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1 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Comment ça marche? Principe de la prospection par injection de courant continu (DC) Principe de la prospection.

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1 1 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Comment ça marche? Principe de la prospection par injection de courant continu (DC) Principe de la prospection par polarisation spontanée (PS) Conductivité électrique et eaux dans les milieux poreux Méthode : dispositifs utilisés en tomographie électrique (DC) Choix des cycles dinjection Choix des dispositifs Calcul directs et abaques Méthode : dispositifs de mesure PS Imagerie et Interprétation Pseudo-section (DC) Inversion de la conductivité électrique (via DC) Inversion de la conductivité hydraulique (via PS) Inversion du contenu en eau Présentation de cas Caractérisation dun système karstique (Szalai et al.) Suivi de contaminants (Dhu & Heinson) Suivi dinfiltration/irrigation (al Hagrey et al.) Suivi dessais de pompage (Darnet et al)... Suivi du bassin versant de la Soutte (Béhaegel et al)... Prospections électriques DC et PS (Pascal Sailhac - IPGS, équipe Proche Surface)

2 2 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Comment ça marche? Principe (loi dOhm) Loi dOhm :, soit On utilise la résistivité ( ), doù : R est la résistance dun circuit équivalent au volume du sous-sol traversé par le courant [.m -1 ] est celle dun élément de circuit de longueur et de section Prospection DC

3 3 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Similitude des principes physiques : loi dOhm - loi de Darcy Flux Loi de Conservation Modélisation Hydro Modélisation Elec Comment ça marche? Principe (diffusion) Milieu poreux Q1Q1 Prospection DC

4 4 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Comment ça marche? Principe (valeurs de résistivité) Conductivité du fluide très grande devant celle de la matrice poreuse Loi dArchie (1942) (al Hagrey et al., 2002 / The Leading Edge) S est la teneur volumique en eau, ou la saturation effective Prospection DC

5 5 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Comment ça marche? Principe (valeurs de résistivité) Loi dArchie (1942) Waxman-Smits (1968) Prospection DC

6 6 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Comment ça marche?Principe (valeurs de résistivité) Keller & Frischknecht (1966) + Rôle de la température, des ions, … (LaBrecque et al., 1996 / Meas. Sci. Techno.) Prospection DC

7 7 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Comment ça marche? Principe (ordres de grandeur) Prospection DC

8 8 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Comment ça marche? Principe (Mesure passive) Prospection PS x V Données de potentiel spontané (PS) Mesurés près de la Surface Modèles de Circulation en profondeur

9 9 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Similitude des principes physiques : loi dOhm - loi de Darcy Flux Loi de Conservation Modélisation Hydro Modélisation Elec Comment ça marche? Principe (Couplage EK) Milieu poreux Q1Q1 Prospection PS Couplage électrocinétique (EK / electrokinetic) : conservation du courant total

10 10 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Méthode : dispositifs utilisés en tomographie électrique Wenner Potentiel produit par chaque électrode dinjection : Potentiel produit par en P par un courant entre C1 et C2 : Prospection DC

11 11 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Méthode : dispositifs utilisés en tomographie électrique Wenner Prospection DC

12 12 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Méthode : dispositifs utilisés en tomographie électrique Wenner Calcul de lignes de courant : Prospection DC

13 13 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Méthode : dispositifs utilisés en tomographie électrique Wenner Prospection DC

14 14 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Méthode : dispositifs utilisés en tomographie électrique Wenner Mesures entre P1 et P2 du courant en C1 et C2 : Wenner = inter-électrodes constant (P1P2=a et C1C2=3a) : => Resistivité apparente en config. Wenner : Prospection DC

15 15 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Méthode : dispositifs utilisés en tomographie électrique Wenner Prospection DC

16 16 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Méthode : dispositifs utilisés en tomographie électrique Prospection DC

17 17 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Méthode : dispositifs utilisés en tomographie électrique Null-Arrays (Szalai et al., 2002, Geophysics) Prospection DC

18 18 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Méthode : dispositifs utilisés en tomographie électrique Null-Arrays (Szalai et al., 2002, Geophysics) Prospection DC

19 19 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Méthode : dispositifs de mesures PS Prospection PS 10 cm 80 cm time-lapse mapping Limit = 25.5mV min mV continuous monitoring Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 pendant des jours ou des mois

