Les capteurs et équipements de géophysique électriques et ... · PDF...

Jean Bernard, IRIS Instruments, Orléans

Les capteurs et équipements de géophysique électriques

et électro-magnétiquespour les géosciences, l’eau,

l’environnement, la géotechnique

Notre équipe: 21 employés- 8 ingénieurs et techniciens en R&D:

- 6 ingénieurs et techniciens en production- 7 employés en commerce et administration

IRIS Instruments: des équipements de géophysique pour l’exploration du sous-sol

CONCEPTION

FABRICATION

VENTE

FORMATION

MAINTENANCEIRIS Instruments

Secteurs de l’industrie :- Recherche d’eau

- Exploration minière

- Géotechnique

- Environnement

IRIS Instruments, SAS filiale de :- BRGM (établissement public) : 51%

- OYO (société privée japonaise) : 49%

Équipement de prospection électrique

IRIS Instruments: des équipements de terrain travaillant sur tous les continents

L’EQUIPE D’IRIS INSTRUMENTS

CONCEPTION – PRODUCTION - VENTE

Etudes de géotechnique

Etudes environnementales

Recherche archéologique

Exploration minière

Eau souterraine

IRIS Instruments: des équipements de géophysique pour l’exploration du sous-sol

GAMMES DE PRODUITS d’IRIS InstrumentsSONDAGE

ELECTRIQUE

IMAGERIE ELECTRIQUE

POLARISATIONPROVOQUEE

RESONANCE MAGNETIQUE

ELECTRO-MAGNETIQUE

ENVIRONNEMENTEAU

ENVIRONNEMENT EAU, MINE

EXPLORATION MINIERE

EAU SOUTERRAINE

EAU,EXPLO MINIERE

VIP, ELREC

SYSCAL Switch

SYSCAL

PROMIS

NUMIS

LES CAPTEURS ET EQUIPEMENTS DE

GEOPHYSIQUE----

1/ SONDAGE / IMAGERIE ELECTRIQUE

2/ POLARISATION PROVOQUEE

3/ RESONANCE MAGNETIQUE

4/ PROFILAGE ELECTRO-MAGNETIQUE

PRINCIPE DE L’IMAGERIE ELECTRIQUE

RESISTIVITY IMAGING

- A multicore cable connects many electrodes to the equipment

- A sequence of readings is carried out by switching combinations of current (A,B) and potential (M, N) electrodes

- This set up permits to obtain a high acquisition speed

2D interpreted resistivity section

400 readings, 5’ measuring time

SYSCAL Pro Switch 48

EQUIPMENT: SYSCAL R1 Plus SWITCH-48

CONFIGURATION: Schlumberger-Wenner

NUMBER OF READINGS: 362

SPACING BETWEEN ELECTRODES: 5 m

SITE: Spain

GEOLOGY: granitic area with altered and fractured zones

DURATION OF MEASUREMENTS: 1 hour (system set-up + reading taking)

GEOTECHNIQUE : LOCALISATION D’UNE FAILLE DANS DU GRANITE, Espagne

altered granit: less than 200 ohm.m

hard granit: more than 2 000 ohm.m

ProfondeurFISSURED GRANIT

ALTERED GRANITFRACTURE

HARD GRANIT

Depth (m)

Resistivity in ohm.m

GEOTECHNIQUE: DETECTION DE STRUCTURES SUPERFICIELLESDUBAI, EMIRATES

SYSCAL Pro Switch 72

- cavity detection down to 30m depth, in geological formations with gypsum

dissolution, 2D & 3D surveys

- Dubai new airport study

- High Speed Train Line projectbetween the various Emirates

Trench axis

Trench, filled with wood and sand (resisitive)

Schlumberger apparent resistivity, 1200 readings, 30’ acquisistion, 72 électrodes at 0.5m spacing

2D IMAGING profile over the trench

3D IMAGING horizontal section, at 1.2m depth

EQUIPMENT: SYSCAL R2 – CONVERTER 250 W - 64 electrodes

CONFIGURATION: Wenner

NUMBER OF READINGS: 714

SPACING BETWEEN ELECTRODES: 5 m

SITE: France (The Alps)

