil cracking at the centimetric scale. Soil Science

Society of America, vol. 67, pp 1319-1326.

SAMOUËLIAN A. 2004. Analyse tridimensionnelle non-destructive de la fissuration d’un sol

cultivé à partir de mesures de résistivité électrique. Thèse de l’Université d’Orléans. 200 p.

SAMOUËLIAN A., COUSIN I., TABBAGH A., BRUAND A., RICHARD G. 2005.

Electrical resistivity survey in soil science : a review. Soil and Tillage research, vol. 83,

pp 173-193.

SCALIA J., BENSON C.H. 2011. Hydraulic conductivity of Geosynthetic Clay Liners

exhumed from landfill final covers with composite barriers. Journal of Geotechnical and


SCHWARTZ B.F., SCHREIBER M.E., YAN T. 2008. Quantifying field-scale soil moisture

using electrical resistivity imaging. Journal of Hydrology, vol. 362, pp 234-246.

SELADJI S., COSENZA P., RICHARD G., TABBAGH A. 2007. Mesure et modélisation des

variations de résistivité électrique d’un sol limoneux liées au tassement. 6ème

colloque

GEOFCAN, Bondy, France.

SELADJI S., COSENZA P., TABBAGH A., RANGER J., RICHARD G. 2010. The effect of

compaction on soil electrical resistivity : a laboratory investigation. European Journal of Soil

Science, vol. 61, pp 1043-1055.

SENTENAC P., ZIELINSKI P. 2009. Clay fine fissuring monitoring using miniature geo-

electrical resistivity arrays. Environnemtal Earth Sciences, vol. 59, pp 205-214.

SHEETS K.R., HENDRICKX J. M.H. 1995. Non-invasive soil water content measurement

using electromagnetic induction. Water Resource Research, vol. 31, pp 2401-2409.

317

SILVESTRE P., NOROTTE V., OBERTI O. 2003. Les géosynthétiques en couverture. 5èmes

rencontres géosynthétiques francophones, Colmar. pp 97-113.

SIRIEIX C., ROUVREAU L., BLOQUET C. 1998. Thermographie infrarouge : diagnostic

des centres de stockage de déchets. Pangea. Thematic section - industrial risks. vol. 30,

pp 36-43

SIRIEIX C., LATASTE J.-F., BREYSSE D., FRAPPA M. 2002. Caractérisation de

l’endommagement du béton par mesures électriques. Matériaux et constructions, vol. 35,

pp 204-210.

SJÖDAHL P., DAHLIN T., JOHANSSON S., LOKE M.H. 2008. Resistivity monitoring for

leakage and internal erosion detection at Hällby embankment dam. Journal of Applied


SMITH E.D., LUXMORE R.J., SUTER G.W. 1997. Natural physical and biological

processes compromise the long-term integrity of compacted clay caps. Barrier Technologies

for Environmental Management: Summary of a workshop, National Research Council,

National Academy Press. 10 p.

SOUPIOS P., PAPADOPOULOS N., PAPADOPOULOS I., KOULI M., VALLIANATOS

F., SARRIS A., MANIOS T. 2007. Application of integrated methods in mapping waste

disposal areas. Environmental Geology, vol. 53, pp 661-675. DOI 10.1007/s00254-007-0681-

2.

SUSKI B., REVIL A., TITOV K., KONOSAVSKY P., VOLTZ M., DAGES C., HUTTEL O.

2006. Monitoring of an infiltration experiment using the self-potential method, Water

Resources Research, vol. 42, W08418, 11p. DOI : 10.1029/2005WR004840.

- T -

TABBAGH A., DABAS M., HESSE M., PANISSOD C. 2000. Soil resistivity: a non invasive

tool to map soil structure horizonation. Geoderma, vol. 97, pp 397-404.

TEZKAN B., HÖRDT A., GOBASHI M. 2000. Two dimensional radiomagnetotelluric

investigation of industrial and domestic waste sites in Germany. Journal of Applied

Geophysics, vol. 44, pp 237–256.

318

THONY J.L., MORAT P., VACHAUD G., LE MOUËL J.L. 1997. Field characterization of

the relationship between electrical potential gradients and soil water flux. Compte Rendus de

l’Académie des sciences, Earth Planetary Science, vol. 325, pp 317–321.

