It's about geophysics

1. LE DÉVOIR GEOPHYSIQUE
Methode electrique, sismique, gravimetrie et magnétisme et électromagnétisme et l’application .
Réalisé par MUGARIRI LISA YEVAI ET BRAHIMI AHLEM
LICENSE
METHODES ÉLECTRIQUE
La prospection électrique, et en particulier la méthode de résistivité électrique (ρ, rho) est de
type galvanique. Des électrodes sont implantées dans le milieu prospecté, souvent un sol de
surface, en assurant un bon contact avec le substrat. Un premier jeu d'électrodes ou dipôle
électrique crée un champ électrique artificiel continu (en pratique de fréquence assez basse
pour que les courants aient le temps de se stabiliser) dans le milieu. Sous l'effet de ce champ, les
porteurs de charges électriques (essentiellement les ions en solution aqueuse, moins
couramment les électrons dans les métaux (artéfacts) et certains minéraux semi-conducteurs,
comme les oxydes de fer (hématite (Fe2O3) et magnétite (Fe3O4) et la chalcopyrite (CuFeS2),
notamment) se mettent en mouvement tentant de rétablir l'équilibre électrique du milieu. Ce
déplacement de charges électriques est une migration de charges libres: on parle de conduction
ohmique, responsable d'un courant électrique et d'une différence de potentiel associée. Cette
différence de potentiel est mesurée entre deux autres électrodes (ou dipole), dites passives. Par
approximation au régime électrique stationnaire, la loi d'Ohm (U = RI) est utilisée. Elle permet
de caractériser le milieu par sa résistance R (ou résistivité tenant compte du volume du milieu
investi) à partir de la mesure de différence de potentiel U et du courant I.
La résistivité électrique est donc la propriété d'un milieu conducteur à limiter le passage d'un
courant électrique. Elle se mesure en ohm × mètre (Ω·m) et son inverse est la conductivité
électrique qui s'exprime en siemens par mètre (S/m). Les appareils de mesure sont des
résistivimètres.
La simple utilisation d'un ohmmètre situé entre deux électrodes plantées dans le sol ne donnerait
qu'une indication sur la qualité du contact entre les électrodes et le sol. Il faut donc dissocier
l'émission du courant, par un dipôle dont la taille est adaptée à la profondeur maximale à laquelle
on s'intéresse, et la mesure de la différence de potentiel, aux bornes d'un autre dipôle dont la
taille est adaptée à la résolution qu'on désire obtenir.
La mesure de résistivité brute, représentative d'un certain volume du milieu en fonction de l'inter-
distance entre les électrodes, est appelé la résistivité apparente. Pour déterminer le profil de
résistivité en fonction de la profondeur, on utilise des modèles d'inversion, notamment
la régularisation de Tikhonov mise au point dans les années 1930, une des méthodes les plus
utilisées pour résoudre les problèmes inverses. La contribution d'Andreï Nikolaïevitch

2. Tikhonov à la prospection géoélectrique permit la découverte d'importants gisements de minerai
de cuivre en Union Soviétique.
À proximité du milieu du dipôle émetteur les lignes de courant sont sensiblement parallèles et
équidistantes. Il est donc possible de faire plusieurs mesures à partir d'une seule position du
dipôle émetteur (dont la mise en place et l'utilisation sont contraignantes du point de vue de la
sécurité). On considère généralement qu'une mesure effectuée à une distance du milieu du dipôle
émetteur de l'ordre d'un tiers de sa longueur ne dépend pas de sa position exacte, mais seulement
de son orientation et de la position de la mesure.
Pour s'affranchir des perturbations causées par les courants telluriques, on effectue plusieurs
mesures en inversant le sens du courant.
Les sondagesélectriques:
En 1833, Fox (inMeunier,1976) utilisadéjàcertainesméthodesélectriques
pour laprospectiondusous-sol,puisMaxwellen1891 établitlanécessitéde
recourirà 4 électrodes,maisc’estseulementàpartirde 1912 que Conrad Schlumberger(Annexe 1) posa
lesbasesde la prospectionélectrique en
dégageantenparticulierlanotionde résistivité apparente.
En effet,quandle demi-espace estconstituéde couchesstratifiées,sonidéea
été de considérercette résistivité apparente qui estlarésistivité dumilieu
homogène donnantavecle même dispositif d’émissionetde mesure,le même
potentiel.Cette définitionserautilisée plusbas.
Pourune structure horizontale,cette valeurdépendde laconfiguration
d’électrodes.
Figure 1.1 Dispositifs quadripôles les plus courants. K = facteur géométrique, a = distance MN.

