Tâche 6.3 : Tomographie de résistivité électrique (ERT)
Vue d’ensemble
A partir des années 90, la tomographie de résistivité électrique commence à être utilisée pour des problématiques environnementales sous la forme de tomographie de résistivité électrique pour appréhender les situations complexes 2D et 3D du sous-sol. Ce développement est dû à trois points majeurs :
- l’apparition des équipements multi-électrodes
- l’amélioration des outils informatiques
- le développement de codes d’inversion robuste (RES2DINV).
La méthode présente plusieurs avantages, elle est sensible à la structure électrique du sol, aux variations de teneur en eau et en argiles, et elle peut permettre de suivre dans le temps des phénomènes dynamiques liés.. La méthode est un bon outil pour le changement d’échelle car en adaptant l’écartement des électrodes, il est possible de faire des mesures de l’échelle métrique à kilométrique.
Le principe de la mesure
La méthode repose sur la mesure de la résistivité électrique (ohm.m) qui caractérise la capacité du sous-sol à s’opposer au passage du courant électrique. Sa connaissance permet d’appréhender la structure et la lithologie du sous-sol. En effet, en fonction de la nature du sous-sol la valeur de résistivité peut-être très différente mais aussi en fonction de la teneur en eau la réponse va pouvoir varier, ce qui fait de la résistivité un bon paramètre pour étudier les processus hydrologiques dynamiques dans la zone critique (Infiltration, recharge de nappe, évaporation etc).
La mesure de base est réalisée par l’injection un courant d’intensité connue (grâce à deux électrodes A et B) et à la mesure de la différence de potentiels résultant (grâce à deux autres électrodes (M et N).
Ces deux mesures nous donnent accès à la résistivité apparente (ρa) du sous-sol, Si le sous-sol est homogène, la résistivité apparente égale la résistivité intrinsèque du milieu. Si le sous-sol est hétérogène les lignes de courant sont distordues ce qui donne des mesures de résistivité apparente différentes des résistivités en présences (Cf. figure ci-dessous).
La tomographie de résistivité électrique proposée dans le programme CRITEX, correspond à l’acquisition de plusieurs quadripôles. Pour cela des électrodes avec un espacement régulier sont implantées à la surface du sol (en ligne pour les mesures 2D, ou avec plusieurs lignes en parallèle en 3D). Pour acquérir la tomographie, on va varier l’espacement du quadripôle dans le but d’investiguer des profondeurs différentes (cf. Vidéo ci-dessous).
Pour obtenir des distributions de résistivité dans le sous-sol, la plus représentative de la structure et non pas seulement la distribution des résistivités apparentes (très éloignée de la réalité) il est nécessaire d’utiliser des procédures d’inversion.
fig. 4 : profil 2D de Tomographie de résistivité électrique inversé
Équipement
Dans le cadre du projet CRITEX, un instrument SYSCAL PRO 72 Electrodes fabriqué par IRIS instruments a été acquis. L’instrument est basé à l’IGE (http://www.ige-grenoble.fr/) à GRENOBLE et est disponible pour la communauté CRITEX et associés. L’instrument se compose d’une unité principale, le resistivimètre, de câbles de connexion pour les électrodes, d’électrodes en Inox. L’équipement choisit permet l’acquisition de profils de tomographie avec 72 électrodes, pour un espacement maximal de 5 m, permettant de réaliser des profils jusqu’à 355 m de long pour des profondeurs de 20 à 80 m selon les résistivités en présence (si le sous-sol est très conducteur, la profondeur d’investigation sera moindre).
Possibilité d’applications dans CRITEX
La méthode peut être appliquée à un instant t sur le terrain pour la caractérisation de la structure électrique du sous-sol (détection de la roche mère par exemple).
Lorsqu’on l’emploie en mode de suivi temporel, elle permet :
- Caractérisation de la recharge des nappes
- Suivi des infiltrations sous rivière
- Caractérisation des processus d’infiltration sur versant
- Suivi de microphénomène
La méthode est déconseillée pour des investigations supérieures à 50-80 mètres de profondeur, et d’une manière générale, dans les cas où l’utilisateur souhaite des résolutions fines en profondeur. D’autre part, le paramètre de résistivité à ses limites car sa valeur dépend de multiples facteurs qu’il faut savoir identifier
Les exemples
Infiltration par réseau de drainage sur le bassin versant de l’Orgeval.
ERT présente l’avantage de permettent de suive des phénomènes hydrologiques anthropiques ou naturels. Sur l’exemple ci-dessus présente une infiltration au travers du réseau de drainage sur une parcelle agricole. Le réseau est maintenu sous charge et l’eau s’infiltre dans le temps l’ERT permet de suivre l’évolution du phénomène et de localiser le réseau de drainage.
fig. 6 Exemple de suivi temporel d’infiltration, par réseau de drainage sur le bassin versant de l’Orgeval (Jouen et al., 2016)
Caractérisation de la recharge
Sur un des bassins versants de RBV (AMMA Catch) au nord Bénin, la méthode ERT utilisée en suivi temporel permet de traquer les infiltrations dans les berges de la rivière au cours de la saison des pluies. La figure ci-dessous illustre ce résultat en montrant a) la structure électrique du sous sol à gauche, et b) le panache d’infiltration en rive droite, à droite. Cette technique a été enseignée aux chercheurs CRITEX lors d’une école d’été à Antony en 2014.
fig. 7 : Exemple de suivi d’infiltration pour l’étude de la recharge
Références
Wubda, M., Descloitres, M., Yalo, N., Ribolzi, O., Vouillamoz, J.M., Boukari, M.,, Hector, B.,Séguis, L., 2016. Time lapse electrical surveys to locate infiltration zones in weathered hardrocks tropical areas. accepted, Journal of Applied Geophysics, march 2017
Jouen, T., Clément, R., Henine, H., Chaumont, C., Vincent, B., Tournebize, J., 2016. Evaluation and localization of an artificial drainage network by 3D time-lapse electrical resistivity tomography (in press). Environ. Sci. Pollut. Res.
WP leaders: Marc Descloîtres (IGE, *protected email* ) and Rémi CLEMENT (IRSTEA, *protected email*)