Méthodologie d’imagerie électrique haute résolution des ...infoterre.brgm.fr/rapports/RP-56612-FR.pdf · Le maintien de la pérennité et de la qualité de la ressource en eau

Méthodologie d’imagerie électrique haute résolution des aquifères

côtiers en milieu volcanique à la Réunion

Rapport final

BRGM/RP-56612-FR Mai 2008

Méthodologie d’imagerie électrique haute résolution

des aquifères côtiers en milieu volcanique à la

Réunion Rapport final

BRGM/RP-56612-FR Mai 2008

J-F. Girard, J-M. Miehé, N. Coppo, B. Aunay

Vérificateur : Nom : P. LACHASSAGNE

Date : 01/06/08

Original signé

Approbateur : Nom : JL NEDELLEC

Date : 04/09/08

Original signé

En l’absence de signature, notamment pour les rapports diffusés en version numérique, l’original signé est disponible aux Archives du BRGM.

Le système de management de la qualité du BRGM est certifié AFAQ ISO 9001:2000.

I

M 003 - AVRIL 05

Mots clés : résistivité électrique, imagerie, aquifère côtier, Réunion, Pierrefonds, géophysique, intrusion saline, interface En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : J-F. Girard, J-M. Miehé, N. Coppo, B. Aunay (2008) - Méthodologie d’imagerie électrique haute résolution des aquifères côtiers en milieu volcanique à la Réunion. 57 p. © BRGM, 2008, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.

Géophysique / aquifères côtiers

BRGM/RP-56612-FR – Rapport final 3

Synthèse Le BRGM a mené pour le compte de l'Office de l'Eau Réunion une étude méthodologique d’imagerie électrique haute résolution des aquifères côtiers en milieu volcanique à la Réunion. Cette étude avait pour objectif (i) la démonstration des capacités des méthodes d’imagerie électrique pour caractériser les aquifères côtiers dans une frange située entre 300 m et 3000 m du trait de côte et sur une tranche pouvant atteindre 300 m de profondeur en milieu volcanique complexe et (ii) la définir une méthodologie reproductible d’imagerie haute résolution de l'interface eau douce / eau salée et des aquifères côtiers basée sur la méthode des panneaux électriques.

Le site d'étude retenu est situé sur la commune de Saint-Pierre, sur la bordure ouest de la ravine des Cabris, entre l’aérodrome de Pierrefonds et le sud-est de Bois d’Olives. Ce secteur peut être considéré comme représentatif de l'hydrogéologie des aquifères réunionnais. De plus, la qualité des eaux souterraines y est observée par méthode directe (diagraphie de conductivité) et par méthode indirecte (prospection géophysique vers la fin des années 80).

La campagne d'acquisition s'est déroulée aux mois d'aout et septembre 2007. Trois méthodes, caractérisées par des objectifs distincts, ont été testées : (i) le panneau électrique Dipôle-Dipôle visant à imager les résistivités du sous-sol sur près de 3 km de long avec une profondeur d'investigation de l'ordre de 300 m, (ii) le dispositif rectangle dont l’objectif était de cartographier la géométrie et l’extension de l'interface eau douce / eau salée loin du trait de côte et jusqu’à une profondeur d’environ 400 m et (iii) le dispositif 3D, permettant d’évaluer l’intérêt d’un modèle géo-électrique en trois dimensions pour bien imager l'interface eau douce / eau salée et les aquifères en milieu volcanique.

L'interface eau douce / eau salée est clairement identifiée sur le grand panneau électrique et sur le dispositif 3D. Les informations apportées par la connaissance hydrogéologique ne permettent pas d’influencer significativement les résultats des inversions des mesures. Ce point signifie, avec une certaine prudence, que les méthodes électriques peuvent néanmoins être utilisées dans des zones dépourvues de point d'observation.

Les résultats du dispositif rectangle sont constitués par une carte représentant une intégration des variations de résistivité dans les premiers 400 m. Ces résultats contribuent moyennement à la connaissance hydrogéologique du domaine d'étude.

Finalement, il ressort de cette étude que le grand panneau électrique (tomographie 2D) est le dispositif qui fournit une résolution (latérale et en profondeur) et une profondeur d’investigation adaptée à l’étude des interfaces eau douce / eau salée avec des conditions de mise en œuvre réalistes au vue des difficultés d’implantation des mesures.



Sommaire

1. Objectifs et méthodes utilisées............................................................................. 9

1.1. INTRODUCTION............................................................................................... 9

1.2. OBJECTIFS DE L’ETUDE................................................................................. 9

1.3. DONNEES DE BASE ...................................................................................... 10

1.4. ZONE D’ETUDE ET IMPLANTATION DES MESURES................................... 10

1.5. GEOLOGIE DE LA ZONE D'ETUDE ............................................................... 12

1.6. APPORT DES ETUDES GEOPHYSIQUES A LA CONNAISSANCE HYDROGEOLOGIQUE DU SECTEUR OUEST DE ST-PIERRE .................... 15

1.7. METHODES GEOPHYSIQUES UTILISEES ................................................... 21 1.7.1. Panneau Dipôle-Dipôle .......................................................................... 21 1.7.2. Dispositif Rectangle................................................................................ 22 1.7.3. Dispositif 3D........................................................................................... 23

1.8. MOYENS MIS EN ŒUVRE ............................................................................. 24

1.9. HISTORIQUE DES MESURES ET DIFFICULTES RENCONTREES.............. 25

2. Résultats............................................................................................................... 27

2.1. PANNEAU ELECTRIQUE ............................................................................... 27

2.2. DISPOSITIF RECTANGLE.............................................................................. 34

2.3. DISPOSITIF 3D............................................................................................... 36 2.3.1. Inversion 2D des profils.......................................................................... 37 2.3.2. Inversion 3D, section verticales XZ ........................................................ 40 2.3.3. Inversion 3D, section verticales XY ........................................................ 41 2.3.4. Inversion 3D, sections horizontales ........................................................ 41 2.3.5. Inversion 3D, iso-surfaces en volume..................................................... 42

3. Synthèse de la méthodologie géophysique électrique ..................................... 43

3.1. EXAMEN ET COMPARAISONS DES METHODES ........................................ 43

3.2. CAS DES AQUIFÈRES CÔTIERS DE LA RÉUNION...................................... 44

3.3. L’INVESTIGATION GEOPHYSIQUE : UNE APPROCHE "METHODO-LOGIQUE"....................................................................................................... 45

3.4. AUTRES METHODES ENVISAGEABLES ...................................................... 46

3.5. QUESTIONS................................................................................................... 48


6 BRGM/RP-56612-FR – Rapport final

4. Conclusions.......................................................................................................... 49

5. Bibliographie ........................................................................................................ 51

Liste des illustrations

Figure 1 – Aperçu géologique de la zone d'étude ....................................................................... 13 Figure 2 – Log géologique de l'ouvrage 1228-8X-0078/P11....................................................... 14 Figure 3 - Coupe interprétative d’après sondages électriques (Dubreuil, 1984)......................... 16 Figure 4 - Reconnaissance géophysique, rive gauche rivère Saint-Etienne. Coupe interprétative. (Daessle et Verdier, 1988).................................................................................... 17 Figure 5 - Carte d’implantation des mesures antérieures et des nouvelles mesures géophysiques............................................................................................................................... 19 Figure 6 - Log de conductivité électrique de l’eau du forage P11 et conversion en résistivité électrique de l’eau (log réalisé le 7 Mars 2007, origine Office de l'Eau) .................... 27 Figure 7 - Panneau électrique interprété (inter-électrode 100 m) sans contrainte sur la résistivité autour du forage P11................................................................................................... 30 Figure 8 - Panneau électrique (inter-électrode 100 m) avec résistivité contrainte dans un voisinage de 150 m autour du forage P11 jusqu’à 75 m de profondeur superposé aux limites interprétées d’après l’inversion non contrainte. ......................................................... 30 Figure 9 - Inversion sans contrainte sur la résistivité autour du forage P11 et avec un inter-électrode de 50 m superposé aux limites interprétées d’après l’inversion non contrainte au pas de 100 m ......................................................................................................... 32 Figure 10 - Inversion des profils multi-nodes P1 et P7 non contrainte (a), P1_et P7 avec contrainte sur P11 (b), zoom sur le panneau électrique (PE) sans contrainte (zoom de la figure 7) (c), zoom sur PE avec contrainte (zoom de la figure 8) (d), zoom sur PE non contrainte (zoom sur la figure 9) (e) ............................................................................................ 33 Figure 11 - Dispositif rectangle : carte de résistivité apparente (a), calcul d’un régional (b), et carte résiduelle (c)............................................................................................................. 35 Figure 12 - Dispositif rectangle sur fond géologique ................................................................... 35 Figure 13 – La sensibilité varie en fonction de la position des électrodes (ici, trois dispositifs au-dessus d’un demi-espace)..................................................................................... 37 Figure 14 – Localisation géographique des cinq profils multinodes............................................ 38 Figure 15 - Inversion 2D des cinq profils multinodes parallèles n°2 à 6 ..................................... 39 Figure 16 - Sections verticales XZ d’après l’inversion 3D, parallèles aux profils acquis ............ 40 Figure 17 - Sections verticales YZ d’après l’inversion 3D, perpendiculaires aux profils acquis........................................................................................................................................... 41



Figure 18 - Sections horizontales XY à différentes profondeurs, entre 8 et 60 m, d’après l’inversion 3D................................................................................................................................41 Figure 19 - Visualisation en 3D de l'interface eau douce / eau salée-saumâtre : surface iso-valeurs 50, 100 et 500 Ohm.m dans le modèle obtenu après inversion 3D. .........................42 Figure 20 – Panneau électrique 2007 superposé aux sondages de 1983 et 1989 .....................43 Figure 21 - Principe de la mesure en courant électrique continu ................................................55 Figure 22 - Définition de la polarisation provoquée .....................................................................56 Figure 23 - Dispositif dipôle-dipôle et pseudo-coupe...................................................................58 Figure 24 - Exemple de pseudo-coupes interprétées par inversion ............................................59

Liste des annexes

Annexe 1 Mesure de la résistivité électrique ..............................................................................55 Annexe 2 Le dispositif dipôle-dipôle ...........................................................................................57 Annexe 3 Paramètres d’inversion ...............................................................................................61 Annexe 4 Documents de la BSS.................................................................................................64



1. Objectifs et méthodes utilisées

1.1. INTRODUCTION

Le maintien de la pérennité et de la qualité de la ressource en eau souterraine à La Réunion passe par une amélioration de la connaissance des caractéristiques du milieu et notamment de la position de la ou des interfaces entre l’eau douce et l’eau salée. Ces informations permettront de proposer à terme des outils de gestion s’appuyant notamment sur des modèles mathématiques d’écoulements calibrés par des observations sur site.