3. Figure 1.2 Représentation d'une acquisition en sondage (à gauche) et en traîné (à droite).
Sondage Schlumberger:parmi lesdispositifsde mesure employés,le
quadripôle Schlumberger(1925) a été jugé le plussatisfaisantdanslaplupart
desapplications. D’aprèsle principe de superposition,le champaumilieude ABestlasomme des
champsdus aux pôles+I et –I.
Sondage Wenner:
La distance entre lesélectrodesde mesure estcette foisle tiers(1/3) de la
longueurAB.Sesavantagessurle dispositifprécédentsont:
- une configurationd’électrodestoujoursidentique :AM= MN = NB
- une différencede potentielmesurée plusélevée,cetavantage étant
minimisé parl’élévationdescourantstelluriques.
Cependantlesavantagesdudispositif Schlumbergersontplusimportants.En
effet:
- leshétérogénéitéslocalesperturbentdavantage lesmesuresau
momentoùpassentà leuraplombles électrodesde mesure MN qu’aupassage
despôlesd’envoi ABainsi lesà-coupsde prise serontévités,ouplutôtmaintenus
constants,à l’intérieurde chacune dessériesde mesurecorrespondantau
même MN.
Sondage Dipôle :
Cette technique relativementrécente aété introduiteparAl’pin(1950).Elle
utilise leslignesd’émissionABetde réceptionMN de dimensionspetitespar
rapport à leurdistance.

5. Figure 2 Valeurs calculées (Res2Dmod) des résistivités apparentes provoquées par un modèle simple, avec
l'utilisation de différents
Application
HydrogéologieduChottel Gharbi :
En se basantsur la présentationgéologique précédente ainsique lesrésultats
desforagesdisponibles,il estpossiblede mettre enévidence lesniveaux
aquifèressuivants :
- alluvionsquaternaires:desnappespeuabondantesettrèslocaliséessont
captéesdansdesterrainssablo-argileux.Avecunsubstratumargileux,et
une épaisseurvariantde 10 à 30m, il présente une eaumédiocre àmauvaise.
- complexe Tertiaire Continental :une premièrenappe se trouve dansles
argilesremplissantladépressionduchott.Elle estcaptée pardespuitspeu
profondsetdesOglats.
Une seconde nappe se trouve danslapartie septentrionaledubassinduChott
dans despasséesde calcaireslacustreslenticulaires.Lesrésultatsde travaux
géophysiques(dansl’étudequi suit) vontconforterl’intérêtàapporterà cet
aquifère qui s’étale surquelque 5600 Km².
- Barrémo-Albien:il estreprésenté pardesgrèscontinentaux dontl’épaisseur
varie entre 150-200 m au niveaude ladépressionduchott.Sonmurest
constitué essentiellementparlesmarnesentrecoupéesparde mincesbancs
gréseux duCallovo-Oxfordien.Le toitestreprésentéparlesmarnes
argileusesduCénomanien.
- DolomiesduBajo-Bathonien:l’aquifère duJurassiquemoyenestformé
essentiellementpardescalcairesdolomitiques,épaisde 100 à 200 m. Leur
mur estformé soitpar desargilesgypsifèresavecdesvenueséruptives
triasiques,soitpardesmarno-calcairesduLiassupérieur.Cescalcaires

