Cours de description de la géophysique parlant des paramètres physiques, chimiques des processus géophysiques

1. COURS DE
GEOPHYSIQUE
PACOURS : SCIENCES DE LA TERRE
NIVEAU : MASTER 1
AUTEUR : Dr KOUAME Loukou Nicolas

2. Chapitre 1:Polarisation provoquée(PP)
ou polarisation induite (IP)

3. 1- Introduction
Toujours supposé,
courant
Le potentiel mesuré
serait nul
Injecté dans le sol Mesure du potentiel
électrique
Coupé après
injection
En pratique,
constat
Petites tensions
persistantes mesurables

4. Causes possibles
Instrumentale Effet du sous-sol
Très faible, négligeable Significatif
Effet IP
Capacité emmagasiner
l’énergie électrique
prospection du sous-sol

5. Fig1: courbe de décharge
Temps de délai
Forme de la courbe
de décharge
Paramètres utiles
investigation du sous-sol
+

6. 2- Origine
Pendant passage
courant sol
Stockage d’énergie électrochimique
Cette accumulation énergie chimique
variations de mobilité des
ions dans les fluides à travers
les roches
variations de conductibilité ionique
et métallique en présence de
minéraux métalliques

7. Les argiles se comportent comme des filtres très fins que les ions essaient de traverser. Les
anions étant plus gros que les cations sont retenus à l’interface électrolyte –argile. Ceci
produit une surface chargée négativement. Les charges négatives attirent les positives pour
maintenir l’équilibre électrique et une double couche électrique se crée. Lorsqu’un courant
traverse les argiles, l’équilibre de la double couche est rompu et une nouvelle forme
d’équilibre s’établit sur un certain temps. A la coupure du courant, les ions reviennent
progressivement à leur état initial créant une décroissance graduelle du potentiel électrique.
Conséquence: la polarisation de membrane est un effet parasite qui vient se greffer sur
l’anomalie IP proprement dit. Il faut savoir l’identifier et l’éliminer lors de l’exploitation des
résultats de lP.

8. Le courant passe dans la roche par conduction ionique à travers les pores ou fractures
remplis de solutions (fluide). Or il arrive que certains pores soient bouchés par des
particules métalliques, c’est le cas des minerais. Lorsqu’on émet le courant électrique dans
le sol, ceci provoque l’accumulation des ions à la surface des particules métalliques. Alors
ces charges sont positives d’un côté et négatives de l’autre. Ces charges attirent ou
repoussent les électrons dans la particule et on a autour de la particule une double couche
électrisée. La particule est dite polarisée. Si l’émission du courant cesse, cette double
couche se décharge (retour des ions à l’état initial)
NB: Tout corps minéral conducteur baignant dans un électrolyte donnera une anomalie
IP, on peut citer les sulfures, graphites, magnétite. Ces minerais peuvent être massifs ou
disséminés

9. 3- Mesure de l’effet IP
Les mesures de polarisation provoquée se font en ou
, mais la forme la plus utilisée est la mesure dans le domaine du temps
la plupart des travaux d’exploration minière mesure la PP dans le domaine
temporel avec un temps de polarisation de quelques secondes. Le rapport entre
le voltage secondaire (Vs) mesuré après l’interruption du courant et le voltage
primaire (Vp) mesuré juste avant cette interruption donne accès à la
(M) du sol.

10. Aussi, la chargéabilité peut être exprimée comme une intégrale du temps de
décroissance, correspondant à l’aire située sous la courbe de décharge entre
deux temps t1 et t2 après coupure du courant (fig3)
Fig 3: courbe de décharge avec t1 et t2

11. 4- Acquisition

12. Photo 1: transmetteur VIP 4000; poids 16 kg

13. Photo 2: Récepteur ELREC 6; poids 8kg

14. Photo 3: Groupe électrogène

15. Photo 4: bobine de connexion

16. 5- Principe
.
Le sol se charge ainsi électriquement comme un condensateur
jusqu’à atteindre un équilibre. Le courant est ensuite coupé de façon
brusque imposant ainsi un déséquilibre électrique. Un faible
potentiel résiduel transitoire peut alors être mis en évidence lors de
la remise à l’équilibre du système.

