Memoire Online - étude de l’invasion saline dans l’aquifère côtier du quaternaire. Application de l'électromagnétisme en domaine temporel (TDEM) sur un site test à Togbin.

Les méthodes de sondage électromagnétique en général visent à déterminer les distributions de la conductivité (ou, inversement de la résistivité) des sols et du sous-sol en fonction de la profondeur (Descloitres, 1998). En général il existe des méthodes qui utilisent des champs électromagnétiques naturels comme source et d'autres qui sont à source contrôlée, dont fait partie la méthode TDEM (Time Domain Electromagnetic).

Une des premières tentatives est apparue aux USA dans les années 30 sans succès. C'est un peu plus tard dans les années 50 à 60 que l'école russe a développé une technologie appliquée aux sondages profonds. Ensuite l'industrie minière s'est emparée de cette méthode aux USA et au Canada pour la prospection de corps conducteurs profonds. Plus récemment durant les années 70 les avancées en électronique ont permis l'avènement de nouveaux appareillages.

Etude de l'invasion saline dans l'aquifère côtier du quaternaire : Application de l'électromagnétisme en domaine

Pour l'hydrogéologie, Fitterman et Stewart (1986) ont été les premiers à évaluer les possibilités de la méthode dans ce domaine. Ils ont montré par des calculs directs de réponse de structures simples, les possibilités de détection dans les cas suivants : zones de graviers sur bedrock, lentilles de sables et biseau salé. Fitterman a utilisé le TDEM pour quantifier les ressources en eau souterraine dans le bassin du Michigan et a repéré des zones d'eau minéralisées impropres à la consommation jusqu'à des profondeurs de 350m. Aussi, Goldman et al (1988,1991) ont cartographié l'extension et la profondeur du toit du biseau salé sur la plaine côtière d'Israël avec une confirmation de la résolution de la méthode après comparaison des résultats avec les forages existants.

2.2.1.- Principe général et dispositifs

Le TDEM est constitué d'un appareil et d'un câble d'injection de dimension souhaitée faisant office d'émetteur (et dans certains cas, comme le notre, de récepteur) à travers lequel ont fait circuler du courant continu qu'on coupe brusquement. Grâce à la force électromotrice (fem), induite par la coupure brusque du courant dans la boucle d'émission (câble de courant), des courants induits (courants de Foucault) sont immédiatement générés dans le sol après la coupure. Ces courants circulent avec une géométrie similaire à celle qui leur a donné naissance. Nabighian et Mac Nae (1991 in Descloitres, 1998) ont montré que le maximum de densité de courant s'éloigne du centre de la boucle à la foi en distance latérale, mais aussi en profondeur lorsque le temps augmente. La décroissance rapide de l'amplitude de ces courants génère un nouveau champ magnétique secondaire qui est mesuré en surface avec l'aide d'un récepteur (Fig. 9), constitué soit du même câble que l'émetteur (notre cas), soit d'une bobine spéciale placée au centre ou sur les cotés.

La période de mesure est choisie selon les profondeurs d'investigation souhaitées. Les mesures du signal du champ secondaire sont effectuées selon

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des fenêtres de temps ouvertes de façon séquentielle une fois que le courant est coupé (Fig. 10). Le signal (amplitude du champ magnétique secondaire en fonction du temps après la coupure du courant) peut être traduit par une courbe de sondage (Fig. 12) reliant la résistivité apparente (en ordonnée) au temps (en abscisse) de façon analogue aux sondages électriques à courant continu. A partir de cette courbe, on obtient des coupes, des profils et des cartes de résistivité.

Le dispositif est très souvent constitué de boucles carrées de dimensions fixées en fonction de la profondeur d'investigation souhaitée. Nous pouvons avoir plusieurs dispositifs. A savoir : (1) Dispositif coïncident : la même boucle émettrice est également réceptrice (grande surface de réception, signal du champ secondaire amplifié) mais déconseillé si le sol sous le câble est magnétique. C'est ce dispositif qui est utilisé dans cette étude car les sables ne sont pas magnétiques. (2) Dispositif à boucle centrée : la boucle réceptrice est différente de la boucle émettrice et est située au centre de la boucle émettrice (effets magnétiques absents). (3) Dispositif à boucle excentrée : même configuration que le dispositif précédent à la seule différence que la boucle réceptrice est située à l'extérieur de la boucle émettrice (atténuation des effets de polarisation).

En effet, plus la mesure est longue, plus elle concerne des circulations de courants induits plus profonds. Cela est cependant limité, car le signal décroit avec le temps, et fini par rejoindre le bruit électromagnétique ambiant. Pour différer le temps où le sondage se termine, il faut augmenter soit, le courant d'injection, soit la surface de l'émetteur, soit les deux. Ainsi, « approfondir » le sondage réclame souvent un appareillage plus puissant et/ou des boucles plus grandes.

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a : longueur du côté de la boucle émettrice (m) P0 : perméabilité magnétique dans le vide (H/m) t : temps après la coupure (s) v : voltage mesuré au temps t (V) I : courant injecté (A)

Sr : surface du

récepteur (m²)

Cette formule

permet d'obtenir la résistivité apparente à partir du voltage V mesuré en fonction du temps t.

Temps à partir duquel on n'obtient plus d'information fiables, en dessous du niveau de bruit magnétique (source d'erreur sur les mesures).

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2.2.- La méthode géophysique TDEM

2.2.1.- Principe général et dispositifs