Prospection Tellurique et Magnetotellurique

PRINCIPE DE LA PROSPECTION TELLURIQUE ET MAGNETOTELLURIQUE

- Prospection par Méthode Tellurique - Prospection par Méthode Magnétotellurique - Prospection par Méthode Audio-Magnétotellurique (AFMAG) By : Djeddi Mabrouk

Ce cours «cours de prospection « Magnétotellurique et électromagnétique» dispensé en licence et Master de Géophysique au département de Géophysique de la FHC n'est pas encore entièrement achevé, il peut également subsister des fautes (erreurs) dans le texte et des références absentes. Si vous utilisez des données de ce travail, vous devez citer la référence en bibliographie de la façon suivante : Djeddi Mabrouk. Cours de prospection électromagnétique et Magnétotellurique, Département de Géophysique (FHC), Université M’Hamed Bougara de Boumerdes. Algérie. Mai, 2015.

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I-

PROSPECTION PAR METHODE TELLURIQUE

La prospection par la méthode

tellurique est basée sur la présence

courants électriques circulant naturellement dans l’écorce semble qu’ils

des

terrestre. Il

furent observés dès le milieu du 19 eme siècle

pour la

première fois par un certain Barlow sur les lignes téléphoniques anglaises. Elles furent utilisées à l’échelle industrielle pour la première fois à partir de 1940. Origines des courants telluriques L’étude de l’origine

de ces courants a fait l’objet d’abondantes recherches

dès leur mise en évidence .Quant à la provenance de ces courants, de nombreuses suppositions ont été émises touchant le mécanisme de leur reproduction. Mais, si l’on ne sait pas précisément comment se

créent

ces courants

telluriques, il est certain qu’ils sont en lien étroit avec des manifestations terrestres et extraterrestres, comme les modifications des composantes du champ magnétique terrestre etc… Il est bien connu que les impacts électroniques des vents solaires sur la magnétosphère terrestre sont la source

de ces courants

. L’ionosphère

(couche E) est le principal siège favori de ces impacts dans lequel sont générés

des

courants

électromagnétique

électriques

variable

intenses

(primaire).Ainsi

qui

créent

,des

ondes

un de

champ choc

électromagnétiques arrivent à la surface de la terre et se réfractent sur le sol . Ce champ électromagnétique primaire induit dans la croûte terrestre un champ électromagnétique secondaire. Ces courants électriques telluriques (fréquence généralement inferieure au Hz et de périodes allant de 10 à 30 secondes), sont présents à l’échelle du globe .Ils se modifient continuellement en amplitude et en direction. Les modifications les plus lentes peuvent être considérées comme des courants continus dont l'intensité est liée à la conductivité électrique matériaux.

2

locale des

La mesure de la composante électrique (du champ électromagnétique) tellurique constitue un moyen pour mettre en évidence la conductivité du sous‐sol. Prospection par courants telluriques La gamme des roches sédimentaires composant la croûte terrestre possède des résistivités électriques très différentes. Toutes les roches, selon leur nature, laissent passer plus au moins les courants électriques telluriques selon leurs résistances très distinctes. A leur passage dans les matériaux

terrestres, Il en résultera : -

Des changements de densité de ces courants telluriques : Ceux-ci s’accumulent généralement dans les zones de moindre résistance.

-

Des changements du champ électrique : il est connu que pour une même densité de courant électrique, le champ électrique est proportionnel à la résistance électrique de la roche.

Le but

Principal

de prospection par la

méthode

tellurique consiste à

⃗ total à une station fixe et à mesurer conjointement le champ électrique ⃗𝑬 des stations mobiles .L’extrémité du vecteur de ce champ

retrace des

ellipses en chacun de ces points et le rapport.