6. dolomitiquesontété localisésaunord-ouest,auMaroc,dans larégionde Berguent.Ilsaffleurent
égalementàl’estetausud-estauniveauduDjebel
Antar etDjebel Amrag.Aunordces formationssontrencontréesauDjebel
Ténouchefi etDjebelSidi el Abedainsi que danslesMontsde Daïa.
Méthodes sismiques
Méthodes sismiques de géophysique terrestre
Les méthodes sismiques de géophysique sont des techniques d’imagerie basées sur
l’étude de la propagation des ondes sismiques. La réfraction, la réflexion, la
tomographie sismique, et la sismique résonance sont d'autres méthodes sismiques de
géophysique requises pour évaluer l'intérieur du roc.
La réfraction permet de calculer les vitesses sismiques et les profondeurs des diverses
couches du sol. La réflexion consiste à capter et à enregistrer les ondes réfléchies par
les diverses interfaces entre les horizons se trouvant sous la zone étudiée. La méthode
AMOS (MASW) est couramment utilisée pour mesurer indirectement le profil des
vitesses de l'onde de cisaillement des matériaux d'un site.
Le sondage par résonance sismique est utilisé afin de caractériser les dépôts
meubles telle que l'identification de sills graveleux à l'intérieur de tills argileux, la
cartographie de zones de fractures et de vides dans le roc, l'obtention d'un profil du roc
enfoui, le profilage de la stratigraphie des dépôts meubles ou la localisation des
fractures minces et profondes dans le roc.
La sismique en forage est une techniques utilisées pour l'évaluation de la qualité du
roc et du béton et pour la détection de failles et de zones de cisaillement dans le roc.
Réfraction
Levé de sismique réfraction
Un levé de sismique réfraction consiste à provoquer une vibration transitoire en surface
et à enregistrer le passage des ondes sismiques dans le temps, à l'aide de capteurs
spécifiques. Ces ondes sont réfléchies ou réfractées aux changements d'élasticité et/ou
de densité aux frontières des couches géologiques. Le traitement des données permet
de déterminer les vitesses de propagation des ondes sismiques à travers les différentes
couches de matériaux, ainsi que leur profondeur.

7. La méthode de sismique réfraction repose sur la mesure du temps le plus court pour
qu'une impulsion sismique induite se déplace de l'emplacement de sa source vers une
série de récepteurs. À partir de ces temps de parcours, les vitesses sismiques et les
profondeurs des diverses couches peuvent être calculées.
La sismique réfraction constitue la meilleure méthode
pour cartographier avec précision la profondeur du
roc dans la plupart des conditions
La méthode de sismique réfraction permet d’obtenir un profil du roc enfoui et d’y
localiser les zones de faille ou de cisaillement. Ces techniques sont utilisées
principalement pour :
Les applications de la sismique réfraction comprennent :
 Le calcul du module d'élasticité des différentes couches;
 La détermination de l'épaisseur des couches de dépôts meubles;
 La détermination de la profondeur de la nappe phréatique;
 L'identification des contacts géologiques subverticaux;
 Le profilage du roc et la localisation des failles et des zones de fracturation.
 Des levés de sismique réfraction peuvent être réalisés sur l'eau même dans les zones de
rapides;
 Identifier des contacts géologiques subverticaux.
Si l'information recherchée concerne l'intérieur du roc, une ou des méthodes
alternatives envisagées seront la sismique réflexion, la tomographie sismique ou la
sismique résonance.

9. Figure3.1 sismique refraction
Réflexion
La méthode de sismique réflexion
La méthode de sismique réflexion est l'une des plus développées en géophysique dû à
son utilisation à grande échelle pour l'exploration de pétrole et de gaz. Dans le cas des
ouvrages de génie civil, la méthodologie reste la même, mais les appareils et les
paramètres doivent être ajustés pour permettre une plus grande résolution et précision
à des profondeurs plus faibles que pour la recherche d'hydrocarbures.
La sismique réflexion utilise la réflexion des ondes sur les interfaces entre plusieurs
niveaux géologiques. La sismique réflexion peut être monotrace ou multitrace. Dans ce
dernier cas, en plus d'augmenter le rapport signal sur bruit, il est possible de calculer
les vitesses des milieux traversés. Cette information permet ensuite de convertir les
données en profondeur.
La méthode de sismique réflexion consiste à induire une onde sismique dans le sol puis
enregistrer les ondes qui sont réfléchies par les diverses interfaces entre les horizons
se trouvant sous la zone étudiée. La sismique réflexion est généralement utilisée
pour des profondeurs de 50 m et plus.