Dans ce cadre, les approches géophysiques sont porteuses d’informations de premier intérêt. L’Office de l’Eau souhaite donc tester et adapter au contexte hydrogéologique réunionnais les méthodes géophysiques (de mesure, de traitement, etc.) les plus récentes et les plus efficaces. Le site d’étude retenu est celui de la commune de Saint-Pierre, entre l’aérodrome et la commune de Bois d’Olives.

1.2. OBJECTIFS DE L’ETUDE

Cette étude est caractérisée par deux objectifs principaux :

o démontrer les capacités des méthodes d’imagerie électrique pour caractériser les aquifères côtiers dans une frange située, à terre entre 300 m et 3000 m du trait de côte et sur une tranche pouvant atteindre 300 m de profondeur, en milieu volcanique complexe ;

o définir une méthodologie reproductible d’imagerie haute résolution de l'interface eau douce / eau salée et des aquifères côtiers basée sur la méthode des panneaux électriques.

Outre ces objectifs, cette étude contribue à la connaissance scientifique des aquifères volcaniques en milieu côtier. En effet, des doutes subsistent sur les interprétations hydrogéologiques déduites des méthodes d'investigation géophysique. Cette lacune s'explique par la réponse similaire que peuvent avoir différentes unités géophysiques, par exemple :

o laves altérées imbibées d’eau douce et laves saines envahies d'eau saumâtre ;

o laves très peu perméables ou très peu poreuses imbibées d’eau douce et laves envahis d'eau saumâtre ou marine ;

o argiles imbibées d’eau douce et sables envahis d'eau saumâtre ou marine.



1.3. DONNEES DE BASE

L‘Office de l’Eau a fourni au BRGM toutes les données en sa possession susceptibles d’être utiles à la réalisation de l’étude, notamment les suivis piézométriques réalisés sur le secteur d'étude.

La mairie de St Pierre et la CIVIS ont également contribué à la présente étude en facilitant l'accès au cadastre, étape préliminaire au permittage.

1.4. ZONE D’ETUDE ET IMPLANTATION DES MESURES

Lors de l'élaboration du cahier des charges du projet, un premier site d'étude avait été proposé : le secteur localisé entre l'aéroport de Gillot et la commune de Ste-Marie. Ce site a été écarté pour diverses raisons :

o la conductivité électrique observée sur le forage F2 Gillot (BSS - 12271X0058), est relativement faible (bien que supérieure aux valeurs couramment rencontrées dans ce type de contexte) et ne permet pas d'être caractérisée facilement par les méthodes géophysiques. De plus, l'origine de cette anomalie de conductivité n'est actuellement pas précisément déterminée ;

o il n'y existait que très peu de points d'observation des eaux souterraines ;

o le développement de l'urbanisation de la zone industrielle de la Mare et des alentours de l'aéroport aurait contraint la longueur des profils, et notamment interdit la possibilité d'étalonner les profils à proximité du littoral.

En conséquence, une mission préparatoire effectuée du 2 au 6 juillet 2007 a permis de sélectionner une nouvelle zone d’étude pour les futures investigations géophysiques, de procéder à un inventaire bibliographique des études géophysiques antérieures réalisées sur cette zone et des données de forages existantes.

La visite des sites près de St Pierre a été effectuée le 3 juillet 2007 par MM. Jean-Luc FOLIO (responsable Réseaux Eaux Souterraines, Office de l’Eau Réunion), Bertrand AUNAY (Hydrogéologue, BRGM Réunion) et Jean-Marc MIEHE (Géophysicien, BRGM).

Trois sites ont été visités successivement dans la région de St Pierre :

1. la bordure est de la ravine d’Abord, à l’est de St Pierre ;

2. la bordure ouest de la ravine des Cabris, à l’ouest de St Pierre ;

3. le plateau du Gol, entre l’Etang-Salé les Hauts et St Louis.



A l’issue de cette visite in-situ, le site n°1 a été écarté en raison de la présence conjuguée d'une ravine profonde, de plantations de canne à sucre et d'une occupation des sols relativement chargée dans la partie aval du profil (zone urbanisée à proximité de la mer). En effet, la réalisation des mesures géophysiques nécessite une accessibilité minimale et la canne à sucre doit impérativement être coupée. Les coupes s’échelonnant de juillet à décembre, les contraintes pesant sur la réalisation des mesures auraient été trop lourdes.

Le site n°3 est lui aussi situé sur une zone de culture de canne à sucre. Au sud de la RN1, les terrains superficiels imbibés d’eau saumâtres qui entourent l’Etang du Gol pourraient compliquer voir rendre impossible l’identification d’une interface entre l’eau douce et l’eau salée en profondeur.

Le site retenu (n°2 - figure 5) est situé sur la bordure ouest de la ravine des Cabris, entre l’aérodrome de Pierrefonds et le sud-est de Bois d’Olives. Ce site a finalement été retenu pour les raisons suivantes :

- d’un point de vue hydrogéologique, ce site regroupe plusieurs configurations d’aquifères susceptibles d’être rencontrées sur d'autres secteurs de la Réunion ;

- la zone est renseignée par les données de trois forages, dont une diagraphie de conductivité ;

- des investigations par mesures électriques et AMT ont été réalisées à proximité dans le passé ;

- la plus grande partie du site est accessible en véhicule ;

- un passage sous la RN1 permet de tirer les câbles électriques sans être gêné par la circulation automobile ;

- les possibilités d’implantation des profils de mesures ne nécessiteront qu’un permittage minimal sur la zone située entre la RN1 et le forage P11 (12288X0078).



1.5. GEOLOGIE DE LA ZONE D'ETUDE

Le domaine d'étude correspond au delta de la rivière St-Etienne (Figure 1et Figure 2). Ce delta est constitué d'alluvions grossières (mélange de sables, graviers, galets et blocs de laves). L'épaisseur des alluvions est approximativement constante sur l'ensemble de la zone d'étude : environ 15 à 20 mètres.

Des alternances de coulées basaltiques superposées (≈ 4-20 m d'épaisseur) ou individualisées par des paléosols (≈ 2 m d'épaisseur) constituent le substratum du delta. Des niveaux métriques à décamétriques d'alluvions sont localement intercalés avec les formations laviques. Sur le piézomètre P11 (1228-8X-0078), un niveau d'alluvions a été identifié entre -23 m et -32 m NGR1. Ce genre de dépôt, localisé sous l'actuel niveau marin, caractérise soit un ancien bas niveau marin (glacio-eustatisme), soit une subsidence du delta.

La partie nord-est de la zone d'étude est occupée par des formations de tufs en épandage (coulées pyroclastiques, éléments de ponces trachytiques et de roche grenue (Billard, 1975)).

Dans l'état actuel des connaissances, les géométries 3D des aquifères, telles qu'incision ou paléovallées, ne peuvent être déterminées précisément à l'échelle du secteur d'étude.

1 NGR : Nivellement Général de la Réunion.



Figure 1 – Aperçu géologique de la zone d'étude



Figure 2 – Log géologique de l'ouvrage 1228-8X-0078/P11



1.6. APPORT DES ETUDES GEOPHYSIQUES A LA CONNAISSANCE HYDROGEOLOGIQUE DU SECTEUR OUEST DE ST-PIERRE

L’île de la Réunion a fait et continue de faire l’objet de nombreuses campagnes de géophysique, tant destinées à la connaissance géologique volcanique qu’à des fins hydrogéologiques. Dans le secteur de Saint-Pierre précisément, cinq prospections géophysiques ont été réalisées au cours des 20 dernières années. Celles-ci se résument principalement à des prospections électriques (Dubreuil, 1984 ; Daessle et Gandolfi, 1987 ; Daessle et Verdier, 1988 ; Verdier et Stieltjes 1988) et à une prospection électromagnétique (AMT) (Duchamps et Daesslé, 1989).

Les positions des sondages électriques et des sondages AMT sont reportées sur la Figure 5. La localisation de la coupe géo-électrique tirée de l’interprétation des sondages électriques est aussi reportée sur la Figure 5 ainsi que ainsi que l’axe d’approfondissement mis en évidence par les sondages AMT.

Schématiquement, la première étude identifia, au moyen de quatre sections géophysiques interprétées (87 sondages), un horizon conducteur (80-100 Ωm), supposé peu perméable et au toit à la morphologie variable, généralement situé entre 100 et 200 de mètres de profondeur sous 0 NGR. Cet horizon, recouvert de matériaux plus résistants (150-600 Ωm), constituerait lessentiel du réservoir aquifère (Dubreuil, 1984). L’identification/interprétation de l'interface eau douce / eau salée s’est restreinte à la bordure côtière où seuls quelques sondages électriques avaient pu mettre en évidence des faibles résistivités d’une dizaine d’Ωm sous le conducteur précédemment mentionné. La coupe B de cette étude, située au sud de la zone investiguée et dont la trace est reportée en figure 3, recoupe le secteur étudié dans le présent travail. Par ailleurs, seule celle-ci présente un conducteur caractérisé par un léger pendage apparent constant en direction des terres.

Quelques années plus tard, après que deux forages (Pierrefonds-village 1228-8x-0063 et La Vallée 1228-8x-0066) aient confirmé les données géophysiques précédentes, une nouvelle campagne de géophysique (10 sondages électriques) est commandée pour valider un troisième site de forage (Pierrefonds Littoral 1228-8x-0068) situé plus au nord de la présente étude (Daessle et Gandolfi, 1987). Cette étude confirma la structure géologique proposée en 1984 et permit d’identifier plus avant dans les terres (800-1000 m de la côte) la présence de l'interface eau douce / eau salée à quelques 200 m de profondeur, soulignée par des faibles résistivités (5-18 Ωm).