𝐀𝐢𝐫𝐞 𝐝’𝐞𝐥𝐥𝐢𝐩𝐬𝐞/𝐬𝐭𝐚𝐭𝐢𝐨𝐧𝐬 𝐦𝐨𝐛𝐢𝐥𝐞𝐬 𝐀𝐢𝐫𝐞 𝐝’𝐞𝐥𝐥𝐢𝐩𝐬𝐞/𝐬𝐭𝐚𝐭𝐢𝐨𝐧 𝐟𝐢𝐱𝐞

permet

de déduire

=

𝐜𝐨𝐧𝐝𝐮𝐜𝐭𝐚𝐧𝐜𝐞 /𝐬𝐭𝐚𝐭𝐢𝐨𝐧𝐬 𝐦𝐨𝐛𝐢𝐥𝐞𝐬 𝐜𝐨𝐧𝐝𝐮𝐜𝐭𝐚𝐧𝐜𝐞 /𝐬𝐭𝐚𝐭𝐢𝐨𝐧 𝐟𝐢𝐱𝐞

les conductances dans les zones

amovibles lorsqu’ on connait la conductance à la station fixe.

3

sur les stations

Principe de mesure sur le terrain La méthode repose sur l’utilisation de deux jeux d’électrodes. – Le premier jeu d’électrodes est fixe et constitue la station fixe. – Le deuxième jeu d’électrodes est déplacé sur la surface à explorer et forme la station de mesure amovible. – Pour toute nouvelle position de la station mouvante, on accomplit conjointement une mesure de différence de potentiel aux deux stations (fixe et mobile) • Ainsi, La différence entre la différence de potentiel de la station changeante et celle de la station fixe est une mesure de la différence de potentiel induite par les courants électriques telluriques et affranchie de leurs changements. Les changements de différence de potentiel enregistrée résultent donc des modifications de conductivité du sous‐sol.

4

2- PROSPECTION PAR METHODE MAGNETOTELLURIQUE La MT est connue déjà depuis les années cinquante du siècle dernier (Andreï Nikolaïevitch Tikhonov 1950 et Louis Cagniard

1953) ; elle consiste à étudier

les propriétés géo- électriques du sous-sol en procédant à la mesure des variations temporelles du champ magnétique terrestre en même temps que celles du champ électrique tellurique. La

magnétotellurique

est

naturelles (passives) sont

une

méthode

dues aux

E.M

dont

les

sources

fluctuations naturelles du champ

magnétique terrestre. Selon la profondeur d’investigation, la MT peut être classée en : -

La radio magnétotellurique (faibles profondeurs - Gamme des HF)

-

L’audio magnétotellurique (moyennes profondeurs - Gamme des

-

fréquences moyennes)

-

L’Hélio magnétotellurique (grandes profondeurs - gamme des Basses fréquences)

Selon la bande fréquence utilisée, la MT est classée en deux grandes familles -

la première famille correspond aux inferieures à 10 Hz, elles sont

sources de basses fréquences

générées par les interactions entre la

magnétosphère et les vents solaires ionosphériques

de

différentes

qui créent des courants

natures

et

caractéristiques.

Ces

courants induisent un champ EM incident à la surface terrestre.fig.1 -

la seconde famille correspond supérieures

à

l’Hertz.

Elles

aux sources sont

de hautes fréquences

générées

par

les

éclairs

atmosphériques (Sferics) piégés par la cavité terre-ionosphère, elles se diffusent dans le sous- sol et forment le signal MT.

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Fig. 1 Origine des champs électromagnétiques primaires, d’après so2Media(2009)

La MT permet de mesurer à la surface du sol, en un même endroit et à plusieurs fréquences les composantes horizontales des champs tellurique et magnétique. Toutefois son application nécessite le respect de quelques règles dites « hypothèses de Cagniard 1953 » -

Le courant de déplacement doit être négligeable par rapport au courant de conduction.

-

La nappe tellurique doit être uniforme, ce qui suppose que la source d’excitation électromagnétique est très lointaine.

