Tâche 6.2 : Résonance magnétique
Mesure de la teneur en eau dans les sols et les roches avec la méthode de sondage par Résonnance Magnétique Protonique (RMP)
Vue d’ensemble
L’imagerie par résonance magnétique protonique (RMP) est une technique géophysique non invasive développée pour l’étude des eaux souterraines. La RMP est une méthode à grande échelle qui fournit la teneur en eau moyennée dans le volume de plusieurs dizaines de mètres cubiques et à la profondeur entre 0 et 100 m environ. En anglais, on utilise l’acronyme MRS ou SNMR signifiant respectivement Magnetic Resonance Sounding method et Surface Nuclear Magnetic Resonance. Le principal avantage du procédé, comparé à d’autres outils géophysiques, est que le signal de résonance magnétique est généré par des molécules d’eau dans le sous-sol, ce qui garantit que la méthode RMP est sélective et uniquement sensible aux eaux souterraines rendant ainsi l’interprétation des données de terrain sans ambiguïté.
Mesure par résonnance magnétique
La séquence de mesure consiste à suivre trois phases répétitives comme le montre la figure 1 : a) on mesure les bruits électromagnétiques ambiants qui sont utilisés comme une référence de conditions de mesure ; b) on génère une impulsion du courant dans la boucle posée à la surface ; c) on mesure le signal RMP. L’observation que des mesures avant l’impulsion et après l’impulsion sont identiques signifie l’absence d’aquifère.
Figure 1. La séquence de mesure RMP.
La figure 2 résume l’expérience RMP: 1) la configuration de mesure se compose d’une boucle de fil sur la surface (carré, circulaire ou figure-huit); 2) la procédure de mesure consiste à générer une impulsion de courant dans les boucles et à mesurer le signal de résonance magnétique après la fin de l’impulsion; 3) l’inversion des données révèle la répartition de la teneur en eau et du temps de relaxation pour les différentes formations aquifères. L’emplacement de l’aquifère correspond à des valeurs de la teneur en eau et du temps de relaxation plus élevés par rapport à celle des roches peu perméables.
Figure 2. Système RMP : 1) mise en place sur le terrain; 2) le schéma de mesure; 3) résultats.
Equipements
Dans le cadre du projet CRITEX, un instrument NUMISPOLY (Figure 4) fabriqué par IRIS Instruments (http://www.iris-instruments.com/) a été acquis. L’instrument est basé en IGE (Grenoble), mais il est disponible pour la communauté CRITEX. L’instrument RMP se compose des unités principales suivantes (Figure 3): un générateur de courant, des condensateurs de réglage, des convertisseurs DC-DC, des condensateurs de stockage, un amplificateur, un convertisseur analogique-numérique (A-D) et un microprocesseur. Le système est connecté à un ordinateur PC qui est utilisé pour le traitement du signal et le contrôle de l’instrument. Deux batteries de voiture sont utilisées pour l’alimentation et l’instrument est connecté à une boucle d’émission / réception (Tx / Rx). On peut également utiliser une boucle de transmission (Tx) et une ou plusieurs boucles de réception (Rx) séparées avec des amplificateurs supplémentaires et des convertisseurs A-D correspondants.
Figure 3. Présentation schématique d’un instrument RMP.
Figure 4. L’instrument RMP NUMISPOLY.
Applications
L’application classique de la méthode est l’hydrogéologie. L’emplacement des aquifères et l’estimation de leurs propriétés hydrodynamiques sont souvent réalisés en combinant RMP avec des mesures électriques et / ou électromagnétiques. A cet objectif la RMP est utilisé avec succès en France et en Afrique (Bénin, Niger, Cameroun). Cependant, la RMP est également utilisée pour identifier les risques naturels liés à l’eau. Comme, par exemple, glissement de terrain (Israël, Jordanie) ou l’accumulation d’eau dans les glaciers (Alpes). La technique RMP a été appliquée avec succès au Groenland pour la dynamique d’investigation de l’accumulation d’eau dans la calotte glaciaire du Groenland en relation avec le réchauffement climatique.
Responsable de cette tâche CRITEX : Anatoly Legtchenko, Jean-François Girard