Figure 3 - Coupe interprétative d’après sondages électriques (Dubreuil, 1984)

Suite aux études précédentes, plusieurs piézomètres et forages ont été mis en place dans l’aquifère situé entre St-Pierre et St-Louis. En 1988, une nouvelle campagne de géophysique (11 sondages électriques) permit de contraindre encore plus précisément le modèle hydrogéologique conceptuel de cet aquifère avec, toujours pour objectif, l’implantation d’ouvrages (Daessle et Verdier, 1988). Due à une morphologie ondulée de l’horizon conducteur inférieur et à des variations lithologiques importantes, les courbes de sondages obtenues sont variées. Elles permirent de proposer une coupe géophysique interprétée intéressante, parallèle à la côte (Figure 4). La gamme de résistivité mise en évidence est toujours similaire, mais l’orientation du profil reflète la morphologie complexe du conducteur. Aucun terrain très conducteur, assimilable à une interface eau douce / eau salée, n’est identifié.



Figure 4 - Reconnaissance géophysique, rive gauche rivère Saint-Etienne. Coupe interprétative. (Daessle et Verdier, 1988)

Dans la même année, une réinterprétation de 24 sondages électriques est effectuée afin d’optimiser l’emplacement du réseau d’ouvrages (Verdier et Stieltjes, 1988). Celle-ci aboutit à des conclusions similaires et présente des variations latérales interprétées comme le remplissage d’une paléo-vallée de la rivière St-Etienne.

Enfin, Duchamps et Daesslé (1989) réalisent une campagne de prospection électromagnétique AMT autour de St-Pierre. Cette étude révèle la présence d’un horizon plus conducteur que précédemment (~ 20 Ωm), plus profond (jusquà -600 m NGR) et présentant de profonds sillons perpendiculairement à la côte. Les résultats ne fournirent malheureusement qu’une information qualitative en raison des pollutions électromagnétiques. En effet, les résultats obtenus à l’ouest du secteur investigué (NW de St-Pierre) montrent un horizon conducteur deux fois plus profondément que celui mis en évidence en 1984. Ceci pourrait toutefois être une conséquence de la modélisation des sites AMT, l’épaisseur des couches étant reliée à leur résistivité.



337000 338000 339000 340000Easting (m, WGS84/UTM 40S)

7641

000

7642

000

7643

000

Nor

thin

g (m

, WG

S84/

UTM

40S

)

2113

14

15

C83

C76C74

C74bis

C73

C64

C6360

53

55

6312288X0078/P11

12288X0065/F15

12288X0066/PIB-8

B

A

0100

200300

400500

600700

800900

1000

0100

200300

400500

600700

0100

200300

400500

600

0100

200300

400500600700

0100

200300

-100

700

400500

600700

-1500-1400

-1300-1200

-1100-1000

-900-800

-700-600

-486-400

-300-200

-1000

600700

800900

10001100

12001300

14001500

300

500

100

16001700

1

234567

Figure 5 - Carte d’implantation des mesures antérieures et des nouvelles mesures géophysiques

Légende

PE D=100, 200 & 400 m mesuré et n° de station (m)

profil rectangle mesuré (AB = 3 300 m, MN = 100 m) et n° de station (m)

dipôle d'injection

emprise théorique du rectangle

multinode D= 5, 10, 25, 50 et 100 m et n° de profil

sondage électrique (1983) coupe géoélectrique

sondage (bleu) AMT (1989) et orientation (noir) axe d'approfondissement

axe invasion salée (modélisation Office de l'Eau)

forage et identifiant

2160

C83

12288X0078/P11

A B

800

900

400300

23456

0 0.25 0.5 0.75 1

Echelle (km)

Mesures antérieures :



1.7. METHODES GEOPHYSIQUES UTILISEES

La méthode électrique en courant continu avec mesure de la résistivité apparente (Annexe 1) est à la base des investigations géophysiques proposées.

La campagne géophysique de terrain s'est déroulée en trois phases, chacune adaptée à un objectif précis.

1.7.1. Panneau Dipôle-Dipôle

Le dispositif de mesure Dipôle-Dipôle est utilisé de manière préférentielle aux autres dispositifs (Schlumberger, Wenner-Schlumberger, …) en raison de la longueur des profils. Les autres dispositifs utilisent une commutation automatique gérée par un matériel dont la longueur d'investigation n'excède pas quelques centaines de mètres. Dans le cas de profils plus longs, l'acquisition est réalisée manuellement, donc seul le dispositif Dipôle-Dipôle est raisonnablement réalisable.

La première étape a consisté à réaliser un panneau électrique (Annexe 2) depuis l’extrémité est de l’aérodrome jusqu’à la limite sud-est de Bois d’Olives (Figure 5). Le résultat attendu était une image de l’invasion salée tout le long du profil, depuis la côte, où le forage P11 (12288X0078/P11) situe l’invasion d’eau salée à environ 40-50 m de profondeur, soit -18-28 m NGR (diagraphie de conductivité - figure 6), jusqu’au voisinage du Domaine de la Vallée où la campagne d’AMT de 1989 situe le toit du niveau salé à plus de 250 m de profondeur.

Le panneau électrique a été mesuré en dispositif dipôle-dipôle avec des longueurs de dipôles D=100 m (rang n=1 à 4) et 200 m (rang n=1 à 6), pour à la fois bien imager les structures les moins profondes et atteindre une profondeur d’investigation supérieure à 300 m au centre du profil.

D’une longueur d’environ 3 200 m, le profil passe à proximité immédiate des ouvrages P11 (piézomètre Syndicat aval Pierrefonds, code BSS 12288X0078/P11), F15 (piézomètre la Vallée Aval Pierrefonds, code BSS 12288X0065/F151) et PIB-8 (la Vallée Pierrefonds, code BSS 12288X00662). Les documents relatifs à ces ouvrages sont présentés en annexe 4 et sur la figure 2.

1 12288X0065/F15 - Coupe lithologique : 8 m d'alluvions – 25 m de pyroclastites – 87 m de basalte (jusqu'au fond du forage soit 120 m de profondeur) – Niveau piézométrique à 1.42 m NGR lors du forage

2 12288X0066/PIB-8 – Coupe lithologique : basalte non homogène jusqu'au fon du forage, soit 100 m de profondeur



La pseudo-coupe de résistivité apparente a été interprétée par inversion (Cf. Annexe 2) avec le logiciel RES2DINV (M.H. LOKE, 1996, 2001, 2003). Les mesures électriques ont été calées sur les coupes géologiques (P11, F15 et PIB-8) et sur la diagraphie de conductivité (P11).

L’interprétation par inversion permet d’imager tout le long du profil les structures géo-électriques du sous-sol.

1.7.2. Dispositif Rectangle

Dans une seconde phase d’exploration, un dispositif rectangle (cf. Annexe 1) a été réalisé. L’objectif est de cartographier la géométrie et l’extension de l'interface eau douce / eau salée loin du trait de côte et jusqu’à une profondeur d’environ 400 m.

Le périmètre a été choisi pour les raisons suivantes :

confirmer ou infirmer l’indentation mise en évidence par une simulation du modèle hydrogéologique (simulation et données Office de l’Eau (Folio, 2006), Figure 5) qui correspondrait à une avancée de l'interface eau douce / eau salée entre la ravine des Cabris et la ravine Blanche ;

recouper l’axe d’approfondissement (200 à 300 m de profondeur) du toit du conducteur mis en évidence par AMT et interprété comme un indice possible d’avancée de l'interface eau douce / eau salée à l’intérieur des terres ;

recouper dans la mesure du possible le panneau électrique pour cartographier les éventuels prolongements latéraux de structures mises en évidence sur la coupe de résistivité.

L’emplacement de ce dispositif est représenté sur la Figure 5. La dimension du dispositif est AB= 3300 m, ce qui permet de couvrir un périmètre d’environ 1000 m de côté, avec 5 profils distants de 200 à 400 m, mesurés avec MN = 100 m et au pas de 100 m.

Les mesures sont présentées sous forme d’une carte de résistivité apparente.



1.7.3. Dispositif 3D

L’objet de la troisième phase est d’évaluer l’intérêt d’un modèle géo-électrique en trois dimensions pour bien imager l'interface eau douce / eau salée et les aquifères en milieu volcanique.

A partir de ces données haute résolution, la nécessité de bien résoudre les variations superficielles de résistivité pour imager correctement les structures les plus profondes (obtenues à partir des mesures Dipôle-Dipôle) sera discutée.

Les dispositifs 3D (au sens strict du terme) utilisent un réseau d’électrodes disposées suivant une grille et en forages (tomographie électrique). La mise en place d’un tel réseau est très complexe et donc très coûteuse en milieu naturel. De telles investigations réclament un grand nombre de mesures qui ne peuvent être réalisées qu’avec un résistivimètre spécifique à séquences programmables. Les caractéristiques de ce type d’équipement, notamment la puissance, limitent les investigations à une centaine de mètres maximum en profondeur. De tels dispositifs sont par conséquent réservés à des périmètres d’étude n’excédant pas quelques centaines de m.

Compte tenu des contraintes de terrain et de temps, l’idée est de mesurer plusieurs panneaux électriques parallèles (mesures 2D) et de les interpréter en 3D (logiciel RES3DINV, M.H. LOKE) pour imager le sous-sol en trois dimensions.

L’emplacement prévu pour ces investigations est situé à l’Est de l’aérodrome, à une centaine de m et perpendiculairement au bord de mer. Cinq profils parallèles de 475 m de long et distants de 40 m ont été mesurés en dispositifs dipôle-dipôle et Wenner-Schlumberger avec des longueurs de dipôles D=5, 10, 25 et 50 m.

Les cinq profils recoupent l’emprise du panneau électrique principal mais ne lui sont pas parallèles, l’occupation des sols ne le permet pas. Par conséquent deux profils additionnels de 475 m (P1 et P7) ont été mesurés parallèlement au panneau principal pour assurer l’équivalence électrique entre les deux jeux de mesures lors de l’interprétation des données.

Les résultats sont présentés sous forme de coupes de résistivité interprétée (2D) et sous forme de surface représentant les différents horizons géo-électriques mis en évidence (3D).