Les variations du champ géomagnétique utilisées dans les mesures de la prospection magnétotellurique sont celles comprises dans la gamme de fréquences comprises entre 10−3 et 103 Hz. (fig. 2)

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Fig.2. Spectre modèle de flottement de l’amplitude du champ électromagnétique naturel (l’amplitude en nT ou gamma).

Principe de base de la MT On a vu dans le chapitre précédent que les champs électrique et magnétique en

fonction

de

la

profondeur

et

du

temps

ont

pour

expression

respectivement dans le cas d’une variation sinusoïdale :

⃗⃗ (𝒛, 𝒕) = 𝑬 ⃗⃗ 𝒐 𝒆𝒊𝝎𝒕 𝒆−𝒊𝒌𝒛 = 𝑬 ⃗⃗ 𝒐 𝒆𝒊(𝝎𝒕− 𝒌𝒛) =𝑬 ⃗⃗ 𝒐 𝒆𝒊(𝝎𝒕−𝒛/𝜹) 𝒆−𝒛/𝜹 𝑬 ⃗⃗⃗ (𝒛, 𝒕) = 𝑯 ⃗⃗⃗ 𝒐 𝒆𝒊𝝎𝒕 𝒆−𝒊𝒌𝒛 = 𝑯 ⃗⃗⃗ 𝒐 𝒆𝒊(𝝎𝒕− 𝒌𝒛) =𝑯 ⃗⃗⃗ 𝒐 𝒆𝒊(𝝎𝒕− 𝒛/𝜹) 𝒆−𝒛/𝜹 𝑯 𝒌 étant le nombre d’onde électromagnétique

⃗⃗ 𝒐 𝑒𝑡 𝑯 ⃗⃗⃗ 𝒐 : sont respectivement les valeurs du champ magnétique et 𝑬 électrique à la surface du sol (𝒛 = 𝟎).

7

L’application des équations de Maxwell. ⃗⃗

⃗⃗ = − 𝝏𝑩 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑬 𝒓𝒐𝒕

⃗⃗ = 𝝁 𝑯 ⃗⃗⃗ 𝑩

et

𝝏𝒕

Permet de déduire Le champ magnétique

𝑯𝒚 =

𝒌 𝝎𝝁𝟎

𝑬𝒐 𝒆𝒊(𝝎𝒕− 𝒌𝒛)

Pour une fréquence donnée 𝝎, l’impédance

magnétotellurique

resultante

est :

𝒁=

𝑬𝒚 𝑬𝒙 𝝎𝝁𝟎 = − = 𝑯𝒚 𝑯𝒙 𝒌

Eant donne que les deux champs sont liés par :

⃗⃗ 𝒙 = 𝑬 ⃗𝑬 ⃗𝒚 =− pour

un

𝝎.𝝁 𝒌 𝝎.𝝁 𝒌

⃗⃗⃗ 𝒚 𝑯 ⃗𝑯 ⃗⃗ 𝒙

demi-espace

conducteur

,

le

module

de

l’impedance

dephasés,

l’impédance

electromagnetique est :

| 𝒁| = √𝝆𝝁𝝎 Les

champs

et

𝝆

=

magnétique

et

𝟏 𝝁𝝎

| 𝒁|² =

électrique

𝟏 𝝁𝝎

⃗𝑬

| ⃗⃗⃗ 𝒙 |² 𝑯𝒚

sont

electromagnetique z est complexe , elle possède un module et une phase. Lorsqu’on s’interesse à la partie réelle , on obtient pour le champ electrique

⃗⃗ 𝒙 = 𝑬 ⃗⃗ 𝒐 𝒆𝒊(𝝎𝒕− 𝒛/𝜹) 𝒆−𝒛/𝜹 = 𝑬 ⃗⃗ 𝒐 𝒆−𝒛/𝜹 [ 𝒄𝒐𝒔 (𝝎𝒕 − 𝒛) + 𝒊 𝒔𝒊𝒏 (𝝎𝒕 − 𝒛 )] 𝑬 𝜹

