Contribution de la tomographie électrique 3D à la détermination de la variabilité spatiale du sol à l'échelle décimétrique : application au suivi des phénomènes d'infiltrations rapides

par Jean Patrice Assi

Thèse de doctorat en Géophysique appliquée

Sous la direction de Pierre Andrieux.

Soutenue en 2007

à Paris 6 .

  • Titre traduit

    Application of 3D electrical resistivity tomography for soil spatial variability determination in decimetrical scale : monitoring of rapid-infiltration phenomena detection


  • Résumé

    Ce mémoire présente les résultats de deux expérimentations conduites sur deux sites pédologiques tests. Il concerne l'application de la tomographie électrique à l'étude de la variabilité de la teneur en eau des sols, à l'échelle décimétrique d'une part et au suivi de l'infiltration dans deux fosses pilotes, d’autre part. Les deux premiers chapitres sont d'ordre introductif et méthodologique. Dans le premier chapitre l'application de toutes les méthodes géophysiques classiques à l'étude des sols est examinée. À la suite de cet exposé les grandes lignes des sciences du sol sont également décrites et discutés. Le second chapitre est dédié dans sa presque totalité à la technique dite « tomographie électrique 3D ». L'exposé débute par les notions fondamentales propres aux méthodes électriques à courant continu et en particulier à la résistivité ou à la conductivité des sols et des formations géologiques. La différence entre la zone saturée des sols non argileux, dans laquelle la loi d'Archie s'applique et la zone non saturée est bien mise en évidence. Il est proposé que des travaux spécifiques soient menés en laboratoire pour déterminer au mieux une loi nécessairement voisine de celle d'Archi décrivant les variations de la résistivité d'un sol avec la porosité, la teneur en eau, la température et la teneur en argile. L'exposé se poursuit par la présentation des équations fondamentales de la prospection électrique. Le sondage électrique, outil d'investigation des structures 1 D est brièvement décrit en insistant sur ses avantages et ses limites. C’est pour dépasser ses limites que la tomographie électrique 2 D et 3D ont été développées. La tomographie 3D est présentée en détail dans le corps de ce chapitre, depuis la mise en œuvre sur le terrain jusqu'au traitement et à l'inversion des données qui conduit à un modèle 3 D de la répartition des résistivités vraies au sein du cube étudié. La comparaison entre les différents dispositifs classiques - bipôle, tripôle et quadripôle - est détaillée en matière de sensibilité, de profondeur d'investigation et d'amplitude du signal mesuré. Des tableaux comparatifs quantitatifs sont présentés qui confirment les conclusions généralement acceptées par les géophysiciens d'expérience. Le troisième chapitre est consacré à l'expérience conduite à Ouarville avec un dispositif de 96 électrodes pour une superficie totale couverte d'environ 4 m x 5,50 m. Trois conclusions s'imposent : (1) la topographie du substratum calcaire est cartographié par latomographie électrique avec une bonne concordance avec l'information directe obtenue par les sondages ; (2) la résistivité électrique des sols décroît avec la teneur en eau avec une loi de proportionnalité ou quelque peu plus rapide que la proportionnalité ; (3) les variations spatiales de la teneur en eau au sein de chaque horizon sont d'amplitude trop faibles pour pouvoir être corrélées avec les cartes de résistivités vraies aux profondeurs correspondantes. En d'autres termes, les variations spatiales des résistivités à l'intérieur de chaque horizon dépendent d'un autre paramètre que la teneur en eau. Ce pourrait être la masse volumique (Besson et al. 2004). Mais le contrôle n’a pas été effectué. Le dernier chapitre concerne le suivi de l'infiltration d'eau douce et d'eau salée dans une fosse où le milieu est de type sableux ; la seconde fosse est emplie d’une argile autochtone. Les hétérogénéités des remplissages de chacune de ces fosses sont clairement cartographiées par la tomographie électrique 3D avant que les opérations d'infiltration ne commencent. Ces hétérogénéités expliquent la variabilité spatiale des vitesses d'infiltration et d'évaporation dans chacune de ces fosses. Huit pseudo-logs de résistivités sont suivis avec des pas de temps d'environ un quart d'heure pour une durée totale de l'expérimentation supérieure à deux heures. Les résultats obtenus sur chacune des fosses permettent d'établir qualitativement et quelquefois quantitativement une relation entre l'évolution temporelle de la résistivité et les phénomènes d’infiltration et de diffusion.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (188 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 182-188. 71 réf. bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Sciences de la Terre Recherche - cartothèque - CADIST.
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  • Cote : T Paris 6 2007 64
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