GEOLOGY: Alluviums with volcanic and glacial materials

DURATION OF MEASUREMENTS: 2 hours and 45 minutes(system set-up + reading taking)

ENVIRONNEMENT : SITE DE STOCKAGE DE DECHETS, FRANCE

inside of disposal: less than 10 ohm.m

alluviums: more than 1 000 ohm.m

disposal areaclay layer

clay layer

resistivity (ohm.m)

Elevation (m)

440

420

400

MESURES DE RESISTIVITE 3D

Câble d’électrodes

resistivimetre

field PC COMSYS

recording station

task management

data collection and interpretation

image n

image 2image 1

office PC

telephone line

GSM

image 1

SURVEILLANCE DE RESISTIVITE: MESURES 4D

image 1

cable withelectrodes

Leachate injection(horizontal trenches)

Biogas collecting

Leachates storageBiogas collecting

and reclaiming

Leachate collecting

Leachate injection(wells)

-6

-4

-2

0

5

6

8

10

13

17

22

28

36

46

-6

-4

-2

0

-6

-4

-2

0

-6

-4

-2

0

-6

-4

-2

0

5 10 15 20 25 30 35 40

-6

-4

-2

0

W E

ρ (Ω.m)

-13

-11

-9

-6

-4

-1

1

4

6

8

%

15 minutesduring

42 minutesduring

65 minutesduring

3 minutesafter

84 minutesafter

borehole

AIM OF BIOREACTORS: Accelerating the biodegradation of a waste

landfill through the recirculation of the leachate

ONYX site, in France, CREED, Paris University, IRD,

SYSCAL Pro Switch 192Leachate recirculation time: between 45’ and 2h 30’Image acquisition time: about 45’ (1 channel equip.) only 4’ with a SYSCAL Pro Switch (10 channel equip.)

Leachate = low resistivity, hot, acid and salty fluid

Black & white image: reference resistivity image (ohm.m)

Colour images: time variation of resistivity (%)

SURVEILLANCE DE RESISTIVITE: LIXIVIATS D’UN BIOREACTEUR

EQUIPEMENT D’IMAGERIE ELECTRIQUE

24 segments de5 électrodes

1 200m

12 segments de 8 électrodes

960m


720m

4 segments se 12 électrodes

480m

10m d’espacement

longueur de ligne


600m


480m


360m


240m

5m d’espacement

longueur de ligne

120967248SYSCAL Pro Switch

SYSCAL Pro Switch

- sorties: 800V, 2.5 A

- dix voies simultanées

- écran graphique

- commutation automatique

- 48, 72, 96, 120+ électrodes


GEOPHYSIQUE----





PRINCIPE DE LA POLARISATION PROVOQUEE

DEFINITION OF THE INDUCED

POLARIZATION PARAMETER:

CHARGEABILITY = ∫ v(t) dt / VMN Δt

Unit of chargeability: mV / V, or per mil

The Induced Polarization (IP)effect occurs with some minerals such as sulphide particles: it is equivalent to a charge / discharge behaviour of capacitors when currents are switched on and off.

TIME DOMAIN CHARGEABILITY

(INDUCED POLARIZATION)

dyke with sulphides and gold

INTERPRETED RESISTIVITY

INTERPRETED IP CHARGEABILITY

Geodatos, Brasil, 20m spacing dipole dipole, 5m shift

POLARISATION PROVOQUEE AU BRESIL pour l’exploration minière

EQUIPEMENT DE POLARISATION PROVOQUEE

Emetteurs (courant régulé):

- VIP 5000, 5kW, 3000V, 10A

- VIP 10000, 10kW, 3000V, 20A

Récepteur (mesure de l’effet PP):

- ELREC Pro, 10 voies de mesureELREC Pro


GEOPHYSIQUE----





Water layer H protons

Energizingpulse

PMRsignal

LOOP Tx / Rx

MRS

CHAMP TERRESTRE : B0 (nT)

FREQUENCE D’EXCITATION: F0 (Hz) = 0.04258 B0 (nT)