1.8. MOYENS MIS EN ŒUVRE Moyens communs à tous les dispositifs électriques :

un géophysicien

3 manœuvres intérimaires recrutés sur place

4 750 m de câbles électriques pour la mise en place des dispositifs de mesure

96 électrodes en acier inoxydable pour l'injection du courant électrique dans le sol

un GPS GARMIN 60 CSX et un télémètre laser TRUPULSE200

un conductivimètre

4 talkies-walkies, deux téléphones portables

un ordinateur portable avec logiciels de transfert, traitement et d'interprétation

un véhicule 4x4

Equipement pour les dispositifs rectangle AB=2 000 à 3 000 m et panneau électrique D=100 et 200 m :

un émetteur de courant continu 8 voies VIP3000 Iris Instruments d'une puissance de 3000 W (VABmax=3 000 V, IABmax=5 A) alimenté par un groupe électrogène de 4500 W, 220 V et 50 Hz

un résistivimètre récepteur de tension 6 voies ELREC6 Iris Instruments

Equipement pour le dispositif multi-électrodes 3D D=5, 10, 25 et 50 m :

un résistivimètre emetteur-récepteur 10 voies SYCAL PRO 96, d’une puissance de 250 W (VABmax=1 000 V, IABmax=2.5 A) alimenté par une batterie 12 V

6 flûtes électriques 16 électrodes, spacing 5 m

4 boitiers de connexion



1.9. HISTORIQUE DES MESURES ET DIFFICULTES RENCONTREES

Août 2007 Mardi 21 : début de la mission à 10h00 à St Denis. Achat consommables, chargement du matériel dans le véhicule et départ pour St Pierre, arrivé à 19h00.

Mercredi 22 : Recrutement des 3 intérimaires. Début implantation/layonnage PE D=100 et 200 m.

Jeudi 23 : fin implantation/layonnage PE et positionnement GPS.

Vendredi 24 : mesure d'un dispositif D=100 m (35 mesures) + 2 mesures D=200 m.

Samedi 25 : mise en place dispo D=200 m, interrompue par problème de permittage (interdiction de circuler sur la propriété).

Dimanche 26 : implantation/layonnage/positionnement profil PE dans la Ravine des Chèvres pour contourner la propriété interdite.

Lundi 27 : mesuré dispositif 1 D=200 m 46 mesures dont 6 en D=400 m.

Mardi 28 : mesuré dispositif 2 D=200 m dans ravine. 25 mesures dont 4 reprises + 4 mesures en D=400 m.

Mercredi 29 : mesuré dispositif 3 D=200 m, 42 mesures dont 2 en D=400 m, 4 reprises en D=200 m et une reprise en D=400 m.

Jeudi 30 : mesuré dispositif 4 D=100 & 200 m, 39 mesures, 2 reprise en D=200 m, 2 reprises en D=100 m.

Vendredi 31 : dispositif 5 D=100 m. Panne matériel (ELREC6).

Septembre 2007 Samedi 1er : implanté, layonné et positionné profils 2 et 3 multiélectrodes.

Dimanche 2 : implanté et positionné profil 1.

Lundi 3 : mesuré profil 1 + nivellement.

Mardi 4 : mesuré et nivelé profil 2. Terminé layonnage profil 3.

Mercredi 5 : mesuré et nivelé profil 3. Implanté, layonné et positionné profil 4.

Jeudi 6 : mesuré et nivelé profil 4. Implanté, layonné et positionné profil 5. Reçu pièces de rechange pour ELREC6. Réparé ELREC6.

Vendredi 7 : mesuré et nivelé profil 5. Implanté, layonné et positionné profil 6.

Samedi 8 : mesuré et nivelé profil 6. Implanté, positionné, nivelé et mesuré profil 7 (prolongement profil 1). Pneu crevé.

Dimanche 9 : repos.



Lundi 10 : implanté, positionné et layonné profils 1 & 3 rectangle.

Mardi 11 : Implanté, layonné et positionné profils 2, 4 & 5 rectangle.

Mercredi 12 : permittage et mise en place de AB = 3000 m, déroulé 5200 m de câble pour contourner la propriété interdite.

Jeudi 13 : mesurés profils 1, 2, 3 & 4, 3x700 m + 1x1000 m. Réparé AB deux fois dans la matinée.

Vendredi 14 : mesuré profil 5, 800 m. Repli moitié ouest de AB.

Samedi 15 : repli AB. Chargement matériel..

Dimanche 16 : retour sur St Denis.

Lundi 17 : mise en caisse du matériel. Départ pour la métropole.

Total Détail

PE D=100 & 200 mm 10 Implantation / layonnage / positionnement 3

Mesures 6 Stand By 1

Multiélectrode 7 profils de 475m 8 Implantation / layonnage / positionnement 3

Mesures/nivellement 5 Stand By 0

Rectangle AB=3000 m 5.5 Implantation / layonnage / positionnement /

mise en place et repli AB 4

Mesures 1.5 Stand By 0

Voyage/Chargement/déchargement matériel/A-R St Pierre 4

Tableau 1 – Descriptif des unités d'œuvres en jours (8h de travail par jour sont comptées)



2. Résultats

2.1. PANNEAU ELECTRIQUE

L’invasion d'eau salée est caractérisée par un niveau de très faible résistivité. La zone aquifère est identifiée grâce à la connaissance hydrogéologique régionale et à la présence de forage dans le secteur d'étude. Suivant les contrastes mesurés, les variations de résistivités au sein d’un horizon géologique donné peuvent fournir des indications sur la nature des aquifères (eau douce, zone de mélange eau douce – eau salée).

Figure 6 - Log de conductivité électrique de l’eau du forage P11 et conversion en résistivité électrique de l’eau (log réalisé le 7 Mars 2007, origine Office de l'Eau)

Le log de conductivité électrique présenté sur la figure 6 a été effectué dans le forage P11 à l'état naturel (pas de pompage). Il est crépiné de 25.6 à 117 m/sol (de -3.46 à



-94.6 m NGR). Le niveau piézométrique était localisé à 21 m de profondeur lors de la réalisation du forage (1.14 m NGR).

Le log de conductivité électrique mesuré dans le forage P11 est converti en résistivité électrique, inverse de la conductivité (Figure 6). On note une chute de la résistivité à partir de -27m NGR (49.14 m de profondeur), correspondant à une résistivité électrique inférieure à 1 Ohm.m, interprétée comme une interface eau douce / eau salée.

Les faibles valeurs de conductivité observées en-dessous de 70 m NGR ne semblent pas avoir de signification réelle (communication orale, Office de l'Eau). Ce genre d'artéfact est régulièrement observé sur l'ensemble des diagraphies de résistivité réalisées à La Réunion. Seul un log de conductivité en pompage pourrait permettre de lever cette ambiguïté.

Le logiciel utilisé dans l’inversion 2D, Res2dinv, permet de fixer la résistivité dans un voisinage prédéfini. Dans cette étude, la résistivité a été contrainte au voisinage du forage P11 à partir du log de conductivité, jusqu’à 70 m de profondeur. Nous utilisons pour cela une interpolation des valeurs du log (Figure 6) en profondeur :

- De 3 à 15 : 10 Ohm.m,

- De 15 à 27m : 3 Ohm.m

- De 27 à 70 m : 0.9 Ohm.m

On associe également à cette zone un paramètre de régularisation qui gère le degré de liberté laissé durant l’inversion. La valeur choisie pour ce « damping factor » est de 3, ce qui correspond à une contrainte assez forte.

Il faut noter qu’il serait faux d’imposer la valeur de résistivité mesurée en forage sans laisser un degré de liberté, tout simplement car la conductivité de l’eau n’est pas la conductivité de la roche contenant l’eau. La loi d’Archie, loi empirique largement utilisée, qui relie la résistivité r de la roche imbibée d’eau à celle de l’eau w :

mwr a

Cette relation fait intervenir la porosité () et deux coefficients (a et m) empiriques à déterminer. En toute rigueur, la loi d’Archie s’applique à des milieux poreux où domine la conductivité ionique (des ions en solution). Dans un milieu composé de basaltes fracturés alternant avec des paléosols très argileux, il est difficile d’appliquer cette relation.

Cependant, cette relation peut s’écrire sous une forme plus générale à l’aide d’un paramètre unique appelé facteur de formation F :

Fwr /



Ce facteur de formation F peut être expérimentalement mesuré mais, ne disposant pas d’information précise et ne pouvant raisonnablement pas faire l’approximation d’un milieu homogène, nous ne pouvons pas déduire la valeur de la résistivité de la roche directement et avec précision de celle mesurée sur l’eau en forage.

La variation, par contre, est sans équivoque (baisse brutale de la résistivité à l'interface eau douce / eau salée) et c’est cette variation que nous imposons au voisinage du forage P11 lors de l’inversion.

Pour donner un ordre de grandeur (Keller, 1987), le facteur F vaut de 100 à 1000 pour un milieu fracturé et de faible porosité matricielle. Donc, la résistivité de la roche saturée est de 100 à 1000 fois plus résistante que l’eau qui la baigne. Comme la mesure en forage correspond à la conductivité de l’eau, le saut observé de 3 à 1 Ohm.m pour la résistivité de l’eau peut se traduire par un saut de 300 à 100 Ohm.m pour la résistivité du milieu saturé.

Le voisinage du forage P11, qui est soumis à une résistivité contrainte, est fixé à 300 m (rayon de 150 m autour de P11) pour le panneau profond qui utilise des électrodes tous les 100 m (qui est inversé par un modèle avec une maille de 50 ou 100 m de largeur). Ce voisinage est fixé à 20 m autour de P11 pour l’inversion du panneau multi-nodes qui utilise des électrodes tous les 5 m. Dans les deux cas, cela revient à contraindre 2 cellules de part et d’autre du forage P11, jusqu’à 70 m de profondeur.

Le grand profil (inter-électrodes de 100 m) de 3200 m n’est pas parfaitement rectiligne, et la résistivité apparente (Annexe 2 pour la définition) a été recalculée en prenant en compte les vraies positions des électrodes mesurées sur le terrain. L’effet de la topographie est lui pris en compte dans l’inversion.



Figure 7 - Panneau électrique interprété (inter-électrode 100 m) sans contrainte sur la résistivité autour du forage P11

Figure 8 - Panneau électrique (inter-électrode 100 m) avec résistivité contrainte dans un voisinage de 150 m autour du forage P11 jusqu’à 75 m de profondeur superposé aux limites

interprétées d’après l’inversion non contrainte.