TOPP G.C., DAVIS J.L., ANNAN A.P. 1980. Electromagnetic determination of soil water

content: measurements in coaxial transmission lines. Water Resources Research, vol. 16,

pp 574-582.

TOUZE-FOLTZ N. 2001. Modélisation des transferts advectifs dans les étanchéités

composites de centres de stockage de déchets. Thèse de l’Ecole Nationale Supérieure des

Mines de Paris, 286 p.

TRIQUE M., PERRIER F., FROIDEFOND T., AVOUAC J.-P., HAUTOT S. 2002. Fluid

flow near reservoir lakes inferred from the spatial and temporal analysis of the electric

potential. Journal of Geophysical Research, vol. 107, 2239, 28 p. DOI :

10.1029/2001JB000482.

TYE A.M., KESSLER H., AMBROSE K., WILLIAMS J.D.O., TRAGHEIM D., SCHEIB A.,

RAINES M., KURAS O. 2011. Using integrated near-surface geophysical surveys to aid

mapping and interpretation of geology in an alluvial landscape within a 3D soil-geology

framework. Near Surface Geophysics, vol. 9, pp 15-31.

- U -

U.S. SALINITY LABORATORY STAFF. 1954. Diagnosis and improvement of saline and

alkali soils. US Department of Agriculture, Handbook n°60, Washington DC.

- W -

WHITE C.C., BARKER R.D. 1997. Electrical leak detection system for landfill liners: a case

history. Ground Water Monitoring and Remediation, vol. 17, pp 153-159.

WITT K.J., ZEH R.M. 2005. Cracks due to desiccation in cover lining systems. Phenomena

and design strategy. International Workshop “Hydro-Physico-Mechanics of landfills”,

Grenoble. 6 p.

- Z -

ZANZINGER H, TOUZE-FOLTZ N. 2009. Performance des géosynthétiques bentonitiques

en couverture d’installations de stockage de déchets. Rencontres géosynthétiques, Nantes.

321

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES CONCERNANT LE PROJET GEOCET

GENELLE F., SIRIEIX C., RISS J., NAUDET V. 2012a. (Article sous presse). Monitoring

landfill cover by electrical resistivity tomography on an experimental site. Engineering

Geology.

GENELLE F., SIRIEIX C., RISS J., NAUDET V., DABAS M., BEGASSAT P. 2012b.

(Article en révision). Detection of landfill cover damage with geophysical methods. Near

Surface Geophysics.

GENELLE F., SIRIEIX C., NAUDET V., RISS J., NAESSENS F., RENIE S., DUBEARNES

B., BEGASSAT P., TRILLAUD S., DABAS M. 2011a. Geophysical methods applied to

characterize landfill covers with geocomposite. ASCE Conf. Proc. Doi : 10.1061/41165 (397),

pp 1951-1960. GEOFRONTIERS, Dallas.

GENELLE F., SIRIEIX C., RISS J., NAUDET V., DABAS M., RENIE S., BEGASSAT P.,

DUBEARNES B., NAESSENS F. 2011b. Automatic resistivity profiling and electrical

resistivity tomography for landfill cover surveying. Near Surface, Leicester, 4 p.

GENELLE F. 2011c. Méthodes croisées de recherche de fuites dans les couvertures de centres


GENELLE F., SIRIEIX C., RISS J., NAESSENS F., RENIE S., DUBEARNES B.,

BEGASSAT P., NAUDET V. 2011d. Suivi par tomographie de résistivité électrique d’une

couverture de centre de stockage de déchets, à l’échelle d’un site expérimental. GFHN-

GEOFCAN, Orléans, Milieux poreaux et transferts hydriques, ISSN 0997-1076, pp 45-48.

GENELLE F., SIRIEIX C., NAUDET V., DUBEARNES B., RISS J., NAESSENS F.,

RENIE S., TRILLAUD S., DABAS M., BEGASSAT P. 2010a. Test de méthodes

géophysiques sur couvertures de CSD : site expérimental. Journées Nationales de

Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur, Grenoble, 8 p.

GENELLE F., SIRIEIX C., NAUDET V., RISS J., NAESSENS F., DUBEARNES B.,

RENIE S., BEGASSAT P. 2010b. Tomographie de résistivité électrique et polarisation

spontanée sur couvertures de centres de stockage de déchets : mesures à l’échelle d’un site

expérimental. Réunion des Sciences de la Terre, Bordeaux, 1 p.