Dont

⃗𝑬 ⃗ 𝒐 𝒆−𝒛/𝜹 𝒄𝒐𝒔 (𝝎𝒕 − 𝒛) est la partie reelle 𝜹

8

𝜹

Cette expression mathématique montre les variations du courant electrique alternatif en fonction de la profondeur z .Plus la profondeur aumente et plus

⃗ 𝒙 se réduit selon la loi exponentielle . la composante ⃗𝑬 Comme la profondeur de pénétration 𝜹 a pour expression :

𝜹=

𝟏 √𝟐𝝅𝝈𝝎

=

√𝝆 √𝟐𝝅𝝎

𝝆

=√ 𝟐 = 𝟒𝝅 𝒇

𝟏 𝟐𝝅

𝝆

√𝒇

En surface 𝒛 = 𝟎 soit

⃗𝑬 ⃗ 𝒙 = ⃗𝑬 ⃗ 𝒐 𝒆−𝒛/𝜹 . 𝒄𝒐𝒔 (𝝎𝒕 − 𝒛) = ⃗𝑬 ⃗ 𝒐 . 𝒄𝒐𝒔 𝝎𝒕 𝜹

L’application des équations de Maxwell ⃗⃗

⃗ = − 𝝏𝑩 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝒓𝒐𝒕 ⃗𝑬

et

𝝏𝒕

⃗⃗ = − 𝝁 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑬 𝒓𝒐𝒕

𝝏 𝝏𝒕

⃗𝑩 ⃗ = 𝝁 ⃗𝑯 ⃗⃗

donne

⃗⃗⃗ 𝒐 . 𝒆𝒊(𝝎𝒕) ) = − 𝐢 . 𝝎. 𝝁 . 𝑯 ⃗⃗⃗ ( 𝑯

Les vecteurs champs electrique et magnétique sont constants dans le plan horizontal ( 𝑿 − 𝒀) , car les variations ne se font que suivant l’axe vertical z.

⃗ 𝒙 et ⃗𝑯 ⃗⃗ 𝒚 fig .3 .Propagation des Champs 𝑬

9

⃗ 𝝏𝑬

Il en resulte que

⃗ 𝝏𝑬

=

𝝏𝒙

𝝏𝒚

=

⃗⃗⃗ 𝝏𝑯 𝝏𝒙

=

⃗⃗⃗ 𝝏𝑯 𝝏𝒚

= ⃗𝟎

Dans un tel cas , la composante du champ magnetique liée au vecteur champ électrique se trouve dans un plan horizontal orthogonalement au

