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Mise au point et mode opératoire d’un système ÉlectroMagnétique pour la détection de serpentinites sur les pistes de Nouvelle-Calédonie Rapport final BRGM/RP-61478-FR Décembre 2012

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Mise au point et mode opératoire d’un système ÉlectroMagnétique

pour la détection de serpentinites sur les pistes de Nouvelle-Calédonie

Rapport final

BRGM/RP-61478-FR Décembre 2012

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Mise au point et mode opératoire d’un système ÉlectroMagnétique

pour la détection de serpentinites sur les pistes de Nouvelle-Calédonie

Rapport final

BRGM/RP-61478-FR Décembre 2012

Étude réalisée dans le cadre des projets de Recherche du BRGM 2012

J.C. Gourry

Vérificateur :

Nom : J.M. Baltassat

Date :

Signature :

Approbateur :

Nom : H. Fabriol

Date :

Signature :

En l’absence de signature, notamment pour les rapports diffusés en version numérique, l’original signé est disponible aux Archives du BRGM.

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Mots-clés : Serpentinite, Géophysique, Magnétisme, Électromagnétisme, Nouvelle-Calédonie, Amiante. En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : Gourry J.C. (2012) - Mise au point et mode opératoire d’un système ElectroMagnétique pour la détection de serpentinites sur les pistes de Nouvelle-Calédonie. Rapport final. BRGM/RP-61478-FR, 120 p., 29 fig., 6 ann. © BRGM, 2012, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de 2 EM38

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Synthèse

Cette étude correspond à la troisième phase d’un projet portant sur la mise au point puis la livraison d’un équipement de géophysique destiné à détecter les secteurs des pistes de Nouvelle-Calédonie couvertes de serpentinite, qui sont potentiellement amiantifères. Les deux précédentes phases correspondaient à :

- Phase 1 : étude bibliographique, définition d’un outil géophysique ad hoc, et modélisation de la présence d’une couche de serpentinite (Baltassat et al., 2008, rapport BRGM/RP-56604-FR, et Gourry, 2009, rapport BRGM/RP-56512-FR) ;

- Phase 2 : mise en application et faisabilité in situ d’un outil électromagnétique (Gourry et al., 2010, rapport BRGM/RP-58774-FR).

La quatrième phase consistera à livrer l’équipement de mesure géophysique en Nouvelle-Calédonie, à le tester dans les conditions néo-calédoniennes, et à former une équipe de géophysique locale à ce type de mesure et à l’utilisation du logiciel de traitement.

Le présent rapport présente les travaux de la 3ème phase du projet :

- la théorie à la base de la méthodologie de détection des matériaux magnétiques dans un revêtement de chaussée ;

- les équipements qui composent l’appareil permettant cette détection, notamment les conductivimètres (électromagnétomètres) EM38 de Geonics, le GPS et le chariot de transport des appareils ;

- le mode opératoire des équipements géophysiques ;

- le logiciel « EM38_Process » développé dans le cadre de cette étude, pour le traitement des données EM38 :

· post-traitement GPS et géoréférencement des données,

· filtrage (lissage, suppression de points, despiking, échantillonage),

· inversion 1D des données,

· classification des résultats de susceptibilité magnétique,

· exportation vers ArcMap,

· statistiques sur les données de Kappamètre ;

- des exemples d’application de ces outils (hardware et software) sur des chemins dans la région de Blain (44) où de la serpentinite a été déposée sur les routes comme en Nouvelle-Calédonie.

Il reste encore quelques travaux de mise au point qui devront être réalisés dans la phase 4 parce qu’ils sont dépendants du cas néocalédonien :

- procédure d’acquisition et post-traitement des données GPS ;

- calibration des EM38 ;

- paramètres d’inversion 1D des données EM38 (principalement parce que l’on n’a pas une vision statistique des différents cas géologiques de Nouvelle-Calédonie).

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Sommaire

1. Introduction ............................................................................................................ 9

1.1. OBJECTIFS ...................................................................................................... 9

1.2. DÉROULEMENT DES TRAVAUX ................................................................... 10

2. Description du système électromagnétique....................................................... 11

2.1. LE PRINCIPE DE MESURE ............................................................................ 11

2.2. LE DISPOSITIF DE MESURE : LES EM38, LE GPS ET LE CHARIOT PORTE-ÉQUIPEMENT ................................................................................... 12