17. Fig 4: Principe de la PP

19. 6- Dispositifs utilisés
Fig 5: Configuration gradient
rectangulaire

21. Fig 6: Configuration dipôle-dipôle

22. Niveau (n) 1 2 3 4 5 6
Profondeur
(m)
28,5 38 47,5 57 66,5 76
Tableau de correspondance des profondeurs d’investigation

23. 7- Présentation des résultats
Résultats d’un levé IP
Dispositif gradient Dispositif dipôle-dipôle
Carte de chargéabilité
électrique
Speudo-section

24. Figure 7: Carte de chargéabilité électrique

25. Fig 8: Pseudo sections de chargéabilité et résistivité électriques

26. Chapitre 2 : Sismique

27. Pour connaitre la constitution géologique d’une région, les géophysiciens procèdent
à divers mesures de surface. Ils emploient les méthodes de la prospection sismique :
une explosion est provoquée au voisinage des couches superficielles du terrain
étudier, l’onde de choc provoqué artificiellement se propagent dans le sous sol. Les
couches géologiques étant de densité et de nature différentes, lorsque le front
d’onde franchit la frontière séparant deux couches, une partie de l’énergie
transportée est réfléchie et l’autre partie est réfractée vers la surface du fait du
discontinuité des constantes élastiques des couches.
1- INTRODUCTION

28. L’onde émise, une fois arrivée à l’interface séparant deux
couches de propriétés différentes, une partie de l’énergie est
réfléchie à la surface: c’est le principe de la sismique réflexion
Principe de la sismique réflexion ( source : marteau)
Largement employer pour la prospection industrielle, est responsable de la découverte
de très nombreux gisement de pétrole

29. Après émission de l’onde , arrivée à l’interface , une partie de
l’énergie est réfractée dans la deuxième couche: c’est le principe
de la sismique réfraction
Principe de la sismique réfraction
Elle a pour but de déterminer les vitesse de propagation des
ondes sismiques ainsi que la profondeur des différentes interfaces.

30. En réalité, l’onde se propage par front et tous les rais sismiques
(direct, réfléchi et réfracté) sont enregistrés par les récepteurs.

31. 2- ONDES SIMIQUES
Une onde peut être définie comme le résultat d’une perturbation
qui se propage dans un milieu

32. La théorie d’élasticité montre que sous l’effet d’une contrainte
(ébranlement) , les solides élastiques homogènes et isotropes subissent
une déformation correspondant à deux principaux types d’ondes pouvant
se déplacer soit longitudinalement (ondes de compression ou onde P) soit
transversalement ( ondes de cisaillement ou ondes S)

33. A l’interface sol-air apparaissent des ondes de surface (ondes de
Rayleigh et ondes de Love) qui sont nettement plus lentes que les
ondes de volume et dont l’amplitude s’amortit exponentiellement avec
la profondeur.
NB: les ondes de surface sont moins usitées en prospection

34. 3- VITESSES SIMIQUES
Les vitesses sismiques dépendent de la nature des roches traversées

35. 4- GEOMETRIE DES ONDES
Ondes directe
Onde réfléchie
Onde réfractée

36. 5- LOIS DE SNELL-DESCARTES
Pour la réflexion
Θ1: angle d’incidence
Θ2: angle de réflexion
Θ1 = Θ2 (en valeur absolue)

37. Lois de Snell-Descartes pour la réfraction

38. Notion de réfraction totale (cas de deux couches)

39. Notion de réfraction totale (cas de trois couches)

40. 6- ETUDE DES HODOCHRONES
Un hodochrone ou dromochronique est une courbe qui représente le
temps des trajets des différentes ondes (directe, réfléchie et
réfractée) en fonction de la distance qui sépare la source sismique et
les capteurs)

41. NB: La distance limite (XL) c’est la distance à partir de laquelle
les capteurs peuvent enregistrer une onde réfractée (XL=2h.tg i)

42. Cas de trois couches parallèles