Le même set de données a été inversé en utilisant plusieurs réglages et contraintes dans l’inversion. Les résultats sont présentés sur les coupes interprétées figure 7, figure 8 et figure 9. On peut noter les observations suivantes :

- Une partie superficielle peu résistante ≈100 Ohm.m est observée depuis la côte jusqu’au voisinage de P11 et est attribuée à des alluvions très argileuses ou à la salinité des terrains de surface ; tandis que dans la partie plus au nord, la résistivité des terrains de surface apparaît plus élevée > 300 Ohm.m et est attribué à des alluvions moins argileuses (noter que des tufs sont signalés en surface dans F15), elle devient l’anomalie R1 plus au Nord.

- La zone résistante R1 s’épaissit brutalement au voisinage de l’abscisse X=700 m le long du profil et coïncide avec l’interruption du niveau résistant R2 vers le Nord. Cette limite est matérialisée par un trait gras noir en pointillé sur les trois figures. Elle peut être interprétée comme la signature d’une

RMS=4,7%

RMS=4,7%



discontinuité traversant toute la série. Cette discontinuité pourrait correspondre à la bordure d'une paléovallée. Cela dit, comme la résolution de la tomographie ne permet pas d’affirmer l’interruption aussi brutale en profondeur (altitude < 250 m) de la zone R2, cela peut être lié uniquement à la fin de l’extension de l'interface eau douce / eau salée.

- Une zone nettement conductrice (C1) et présentant un pendage vers l’intérieur des terres est interprétée comme une interface eau douce / eau salée-saumâtre. En raison de la résolution de la méthode et de variations lissées par l’inversion, cette zone conductrice est entourée d’une zone moyennement résistante (comme R1) et le calage au forage P11 nous amène à pointer le toit de cette interface sur l’iso-valeur 100 Ohm.m.

- L'interprétation de la zone R2 conserve un caractère hypothétique marqué. Il peut s'agir, soit :

o de laves altérées (présence d'argile) imbibées d'eau douce. La productivité en termes de ressources en eau de telles formations géologiques est discutable.

o de laves saines imbibées d'eau légèrement saumâtre. Cependant, aucun gradient de conductivité décroissante depuis le pôle salé (océan) vers les terres n'est observé sur le profil.

En l'état actuel des connaissances de l'hydrogéologie de l'île de La Réunion, il parait difficile de trancher entre ces deux hypothèses car aucun forage n'a encore atteint des profondeurs supérieures à 300 m à proximité du littoral.

- L’utilisation d’une résistivité contrainte au voisinage de P11 fait apparaître un pendage assez constant d’environ 6% (Figure 8) du toit de la zone identifiée comme étant liée à l'interface eau douce / eau salée.

- L’extension de cette interface eau douce / eau salée-saumâtre, en l’absence de log électrique au voisinage du forage F15, est estimée jusqu’à l’abscisse X=500 m. Cette valeur est à prendre avec précaution, étant donné l’utilisation d’une seule contrainte très localisée au voisinage de P11.

- Le conducteur C2 est en limite de profondeur d’investigation, sa profondeur est très mal contrainte.



Figure 9 - Inversion sans contrainte sur la résistivité autour du forage P11 et avec un inter-électrode de 50 m superposé aux limites interprétées d’après l’inversion non contrainte au pas

de 100 m

La distance inter-électrode fixe la largeur des cellules du maillage utilisées dans l’inversion. L’utilisation d’un inter-électrode de 50 m, impacte nettement le résultat d’inversion (Figure 9).

En réalité, cet inter-électrode est fictif, car le plus petit pas utilisé dans l’acquisition est de 100 m. Il faut noter qu’un inter-électrode de 50 m génère un modèle de 619 cellules et un inter-électrode de 100 m génère un modèle de 221 cellules. Or, comme le jeu de données est composé de 187 mesures, le résultat d’inversion avec 3 fois plus de cellules que de données est très fortement influencé par les paramètres de lissage de l’algorithme. En l’absence d’informations plus précises (mesures au pas de 50 m par exemple) que les mesures effectuées et d’une autre zone contrainte par un log de conductivité (dans la partie centrale par exemple), nous n’avons pas de raison de privilégier un modèle avec 3 fois plus de cellules. C’est donc le modèle avec une taille de cellule de 100 m que nous avons conservé pour l’interprétation.



Résistivité (Ohm.m)

Figure 10 - Inversion des profils multi-nodes P1 et P7 non contrainte (a), P1_et P7 avec contrainte sur P11 (b), zoom sur le panneau électrique (PE) sans contrainte (zoom de la figure

7) (c), zoom sur PE avec contrainte (zoom de la figure 8) (d), zoom sur PE non contrainte (zoom sur la figure 9) (e)

L’embrayage entre les profils haute résolution (inter-électrode de 5m) et le grand panneau électrique est très satisfaisant (Figure 10). Ce panneau superficiel apporte une information plus riche, notamment une couche de quelques mètres d’épaisseur plus conductrice au sein du résistant superficiel.

a)

b)

c)

d)

e)



La remontée du conducteur a proximité de la côte est nettement mieux rendue par les panneaux haute-résolution.

La résistivité étant contrainte ou non au voisinage de P11, les résultats d’inversion sont tous conformes au log mesuré en forage jusqu’à 70 m de profondeur. On remarque que ni le résultat d’inversion avec les mesures multi-node (inter-électrode 5 m) ni le panneau électrique PE (inter-électrode 100 m) ne font apparaître une remontée de la résistivité comme la base de la diagraphie de conductivité. Cette remontée de la résistivité de la diagraphie étant hypothétique, les résultats d’inversion tendent à prouver que cette couche d’eau douce est, si elle existe, peu épaisse et n’est détectée par aucun des dispositifs électriques.

2.2. DISPOSITIF RECTANGLE

Le dispositif rectangle (aussi appelé gradient) consiste à baigner une zone rectangulaire (tiers central entre A et B) dans un champ électrique homogène et constant en l’absence de variations spatiales de résistivités électriques dans le sous-sol (annexe 1 pour plus d’informations).

Avec une distance AB de 3300 m, on peut considérer que la carte de résistivité correspond à une intégration des variations de résistivité dans les premiers 400 m.

Cinq profils de mesures ont été réalisés, subparallèles. Les résistivités apparentes mesurées ont été interpolées dans la zone d’observation (Figure 11). On observe une zone Ouest globalement plus conductrice que la partie Est plus résistante. Il faut tenir compte d’un éventuel effet topographique ou d’une éventuelle variation de la nature des sols dans la zone d’étude.

En effet, le rectangle se localise à la limite de deux formations géologiques différente : des alluvions à l'ouest et des tufs à l'est (Figure 1 et Figure 12). Il est possible que la variation de résistivité puisse correspondre à ce contraste de lithologie.

Il est aussi envisageable de calculer par une surface polynômiale une réponse « régionale » que l’on peut retirer, et ainsi renforcer le contraste entre les variations plus rapides (donc, plus locales). Attention, les valeurs de résistivité apparente ainsi corrigées sont désormais relatives et plus absolues.



Figure 11 - Dispositif rectangle : carte de résistivité apparente (a), calcul d’un régional (b), et carte résiduelle (c).

Figure 12 - Dispositif rectangle sur fond géologique



Les points de mesure dans la zone d’étude devraient être densifiés et la zone cartographiée agrandie afin d’obtenir une information plus riche. Cependant, un axe conducteur (matérialisé par la ligne pointillée bleue sur la Figure 11c) apparaît nettement dans la zone mesurée.

L'indentation mise en évidence par l'Office de l'eau (Folio, 2006) n'a pu être recoupée en raison d'une échelle d'investigation trop faible.

2.3. DISPOSITIF 3D

Cinq profils parallèles de 475m de long et avec un espacement inter-électrode de 5 m ont été réalisés perpendiculairement au trait de côte S (Figure 5). Les profils sont distants de 40 m et l’acquisition des données a été réalisée en utilisant les dispositifs Dipole-Dipole (a = 5, 10, 25 et 50 m jusqu’à N=5) et Wenner-Schlumberger (a=15 jusqu’à 450 m).

Les différents dispositifs de mesures (composés d’un quadripôle de 2 électrodes d’injection A, B et de potentiel M, N) sont sensibles aux variations de résistivité électrique dans le sous-sol (Figure 13). Cependant, ils sont également sensibles latéralement suivant un diagramme en 3D qui suit un axe de symétrie de révolution passant par le profil.

Plus on écarte les électrodes d’injection du courant (A, B), et plus on sonde profondément, mais également, plus on est sensible à des variations latérales (hors profil) situées loin du profil de mesure. La présence de la mer à proximité du profil est traitée par un algorithme qui limite les effets de bord et un dispositif qui maximise la réponse à l’intérieur du profil (la mer est en dehors).

Les 5 profils distants de 40 m peuvent être inversés simultanément, car chaque profil est en partie recouvert par la zone de sensibilité du profil adjacent, surtout dans la partie centrale des profils. En première approximation, l’effet latéral est sensiblement égal à la profondeur d’investigation, soit 0.2*L où L est la distance entre les 2 électrodes les plus éloignées du quadripôle (sur la figure 13, cela correspond à la distance AB pour les dispositifs Wenner et Schlumberger, et BN pour le Dipole-Dipole).

Dans le cas présent, comme seules les mesures en dispositif Wenner Schlumberger permettent de réaliser des mesures stables pour des grands espacements (et donc avec une sensibilité latérale > 40 m), nous avons utilisé seulement les mesures avec ce dispositif pour l’inversion 3D.



Figure 13 – La sensibilité varie en fonction de la position des électrodes (ici, trois dispositifs au-dessus d’un demi-espace)

2.3.1. Inversion 2D des profils

En 2D, les mesures réalisées avec les 2 dispositifs (DD et WS) ont été inversées simultanément. Il sera alors envisageable de comparer les résultats d’inversion 2D profil par profil, avec les profils tirés de l’inversion 3D.



Figure 14 – Localisation géographique des cinq profils multinodes



Figure 15 - Inversion 2D des cinq profils multinodes parallèles n°2 à 6

Sud Nord

Sud Nord

Sud Nord

Sud Nord

Sud Nord

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 470

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 470

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 470

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 470

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 470



2.3.2. Inversion 3D, section verticales XZ

Figure 16 - Sections verticales XZ d’après l’inversion 3D, parallèles aux profils acquis

Sud Nord

Sud Nord

Sud Nord

Sud Nord

Entre les profils n°2 et 3






2.3.3. Inversion 3D, section verticales XY

L’inversion 3D fournit un modèle volumique (« cube ») de distribution de la résistivité électrique. De la même manière que l’on peut extraire des sections parallèles aux profils mesurés, on peut extraire des profils perpendiculaires (Figure 17) ou des coupes à profondeur constante (Figure 18).