322

GENELLE F. 2010c. Méthodes croisées de recherche de fuites dans les couvertures de centres


GENELLE F. 2010d. Méthodes croisées de recherche de fuites dans les couvertures de

centres d’enfouissement technique. Rapport d’étape n°4. 32 p.

GENELLE F. 2009a. Méthodes croisées de recherche de fuites dans les couvertures de centres


GENELLE F. 2009b. Méthodes croisées de recherche de fuites dans les couvertures de

centres d’enfouissement technique. Rapport d’étape n°2. 85 p.

NAUDET V., GENELLE F., DABAS M., SIRIEIX C., RISS J., RENIE S., DUBEARNES

B., BEGASSAT P. 2011. On the geoelectrical characterization of an old landfill cover. Near

Surface, Leicester, 4 p.

ANNEXES

ANNEXE 1.

CARACTERISATION DU MATERIAU DE

COUVERTURE

329

Trois échantillons de matériau argilo-graveleux, notés Ea, Eb et Ec, ont été analysés

en laboratoire. Le tamisage de ces échantillons jusqu’à la fraction 80 µm, suivi de l’essai de

sédimentation pour la fraction comprise entre 2 et 80 µm (selon la norme NF P 94-057,

AFNOR, 1992b), a permis de réaliser leurs courbes granulométriques (Figure A1-1).

Figure A1-1: Courbe granulométrique des trois échantillons de matériau argilo-graveleux

La valeur au bleu de méthylène déterminée par l’essai à la tache (norme NF P 94-

068, AFNOR, 1998b) est de 5,6.

L’indice de plasticité du matériau a été évalué à 11 grâce à la réalisation des limites

d’Atterberg selon la norme française NF P 94-051, AFNOR, 1993 (limite de liquidité

moyenne égale à 42 % et limite de plasticité moyenne égale à 31 %). Cependant, la présence

de sables et de graviers observés in situ mais non échantillonnables nous a conduit à qualifier

le matériau d’argilo-graveleux d’après la classification GTR (NF P 11-300, AFNOR, 1992a).

ANNEXE 2.

MESURES REALISEES

PENDANT LA MISE EN PLACE DU SITE

EXPERIMENTAL

333

Sondages à la pelle mécanique

Figure A2-1: Position des sondages à la pelle mécanique et de la tomographie de résistivité électrique

réalisés en fond de fouille

Figure A2-2: Mesure de résistivité électrique apparente effectuée au fond du sondage S1. Les

électrodes A et B sont les électrodes d’injection de courant électrique et les électrodes M et N sont les

électrodes de mesure (AB/2=0,5 m et MN/2 =0,1 m)

Sondage Profondeur (m) Type d’alluvions Résistivité électrique

apparente ( .m)

S1 1,0 argilo-graveleuses rouge 45

S2 1,2 limoneuses gris-brun 45



Tableau A2-1: Résistivités électriques au niveau des sondages à la pelle mécanique

334

Figure A2-3: Photographie d’un échantillon d’alluvions limoneuses gris-brun prélevé à 90 cm du fond

de fouille du sondage S2 à la pelle mécanique après l’opération de décapage

Tomographie de résistivité électrique sur la surface du sol décapé

Figure A2-4: Modèle de résistivité électrique de la tomographie TRE0 (dispositif Wenner

Schlumberger) – mesures du 10 avril 2009

Mesures de traîné électrique à la surface des trois couches de matériau argilo-graveleux (parcelle 1)

Les mesures de résistivité électrique apparente ont été réalisées avec un maillage

carré de 2 m selon six profils parallèles orientés nord-ouest sud-est. Elles ont été mises en

œuvre au moyen du dispositif AMNB avec AB/2 =0,50 m et MN/2= 0,10 m avec un appareil

développé par HYDRO INVEST.

