Caractérisation et suivi de circulations de fluides par la mesure de Potentiels Spontanés (PS)

DARNET, Mathieu (2003) Caractérisation et suivi de circulations de fluides par la mesure de Potentiels Spontanés (PS). Thèses de doctorat, Université Louis Pasteur.

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Résumé

Notre travail a porté sur la caractérisation et le suivi des écoulements souterrains par la mesure des potentiels électriques du sol induits par électrocinétisme (ou Potentiels Spontanés). En effet, une des propriétés intéressante de ces signaux est que leur distribution spatiale est fonction de la géométrie et de l’intensité de l’écoulement. Nous avons alors essayé de tirer profit de cette propriété en mettant au point un outil d’inversion qui détermine directement sa géométrie. Pour cela, nous avons utilisé un algorithme génétique et un modèle numérique des phénomènes électrocinétiques. Nous avons testé notre approche sur le cas particulier d’un pompage dans une nappe libre et sommes arrivés à déterminer la conductivité hydraulique de l’aquifère en plus de sa géométrie. Ce résultat montre qu’au-delà de l’aspect géométrique, les mesures de PS permettent d’accéder aux propriétés dynamiques du milieu. Est-il alors possible d’en déduire les vitesses d’écoulement? Pour répondre à cette question, nous avons modélisé l’effet électrocinétique des mouvements d’eau qui se produisent dans les couches superficielles du sol (i.e. dans la zone non saturée). Notre modèle montre que les signaux de PS permettent d’estimer la direction des écoulements mais pas leur intensité. Il suggère de plus que le volume d’investigation des mesures électriques est bien plus grand que celui des mesures hydrauliques traditionnelles. Les mesures de PS peuvent-elles alors mettre en évidence des circulations de fluides à une plus grande échelle que les mesures hydrauliques ? C’est pour tester cette hypothèse que nous avons conduit des expériences de suivi de PS lors de la stimulation hydraulique de réservoirs d’eau de grande taille (> 100 m) et très profonds (> 1000 m) : deux sur le site géothermique de Soultz-sous-Forêts (France) et une sur le site de Berlín (Salvador). Elles ont révélé qu’il est possible d’enregistrer des signaux d’origine électrocinétique à plus de 4.5 km de l’écoulement grâce au tubage en acier du puits qui amplifie les courants électriques. Elles ont aussi confirmé que les mesures de PS permettent de suivre la dynamique des écoulements à une échelle bien supérieure à celle des mesures hydrauliques en puits. Enfin, pour chaque expérience, nous avons observé une relation spatio-temporelle étroite entre la sismicité induite dans le réservoir et les anomalies PS en surface ce qui suggère qu’il existe un fort couplage mécanique/électrocinétique dont la nature reste aujourd’hui à étudier.

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