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CONCEPTION D’UN APPAREIL GEOPHYSIQUE POUR LA POLARISATION PROVOQUEE
INTRODUCTION
Face à une demande mondiale des matières premières en constante augmentation, l’Homme doit sans cesse exploiter des gisements de plus en plus complexes et de plus en plus difficiles d’accès. La compréhension de la structure des gisements, de leur mise en place et de leur formation devient alors indispensable, le monde des hommes exige donc des connaissances géologiques intensives. En effet, la géophysique de subsurface qui constitue un axe de développement pertinent dans la problématique des sols et sous-sols permettra de déterminer la nature des sols. Elle peut fournir des résultats utiles pour aider à la compréhension de la géologie, de l’hydrogéologie de la subsurface (Rubin et Hubbard, 2005), et améliorer la stratégie d’échantillonnage en localisant des anomalies. Plus précisément, la géophysique de subsurface s’intéresse aux propriétés électriques des sols et roches car, comme par exemple la densité ou la susceptibilité magnétique, elles permettent de caractériser et d’imaginer le sous-sol. Les propriétés électriques peuvent être mesurées de plusieurs façons. Les trois propriétés fondamentales sont : 1-l’activite électrochimique : base de la polarisation spontanée 2-la résistivité : facilité avec laquelle on peut faire passer un courant électrique dans la roche 3-la constante diélectrique : capacité des roches à emmagasiner de l’énergie et à la restituer ; base de la polarisation provoquée [1]. En ce qui concerne la polarisation provoquée, également appelée chargeabilité électrique, ses domaines d’application s’étendent à la détection des hydrocarbures, la prospection pétrolière et à des applications environnementales ainsi que l’hydrogéologie [2], plus particulièrement elle est adaptée a la prospection minière. Cette méthode consiste à mesurer le retard de la réponse d’un milieu soumis à un champ électrique externe. Ce retard est lié à un temps non nul nécessaire pour qu’un milieu revienne à l’équilibre lorsque le courant injecté est coupé [w1]. L’objectif de ce travail c’est de concevoir et de réaliser un appareil permettant de mesurer la polarisation provoquée. Le présent travail contient les chapitres suivants : le premier chapitre expose le principe et la définition de la polarisation provoquée. On va voir dans le second chapitre les méthodes pour la conception de l’appareil. Le troisième décrit l’interface matérielle, avec application du 2 microcontrôleur dans le filtrage numérique. Enfin, au dernier chapitre, on va présenter les résultats et les discussions.
Géophysique de subsurface
La géophysique de subsurface est appliquée dans l’exploration du sous-sol et s’intéresse aux premiers mètres du sol. Elle peut fournir des résultats sous formes de coupes, de cartes, utiles notamment pour la compréhension de la géologie, de l’hydrogéologie de la subsurface (Rubin et Hubbard, 2005), et améliorer la stratégie d’échantillonnage en localisant des anomalies. Les méthodes géophysiques, et plus spécifiquement géoélectriques, à savoir les méthodes de résistivité électrique, d’électromagnétisme en champ proche à faible nombre d’induction, de polarisation provoquée temporelle et spectrale et de géoradar ont été employées dans le cadre de la prospection souterraine. Les paramètres utilisés pour caractériser les propriétés physiques d’un milieu sont nombreux : résistivité/conductivité électrique, permittivité diélectrique, perméabilité magnétique, densité, vitesse des ondes sismiques entre autres.
Résistivité et conductivité électrique
La résistivité définit la capacité d’un matériau à laisser les charges électriques se déplacer librement, c’est-à-dire à conduire un courant électrique. La résistance électrique R est définie par la loi d’Ohm en mesurant la différence de potentiel induite entre deux points d’un matériau par la circulation électrique d’intensité I entre ces deux points: résistivité électrique (Ohm) : la conductivité est l’inverse de la résistivité.
Polarisation provoquée
La polarisation provoquée est une méthode géophysique, principalement elle est utilisée pour l’exploration minérale depuis les années 1950. La polarisation provoquée peut être utile pour l’exploration des ressources comme le pétrole [4], on peut caractériser et faire la cartographie hydrologique avec cette méthode. Elle est praticable et fonctionnelle aussi bien en laboratoire que sur le terrain. Les courants traversant le sol peuvent provoquer une polarisation de certains constituants du sol. Le processus est similaire à la charge d’un condensateur ou d’une batterie où les effets capacitifs et électrochimiques sont impliqués. C’est un phénomène de charge puis décharge. Elle est appelée chargeabilité électrique. Ce phénomène est une fonction des propriétés capacitives de la roche: Principe de la polarisation provoquée : A l’aide des électrodes d’injection, le courant est injecte dans le sol, ce courant induit une différence de potentiel dans le sol, ensuite, après coupure de courant, cette dernière est mesurée par une autre paire d’électrodes de potentiels. Le courant injecté ici est alternatif ou en créneaux, Cette méthode fait intervenir à la fois le paramètre de conductivité mais également de permittivité diélectrique qui définit la facilité d’un matériau à se charger électriquement. Toutefois, le potentiel mesuré en surface ne s’établit pas instantanément et, d’une façon similaire, lorsque le courant est coupé, le potentiel ne chute pas instantanément à zéro. Il existe un délai ou un retard entre l’instant où le voltage atteint son maximum et celui correspondant à un retour à l’équilibre i.e., V=0. Ce retard est dû soit aux instruments de mesure soit à un effet du sous-sol. 10 En général, le retard de nature instrumentale est corrigé. Après la coupure du courant, un retour progressif du milieu à l’état d’équilibre se fait et un faible potentiel résiduel transitoire associé à cet effet capacitif peut être mis en évidence. Le temps de retour à l’équilibre est aussi appelé temps de relaxation.
LISTE DES FIGURES |
