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Cours tomographie électrique avril 2003 TOMOGRAPHIE ÉLECTRIQUE EN GÉNIE ET EN ENVIRONNEMENT par Michel Chouteau et Erwan Gloaguen.

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1 Cours tomographie électrique avril 2003 TOMOGRAPHIE ÉLECTRIQUE EN GÉNIE ET EN ENVIRONNEMENT par Michel Chouteau et Erwan Gloaguen

2 Cours tomographie électrique Avril 2003 Principes de la méthode de résistivité DC Définitions La loi dOhm La distribution des lignes de courant et des équipotentielles pour un dipôle dinjection La mesure de la résistivité apparente Pénétration en fonction de lécartement des électrodes de courant Dispositifs communément utilisés Modes de mesure : profilage et sondages

3 Cours tomographie électrique Avril 2003 Définitions - La conductivité électrique (et son inverse la résistivité électrique) représente la capacité de la matière à mettre en mouvement les charges libres sous l'action d'un champ électrique. -La permittivité électrique caractérise la redistribution locale des charges liées sous l'action d'un champ électrique.

4 Cours tomographie électrique Avril 2003 La loi dOhm La loi dOhm: V = R.I La résistance R dépend de la géométrie du matériau; pour une cylindre de section A et de longueur L, = R.A/L Où est la résistivité du matériau batterie ampèremètre

5 Cours tomographie électrique Avril 2003 Distribution des lignes de courant et équipotentielles (dipôle dinjection) Lignes de courant et équipotentielles Le courant circule dans le sol dune électrode de courant à lautre. La densité de courant est plus forte près de la surface quen profondeur Ligne de courant% de courant

6 Cours tomographie électrique Avril 2003 Résistivité apparente -La résistivité apparente est la valeur de résistivité obtenue sur le terrain. -Elle résulte de la contribution volumique de toutes parcelles du milieu traversé par le courant émis en fonction de la distance à la source. -Si le sol est homogène la résistivité apparente est égale à la résistivité intrinsèque.

7 Cours tomographie électrique Avril 2003 Mesure de la résistivité apparente Profondeur (m) Pour mesurer la résistivité du sol, on utilise un quadripôle, formé dun dipôle dinjection de courant et dun dipôle pour la mesure de la différence de potentiel V

8 Cours tomographie électrique Avril 2003 Pénétration en fonction de lécartement des électrodes de courant 50 % de tout le courant circule sur une profondeur inférieure à la séparation des électrodes. Pour augmenter la pénétration, on augmente la séparation des électrodes Espacement = 10 m Profondeur (m) Espacement = 50 m Profondeur (m)

9 Cours tomographie électrique Avril 2003 Dispositifs communément utilisés Dispositif Wenner Dispositif Wenner: Cest un quadripôle avec une distance identique entre les électrodes. Le dipôle de mesure de tension est au centre.

10 Cours tomographie électrique Avril 2003 Sensibilité des dispositifs

11 Cours tomographie électrique Avril 2003 Dispositifs et avantages Le dispositif Wenner Le dispositif Wenner : recommandé pour les structures horizontales. profondeur d'investigation plus faible que celle du Dipôle-Dipôle et du Wenner-Schlumberger le nombre de points à l'acquisition est inférieur à celui du Dipôle-Dipôle et du Wenner-Schlumberger; cet effet se fait surtout sentir sur les bords Le dispositif Wenner-Schlumberger : Le dispositif Wenner-Schlumberger : recommandé à la fois pour les structures horizontales et verticales. profondeur d'investigation est d'environ 10 % plus élevée qu'avec le Wenner le nombre de points à l'acquisition est plus grand que pour le Wenner mais inférieur à celui du Dipôle- Dipôle Le dispositif Dipôle-Dipôle : Le dispositif Dipôle-Dipôle : recommandé surtout pour les structures verticales. profondeur d'investigation plus grande que pour le Wenner et Wenner-Schlumberger le nombre de points à l'acquisition est plus grand que pour le Wenner et le Wenner-Schlumberger nécessite des appareils sensibles et un bon couplage des électrodes avec le sol peut être utilisé pour de la 3D seulement pour des grilles de 12 x 12 électrodes