⃗𝒙 vecteur champ electrique ⃗𝑬 On obtient alors

𝝏𝑬𝒙 𝝏𝒛 𝟏 𝝏𝑬𝒙 ⃗𝑯 ⃗⃗ 𝒚 = − 𝒊. 𝝎. 𝝁 𝝏𝒛 ⃗⃗ 𝒚 = − 𝐢 . 𝝎. 𝝁 . ⃗𝑯

⃗𝑬 ⃗ 𝒙 = ⃗𝑬 ⃗ 𝒐 𝒆𝒊(𝝎𝒕− 𝒛/𝜹) 𝒆−𝒛/𝜹

Etant donné que

⃗⃗ 𝐲 = − 𝐇

𝟏

𝛛𝐄𝐱

𝐢.𝛚.𝛍

𝛛𝐳

= −

𝟏

𝛛

𝐢.𝛚.𝛍 𝛛𝐳

⃗ 𝐨 𝐞𝐢(𝛚𝐭− 𝐳/𝛅) 𝐞−𝐳 /𝛅 𝐄

𝐄𝐱 ⃗⃗ 𝐲 𝐇

=−

=

⃗⃗⃗ 𝐨 𝐞𝐢(𝛚𝐭− 𝐳/𝛅) 𝐞−𝐳/𝛅 𝐢.𝐩.𝛚.𝛍.𝐄 ⃗ 𝐨 (𝟏+𝐢)𝐞𝐢(𝛚𝐭− 𝐳/𝛅) 𝐞−𝐳/𝛅 𝐄

=−

𝐳 𝐳 𝛛 ⃗ 𝟏 𝐢(𝛚𝐭− ) − 𝛅 .𝐞 𝛅 ]( [ 𝐄 .𝐞 ) 𝛛𝐳 𝐨 𝐢.𝛚.𝛍

=

⃗ 𝐨 𝐞𝐢(𝛚𝐭− 𝐳/𝛅) 𝐞−𝐳/𝛅 ] [𝐄

⃗⃗⃗ 𝐨 𝐞𝐢(𝛚𝐭− 𝐳/𝛅) 𝐞−𝐳 /𝛅 𝐢.𝛚.𝛍.𝐄 𝐳 𝐳 𝛛 ⃗ 𝐢(𝛚𝐭− ) − 𝛅 .𝐞 𝛅 ] [ 𝐄 .𝐞 𝛛𝐳 𝐨

𝐢.𝛅.𝛚.𝛍 (𝟏+𝐢)

en négligeant 𝝁 ,le module de cette expression donne :

=

𝛚.𝛅 𝟐

𝛚.𝛅

+ 𝐢

=

𝟐

𝛚.𝛅 𝟐

(𝟏 + 𝒊)

comme

𝐲

On deduit . 𝑬

𝐢.𝛚.𝛅

|𝑯𝒙 | =

𝟏+𝐢

𝒚

=

𝟏 √𝟐

. 𝛚. 𝜹

En substituant

𝜹=

𝟏 √𝟐𝝅𝝈𝝎

=

𝟏 𝟐𝝅

𝐄

𝟐 |𝐇𝐱 | = √ 𝐑𝟐𝐞 + 𝐈𝐦

√𝑻. 𝝆

On obtient

10

𝑬

|𝑯𝒙 | = 𝒚

𝟏

. 𝝎. 𝜹 =

√𝟐

𝟏 √𝟐

. 𝝎.

𝟏 𝟐𝝅

𝝆

√𝑻. 𝝆 = √𝟐𝑻

Et enfin : 𝑬

|𝑯𝒙 | ² = 𝒚

𝝆

d’où

𝟐𝑻

𝑬

𝝆 = 𝟐𝑻 | 𝒙 | ² 𝑯

en uem CGS .

𝒚

C’est la relation fondamentale de Cagniard. Ainsi,la mesure des amplitudes des composantes horizontale 𝑬𝒙 et 𝑯𝒚 des des champs tellurique et magnetique au meme endroit et suivant deux directions perpendiculaires 𝑶𝑿 et 𝑶𝒀 , et pour une periode 𝑻 donnée de l’onde elecromagnetique apparente

permet de calculer la valeur de la resistivité

d’une serie de couches.Cette formule montre que les plus les

fréquences sont élevées et plus l’ investigation est proche de la surface et inversement, plus la fréquence est faible et plus la profondeur est grande. Comme la magnétotellurique utilise de basses fréquences (𝟎, 𝟎𝟎𝟓 < 𝑻 < 𝟐𝟎𝟎 𝒔𝒆𝒄𝒐𝒏𝒅𝒆𝒔 𝒆𝒏𝒗𝒊𝒓𝒐𝒏

) des ondes electromagnetiques

crées par des

sources naturelles très diverses , il s’en suit qu’elle soit l’unique methode d’exploration

géophysique,a l’exception de la sismologie, qui permet de

fournir des images à des profondeurs

importantes atteignant plusieurs

dizaines de kilometres. Soit

𝜹 =

𝟏 𝟐𝝅

√ 𝟏𝟎. 𝑻. 𝝆 (km, s,Ωm)