2.2.1. Les EM38 ............................................................................................... 12

2.2.2. Le chariot de transport ........................................................................... 13

2.2.3. Le GPS .................................................................................................. 14

2.2.4. Assemblage du dispositif de mesure ...................................................... 15

3. Mode opératoire terrain ....................................................................................... 17

3.1. MISE EN ŒUVRE TERRAIN ........................................................................... 17

3.2. BRANCHEMENT DES DIFFÉRENTS ÉQUIPEMENTS ................................... 17

3.3. CALIBRATION DES EM38 .............................................................................. 19

3.3.1. Calibration du champ en phase .............................................................. 20

3.3.2. Calibration du champ en quadrature ...................................................... 20

3.3.3. Calibration en mode automatique ........................................................... 21

3.4. MISE EN ROUTE DU GPS.............................................................................. 21

3.5. ACQUISITION DES MESURES ...................................................................... 23

3.6. LES DONNÉES KAPPAMÈTRE ...................................................................... 25

3.7. TRAITEMENT PRÉLIMINAIRE DES DONNÉES GPS ET EM38 ..................... 27

3.7.1. Contrôle qualité des données EM38 ....................................................... 28

3.7.2. Post-traitement des données GPS ......................................................... 28

3.8. CONSEILS DE MESURE ................................................................................ 30

3.9. RÉVISION DU MODE OPÉRATOIRE ............................................................. 30

4. Le logiciel de traitement des données ................................................................ 31

4.1. OVERVIEW GÉNÉRAL ................................................................................... 31

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4.2. FICHIER EM38_PROCESSING.INI ................................................................. 32

4.3. LE TRAITEMENT DE POSITIONNEMENT DES DONNÉES EM38 ................. 33

4.3.1. Menu 1 « Concat EM38 GPS » : Création d’un fichier de données EM38 avec des coordonnées géographiques. ........................................ 34

4.3.2. Menu 2 « GPS correct manuel » : repositionnement manuel des données EM38 ....................................................................................... 35

4.4. LE FILTRAGE DES MESURES ....................................................................... 36

4.4.1. Menu 1 « despike » ................................................................................ 36

4.4.2. Menu 2 « delete points » ........................................................................ 37

4.4.3. Menu 3 « Smoothing » ........................................................................... 39

4.4.4. Menu 4 « sampling » .............................................................................. 40

4.5. CALCUL DE SUSCEPTIBILITÉ MAGNÉTIQUE ET CLASSIFICATION DES SUSCEPTIBILITÉS ......................................................................................... 41

4.5.1. Menu « Inversion » ................................................................................. 41

4.5.2. Menu « DV _ DH » ................................................................................. 43

4.5.3. Menu « Classification » .......................................................................... 44

4.6. EXPORT DES DONNÉES AU FORMAT ARCGIS ........................................... 45

4.7. TRAITEMENT DES DONNÉES KAPPAMÈTRE .............................................. 47

4.7.1. Statistiques sur les données de Kappamètre .......................................... 48

4.7.2. Statistiques sur les données EM38 ......................................................... 49

4.7.3. Contrôle des résultats entre l’inversion et la mesure kappamètre ........... 49

5. Test du système in situ ........................................................................................ 51

5.1. TESTS D’INFLUENCE D’UN VÉHICULE ........................................................ 51

5.2. LES SITES PILOTES DANS LA RÉGION DE BLAIN (44) ............................... 51

5.3. COMPORTEMENT ET ROBUSTESSE DU CHARIOT .................................... 53

5.4. LES MESURES ............................................................................................... 54

5.5. RÉSULTATS ................................................................................................... 55

6. Conclusions .......................................................................................................... 59

6.1. RÉSULTATS DE LA PHASE 3 ........................................................................ 59

6.2. PROPOSITION TECHNIQUE POUR LA POURSUITE DU PROJET ............... 59

7. Bibliographie ........................................................................................................ 61

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Liste des illustrations

Figure 1 : Plan du chariot amagnétique (vue de dessus, en haut ; vue de côté en bas). ....... 13

Figure 2 : Photo des différents équipements. .......................................................................... 15

Figure 3 : Schéma d’installation et de branchement du chariot et des EM38. ....................... 17

Figure 4 : Photos montrant les branchements des EM38 : a) branchement des deux EM38 entre eux, b) branchements sur la face avant de l’EM38 DV. ..................... 18

Figure 5 : Photos illustrant une mesure au kappamètre Bartington MS2D : une mise à zéro en l’air (à gauche), puis une mesure sur le sol (à droite). ............................... 27

Figure 6 : Fenêtre du menu principal. ...................................................................................... 31

Figure 7 : Fenêtre « GPS processing ». .................................................................................. 34