10. Figure 3.2 Sismique réflexion (USGS,2002)
Le principe consiste à générer une onde acoustique à
la surface et d'en mesurer numériquement l'écho à
partir d'une série de capteurs sismiques également en
surface.
Les réflexions détectées sont causées par des changements de densités et de vitesses
de propagation des ondes dans le milieu investigué.
Gravimétrie
La gravimétrie est une technique géophysique qui mesure les variations du champ
potentiel gravitationnel de la Terre. La gravimétrie est une méthode de prospection qui
permet de déterminer des anomalies de densité dans le sous-sol. Ces minuscules
variations, causées par des contrastes de densité des constituants de l'écorce terrestre
peuvent être mesurées par des levés gravimétriques, en utilisant des instruments
extrêmement sensibles.

11. Figure 4.1 Principe de fonctionnement de la gravimétrie

12. Les levés géophysiques sont effectués avec des
gravimètres et sont toujours accompagnés d'un levé
topographique à haute précision.
Le principal intérêt de cette famille de méthodes géophysiques incluant la gravimétrie
étant de repérer une anomalie qui peut provenir d'une valeur de densité élevée (valeur
de la constante trop élevée) par rapport à la densité moyenne locale. Cela peut indiquer
la présence de minerai, ou au contraire, d'une valeur trop basse de la densité due à une
cavité proche (valeur de la constante trop faible).
Valeur mesurée
 La variation de la pesanteur dont l’unité est le µgal (1 µgal = 10-9 g).

13. Figure 4.2 Schéma d’un gravimètre Lacoste & Romberg (in William et al, 2017)
Les travaux impliquant la gravimétrie
Les travaux impliquant la gravimétrie doivent s'accompagner de levés d'arpentage
précis, afin de pouvoir corriger les mesures gravimétriques pour l'effet dû à la
topographie.
Les applications de gravimétrie comprennent :
 La cartographie géologique régionale;
 La détection des karsts et des vides;
 La détermination ou l'amélioration du géoïde terrestre;
 L'exploration pétrolière et gazière;
 L'exploration minière;

14.  Les mesures de l'épaisseur des sédiments;
 Les sondages archéologiques.
Méthodes magnétiques et électromagnétiques
Applications magnétiques et électromagnétiques
Plusieurs méthodes de géophysique terrestre utilisent les propriétés des champs
magnétiques et électromagnétiques.
L'électromagnétisme se distingue du magnétisme, champ potentiel vectoriel, par sa
capacité à « percevoir » tout ce qui est conducteur alors que les techniques
magnétiques ne sont sensibles qu'aux corps ferromagnétiques. Ainsi, des socles
rocheux possédant des proportions différentes de minéraux ferromagnésiens produiront
des signatures magnétiques différentes, alors que des sols argileux et sableux n'en
produiront pas nécessairement. Un levé électromagnétique permettrait de distinguer
ces unités dans les deux cas.
De plus, la distance d'influence d'un corps magnétique sur un champ est presque
infinie. Cependant, comme la résolution des mesures de champ est faible, l'utilisation
d'un gradient magnétique peut être préférable dans certains contextes; par exemple
pour la localisation de corps de petites tailles se retrouvant près de la surface.
Magnétique
La magnétométrie mesure les variations à l'intérieur du champ magnétique terrestre.
Les anomalies, causées par la matière ferromagnétique, peuvent résulter de structures
ou d'unités géologiques, de gisements de minerai ou de corps enfouis comme des
réservoirs de stockage.
Principe:
La Terre possède un champ magnétique pouvant être assimilé a un aimant droit (dipôle).
Il existe des variations de la valeur du champ magnétique dues, par exemple, à la
composition du sous-sol. Ces variations sont appelées anomalies magnétiques.

15. Figure 5.1 Le champ magnétique terrestre
(Université Paul Sabatier, 2000)
La prospection magnétique est basée sur le champ magnétique et la susceptibilité
magnétique des minéraux. La méthode consiste à chercher et localiser les roches,
formations et gisements en se basant sur des anomalies magnétiques. La plupart des
minéraux ont une susceptibilité magnétique très faible voir même nulle exceptée la
magnétite (Fe3O4) et quelques autres minéraux plus rares. Heureusement, la magnétite
est présente dans presque toutes les roches en quantité plus ou moins importante, une
fraction de 1% étant détectable.
L'unité du système international pour mesurer l'intensité du champ magnétique est le
Tesla "T" mais l'unité couramment utilisée est le gamma "γ" tel que:
Les applications utilisant le magnétisme comprennent:
 L'archéologie;
 La cartographie géologique (complément);
 L'exploration minière;
 La localisation de corps magnétiques enfouis.