Figure 17 - Sections verticales YZ d’après l’inversion 3D, perpendiculaires aux profils acquis

2.3.4. Inversion 3D, sections horizontales

Figure 18 - Sections horizontales XY à différentes profondeurs, entre 8 et 60 m, d’après l’inversion 3D

Sud Nord

Sud Nord



2.3.5. Inversion 3D, iso-surfaces en volume

Figure 19 - Visualisation en 3D de l'interface eau douce / eau salée-saumâtre : surface iso-valeurs 50, 100 et 500 Ohm.m dans le modèle obtenu après inversion 3D.

Le modèle volumique résultat de l’inversion 3D peut être exploré en utilisant des outils surfaciques. Par exemple, sur la Figure 19 sont représentées les surfaces isovaleurs à 50, 100 et 500 Ohm.m. La surface à 50 Ohm.m fournirait une image en 3D de l'interface eau douce / eau salée qui plonge.

Remarque : Sur la figure 19, les axes correspondent à des nœuds des mailles du modèle, et pas à des distances à intervalle fixe. La maille suivant X vaut 5 m, suivant Y 40 m et le pas en Z est variable avec une augmentation vers la profondeur. L’exagération verticale sur cette image en 3D n’est donc pas constante sur cette figure.

0.0

19.4

31.0

46.4

66.7

93.6

129.1

176.1

10.5

4.0

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Profondeur (m)

Distance (m)



3. Synthèse de la méthodologie géophysique électrique

3.1. EXAMEN ET COMPARAISONS DES METHODES

La présente étude géophysique avait pour objectif de tester différents dispositifs récents afin d’établir une méthodologie d’investigation géophysique applicable efficacement dans un tel contexte hydro-morpho-géologique. Pour ce faire, les méthodes dipôle-dipôle, rectangle et multinode ont été appliquées à proximité de la Ravine des Cabris, située au nord-ouest de St-Pierre. Ce site présente l’avantage de recouper la première des études de géophysique électrique réalisées sur le secteur de « Pierrefonds » (Dubreuil, 1984) ainsi que l’étude AMT (Verdier et Stieltjes, 1988).

Figure 20 – Panneau électrique 2007 superposé aux sondages de 1983 et 1989

Dans l’ensemble, les données de résistivité électrique obtenues dans ce secteur au cours du présent projet sont conformes à celles obtenues lors de l’étude de 1984 (Figure 20). Dans les deux cas, le léger plongement d’un conducteur vers l’intérieur des terres ainsi qu’une légère augmentation de sa résistivité dans le même sens sont visibles. Deux points les distinguent toutefois : les résistivités de la partie amont du profil ainsi que l’interprétation du conducteur. La partie NE (amont) du profil de résistivité de l’étude de 1984 est simplement une continuité du profil. En revanche, cette même partie amont du présent profil de résistivité présente une rupture de la résistivité du milieu, ici interprétée comme une potentielle bordure de paléovallée. D’autre part, la présente étude, combinée aux données de diagraphie électrique en forage, suggère que le conducteur représente l'interface eau douce / eau salée-



saumâtre et non des formations volcaniques plus altérées. La légère augmentation de résistivité du conducteur vers le NE appuie cette interprétation envisageant une lente dispersion du sel et son mélange avec l’eau douce.

Les données AMT (Verdier et Stieltjes, 1988) étant moins denses, il est plus délicat de se prononcer. Cependant, dans la zone de recoupement des données, la correspondance des résultats est bonne puisque, dans les deux cas, le conducteur est identifié à une altitude supérieur à -200 m. NGR.

3.2. CAS DES AQUIFÈRES CÔTIERS DE LA RÉUNION

Dans le cadre de la présente étude, certains points doivent être mis en évidence afin de faciliter les éventuelles futures investigations géophysiques en domaine côtier.

1. Il est nécessaire de conserver une résolution correcte dans l'environnement immédiat du littoral. En effet, pour prendre correctement en compte, l’effet de l’océan, il est indispensable de commencer les profils au plus près de la ligne de côte. La réponse du "pôle océan" constitue un élément déterminant pour l'interprétation des profils géophysiques.

2. Les caractéristiques géologiques et hydrogéologiques des grandes unités doivent être connues. La lithologie et la présence d'aquifères constituent les données initiales à toute interprétation géophysique. En effet, en absence de calibrage, les variations de la lithologie (altération, paléosols…) pourraient être interprétées comme des variations de concentration en sel.

3. La présence d'un ouvrage permettant d'échantillonner l'eau souterraine se révèle être un élément majeur. Il est nécessaire de connaître l'ordre de grandeur des variations de concentration attendues. Par exemple, un aquifère contenant 3% d'eau de mer, c'est-à-dire dont l'eau dépasse les normes de potabilité ne sera pas caractérisé par une signature géophysique péremptoire (voir point 4, ci-dessous). De plus, toute connaissance supplémentaire, qu'elle soit locale (diagraphie lithologique, diagraphie de conductivité, diagraphie de productivité…) ou régionale (géophysique, modèle hydrodynamique…) constitue autant d'arguments permettant de préciser l'interprétation géophysique.

4. Dans le cadre de la compréhension des phénomènes de salinisation locaux (concentration en sel faible sur un forage), les méthodes chimiques ou isotopiques, couplées à une étude géologique fine sont plus adaptées que les méthodes géophysiques.



3.3. L’INVESTIGATION GEOPHYSIQUE : UNE APPROCHE "METHODO-LOGIQUE"

La comparaison des méthodes utilisées dans ces diverses études amènent aux questions suivantes, généralement à la base de toute proposition d’investigation géophysique. Il est nécessaire d’y répondre avant toute investigation afin de définir au mieux la ou les méthodes à employer, susceptibles de résoudre au mieux le problème posé. Cette étape indispensable doit être effectuée avec un géophysicien et un hydrogéologue.

a) Quel budget maximal peut être alloué à la prospection souhaitée? b) Sur quelle superficie l’étude ou la prospection est-elle envisagée (400 m², 2500

m², 1 hectare, 1 km², 10 km², etc.)? c) Quelle est la profondeur moyenne de l’objectif (le mur imperméable d’un aquifère

superficiel, un gisement minier, un réservoir d’hydrocarbure, un fluide, une chambre magmatique, etc.) ?

d) Quel type de terrain ou roches doivent être investiguées ? e) Le terrain est-il facilement accessible ou pas (chemins existants, forêts, fortes

pentes, rivières, etc.) ? f) La zone est-elle proche de pollutions électromagnétiques ? g) Quel type d’information est souhaité (résistivité électrique, densité, vitesses,

etc.) ? h) Quelle est la résolution désirée ? Est-il nécessaire d’avoir des informations tous

les 5 m ou tous les 100 m ? i) Quels peuvent être les fluides (et leurs propriétés physiques) en présence

imbibant les roches (eau douce, eau de mer, saumures, hydrocarbures, gaz, fluides géothermiques, etc.) ?

Cette liste non exhaustive permet de dégrossir largement les possibilités initiales d’une étude géophysique. L’ordre des questions n’est pas fixe et peut être ajusté en fonction de chaque étude. Chacune d’elle permet de supprimer des méthodes, dont la mise en œuvre sera rendue complexe (et finalement coûteuse). Par exemple, un terrain très accidenté rendra difficile la pose d’un câble de 500 ou 1000 m. La présence d’une ville limitera l’utilisation des méthodes électromagnétiques utilisant des sources naturelles (AMT, MT, RMT, etc.). Un objectif à 1 km de profondeur dont il faut connaître la résistivité, restreint les investigations possibles à seulement quelques méthodes. S’il est en montagne, il n’en restera qu’une ou deux… le budget ?... il n’en reste qu’une, etc. Appliquée correctement, cette démarche aboutit directement, et en principe, au choix de la méthode la plus adaptée pour l’étude X en question. Le critère de coût s’avère, bien évidemment, être le plus limitatif.



Dans le cas et la région qui nous préoccupent, le grand panneau électrique (dipôle-dipôle) a permis d’apporter, aux moyens du calibrage « diagraphie » une information de résolution intermédiaire, appropriée à l’objectif désiré. Le rectangle ne résout pas précisément la problématique et le dispositif multinode apporte beaucoup d’information sur une petite surface, sachant que le grand panneau suffit à imager la cible, soit l'interface eau douce / eau salée-saumâtre supposée. Enfin, la méthode AMT a malheureusement subi la présence des pollutions électromagnétiques, rendant les sondages parfois complexe à traiter. Enfin, les sondages électriques des études antérieures présentent l’avantage d’être toujours fiables, mais requièrent une longue mise en œuvre.

3.4. AUTRES METHODES ENVISAGEABLES

Les dernières décennies ont vu l’avènement de multiples techniques et dispositifs de géophysiques électriques. Les méthodes électromagnétiques ont également beaucoup progressé, cherchant à s’affranchir des sources naturelles présentant souvent des signaux de faible intensité. Les mesures EM à source contrôlée (type CSAMT) sont donc devenues très employées. Elles nécessitent une source générant un champ EM suffisamment puissant dont on mesure la réponse du terrain.

En raison de leurs hautes conductivités électriques, les intrusions salines constituent des cibles classiques pour les mesures électriques et électromagnétiques (Barker 1990, Goldstein et al., 1990). Depuis les années 70, les sondages électriques verticaux (VES) ont largement été utilisés dans tous les pays pour des prospections hydrogéologiques générales en zones côtières. Dans ces dernières, on rencontre des problèmes d’interprétation des données due à l’empilement de couches de résistivité et d’épaisseur variables. Dans de tels cas, le sondage électrique ne permet pas toujours de résoudre des variations précises de résistivité sur quelques mètres. Par exemple, Lühr (1984) mesura les résistivités suivantes en bordure de la Mer du Nord, dans le nord de l’Allemagne : argiles et silts (milieu saturé d’eau douce : 7-16 Ωm), argiles et silts (milieu saturé d’eau saline : 1-3 Ωm), sable fin (saturé deau douce : 27-70 Ωm), sable moyen à fin (saturé d’eau saline : 3-12 Ωm). Ce cas illustre la réalité et la complexité des intrusions salines, souvent caractérisées par des structures multicouches. En milieu volcanique, rares sont les zones homogènes présentant un biseau salé théorique. Des expériences de panneaux électriques répétés en bordure de mer ont également montré un déphasage temporel existant entre les valeurs mesurées à marée haute et le maximum de conductivité du terrain attendu (Slater et Sandberg, 2000), ce qui pourrait correspondre à la diffusivité de l'aquifère.