Ainsi, avec une periode de 24 heures , il est possible d’obtenir des informations jusqu’au manteau superieur. Principe de mesure sur le terrain Comme toutes les autres méthodes géophysiques, les 3 principales étapes de la prospection par MT sont l’acquisition (terrain), le traitement (amélioration du rapport 𝑺/𝑩) et l’interprétation qui consiste à interpréter les données des paramètres physiques en terme géologique. L’acquisition sur la surface du terrain comprend la mesure conjointement des composantes du champ magnétique(𝑯𝒚 , 𝑯𝒙 , 𝑯𝒛 ) et electrique (𝑬𝒙 , 𝑬𝒚 ).

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L’évalution des rapports 𝑬 /𝑯 consiste a ranger deux lignes telluriques à angle droit (𝑬𝒙 , 𝑬𝒚 )et trois capteurs magnetiques (𝐻𝑦 , 𝐻𝑥 , 𝐻𝑧 ) fig 4.Sur les differents enregistrements apparaitra des sinusoides pures isolées de periode 𝑻 .Le geophysicien determinera pour chaque valeur de 𝑻 , une valeur moyenne du rapport

𝑬 𝑯

.

𝑬𝒙 𝑒𝑡 𝑯𝒚 sont les spectres d’amplitudes des composantes perpendiculaires des champs électrique et magnetique pour une periode donnée .Au préalable on doit faire une analyse fréquentielle des signaux magnetotelluriques par transformée de Fourier. La conductivité sera exprimée par :

𝝈=

𝟏 𝝆

=

𝟏

𝑯𝒚

| |²

𝟐𝑻 𝑬𝒙

Le principe des mesures des composantes du champ électrique est le même que celui de la méthode tellurique mais on effectue simultanément mesure des deux ou trois composantes du champ magnétique terrestre. Le choix des gammes d’enregistrement des signaux en MT est fait en fonction de l’objectif à atteindre.

Fig. 4 Principe d’acquisition en MT

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la

Il est possible d’effectuer les mesures par deux techniques : -Technique de sondage Le dispositif de mesure est fixé et on fait modifier la fréquence de mesure du champ électromagnétique. On

obtient une courbe de sondage qui

indique les variations de résistivité apparentes à la verticale d’une station de mesure MT. - Technique de profilage Le dispositif est déplacé

en maintenant la

fréquence constante. Les

mesures sont exécutées à une fréquence identique le long d’un profil ce qui permet d’obtenir des informations sur le changement latéral de la résistivité apparente à la dite fréquence. Matériel de mise en œuvre Une campagne de prospection MT comprend le matériel suivant : -

Capteurs magnétiques

Il est utilisé 3 capteurs magnétiques (magnétomètres).02 capteurs magnétiques horizontaux perpendiculaires et un capteur magnétique vertical pour mesurer les composantes 𝑯𝒙 , 𝑯𝒚 𝑒𝑡 𝑯𝒛 ou un magnétomètre triaxial . La disposition des composantes se feront comme suit : 𝑯𝒙 (N-S) et 𝑯𝒚 (E-W) Les capteurs

magnétiques

servent à l’enregistrement des variations du

champ magnétique terrestre. Le choix du type de magnétomètre dépendra de l’objectif et notamment de la gamme des périodes courtes ou longues de variation du champ magnétique terrestre, de la profondeur des structures géo- électriques. -

Capteurs telluriques

Les capteurs telluriques sont généralement des électrodes impolarisables. Ils servent à enregistrer les composantes du champ tellurique à l’aide de 4 électrodes impolarisables selon deux directions perpendiculaires (𝑬𝒙 : N-S) et

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( 𝑬𝒚 : E-W).Il est utilisé également

une

cinquième électrode

reliée à la

masse. Le matériel terrain comprend également -

Un coffret d’électronique comprenant un circuit d’amplification pour amplifier le signal brut et augmenter son gain par filtrage.

