Prospection electrique

La prospection électrique est une technique d'exploration géophysique basée sur les variations de résistivité du sous-sol, utilisant la loi d'Ohm.

Historique

Il s'agit de la première technique scientifique d'exploration du sous-sol, mise au point par les frères Schlumberger qui ont créé leur entreprise dans le but de l'exploiter.

Elle a d'abord été utilisée pour rechercher ;

• des minerais métalliques (conducteurs),
• des cavités (résistantes)
• des fluides (eau, pétrole).

Depuis peu elle est aussi utilisée dans les domaines suivants :

• en Science du Sol et en hydropédologie, par exemple pour mesurer le degré de « tassement » et d'asphyxie d'un sol agricole ou forestier ;
  On parle alors de méthodes géophysiques de sub-surface. Elles visent à décrire la variabilité du sol - selon son profil - et de la zone unsaturée ainsi que les différents processus qui s'y déroulent tels que les transferts en eau et solutés.
• en archéologie,
• pour l'étude de sites pollués, avant éventuelle dépollution des sols.

Principe

La prospection électrique, et en particulier la méthode de résistivité électrique (rho) est de type galvanique. Des électrodes sont nécessairement en contact avec le milieu prospecté. Un premier jeu d'électrodes ou dipôle électrique crée un champ électrique artificiel de basse fréquence (inf à 1000Hz) dans le milieu. Sous l'effet de ce champ, les porteurs de charges (ions, électrons) se mettent en mouvement tentant de rétablir l'équilibre électrique du milieu. Ce déplacement de charges 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 résitivité 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 capacité 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 est évaluée en Siemens par mètre (S/m). Les appareils de mesure sont des résistivimètres.

L'utilisation d'un ohmmètre 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, englobant un volume du milieu selon l'espacement interélectrodes, est appelé la résistivité apparente. Pour connaitre la réelle position d'un point de mesure à une profondeur donnée, on utilise des abaques et plus récemment des modèles d'inversion.

A 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 ne pas être perturbé par les courants telluriques, on effectue plusieurs mesures en inversant le sens du courant.

Interprétation

Dans certains cas on peut se contenter de tracer une carte de résistivité, en divisant la différence de potentiel mesurée par l'intensité. C'est ce qui est fait dans le cas de mesures dans les forages.

On peut également effectuer des hypothèses sur la structure du sous-sol, modéliser les mesures qui y seraient obtenues et les comparer aux mesures réelles.

Bibliographie

• Geza Kunetz Principles of Direct Current Resistivity Prospecting (Braekken & van Nostrand, 1966)