Figure 8 : Fenêtre de l’option « Concat EM38 GPS ». ............................................................ 35

Figure 9 : Menu principal de filtrage. ....................................................................................... 36

Figure 10 : Menu de l’option « despike » du menu de filtrage « filtering ». ............................... 37

Figure 11 : Menu de l’option « delete points » du menu de filtrage « filtering ». ....................... 38

Figure 12 : Menu de l’option « smoothing » du menu de filtrage « filtering ». ........................... 39

Figure 13 : Menu de l’option « sampling » du menu de filtrage « filtering ». ............................. 40

Figure 14 : Menu de l’option « inversion » du menu « processing ». ........................................ 42

Figure 15 : Menu de l’option « DV_DH » du menu « processing ». .......................................... 44

Figure 16 : Menu de l’option « Classification » du menu « processing ». ................................. 45

Figure 17 : Menu « Export ». ..................................................................................................... 46

Figure 18 : Menu « kappamètre ». ............................................................................................. 47

Figure 19 : Menu « Kappameter statistics ». ............................................................................. 48

Figure 20 : Menu « Kappameter control ». ................................................................................ 49

Figure 21 : Influence du véhicule sur la partie en phase (à droite) et sur la quadrature ou conductivité (à gauche) en fonction de la distance entre l’avant des EM38 et le pare-choc du véhicule (un Renault Master). ........................................................ 51

Figure 22 : Carte géologique au 1/50 000 éditée par le BRGM. Les roches ultrabasiques (notamment serpentinite sont en vert foncé). .......................................................... 52

Figure 23 : Positionnement des profils de mesure EM38 levés sur la commune de Blain. ...... 53

Figure 24 : Photo d’un chemin remblayé avec de la serpentinite à la Herverie en gauche, et l’Orgerais à droite (Blain, 44). .............................................................................. 53

Figure 25 : Mesures brutes du champ en phase haut) et en quadrature (en bas) sur le chemin de l’Orgerais et de la Herverie. ................................................................... 54

Figure 26 : Données après filtrage et rééchantillonnage. .......................................................... 55

Figure 27 : Résultat de l’inversion issue du logiciel EM1DFM. .................................................. 56

Figure 28 : Courbe de susceptibilité magnétique de la première couche entre 0 et 20 cm. ..... 56

Figure 29 : Résultats de la classification vue sous ArcMap. ..................................................... 57

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Liste des annexes

Annexe 1 : Mesure de susceptibilité magnétique par électromagnétométrie ........................... 63

Annexe 2 : Notice du logiciel « EM1DFM » ............................................................................... 67

Annexe 3 : Format des fichiers .................................................................................................. 99

Annexe 4 : Message NMEA .................................................................................................... 109

Annexe 5 : Liste du matériel pour l’acquisition et le traitement des données EM38 ............... 113

Annexe 6 : Manuel d’utilisation des kappamètres MS2D de Bartington et KT6 d’Exploranium........................................................................................................ 117

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1. Introduction

1.1. OBJECTIFS

Cette étude correspond à la troisième phase d’un projet portant sur la mise au point en France, avant sa livraison en Nouvelle-Calédonie d’un équipement de géophysique destiné à détecter les secteurs des pistes de Nouvelle-Calédonie couvertes de serpentinite, qui sont potentiellement amiantifères. Les deux précédentes phases correspondaient à :

- Phase 1 : étude bibliographique, définition d’un outil géophysique ad hoc, et modélisation de la présence d’une couche de serpentinite (Baltassat et al., 2008, rapport BRGM/RP-56604-FR, et Gourry, 2009, rapport BRGM/RP-56512-FR) ;

- Phase 2 : mise en application et faisabilité in situ d’un outil électromagnétique (Gourry et al., 2010, rapport BRGM/RP-58774-FR).

La quatrième phase consistera à livrer l’équipement de mesure géophysique en Nouvelle-Calédonie, à le tester dans les conditions néo-calédoniennes, et à former une équipe de géophysique locale à ce type de mesure et à l’utilisation du logiciel de traitement.

Les conclusions des études précédentes ont montré que :

- la roche hôte des minéraux d’amiante est principalement la serpentinite (Lahondère et Maurizot, 2009) ;

- la serpentinite (amiantifère ou non) contient une grande quantité de magnétite et est 10 à 1 000 fois plus magnétique que les roches encaissantes ;

- un électromagnétomètre à basse induction et de faible espacement émetteur-récepteur (de l’ordre d’1 m) de type EM38 de Geonics est sensible aux variations de susceptibilité magnétique ;

- la mesure simultanée du champ en phase secondaire en configuration dipôle vertical et dipôle horizontal permet de calculer la susceptibilité magnétique d’une couche superficielle de 20 à 50 cm d’épaisseur et de différencier le cas où seul l’encaissant est magnétique ;

- une hauteur des capteurs de 25 cm au-dessus du sol est satisfaisante car les mesures sont encore sensibles aux variations de susceptibilité magnétique et les capteurs sont suffisamment hauts au-dessus du sol pour pouvoir circuler à 10 km/h sans risque de dommages.