-

Des câbles conducteurs

pour relier les différents éléments sus

mentionnés au PC Procédure d’acquisition sur le terrain Les mesures sur le terrain doivent être loin de toute source de bruits (lignes HT, zones industrielles, voies de communications etc…). L’acquisition dépend du problème à résoudre. Ainsi, pour une étude structurale, il faut connaitre tout d’abord la direction structurale principale de la région

d’étude. Le dispositif composé des

magnétomètres et les électrodes sont

disposés de sorte qu’ils soient

perpendiculaires et parallèles à la direction structurale principale. L’opérateur mesure par exemple : -

les composantes horizontale électrique 𝑬𝒙 (en 𝑚𝑉/𝐾𝑚) et magnétique 𝑯𝒙 (en 𝑛𝑇) dans la direction parallèle à la direction structurale principale

-

les composantes horizontales électrique 𝑬𝒚 et magnétique 𝑯𝒚 dans la direction perpendiculaire à la direction structurale principale.

La chaine d’acquisition Les chaines d’acquisition des données magnétotelluriques différent selon les

objectifs.

l’amplification

Néanmoins, du

signal

leurs brut

caractéristiques enregistré

sur

communes le

terrain,

sont le

taux

d’échantillonnage, la résolution numérique du signal électromagnétique et l’aptitude de stockage des données.

14

Le traitement des données MT L’objectif final

du traitement

des données MT enregistrées est la

détermination du tenseur d’impédance. Les Signaux électromagnétiques sont généralement enregistrés dans le domaine temporel .Une première étape comporterait leur conversion dans le domaine fréquentiel. L’Interprétation des données C’est l’étape finale qui consiste à déterminer à partir de la coupe géoélectrique le modèle géologique ressemblant au sous-sol de la zone explorée.

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3- AUDIO MAGNETOTELLURIQUE (AFMAG) L’Audio

magnétotellurique (AMT)

(AFMAG)

est

une

méthode

ou Audio Frequency magnetic Fields

qui

utilise

la

même

théorie

que

la

magnétotellurique pour estimer la résistivité électrique du sol et dont l’étude détaillée de ces champs a été examinée plus haut La source d’énergie primaire électromagnétique peut être naturelle ou artificielle, -

Lorsque la source est naturelle ,l’AMT(NSAMT) est dite semi-passive car l’opérateur ne manœuvre que les récepteurs étant donné que le champ E.M

primaire est

causé

tropicaux et sub- tropicaux

surtout par l’effet

des orages

de gamme de fréquences allant de 1 à

10.000Hz (périodes plus courtes que la seconde). Grâce au phénomène de l’effet pelliculaire (skin effect), les courants induits par les orages magnétiques pénètrent dans le sous-sol. Plus leurs fréquences sont basses et plus ils pénètrent plus profondément. -

Quand la source d’énergie est artificielle (sources contrôlées-CSAMT), le champ électromagnétique peut être généré à l’aide de dipôles électriques terrestres

(générateur de fréquence)

soit à l’aide de

dipôles magnétiques horizontales. Dans les deux cas, l’énergie primaire électromagnétique pénètre dans le sol et produit de ce fait un champ secondaire électrique et magnétique. L’ AMT est appliquée dans l’éventail de fréquences audibles ou proches, c’est à-dire elle mesure les modifications du champ électromagnétique pour des fréquences comprises entre 1 et 1000 Hz. La mesure de ces champs dans cette gamme de fréquences et

dans certaines conditions

permet

d’obtenir les résistivités apparentes des terrains sous -jacents jusqu’à des profondeurs de l’ordre du kilomètre La résistivité apparente peut être estimée alors