12 Cours tomographie électrique Avril 2003 Dispositifs et avantages Le dispositif Pôle-Dipôle : Le dispositif Pôle-Dipôle : dispositif asymétriques pouvant créer des artéfacts profondeur d'investigation intermédiaire entre le Dipôle-Dipôle et le Pôle-Pôle sensible au bruit nécessité de mettre une électrode à l'infini Le dispositif Pôle-Pôle : Le dispositif Pôle-Pôle : profondeur d'investigation la plus profonde faible résolution nécessité de mettre deux électrodes à l'infini très sensible au bruit surtout utile en 3D, car grand nombre de points à l'acquisition

13 Cours tomographie électrique Avril 2003 Dispositifs

14 Cours tomographie électrique Avril 2003 Conseils pratiques -En présence d'un terrain bruité et sans aucune connaissance préalable de la géométrie du corps à étudier, utiliser de préférence un dispositif Wenner- Schlumberger. Ce dispositif peut à la fois être utilisé en recherche géologique à grande échelle, en hydrogéologie, en génie-civil, en archéologie et pour des problèmes d'environnement. -Si l'on recherche des structures verticales dans une zone qui n'est pas trop bruitée, avec un résistivimètre est assez sensible et un bon contact avec le sol, il est recommandé d'utiliser un dispositif Dipôle-Dipôle. Ce dispositif peut par exemple convenir en archéologie, en géophysique minière et en génie-civil. -Lorsqu'il s'agit de mettre en évidence des structures horizontales, si votre terrain n'est pas trop bruité et que vous disposez de peu de temps, utiliser un dispositif Wenner. Enfin, en 3D, utiliser un dispositif pôle-pôle ou Dipôle-Dipôle.

15 Cours tomographie électrique Avril 2003 Modes de mesure : profilage et sondage Profilage Sondage Profondeur (m) Espacement = 10 mEspacement = 25 m Espacement = 50 mEspacement = 75 m

16 Cours tomographie électrique Avril 2003 Coup-de-prise Voici le profil de résistivité apparente quon obtiendrait perpendiculairement à un contact vertical entre deux terrains de résistivité différente avec un AB très grand et un MN infiniment petit. Dans la pratique, les dimensions de AB et MN sont finies et l'allure de la courbe des résistivité apparentes se complique par des variations brusques que l'on appelle des à-coups de prise.

17 Cours tomographie électrique Avril 2003 Sondage Courbe de sondage Sondage Profondeur (m) Espacement = 10 mEspacement = 25 m Espacement = 50 mEspacement = 75 m Couches 50 Ω.m sur 250 Ω.m Espacement (m) Résistivité apparente (Ω.m)

18 Cours tomographie électrique Avril 2003 Resistivités des matériaux les plus communs

19 Cours tomographie électrique Avril 2003 Tomographie de résistivité (TR) Profilage et sondage simultanés Représentation : pseudo-section Image du modèle de résistivité : inversion des mesures

20 Cours tomographie électrique Avril 2003 Profilage et sondage simultanés Wenner

21 Cours tomographie électrique Avril 2003 PROCÉDURE DE TERRAIN

22 Cours tomographie électrique Avril 2003 PROCÉDURE DE TERRAIN: ROLL-ALONG

23 Cours tomographie électrique Avril 2003 Représentation : la pseudo- section Résistivité apparente observée Les données mesurées a sont présentées en sections de contour ou de couleur. Laxe vertical est une pseudo-profondeur proportionnelle à lécartement des électrodes. La mesure est reportée au point: dabscisse = milieu du dispositif utilisé dordonnée = pseudo-profondeur.

24 Cours tomographie électrique Avril 2003 CONSTRUCTION DE LA PSEUDO-SECTION

25 Cours tomographie électrique Avril 2003 Image du modèle de résistivité: inversion des mesures Données observées Données calculées à partir du modèle final (res2dinv (Loke,1993)) Modèle final Modèle de dalle