Sur l’île volcanique de Teircera, dans les Açores, une étude AMT récente met en évidence un horizon conducteur en profondeur qu’elle attribue à des roches altérées en interaction possible avec une intrusion saline (Monteiro Santos et al., 2006).

Hormis le choix de la technique, de nombreuses études montrent également l’importance du traitement des données acquises, qui se devrait d’être le plus souvent



3D (Rabinovitch, 1995). Malheureusement, les analyses 3D demandent du temps et nécessitent des investissements supplémentaires.

De nombreux développements récents se sont orientés vers les approches pluridisciplinaires, tentant ainsi de joindre les aspects positifs de plusieurs techniques géophysiques afin d’apporter des réponses plus précises aux problèmes posés. Inévitablement plus coûteuses, les résultats et propositions sont généralement mieux contraints. Shtivelman et Goldman (2000) proposent une approche combinant sismique et TDEM permettant de résoudre et contraindre la morphologie des aquifères côtiers ainsi que la position de l'interface eau douce / eau salée. Une autre propose l’utilisation de sondages électriques et sismiques pour déterminer les aquifères contaminés des zones potentiellement exploitables (Choudhury, 2001). Une combinaison de données EM (TDEM) et gravimétriques, calibrées sur un forage, aboutit également à des résultats intéressants (Duque, 2008).

Dans le domaine des méthodes susceptibles d’être aussi performantes, si ce n’est plus, que le panneau électrique, on trouve la CSAMT (audio-magnétotellurique à source contrôlée). Cette méthode, appliquée dans de nombreux autres contextes, telle que la caractérisation de site pour l’entreposage de déchets radioactifs (Unworth et al., 2000), fournit d’excellents résultats. La source contrôlée permet de s’affranchir du bruit électromagnétique local et la gamme de fréquence permet d’investiguer des volumes de terrain importants, jusqu’à plusieurs centaines de mètres de profondeur. Cette méthode a également été appliquée avec succès sur un aquifère côtier, combinée ou non avec de la sismique (Falgas et al., 2005, Falgas et al., 2006).



3.5. QUESTIONS

Quel est le plus petit niveau d’informations géologiques et hydrogéologiques nécessaires préalablement à la mise en œuvre de la méthode panneau électrique pour un résultat attendu significatif à l’échelle régionale ?

En regard des pré-requis à la mise en œuvre de panneaux électriques, dans l’objectif de résultats significatifs, le plus petit niveau d’informations géologiques et hydrogéologiques nécessaires est incontestablement un forage atteignant la cible recherchée. En effet, le forage est la seule source d’informations directes, précises et sûres permettant de calibrer avec exactitude les mesures géophysiques. Il permet notamment la discrimination des ambiguïtés rencontrées dans la présente étude, liées aux formations saturées. Au-delà, les pré-requis n’ont pas de limite. Par exemple, un duo de forages est idéal dans la mesure où une appréciation de la variabilité spatiale des formations volcaniques est attendue. Cette nécessité de sondage s’explique par les variations spatiales de résistivité en terrain volcanique qui ne peuvent, sans cette information capitale du sous-sol, donner lieu à une interprétation univoque.

Quelle serait la meilleure approche multidisciplinaire possible pour atteindre l’objectif de cartographie des intrusions salines à l’échelle régionale ?

La meilleure approche multidisciplinaire pour la cartographie des intrusions salines à l’échelle régionale n’est fixée que par les budgets alloués. Toutefois, ces objectifs pourraient être en majeure partie atteints par le couplage d’au moins deux méthodes géophysiques adaptées aux profondeurs investiguées avec des données de forage, la géologie et l’hydrogéologie du site. Précisément, la mise en œuvre de panneaux électriques calés sur sondages et de l’audio-magnétotellurique à source contrôlée (CSAMT) permettrait de résoudre la distribution des résistivités du milieu côtier. L’utilisation de méthodes électriques et EM permet une validation croisée des résultats et d’assurer le succès d’au moins une méthode. Enfin, la géologie et l’hydrogéologie locale affineraient l’interprétation des résultats. Afin d’obtenir une cartographie précise, indissociable de la compréhension des phénomènes à l’origine de la salinisation1, l’approche hydrogéologique doit être couplée d’une part, à des analyses chimiques (notamment isotope du strontium) et d’autre part à des mesures de terrain (log de conductivité par exemple).

Afin de préciser la structure géologique, les interfaces entre les unités géologiques et la présence de discontinuités, la méthode sismique réflexion pourrait apporter de précieuses informations. Néanmoins, cette méthode axée vers la connaissance de la structure des aquifères, ne fournit pas d’information sur les contrastes de résistivités.

1 Dans le cadre de cette étude, l’influence de l’Océan se matérialise par une géométrie en forme de biseau. Cependant, l’origine de la salinité des aquifères côtiers s’explique souvent par d’autres phénomènes : salinité résiduelle des sols, drainance verticale ascendante ou descendante, influence locale des cours d’eau…



4. Conclusions

L’implantation d’un grand profil électrique de 3200 m de long, « panneau électrique », utilisant le dispositif Dipôle-Dipôle avec des espacements entre électrodes de 100 m permet d’obtenir une profondeur d’investigation de l’ordre de 300 m sur près de 2200 m de long (au centre du profil). Une zone nettement conductrice (C1) et présentant un pendage vers l’intérieur des terres est interprétée comme l'interface eau douce / eau salée. En raison de la résolution de la méthode et de variations lissées par l’inversion, cette zone conductrice est entourée d’une zone moyennement résistante (comme R1) et le calage au forage P11 nous amène à pointer le toit de l'interface eau douce / eau salée sur l’iso-valeur 100 Ohm.m.

Le log électrique en forage sert à la fois à contraindre la tomographie au voisinage du forage P11, mais il sert surtout à détecter la profondeur de l’augmentation de la salinité. Un autre log au milieu du profil permettrait de valider les résultats obtenus dans cette étude.

Le dispositif rectangle est complémentaire aux mesures en grand profil car il permet de cartographier l’extension latérale d’une anomalie de résistivité électrique (conductrice dans le cas de la signature d’une interface eau douce / eau salée). Il faut noter que le dispositif rectangle ne renseigne pas (ou peu) sur la position en profondeur des structures étudiés mais permet d’en cartographier l’extension latérale, tandis que le panneau électrique permet de réaliser une tomographie en profondeur (et donc apporte une information géométrique dans le plan vertical le long du profil).

La profondeur d‘investigation est à peu près constante sur toute la zone d’étude (zone rectangulaire correspondant au tiers central du dispositif) et liée à la distance entre les électrodes d’injection A et B. Avec une distance AB de 3300 m, on peut considérer que la carte de résistivité correspond à une intégration des variations de résistivité dans les premiers 400 m. Dans cette étude, les résultats obtenus avec le dispositif rectangle sont difficiles à relier aux indentations et ce notamment car la zone d’étude est petite (500 m x 1500 m environ) par rapport à la taille de l’indentation (plusieurs km).

La réponse en résistivité apparente apparaît anti-corrélée avec la modélisation de l’extension de l’indentation (il apparaît une zone électriquement plus résistante sur la partie SE du rectangle là où l’indentation est attendue). En calculant un résiduel, il apparaît un linéament conducteur (réponse attendue de l'interface eau douce / eau salée), mais beaucoup plus étroit que l’indentation modélisée. La zone cartographiée devrait être étendue en juxtaposant plusieurs dispositifs rectangles pour pouvoir confirmer cette observation.

Il est théoriquement possible de réaliser une véritable tomographie électrique en 3D, mais il faudrait pour cela réaliser plusieurs panneaux électriques parallèles, suffisamment proches pour que les mesures d’un profil soient influencées par celles du profil adjacent et inverser l’ensemble des profils simultanément. Cela est réalisable à



une échelle de quelques centaines de mètres. Un dispositif 3D a été utilisé en bord de mer et les résultats obtenus en 2D ou 3D sont très cohérents et permettent d’estimer le toit de l'interface eau douce / eau salée avec une grande précision.

Finalement, il ressort de cette étude que le grand panneau électrique (tomographie 2D) est le dispositif qui fournit une résolution (latérale et en profondeur) et une profondeur d’investigation adaptée à l’étude des interfaces eau douce / eau salée avec des conditions de mise en œuvre réalistes au vue des difficultés d’implantation des mesures.

Il est intéressant de mentionner que les méthodes électromagnétiques n’ont pas été employées dans cette étude. Il s’agit des sondages TDEM, Time Domain ElectroMagnetism, et surtout les mesures magnétotelluriques tensorielles qui peuvent être inversées en profil 2D (comme le panneau électrique) jusqu’à des profondeurs de plusieurs centaines de mètres et pour un encombrement en surface réduit (dipôles). Cette méthode utilisant le bruit de fond naturel est néanmoins plus sensible au bruit électromagnétique généré par les lignes électriques et les installations industrielles que les méthodes à source contrôlées comme les mesures électriques (panneau, rectangle, etc.).

Il faut noter que quelque soit la méthode employée, plus le pas de mesure est grand, plus la résolution est faible. Mais des structures de plusieurs kilomètres comme les indentations salines sont tout à fait à portée de la résolution des méthodes d’imagerie électriques.



5. Bibliographie

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Annexe 1

Mesure de la résistivité électrique

Les méthodes électriques sont basées sur l'étude de la diffusion des courants électriques dans le sol.

La méthode électrique en courant continu (cf. Figure 21) consiste à injecter dans le sol un courant électrique d'intensité IAB entre deux électrodes A et B (l'ensemble AB est appelé dipôle d'injection) et à mesurer la différence de potentiel correspondante VMN entre deux électrodes M et N (dipôle de mesure).

