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Géophysique

VALORISATION DES SONDAGES MÉCANIQUES PAR IMAGERIE GÉOPHYSIQUE EN FORAGE
05/11/2020

VALORISATION DES SONDAGES MÉCANIQUES PAR IMAGERIE GÉOPHYSIQUE EN FORAGE


Tomographie sismique. Exemple devisualisation d’une interface géologique.
Tomographie sismique :exemple de tracé de rais.
Tomographie sismique. Exemple decaractérisation d’un barrage.
Tomographie électrique : exemplede coupe iso-résistivité interprétée.
Exemple de représentation2D et 3D sur un même site.

Les méthodes géophysiques en général mises en oeuvre depuis la surface pour l’étude des terrains de subsurface,
sont aussi utilisées pour les reconnaissances en profondeur basées sur les campagnes de sondage mécanique réalisées
soit en amont, soit en aval de l’étude géophysique. Explications avec Christophe Bodard, chef de projet Innogeo.

En effet, une solution afin de valoriser les sondages mécaniques, notamment ceux de contrôle des reconnaissances géophysiques, est d’y mettre en oeuvre de l’imagerie géophysique. L’imagerie
ainsi réalisée permet de caractériser les dimensions des anomalies détectées depuis la surface et de visualiser en 3D les terrains concernés par le projet.
Les deux méthodes habituellement mises en oeuvre en forage par Innogeo dans ce cadre sont la tomographie sismique et la tomographie de résistivité électrique. On notera que des mesures par radar géophysique sont également possibles.
Les principaux objectifs sont :

  • reconnaissance géologique et plus particulièrement la géométrie ou l’épaisseur des niveaux lithologiques ;
  • reconnaissance et dimensionnement d’hétérogénéités, telles que des cavités vides ou remplies, ou bien des infrastructures souterraines (tunnel, carrière…) ;
  • reconnaissance d’ouvrages d’art, tel que des barrages (identification des zones dégradées).

La tomographie sismique consiste à mesurer la vitesse des ondes sismiques de compression, et plus rarement celle des ondes de cisaillement entre deux forages.
En pratique, les tirs sismiques sont réalisés dans un forage émetteur, et les ondes sismiques sont acquises dans un ou plusieurs forages récepteurs. Les tirs sont réalisés à plusieurs hauteurs et
réceptionnés sur une ligne de capteurs régulièrement espacés.
En bureau d’études, nous procédons à l’identification du temps d’arrivée de l’onde au niveau de chaque capteur et pour chaque tir. Un logiciel d’inversion est ensuite mis en oeuvre pour recalculer
les vitesses de propagation entre le forage émetteur et le forage récepteur (représentées en coupe), mais aussi le trajet suivi par les rais sismiques.
L’interprétation des résultats se base sur l’étude des variations des vitesses des ondes sismiques, mais aussi sur la répartition des trajets des rais sismiques.
Ainsi, une cavité remplie ou une zone altérée se caractérisera par une diminution des vitesses sismiques alors qu’une cavité vide mettra en évidence un contournement des rais sismiques en
plus de la baisse des vitesses.
Dans le cas particulier de la mise en oeuvre sur un ouvrage de type barrage, les tirs seront en général réalisés côté retenue, à l’aide d’un canon à air, par exemple, et les capteurs seront fixés sur le parement aval.
Par analogie, la tomographie électrique consiste à caractériser la lithologie entre deux forages en termes de résistivité électrique. Les mesures sont réalisées entre un dipôle d’injection d’un courant
d’intensité connu et un dipôle de réception où la différence de potentiel est mesurée. Les électrodes peuvent injecter ou réceptionner alternativement suivant le protocole de mesure établi. Afin
d’assurer le contact électrique, il est nécessaire de travailler dans des forages tubés crépinés, et la zone de mesure doit être sous nappe.
Les traitements sont réalisés à l’aide d’un logiciel d’inversion qui, à partir des données expérimentales
correspondant à des résistivités électriques apparentes, va calculer la coupe de résistivité vraie correspondante. L’interprétation se base sur l’étude des gammes de résistivités électriques rencontrées afin de déterminer la lithologie des terrains dans le plan des forages.
Cette méthode est particulièrement indiquée pour détecter des niveaux argileux ou des cavités
remplies, niveaux électriquement plus conducteurs dans un encaissant électriquement résistant, ou bien, a contrario, des niveaux sableux électriquement résistants dans un encaissant conducteur.
En complément, dans le but d’affiner les interprétations, des diagraphies de radioactivité naturelle peuvent être réalisées afin d’identifier les niveaux argileux rencontrés par le forage.
Pour les deux méthodes, la visualisation des résultats peut se faire sous forme de coupe iso-vitesse ou iso-résistivité dans le plan des forages ou bien sous la forme d’un bloc 3D. Dans ce second cas, l’estimation de volumes est possible sous réserve d’énoncer des hypothèses sur les limites de l’hétérogénéité mise en évidence (vitesse sismique ou résistivité électrique).

 

Christophe Bodard
Chef de projet Innogeo


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