Les objectifs de ce troisième volet du projet sont donc :

- construction et mise au point d’un équipement de géophysique basé sur les conclusions du rapport BRGM/RP-58774-FR, qui puisse être tracté derrière un véhicule à une vitesse de 5 à 10 km/h, afin de pouvoir lever un minimum de 1 500 km de pistes de Nouvelle-Calédonie ;

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- réalisation d’un logiciel de traitement des données d’électromagnétisme afin de pouvoir obtenir in fine une carte (couche shapefile de type ArcInfo) contenant une information de présence de la serpentinite dans le revêtement des pistes. Ce logiciel comprendra plusieurs phases de repositionnement GPS, filtrage des mesures, calcul d’une susceptibilité magnétique du revêtement et classification des valeurs de susceptibilité magnétique ;

- un test de la chaîne de mesures sur un analogue de métropole.

1.2. DÉROULEMENT DES TRAVAUX

Cette étude s’est déroulée de la manière suivante dans le temps :

- commande des EM38 avec la modification pour la synchronisation des deux EM38 (septembre 2011) ;

- commande du DGPS Trimble GEOXH6000 (novembre 2011) ;

- conception et commande du chariot de support des équipements auprès de la société SCODIP à Orléans (décembre 2011) ;

- développement du logiciel de traitement (testé des donnnées acquises en Nouvelle-Calédonie en 2010) (février à juillet 2012) ;

- 1er test du chariot et des équipements à Blain (mai 2012) ;

- rédaction du mode opératoire (juin à septembre 2012) ;

- finalisation du logiciel de traitement et test sur les données de Blain (août/septembre 2012) ;

- 2ème test de validation de la chaîne de mesure et traitement à Blain (septembre 2012).

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2. Description du système électromagnétique

2.1. LE PRINCIPE DE MESURE

Le calcul de la susceptibilité magnétique par électromagnétométrie est basé sur la mesure de la perturbation du champ magnétique en phase par les variations locales de susceptibilité magnétique. Le principe de mesure est décrit en détails dans le rapport BRGM/RP-56512-FR (Gourry, 2009) et est repris en annexe 1 du présent rapport.

Le rapport BRGM/RP-58774-FR (Gourry et al., 2010) détaille les raisons qui ont motivé au choix d’une double configuration dipôle vertical et dipôle horizontal pour calculer la susceptibilité magnétique des 20 à 50 premiers centimètres. Elles sont également détaillées en annexe 1.

Afin de résumer les conclusions des rapports RP-56512-FR et RP-58774-FR :

- un courant électrique alternatif circulant dans une bobine génère un champ magnétique de même fréquence. Dans le vide, ce champ est appelé champ primaire ;

- en présence d’un milieu physique conducteur (conductivité ) et/ou magnétique

(susceptibilité magnétique ), ce champ magnétique va être modifié : on observe une modification du champ en phase et la création d’un champ en quadrature

(déphasage de /2) ;

- dans les conditions de basse induction (voir annexe 1 pour la définition du nombre d’induction), l’augmentation du champ en phase est principalement due à la susceptibilité magnétique non nulle. Elle peut être due également à un milieu très fortement conducteur (conductivité supérieure 1 S/m) mais qui ne sera pas rencontré dans les conditions d’application en Nouvelle-Calédonie ;

- également, dans les conditions de basse induction, la création d’un champ en quadrature est principalement due au milieu conducteur (par opposition au vide qui est de conductivité nulle) ;

- le champ secondaire (voir la définition du champ en phase en annexe 1) en phase est proportionnel à la susceptibilité magnétique du milieu dans les conditions de basse induction.