MN

A

BIAB

VMN

Figure 21 - Principe de la mesure en courant électrique continu

Les paramètres mesurés sont la résistivité apparente et la polarisation provoquée:

la résistivité apparente est définie par:

a = K . VMN / IAB

avec a en ohm.m, VMN en volt, IAB en ampères et K coefficient géométrique du dispositif d'électrodes:

K = 2/(1/AM-1/BM-1/AN+1/BN)



a est la résistivité du sous-sol homogène et isotrope qui produirait la différence de potentiel VMN. La résistivité apparente dépend des propriétés électriques du sous-sol et de la géométrie du dispositif de mesure.

la polarisation provoquée ou chargeabilité : lorsqu'un courant est injecté

entre les électrodes A et B puis est coupé brutalement, la chute de potentiel n'est pas instantanée, il persiste entre les électrodes M et N un potentiel résiduel qui se dissipe en quelques dixièmes de secondes appelé polarisation induite ou chargeabilité.

Pour simplifier, la polarisation provoquée (PP) est produite par les éléments métalliques (sulfures) contenus dans les roches. La polarisation provoquée est mesurée de la manière suivante (cf. Figure 22):

M = v(t)/ VMN dt

et s'exprime en mV/V.

t1 t2 t i t i+1 t ..... tn tTIME TIME

VMNv(t)

delay time

v(t) : IP decay curveVMN : primary voltage

w i= ti+1

- ti : width of window # i

M i : partial chargeabilityM : total or average chargeability

Mi = ti

ti+1

(v(t) / VMN) (dt / wi)

M = ( i=1

i=n

wi.Mi)/(i=1

i=n

wi)

Figure 22 - Définition de la polarisation provoquée

Ces deux paramètres sont mesurés simultanément. La résistivité apparente met en évidence les formations géologiques qui se différencient par leurs contrastes de résistivité. La polarisation provoquée est utilisée pour la recherche de sulfures disséminés ou de zones d'altération hydrothermale.



Annexe 2

Le dispositif dipôle-dipôle

Le dispositif dipôle-dipôle (cf. Figure 23) utilise un dipôle d'injection AB et un dipôle de mesure MN de même direction et de même longueur D. Pour une position donnée du dipôle d'injection AB, on effectue la mesure en éloignant progressivement le dipôle MN. Cette opération est répétée pour plusieurs positions du dipôle AB. Dans la pratique, la distance entre les deux dipôles AB et MN est un multiple entier n (aussi appelé rang) de la longueur des dipôles D.

Les paramètres mesurés sont représentés sous forme de pseudo-coupes (cf. Figure 23) où chaque mesure est reportée sur la bissectrice à 45° passant par le milieu des segments AB et MN.

Pour des dipôles AB et MN séparés d'une distance nD, un calcul rapide montre que le coefficient géométrique du quadripôle est:

K = n(n+1)(n+2)D

Sur la pseudo-coupe, une ligne horizontale correspond aux mesures réalisées avec un quadripôle à dimension constante (n constant) et représente les variations de résistivité apparente le long du profil à une profondeur d'investigation constante.

Cette représentation est purement conventionnelle, le rang n ne constitue pas une échelle de profondeur. La profondeur d'investigation augmente avec le rang n mais dépend aussi de la résistivité du sol.



Figure 23 - Dispositif dipôle-dipôle et pseudo-coupe

Les pseudo-coupes sont interprétées par inversion simultanée de la résistivité apparente et de la polarisation provoquée avec le logiciel RES2DINV (M.H. LOKE). Ce logiciel est utilisé en configuration éléments finis et comporte des algorithmes de convergence très perfectionnés.

Le logiciel RES2DINV prend en compte la topographie des profils et permet de corriger les effets de relief (anomalies parasites dues aux variations de relief importantes). Le logiciel s’affranchit également de tous les artefacts “ classiques ”, liés au dispositif dipôle-dipôle (à-coups de prises dus aux structures superficielles) et au mode de représentation des pseudo-coupes (“chapeaux chinois”, branches inclinées à 45°).

Les résultats de l’inversion sont présentés sous forme de coupe-profondeur de résistivité ou de polarisation provoquée vraie.

Cette interprétation par inversion fournit des informations quantitatives permettant de caractériser l’origine des différentes anomalies mises en évidence : caractéristiques électriques (résistivité et chargeabilité vraies), géométrie et profondeur, pendage.

Même si la précision et la stabilité des inversions sont optimisées par des algorithmes de convergence très performants, en l’absence d’étalonnage (résistivité et chargeabilité mesurées sur échantillons, profondeur des interfaces géoélectriques) les paramètres géométriques fournis par l’inversion des pseudo-coupes peuvent varier, en théorie, dans une fourchette comprise entre 10 et 20%.

La Figure 24 montre un exemple de coupes interprétées de résistivité et de chargeabilité.



-80-60-40-20

020406080

100120140160180200220

Ele

vatio

n (m

)

1345013500

1355013600

13650 1370013750

1380013850

1390013950

1400014050

14100 14150 14200 14250 1430014350

IP

-80-60-40-20

020406080

100120140160180200220

Ele

vatio

n (m

)

13450

13500

13550

1360013650 13700

1375013800

1385013900

1395014000

1405014100 14150 14200 14250 14300

14350

Resistivity

0 25 50 75 100125150200250300400500700100015002000250030004000500060008000

Colour scale ( .m)low resistivity high resistivity

2.55.07.510.012.515.017.520.022.525.027.530.032.535.037.540.042.545.047.550.052.555.057.560.0

Colour scale (°/°°)low IP high IP

W E13300 13400 13500 13600 13700 13800 13900 14000 14100 14200 14300 14400 14500

Resistivity

n=1

n=2

n=3

n=4

n=5

n=6

n=7

13300 13400 13500 13600 13700 13800 13900 14000 14100 14200 14300 14400 14500

IP

n=1

n=2

n=3

n=4

n=5

n=6

n=7

m

Scale

0 50 100 150 200

(a) pseudo-sections (b) interpreted sections

Figure 24 - Exemple de pseudo-coupes interprétées par inversion



Annexe 3

Paramètres d’inversion

Inversion 2D

Les valeurs des paramètres généraux maintenus constants dans les inversions 2D sont les suivantes: INITIAL DAMPING FACTOR 0.200

MINIMUM DAMPING FACTOR 0.030

VERTICAL TO HORIZONTAL FILTER RATIO 0.30

Flatness filter is directly used on model parameters.

Jacobian matrix is estimated by quasi-Newton method.

Finest mesh used.

Factor to increase damping factor with depth is 1.20

Damping factor is optimised for each iteration

Normal least-sqaures constrain used on data

Normal least-squares constrain used on model

Finite-element method was used in forward modelling.

Logarithm of apparent resistivity values used as inversion parameter.

No limit imposed on range of model resistivity values

Effect of side blocks is severely reduced

Relative change in RMS error for convergence is 0.5000

Minimum change in RMS error for line search is 0.5000

Ratio of maximum number of model blocks to data points 30.00

Factor to increase model depth range is 1.00

Position of electrodes are not rounded to nearest unit electrode spacing.

Position of electrodes for dipole-dipole array are automatically switched

Recalculation of Jacobian matrix is not restarted in quasi-Newton steps.

Standard Gauss-Newton inversion method used

Width of model cells is 0.50 times the unit electrode spacing

Number of nodes between adjacent electrodes is 4



Inversion 3D

Les valeurs des paramètres généraux maintenus constants dans les inversions 3D sont les suivantes: Inversion settings

Initial damping factor is 0.1500

Minimum damping factor is 0.0100

Line search option is 1

Convergence limit is 0.1000

Minimum change in RMS error is 0.2000

Number of iterations is 6

Number of iterations to recalculate Jacobian matrix is 3

Vertical to horizontal flatness filter ratio is 0.5000

X horizontal flatness filter weight is 1.0000

Y horizontal flatness filter weight is 1.0000

Flatness filter weight for half-size layers is1.0000

Number of nodes between adjacent electrodes is 2

Normalise potentials is 1

Flatness filter type, Include smoothing of model resistivity is 1

Increase of damping factor with depth is 1.1000

Type of topographical modelling is 0

Factor for damped topography model is 0.50

Type of topography trend removal is 0

Robust data constrain? 0

Cutoff factor for data constrain 0.0500

Robust model constrain? 0

Cutoff factor for model constrain is 0.0100

Reduce effect of side blocks? 0

Optimise damping factor? 1

Thickness of first layer 0.6750

Factor to increase thickness layer with depth 1.1500

Number of half-size layers 0

Divide half-size layers vertically (1=YES,0=NO) 0



Factor to increase model depth range 1.00

USE FINITE ELEMENT METHOD (YES=1,NO=0) 0

RMS CONVERGENCE LIMIT (IN PERCENT) 5.000

USE LOGARITHM OF APPARENT RESISTIVITY (0=LOG OF APP. RESIS., 1=RESISTANCE, 2=APP. RESIS.) 0

TYPE OF IP INVERSION METHOD (0=CONCURRENT,1=SEQUENTIAL) 0

PROCEED AUTOMATICALLY FOR SEQUENTIAL METHOD (1=YES,0=NO) 0

IP DAMPING FACTOR 0.250

USE AUTOMATIC IP DAMPING FACTOR (YES=1,NO=0) 0

CUTOFF FACTOR FOR LOW POTENTIALS (0.0005 to 0.02) 0.00333

LIMIT RESISTIVITY VALUES(0=No,1=Yes) 1

Upper limit factor (10-50) 500.000

Lower limit factor (0.02 to 0.1) 0.100

Type of reference resistivity (0=average,1=first iteration) 0

Type of optimisation method (0=Gauss-Newton,2=Incomplete GN) 0

Convergence limit for Incomplete Gauss-Newton method 0.011

Use data compression with Incomplete Gauss-Newton (0=No,1=Yes) 0

Use reference model in inversion (0=No,1=Yes) 0

Damping factor for reference model 0.01000

Type of initial model (0=Homogeneous,1=approx.inverse) 1

Time-lapse inversion constrain 0

Type of time-lapse inversion method 0

Type of time reference model,0=first,1=preceding 0



Annexe 4

Documents de la BSS


BR

GM

/RP-56612-FR

– Rapport final

65

1228-8X-0065/F15

Centre scientifique et technique

3, avenue Claude-Guillemin BP 36009

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