26 Cours tomographie électrique Avril 2003 MAILLAGE DUN MODÈLE

27 Cours tomographie électrique Avril 2003 MAILLAGE DUN MODÈLE

28 Cours tomographie électrique Avril 2003 PSEUDO-SECTIONS DUN BLOC

29 Cours tomographie électrique Avril 2003 PLAQUE HORIZONTALE EN DIPÔLE-DIPÔLE

30 Cours tomographie électrique Avril 2003 PLAQUE HORIZONTALE EN SCHLUMBERGER

31 Cours tomographie électrique Avril 2003 PLAQUE HORIZONTALE EN WENNER

32 Cours tomographie électrique Avril 2003 DYKE EN DIPÔLE-DIPÔLE

33 Cours tomographie électrique Avril 2003 DYKE EN SCHLUMBERGER

34 Cours tomographie électrique Avril 2003 DEUX BLOCS EN DIPÔLE-DIPÔLE

35 Cours tomographie électrique Avril 2003 CONTACT

36 Cours tomographie électrique Avril 2003 CAS 1

37 Cours tomographie électrique Avril 2003 CAS 2: DYKE

38 Cours tomographie électrique Avril 2003 CAS 3: CONTAMINATION

39 Cours tomographie électrique Avril 2003 CAS 4: MONITORING (INFILTRATION)

40 Cours tomographie électrique Avril 2003 CORRECTION TOPOGRAPHIQUE

41 Cours tomographie électrique Avril 2003 La résistivité du béton Fonction de plusieurs paramètres Recommandations du RILEM

42 Cours tomographie électrique Avril 2003 FACTEURS AFFECTANT LA QUALITÉ DU BÉTON Composition Sels déglaçants Fissures Défauts internes Armatures: fissuration délamination Support inadéquat de la fondation granulaire armature Fissuration Écaillage Délamination

43 Cours tomographie électrique Avril 2003 Résistivité de quelques matériaux matériaumin-maxtypique béton Ω.m300 Ω.m acier Ω.m10 -7 Ω.m eau (douce) Ω.m100 Ω.m eau (sel) 0, Ω.m5 Ω.m air Ω.m asphalte Ω.m5 000 Ω.m

44 Cours tomographie électrique Avril 2003 Résistivité du béton et taux de corrosion ( RILEM TC154-EMC) Résistivité (Ω.m)Risque de corrosion <100élevé modéré faible >1000négligeable

45 Cours tomographie électrique Avril 2003 RÉSISTIVITÉ FONCTION DU TEMPS ET DE LA COMPOSITION Bon Mauvais Bon: 30 MPa (e/c: 0.46) Mauvais: 15 MPa (e/c: 0.80)

46 Cours tomographie électrique Avril 2003 Principes dapplication de la TR à la caractérisation du béton dalle de béton et armatures sels déglaçants fissures défauts épaisseur de lasphalte

47 Cours tomographie électrique Avril 2003 Épaisseur de la dalle et armatures Air Béton armatures

48 Cours tomographie électrique Avril 2003 Modèle (2 niveaux darmatures) Image obtenue par inversion 3D Log Log

49 Cours tomographie électrique Avril 2003 Coupes horizontales de limage 3D Log Log

50 Cours tomographie électrique Avril 2003 Défaut (vide) dans la dalle de béton

51 Cours tomographie électrique Avril 2003

52 Cours tomographie électrique Avril 2003 cavité Image du défaut

53 Cours tomographie électrique Avril 2003 Fissures

54 Cours tomographie électrique Avril 2003 Épaisseur de lasphalte

55 Cours tomographie électrique Avril 2003 Problèmes dapplication; solutions Problèmes: Très lent si contact des électrodes et courant quasi-DC Carbonatation Présence dasphalte ou de membrane Solutions: Système électrostatique couplé capacitivement

56 Cours tomographie électrique Avril 2003 Dispositifs mobiles: Train de dipôles électrostatiques Utilisant des dipôles couplés capacitivement au sol courant AC (~100 KHz) Utilisant des dipôles couplés capacitivement au sol courant AC (~100 KHz) Approximation statique valide pour L 2 f/r <<10 5 Approximation statique valide pour L 2 f/r <<10 5 Respecté pour L<2m et f<1MHz Comparaison directe avec la résistivité DC Comparaison directe avec la résistivité DC

57 Cours tomographie électrique Avril 2003 Dispositif mobile: train de dipôles en ligne ou équatorial MRU-MRP (CNRS-LGA)

58 Cours tomographie électrique Avril 2003 Ohmmapper (Geometrics) CORIM (IRIS)

59 Cours tomographie électrique Avril 2003 Équipements disponibles, coûts Systèmes multi-électrodes statiques: ABEM (Suède), Scintrex (Canada), IRIS (France), AGI (U.S.A.) Systèmes de mesures en continu: IRIS: CORIM LAGA: MUCEP GEOMETRICS: OhmMapper Coûts des levés: à spécifier

60 Cours tomographie électrique Avril 2003

61 Cours tomographie électrique Avril 2003

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