Les mesures de résistivité électrique apparente ont ensuite été inversées en faisant

l’hypothèse d’un modèle bi-couche où les résistivités vraies des alluvions et du remblai sous-

jacents (Figure A2-4) sont connues grâce au profil de tomographie de résistivité électrique

TRE0 réalisé sur le terrain décapé. Les résistivités vraies obtenues par la formule de

Bhattacharya et Patra (1968) ont été corrigées de l’effet de la température en supposant que

les mesures ont été uniquement influencées par la température atmosphérique. Ces données

ont permis d’établir des cartes d’isorésistivité de chacune des trois couches de matériau au

moment de leur mise en place (Figure A2-5). Ces cartes résultent d’une interpolation de type

krigeage réalisée avec un voisinage de 4 m avec le logiciel Surfer.

335

a) A la surface de la première

couche (0,75 m de profondeur) :

interpolation de type krigeage

avec la prise en compte d’un

modèle sphérique et exponentiel

ajusté sur le variogramme

expérimental omnidirectionnel

b) A la surface de la deuxième




modèle exponentiel et

quadratique ajusté sur le

variogramme expérimental

omnidirectionnel

c) A la surface de la troisième




modèle sphérique et exponentiel

ajusté sur le variogramme

expérimental omnidirectionnel

Figure A2-5: Cartes de résistivité électrique à la surface des trois couches de matériau argilo-graveleux

336

Tests de perméabilité à la surface de la troisième couche de matériau argilo-graveleux

Les tests de perméabilité ont été effectués à l’aide d’un infiltromètre à double

anneaux de type ouvert (selon la norme NF X 30-418, AFNOR, 1998a). Ces mesures

consistent à mesurer le débit d’eau qui s’infiltre dans un anneau interne, sous une charge

hydraulique donnée, le flux vertical y étant maintenu grâce à un anneau externe où règne la

même charge hydraulique. La hauteur d’eau dans les anneaux est maintenue constante grâce à

une burette graduée et un tuyau d’air tous deux placés à la même côte et fonctionnant en vase

de Mariotte. Lors de ces mesures, on considère comme négligeable l’effet de la température

sur la valeur de la charge hydraulique.

Figure A2-6: Evolution de la baisse du niveau d’eau dans la burette en fonction du temps pour les

quatre points de mesure à la surface de la troisième couche de matériau argilo-graveleux

La perméabilité K est calculée grâce à la formule : AC

B

S

SpK !"# , avec

$ %$ %12

12

tt

HHp

"

""# . H1 et H2 sont les niveaux d’eau dans la burette (en m) aux temps t1 et t2 (en

s). SB et SAC sont les sections internes respectives de la burette et de l’anneau central (en cm2).

Point de

mesure - p SB/SAC

K de Muntz

(m.s-1)


apparente ( .m)

P1 5.10-3 2,2.10-3 1,1.10-5 30

P2 3.10-3 1,1.10-2 3,2.10-5 42

P3 4.10-4 1,1.10-2 4,3.10-6 22

P4 2.10-5 2,2.10-3 4.4.10-8 28

Tableau A2-2: Résultats des quatre tests de perméabilité de Muntz (dont l’emplacement est précisé en

Figure A2-5)

337

Les tests de perméabilité ont révélé l’existence d’une perméabilité différente selon

l’emplacement de la mesure. En effet, la perméabilité est de l’ordre de 10-5 m.s-1 à l’endroit

des points de mesures P1 et P2, là où la résistivité électrique est respectivement de 30 et

42 .m. A l’emplacement des points de mesures P3 et P4, la perméabilité mesurée y est

respectivement de 10-6 et 10-8 m.s-1 et la résistivité électrique de 22 et 28 .m. Faisant

l’hypothèse que les matériaux, bien que remaniés, sont de même nature en tout point, on est

conduit à poser l’hypothèse que la différence de comportement électrique et hydraulique est

due à une différence de compaction.

ANNEXE 3.

DATES DES PROSPECTIONS GEOPHYSIQUES

EFFECTUEES SUR LE SITE EXPERIMENTAL

341

Année Jour/mois Prospection

2009 22/10 TRE (parcelle 1)

2010

02/02 TRE (parcelle 1)



18/02 PS

25/02 ARP

27/04 ARP



22/10 PS

16/11 PS


2011


10/03 ARP



20/05 TRE (parcelles 1 et 2)




28/07 TRE (parcelles 1 et 2)

Tableau A3-1: Dates des prospections géophysiques (TRE, PS, ARP) effectuées sur le site

expérimental

ANNEXE 4.