16. Électromagnétique
L'électromagnétométrie met à contribution le champ secondaire induit dans le milieu
investigué par les courants de Foucault qui réagissent aux courants primaires générés
par l'application d'un champ électromagnétique externe.
Ce champ secondaire est mesuré, analysé et traité en fonction de la technique utilisée
et de l'information recherchée.
La méthode VLF utilise des ondes électromagnétiques transmises par des émetteurs
plantés dans le sol dans la bande 10-30 kHz.
Avec cette méthode, nous disposons presque toujours de signaux ayant une plus forte
amplitude magnétique que les signaux naturels, mais ils sont polarisés car induits par
un courant électrique.
Deux modes principaux de mesure sont utilisés :
 le mode inclinaison ("tilt angle") qui mesure en surface les paramètres de
l'ellipse de polarisation du champ magnétique, conséquences de l'interaction
du champ initial et du champ induit par la cible conductrice ou le contact
géologique recherché.
 le mode résistivité qui mesure à la fois le champ magnétique et le champ
électrique à une fréquence précise, on peut en déduire la résistivité apparente
des terrains sous-jacents.
Figure 5 .2 Principe de mesure de la méthode VLF
(IRD, 2002)

17. Connaissant la direction de l'émetteur, l'opérateur réalise, en portant l'appareil de
réception dans le dos, des profils avec un pas de mesure choisi au préalable.
C'est une méthode rapide et pratique. Les résultats, généralement qualitatifs, servent à
déterminer le positionnement d'autres relevés plus élaborés. La détection des zones
aquifères, des zones de fracture ou d'invasion
Les applications de l'électromagnétisme comprennent:
 L'archéologie;
 La cartographie de contaminants;
 La détection de corps métalliques enfouis;
 L'exploration minière;
 La recherche
APPLICATION
Exploration pétrolière et gazière
En matière d'exploration pétrolière et gazière, Géophysique GPR a une grande
expérience dans ce domaine ultra spécialisé. Depuis 30 ans, nous effectuons des
travaux de prospection pour divers clients partout au Canada et ce avec grand succès.
Des ententes de partenariat permettent à Géophysique GPR, d'offrir de l'équipement
d'exploration sismique à la fine pointe. Ses pratiques lui permettent de localiser
précisément des gisements de charbon, de gaz naturel ou de pétrole et ce, que les
levés soient réalisés sur terre comme sur l'eau.
Grâce au principe du « joint venture », l'expertise unique acquise par Géophysique
GPR lui assure une participation privilégiée dans de nombreux travaux menés par les
grandes sociétés pétrolières et d'énergie.
Géophysique GPR offre les services suivants:
 Acquisition des données sismiques en 2D et 3D;

18.  Traitement des données sismiques en 2D et 3D;
 Acquisition des données de gravité et magnétique;
 Traitement des données de gravité et magnétique;
 Études régionales de bassin sédimentaire;
 Levés de sites pour plafonds pétroliers en haute mer.
Depuis sa fondation, Géophysique GPR gère la qualité des dynamitages de mines et
carrières. Depuis des années, GPR a acquis une expérience notable car les travaux se
font souvent dans des conditions difficiles en milieu urbain, près de stations de métro ou
d'édifices sensibles.
Le contrôle des opérations de dynamitage et des impacts environnementaux inclut un
suivi continu des vibrations et des surpressions d'air, des forages, des explosifs et de
leur chargement, ainsi qu'une évaluation des propriétés de sautage en fonction des
plaintes et des paramètres physiques du roc, des vitesses de particules, des
déplacements d'air, des projections et des bris hors profils.
Une fois les autorisations accordées, l’étude du sous-sol peut se poursuivre. Ellefait intervenir des
méthodes de mesures géophysiques comme la sismique-réflexion : des ondes acoustiques sont
envoyées dans le sous-sol au moyen de camions vibrateurs pour réaliser une imagerie du terrain.
Figure 6 Gisement potentiel décelé suite à une imagerie du sous-sol (Géophysique)