20 20 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 courant La magnétosphère vent solaire cornet polaire champ magnétique interplanétaire courant coté nuit lobe manteau courant coté jour magnétopause courant courants alignés zone aurorale ionosphère plasmasphère couche de plasma Méthode : attention ! Bruits EM Prospections DC et PS

21 21 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Imagerie et interprétation Inversion (GIF) Modèle = résistivités : Données = résistivités apparentes : « Misfit » des données : Fonction « objective » : Prospection DC

22 22 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Imagerie et interprétation Inversion (GIF) Model synthétiqueDonnées avec bruit 5% 1. Prospection DC

23 23 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Imagerie et interprétation Inversion (GIF) Model synthétiqueDonnées avec bruit 5% 2. Prospection DC

24 24 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Imagerie et interprétation Inversion (GIF) Model synthétiqueDonnées avec bruit 5% 3. Prospection DC

25 25 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Imagerie et interprétation Inversion (GIF) Model synthétiqueDonnées avec bruit 5% 4. Prospection DC

26 26 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Imagerie et interprétation Inversion (GIF) Model synthétiqueDonnées avec bruit 5% 5. Prospection DC

27 27 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Imagerie et interprétation Inversion (GIF) Model synthétiqueDonnées avec bruit 5% 6. Prospection DC

28 28 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006

29 29 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Q/K = 80 ± 10 m² Z = 22 ± 0.5 m C = -1.5 mV/m W = 1 W = 0.5 W = 0 Genetic algorithm and pumping test application Use full inverse modelling including pumping and soil parameters C, Q/K,… (Darnet et al 2003 / GRL) Imagerie et interprétation inversion Prospection PS

30 30 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Principe & application to Hydrothermal circulation at Etna volcano STUDIED AREA Inversion by adjusting a power law (linear least-squares in log-log) SP wavelet transform Scales a (in m) PS (in mV) Measures (in mV) Position x (in m) depth = 3 to 18 m intensity = 2400 mV/m flux ~ 0.1 m 3 /h log(|W c 2 |/a 2 ) Best Depth z0z0 =-3 Deviation log(a+z 0 ) with z 0 =6.5 m Imagerie et interprétation Inversion par ondelettes (Sailhac & Marquis 2001 / GRL) Prospection PS

31 31 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Suivi dinfiltration/irrigation Oliveraie en Italie (al Hagrey et al., 2002 / The Leading Edge)

32 32 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Suivi dinfiltration/irrigation Oliveraie en Italie (al Hagrey et al., 2002 / The Leading Edge)

33 33 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Corey-Brooks Target parameters: Van Genuchten Gardner Russo Target Processes: Infiltration, Aquifer recharge, capillary fingering, etc. Infiltration = Diffusion of water (Richards Equation): Champ électrique Paramètres du sol non saturé

34 34 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Continuous & time-lapse Measurement at La Soutte Weather Station + SP & Temperature thèse de M. Béhaegel, IPGS Experimental site of La Soutte (Les Vosges Mountains) Suivi dun bassin versant La Soutte - Vosges

35 35 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Ehn river source small sources F06 F08 F thèse de M. Béhaegel, IPGS Experimental site of La Soutte (Les Vosges Mountains) Suivi dun bassin versant La Soutte - Vosges

36 36 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 BaseRef B6 B5 C6 C5 C4 C3 D4 D3 D2 E6 E5 E4 E3 F4 F3 G4 G3 B4 D6 D5 BaseRef B6 B5 C6 C5 C4 C3 D4 D3 D2 E6 E5 E4 E3 F4 F3 G4 G3 B4 D6 D5 at 2 m depth at 12 m depth m B4C4D4E4F4G4H4 Electric Resistivity Tomography at La Soutte thèse de M. Béhaegel, IPGS Suivi dun bassin versant La Soutte - Vosges

37 37 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Self-Potential and ERT along a profile: joint flow model ERT and SP profile at La Soutte (mS/m) thèse de M. Béhaegel, IPGS Suivi dun bassin versant La Soutte - Vosges

38 38 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 SP gradient, in mV/m ( Darcy velocity) SP map, in mV m 10 cm SP Map at La Soutte Limit = 25.5mV min mV thèse de M. Béhaegel, IPGS Suivi dun bassin versant La Soutte - Vosges

39 39 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006 Self-Potential Temperature Rainfall thawsnow Continuous Measurement at La Soutte thèse de M. Béhaegel, IPGS Suivi dun bassin versant La Soutte - Vosges

40 40 Master 2 - Hydrogéophysique - 9 Novembre 2006


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