METHODE DE RESONANCE MAGNETIQUE: mise en œuvre sur le terrain

5 - 450 A

energising pulse

e(t) = E0 exp(- t / T2*) sin(ω0t +φ0)MRS relaxation signal

t

i(t)= I0 cos(ω0t )

noise

"dead time " about 35 ms

10 - 10000 nV 10 - 1000 nV

1 - 3 kHz

Larmor frequency

40 ms

METHODE DE RESONANCE MAGNETIQUE: principe de mesure

SHALLOW DEEP TWO MEDIUM THICK MULTILAYER AQUIFER AQUIFER AQUIFERS AQUIFER AQUIFER AQUIFER

MRS signal

MRS signal

MRS signal

MRS signal MRS

signal

Pulse moment Pulse momentPulse momentPulse momentPulse moment

MRS signal

Pulse moment

METHODE DE RESONANCE MAGNETIQUE : courbe de sondage thorique

Interprétation du sondage :

aquifère : de 30 à 70m

porosité : ~4%

Boucle : 100*100m, carrée 64 accumulations

Fréquence : 2282 Hz

Géologie : Alluvions, sédiments

SONDAGE DE RESONANCE MAGNETIQUE Institut de l’Environnement, Qinghai, Chine

EQUIPEMENT NUMIS Poly, version 1 voie


GEOPHYSIQUE----





RECEIVER

CABLE

BACK PACKED TRANSMITTER BATTERY BELT

TRANSMITTING LOOP

MAGNETIC SENSOR

SYSTÈME EM MULTI-REQUENTIEL ET MULTI-ESPACEMENT A 3 COMPOSANTES POUR

SONDAGE ET PROFILAGERECEIVER

measuringthe vertical & 2 horizontal

magnetic components

TRANSMITTERproducinga vertical

magnetic moment

SPACING: 20 to 400m FREQUENCY: 110Hz to 56kHz

COMPARAISON RESISTIVITE ELECTRO-MAGN. ET RESISTIVITE A COURANT CONTINU, Orléans

ORLEANS FOREST SITE, France: sandy and clayey sediments

0

5

10

15

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Hz,ip / H0

Hz,op / H0

1760 Hz frequency

distance (m)

PROMIS interpreted resistivity section (Hz,ip & HZ,op) from 220Hz to 56 kHz

-IX1D software-

SYSCAL Pro Switch Wenner Schlumbergerinterpreted DC resistivity section

-RES2Dinv software-

Res

istiv

ity(o

hm.m

)

Tr-Re = 50m

spacing = 1.5m

% STATION 30FREQUENCY SOUNDING AT STATION 30

Hz

Hy

Hx

frequency

out of phase

in phase

Tr-Re = 50m

INVERSION RESISTIVITE ELECTRO-

MAGNETIQUE PROMIS

(COMPOSANTE VERTICALE),

A DIFFERENTS ESPACEMENTS,

Italie0

40

80

120

0

40

80

0

40dept

h(m

)de

pth

(m)

dept

h(m

)

Tr-Re 50m

Tr-Re 100m

Tr-Re 200m

INTERPRETED Hz RESISTIVITY SECTIONS vs DEPTH

LES EQUIPEMENTS DE GEOPHYSIQUE

-----

1/ CAPTEUR (mesure d’un paramètre)

2/ UITE D’ACQUISITION (électronique analogique, numérique)

3/ TRAITEMENT (filtrage des données)

QUALITES SPECIFIQUES DES EQUIPEMENTS DE TERRAIN

-----

1/ ROBUSTESSE MECANIQUE

2/ LARGE GAMME DE TEMPERATURE

3/ ETANCHEITE

4/ FAIBLE CONSOMATION

5/ FAIBLE POIDS

NOS INTERLOCUTEURS-----

- BRGM, toutes méthodes de géophysique

- IRD, résonance magnétique

- LPC2E, capteur magnétique HF

- ISTO, thèse CIFRE

- OSUC Orléans

- Mastère Spécialisé Capteurs et Géosciences

- ENAG (BRGM)

REMARQUE SUR L’EVOLUTION DE L’UTILISATION DES CAPTEURS

-----

-CAPTEURS: de plus en plus automatiques

-LOGICIELS D’INTERPRETATION: de plus en plus automatiques

mais

EXPERTISE =

connaissance scientifique (formation)

+ outil (capteur)

+ expérience vécue

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