ETAT DE FISSURATION DE LA PARCELLE 1 EN 2011

345

Figure A4-1 : Photographie de l’état de surface lors des mesures les 3 mai et 7 juin 2011: fentes de

dessiccation situées entre les profils TRE2 et TREc

Figure A4-2: Photographie de l’état de surface lors des mesures les 20 mai et 11 juillet 2011 : fentes

de dessiccation situées entre les profils TRE2 et TREc

346

Figure A4-3: Photographie de l’état de surface lors des mesures le 11 juillet 2011 : fente de

dessiccation située entre TRE2 et TREc

ANNEXE 5.

TOMOGRAPHIE DE RESISTIVITE ELECTRIQUE

SUR L’INSTALLATION DE STOCKAGE

DE DECHETS DANGEREUX

351

Figure A5-1: Sensibilité des blocs des modèles de résistivité de la tomographie P1-TRE1 en dispositifs

DD1, DD4 et gradient

352

Les cartes de sensibilité en Figure A5-1 permettent de rendre compte de la plus ou

moins grande fiabilité des valeurs de résistivité électrique attribuées aux blocs constitutifs des

différents modèles de résistivité.

On constate tout d’abord que la sensibilité est d’autant plus faible que les blocs sont

situés en profondeur. Ainsi, quel que soit le dispositif, la première couche de matériaux est

bien délimitée entre 0 et -0,6 m. Ensuite, dans le cas du dispositif DD4 profond (Figure A5-1

b), qui ne fait apparaître que deux couches au sein de la couverture (Figure III-19 d), on

observe une diminution de la sensibilité plus rapide que sur les deux autres dispositifs

caractérisés par des profondeurs d’investigation moins élevées. En effet, les blocs situés entre

1 et 2 m de profondeur présentent une sensibilité plus faible sur les mesures du dispositif DD4

profond (valeurs comprises entre 0,8 et 1,8) que sur celles des dispositifs DD1 et gradient. Par

conséquent, les plus faibles valeurs de sensibilité observées en profondeur sur le dispositif

DD4 signifient que la solution proposée par ce modèle de résistivité n’est pas nécessairement

la plus représentative du terrain à cet endroit. La présence des déchets de très faible résistivité

électrique influence par conséquent de manière significative le résultat de l’inversion.

353

Figure A5-2: Modèles de résistivité de la tomographie P1-TRE1 sans la topographie après cinq

itérations (inversion robuste et affinage du maillage du modèle)

354

Figure A5-3: Modèles de résistivité filtrés issus des mesures en dispositif dipôle-dipôle et modèle de

résistivité issu des mesures en dispositif gradient le long de la tomographie P1-TRE1 sans la

topographie après cinq itérations (inversion robuste et affinage du maillage du modèle)

355

Figure A5-4: Modèles de résistivité filtrés issus des mesures en dispositif dipôle-dipôle et modèle de

résistivité issu des mesures en dispositif gradient le long de la tomographie P1-TRE1 sans la

topographie et sous forme de blocs après cinq itérations (inversion robuste et affinage du maillage du

modèle)

