Imagerie géoélectrique tri-dimensionnelle en contexte volcanique

par Mohamed Hassan

Thèse de doctorat en Géosciences marines

Sous la direction de Pascal Tarits et de Sophie Hautot.

Soutenue en 2009

à Brest .


  • Résumé

    L’imagerie électrique (ou tomographie électrique) est la reconnaissance multidimensionnelle des propriétés électriques intrinsèques du milieu étudié. En géophysique, cette technique permet de traduire des données acquises en surface ou en sub-surface en une image interprétable en termes géologiques. L’imagerie électrique est fréquemment employée dans différents domaines (hydrogéologie, génie civil, environnement, archéologie) avec une approche bi-dimensionnelle (2D). En supposant l’objet bidimensionnelle, Cette approche 2D est loin de décrire correctement l’objet imagé, puisque dans la nature la plupart des structures géologiques sont en tri-dimensionnelles (3D). Dans ces conditions, puisque les données contiennent les informations concernant la présence d’éventuelle structures 3D, une alternative à l’imagerie électrique 2D pour extraire le maximum d’informations aux données est d’utiliser une approche 3D. Pour un milieu à géométrie complexe, par exemple en milieu volcanique, une approche 3D est indispensable. La première partie des travaux de cette thèse est consacrée à un développement méthodologique d’un outil de modélisation (direct et inverse) 3D pour interpréter des données électriques collectées avec une distribution quelconque de quadripôles de type Schlumberger. Généralement une procédure d’interprétation en géophysique consiste à résoudre deux problèmes le problème direct (calcul direct) et le problème inverse. Dans cette étude, notre code d’interprétation utilise un programme qui consiste à résoudre le problème direct via la méthode des différences finies. Pour la partie minimisation nous avons utilisé une variante de la méthode de plus grande pente qui permet de déterminer une solution du problème inverse sans calculer la matrice sensibilité. Cet outil d’interprétation 3D est testé et validé avec des données synthétiques et appliqué à des données réelles collectées à grande échelle (km) sur la plaine de Djibouti. Les modèles de résistivité ainsi obtenus sont interprétés en termes hydrogéologiques et mettent en évidence des unités conductrices, probablement des réservoirs d’eau saumâtre isolés par une structure résistante NO-SE.

  • Titre traduit

    Three-dimensional geoelectrical imaging in volcanic context : application to the characterization of the Djibouti aquifers


  • Résumé

    Electrical imaging (or electrical tomography) is a multidimensional imaging of intrinsic electrical properties of the geolocical environment. In geophysics, this technique allows to convert surface or sub-surface electric data into interpretable images in geological terms. Electrical imaging is frequently used in different fields (hydrogeology, civil engineering, environment, archeology) in a two-dimensional (2d) approach. Assuming the two-dimensional object, this approach may not properly describe the imaged object since most geological structures are three-dimensional (3d). Hence, as the data contain information about the existence of possible 3d structures, an alternative to 2d electrical imaging in order to extract the maximum information from the data is to use a 3d approach. Moreover, for a medium with complex geometry, for example a volcanic environment, a 3d approach is essential. The first part of this dissertation is devoted to methodological development of a 3d modeling tool (direct and inverse) to interpret electrical data collected with undefined distribution of Schlumberger array. A procedure in geophysical interpretation consists of solving two problems: the direct problem and thee inverse problem. In this study, our interpretation algorithm uses a program to solve the direct problem using finite difference. For the minimization part we used a variant of maximum slope method to determine a solution of the inverse problem without the computation of the sensitivity matrix. This 3d interpretation tool is tested and validated wite synthetic data. Then we have applied the technique to real data collected at a large scale (km) on the Djibouti plain. The resulting resistivity models obtained by the 3d inversion of the field electrical data are interpreted in hydrogeological terms. The results highlight conductive units probably brackish water reservoirs isolated by resistive NW-SE structures. The second part of this dissertation deals with an application at a smaller scale, at a Hydrological Experimental Site (SEH) set up within the framework of the Mawari project, on the plain of Djibouti city. A high resolution electrical imaging survey was carried out to understand some characteristics of the aquifer of Djibouti City and the origin of the invasive brackish water. Data collected on this experimental site were interpreted by a 2D and 3D inversion approach using commercial inversion codes (Res2dinv and Res3dinv). The results revealed the presence of a small basin oriented SW-NE which geometry is controlled by a near surface SW-NE fault. The resistivity models obtained also highlighted a conductor in-depth which we associated to a brackish water aquifer. This brackish water aquifer is very localized in the SEH and its reservoir is mainly composed of very porous scoria.

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  • Détails : 1 vol. (188 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 181-188

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  • Cote : 09 BRES 2011
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