à travers l’impédance

électromagnétique, la quantité tensorielle définie par le rapport |

𝑬𝒙 𝑯𝒚

| des

champs électromagnétiques transposés et mesurés à la surface de la terre

16

Mise en œuvre sur le terrain et Appareillage Principe de mesure sur le terrain Le dispositif de mesure comprend : -deux bobines ou trois

bobines d’induction qui sont

disposées

perpendiculairement l’une par rapport à l’autre. Elles permettent de mesurer les composantes

du champ magnétique. Les

bobines sont

placées

horizontalement sur le sol et perpendiculairement à l'allongement de la ligne tellurique. Fig4 -

Deux paires d’électrodes métalliques sont reliées par un câble isolé. Ces électrodes non-polarisables contenant de l’eau salée à l’intérieur et partiellement enfoncées permettent de mesurer les composantes du champ électrique .Les électrodes peuvent être implantées dans

une

couche d’argile légèrement mouillée avec de l’eau salée pour faciliter la propagation dans le sous- sol et espacées l’une de l’autre

de

plusieurs dizaines de mètres pour obtenir un signal important . Mesures du champ magnétique Les capteurs magnétiques et les lignes telluriques sont précisément disposées de préférence en fonction des axes de la géologie de la zone d’étude, sans quoi en direction Nord -sud et Est-ouest Mesures du champ tellurique Elles

s’accomplissent

à l'aide d'un résistivimètre. Les fréquences

modifiables au gré du client s'étalent de 1 à jusqu' à quelques milliers de Hz. Le courant résultant

de la différence de potentiel mesurée par le

résistivimètre est enregistré. Les mesures permettent d’enregistrer les deux composantes horizontales des deux champs (E et H). Ces signaux enregistrés subissent un traitement au préalable qui comprend : - Une amplification.

17

- Un filtrage par des filtres passe- haut et un filtre passe- bas. - Un Enregistrement sur un micro –ordinateur. - Une transformation de ces enregistrements dans le domaine fréquentiel par la FFT. - Une interprétation en termes de résistivité et de phase. Selon les formules

𝝆𝒂,𝒚𝒙 (𝒇) =

𝟏

| 𝒁𝒚𝒙 (𝒇)|² = 𝝁𝝎

𝝋𝒚𝒙 (𝒇) = 𝐭𝐚𝐧−𝟏 𝝆𝒂,𝒙𝒚 (𝒇) =

𝝁𝝎

⃗ 𝒚 (𝒇) 𝑬

| ⃗⃗⃗

𝑯𝒙 (𝒇)

|²

𝑰𝒎 𝒁𝒚𝒙(𝒇) 𝑹𝒆 𝒁𝒚𝒙(𝒇)

𝟏 𝝁𝝎

𝝋𝒙𝒚 (𝒇) = 𝐭𝐚𝐧−𝟏

𝟏

| 𝒁𝒙𝒚 (𝒇)|² =

𝟏 𝝁𝝎

⃗𝑬 (𝒇)

| ⃗⃗⃗ 𝒙

𝑯𝒚 (𝒇)

|²

𝑰𝒎 𝒁𝒙𝒚 (𝒇) 𝑹𝒆 𝒁𝒙𝒚 (𝒇)

Les valeurs de la résistivité

issues de l’interprétation représentent

valeurs de résistivité apparente

des

en raison de l'hétérogénéité et de

l'anisotropie des sous-sols réels. Ainsi, la mesure en surface du champ électromagnétique 𝑬 et 𝑯 permet de calculer pour un sol homogène et isotrope une résistivité apparente correspondant à une période donnée (𝑻 = 𝟏/𝒇) selon l’expression:

𝝆 = 𝟎. 𝟐 . 𝑻 (𝑬/𝑯) ² avec 𝑻: en sec,

𝑬: en mV/km 𝑯: en nT La méthode

AFMAG est employée en prospection magnétotellurique

terrestre et aéroportée selon technique de profilage. Les références bibliographiques se trouvent dans le dernier chapitre

18

19