ANNEXE 6

DESCRIPTION DES MATERIAUX RENCONTRES A

LA TARIERE MANUELLE LE LONG DES PROFILS

DE TOMOGRAPHIE DE RESISTIVITE ELECTRIQUE

SUR L’INSTALLATION DE STOCKAGE DE DECHETS

DANGEREUX

359

Fig

ure

A6-

1: C

oupe

s et

pho

togr

aphi

es d

es t

ariè

res

effe

ctué

es a

ux P

M 3

,5, 1

2, 1

8 et

29

le l

ong

de l

a to

mog

raph

ie P

1-T

RE

1

360

Fig

ure

A6-

2: C

oupe

s et

pho

togr

aphi

es d

es t

ariè

res

effe

ctué

es a

ux P

M -

15,5

et 3

,5 l

e lo

ng d

e la

tom

ogra

phie

P0-

TR

E1

361

Fig

ure

A6-

3: C

oupe

s et

pho

togr

aphi

es d

es t

ariè

res

effe

ctué

es a

ux P

M 4

5, 7

4 et

78,

5 le

lon

g de

la

tom

ogra

phie

RL

1-T

RE

1 et

RL

2-T

RE

1

362

Fig

ure

A6-

4: C

oupe

s et

pho

togr

aphi

es d

es t

ariè

res

effe

ctué

es a

ux P

M 8

7, 9

5, 1

05,5

et

107,

5 le

lon

g de

la

tom

ogra

phie

RL

3-T

RE

1

363

Fig

ure

A6-

5: C

oupe

s et

pho

togr

aphi

es d

es t

ariè

res

effe

ctué

es a

ux P

M 1

10,3

, 114

, 120

et

127

le l

ong

de l

a to

mog

raph

ie R

L4-

TR

E1

364

Fig

ure

A6-

6: C

oupe

s et

pho

togr

aphi

es d

es t

ariè

res

effe

ctué

es a

ux P

M 6

,7, 1

2 et

20

le l

ong

du p

rofi

l T

RE

2

Université Bordeaux 1 Les Sciences et les Technologies au service de l’Homme et de l’environnement

RESUME

Parmi l’ensemble des matériaux constitutifs d’une couverture d’installation de stockage de déchets, l’argile et le GéoSynthétique Bentonitique (GSB), couramment utilisés, peuvent présenter des défauts qu’il est nécessaire de caractériser afin de prévoir les éventuels travaux de remise en état partielle ou totale du site. L’objectif de cette thèse est de déterminer la capacité des méthodes géophysiques de Tomographie de Résistivité Electrique (TRE), de Polarisation Spontanée (PS) et d’Automatic Resistivity Profiling (ARP) à caractériser les couvertures. Pour cela, un site expérimental constitué de deux couvertures, au sein desquelles des défauts ont été volontairement créés, a été mis en place. Le suivi temporel effectué sur la couverture sans GSB a montré que les conditions météorologiques du mois précédant les mesures ont une incidence sur la détection des défauts. De plus, les variations de comportement hydrique et électrique détectées en TRE au sein du matériau de couverture ont notamment pu être attribuées à l’existence d’hétérogénéités de composition. La présence de GSB rend plus difficile la détection des défauts quelle que soit la méthode utilisée. Cependant, il semble que le temps passant l’évolution du GSB permette une détection plus aisée. Enfin, les prospections effectuées sur une installation de stockage de déchets dangereux ont mis en évidence la nécessité de coupler plusieurs méthodes géophysiques. L’hétérogénéité des matériaux de couverture et de l’état du GSB, mise en évidence par la TRE, a été confirmée par des observations in situ sur des sondages à la tarière manuelle.

Mots-clés : installations de stockage de déchets, couverture, argile, hétérogénéités, GSB, défauts d’étanchéité, conditions météorologiques, Tomographie de Résistivité Electrique, Automatic Resistivity Profiling, Polarisation Spontanée.

ABSTRACT

Among the whole landfill cover materials, clay and Geosynthetic Clay Liner (GCL), commonly used, may contain defects which are necessary to characterize in order to plan possible repair work, partial or total. The aim of this thesis is to define the ability of the following geophysical methods, the Electrical Resistivity Tomography (ERT), the Self Potential (SP) and the Automatic Resistivity Profiling (ARP) to characterize covers. To do this, an experimental site composed of two covers in which defects have been intentionally made has been built. These covers are composed of a clayey material upon which a GCL has been placed for one of these covers. The monitoring performed on the cover without the GCL has outlined that the climatic conditions of the month preceding measurements have an impact on the defects’ detection. Moreover, hydric and electrical behavior variations detected by ERT in the clayey material have in particular be linked with the presence of composition heterogeneities. The presence of the GCL makes more difficult the detection of defects whatever the method used. However, it seems that, over time, the evolution of the GCL enables an easier detection. Finally, surveys carried out on an industrial waste landfill have shown the necessity of coupling geophysical methods. The heterogeneity of the cover materials and the GCL has been checked by manual auger holes.

Keywords : landfill, cover, clay, heterogeneities, Geosynthetic Clay Liner, watertightness defects, climatic conditions, Electrical Resistivity Tomography, Automatic Resistivity Profiling, Self Potential.

Documents

memoire final fgenelle - ori-oai.u-bordeaux1.frori-oai.u-bordeaux1.fr/pdf/2012/GENELLE_FANNY_2012.pdf · Devant la commission d’examen formée de : Mme SIRIEIX, Colette Maître