- le champ secondaire en quadrature est proportionnel à la conductivité électrique du milieu, là encore dans les conditions de basse induction ;

- le conductivimètre (ou électromagnétomètre) EM38 de Geonics permet de mesurer champs en phase et quadrature à basse induction et pour un espacement émetteur-récepteur donnant une bonne sensibilité sur le premier mètre de sol ;

- afin de calculer un modèle de terre (modèle 1D à plusieurs couches) de conductivité électrique et susceptibilité magnétique, il est nécessaire de disposer de plusieurs mesures de champ électromagnétique dans des configurations différentes

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(fréquence, espacement émetteur-récepteur, hauteur au-dessus du sol, orientation émetteur et récepteur par rapport au sol) ;

- l’un des dispositifs optimaux pour calculer ce modèle de terre, consiste à réaliser deux mesures en configuration coplanaire : une mesure en orientation dipôle vertical et une mesure en orientation dipôle horizontal ;

- l’inversion des champs secondaires en phase et quadrature pour les deux configurations permet de calculer la distribution verticale de la susceptibilité magnétique jusqu’à 1,5 m de profondeur (profondeur d’investigation des équipements d’électromagnétisme). En particlier, il est possible de calculer la susceptibilité magnétique d’une première couche de 20 à 50 cm d’épaisseur et de l’encaissant, et donc de différencier le cas où le revêtement est magnétique du cas où l’encaissant est magnétique.

2.2. LE DISPOSITIF DE MESURE : LES EM38, LE GPS ET LE CHARIOT PORTE-ÉQUIPEMENT

2.2.1. Les EM38

Deux EM38 de type EM38MK2-1 ont été achetés à la société Geonics. Leurs caractéristiques sont les suivantes :

- fréquence = 14,5 kHz ;

- espacement émetteur récepteur = 1 m ;

- résolution des champs en phase et quadrature = 0,1 % du « range » total ;

- niveau de bruit du champ en phase (conductivité) : 0,5 mS/m ;

- niveau de bruit du champ en quadrature : 0,02 ppt (ou ‰).

Suite à notre demande, Geonics a dû redévelopper1 un système de synchronisation des deux EM38, afin qu’ils émettent alternativement pour ne pas se perturber mutuellement. Un cordon de liaison entre les deux EM38 assure cette synchronisation. L’émission du deuxième EM38 (dit esclave) est commandée par le premier EM38 (dit maître). Néanmoins il est toujours possible de découpler les deux EM38 et de les utiliser individuellement. Pour cela, il faut réinstaller un « chip » dans le deuxième EM38 afin qu’il redevienne autonome et qu’il puisse éventuellement communiquer avec le mini-PC « Archer » via une liaison Bluetooth.

Un enregistreur (PC en Windows Mobile) de type Archer est connecté à l’EM38 maître par un cordon RS232. Un logiciel d’acquisition « EM38MK2 » permet de mesurer les champs en phase et quadrature des deux configurations.

1 Geonics avait abandonné ce système de synchronisation, développé pour l’EM38-DD (dual dipole) qui

est un ancien modèle analogique qui n’a pas été maintenu dans la gamme Geonics après la création de l’EM38-MK2.

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NB : les deux EM38 achetés sont de la version EM38MK2-1, c'est-à-dire ne comportant qu’un seul récepteur à 1 m de l’émetteur. Néanmoins, le châssis et les boutons sont prévus pour un EM38MK2-2, c'est-à-dire ayant deux récepteurs : un à 0,5 m et un à 1 m. C’est pourquoi les mentions « 0,5 m » et « 1 m » sont gravées sur le châssis.

2.2.2. Le chariot de transport

Sur la base des conclusions du rapport BRGM/RP-58774-FR (Gourry et al., 2010), un prototype d’équipement électromagnétique a été élaboré. Un chariot a été construit (plan en Figure 1) par la société SCODIP (Orléans, 45) à partir du cahier des charges suivant :

Figure 1 : Plan du chariot amagnétique (vue de dessus, en haut ; vue de côté en bas). Le DAS (Digital Acquisition System) est l’enregistreur des mesures électromagnétiques.

- chariot amagnétique et faiblement conducteur ;

- possibilité de poser 2 EM38 espacés d’un mètre ;

- capteurs situé à 25 cm du sol ;

- chariot sur pneus afin d’amortir les vibrations ;

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- chariot directionnel pouvant être installé sur un attelage standard derrière un véhicule ;

- les EM38 seront à l’abri des intempéries dans un tube étanche de protection mais on pourra avoir accès aux boutons de réglage.

L’influence du véhicule métallique situé devant le chariot n’est pas une constante, car les virages et la topographie du sol vont modifier la réponse des EM38. Aussi, il fallait éloigner les EM38 du véhicule, afin que son influence soit négligeable. La longueur du timon a été testée (voir chapitre 5.1) et fixée à 3,6 m.

Pour le transport dans un véhicule, le timon doit être démonté grâce à un système de goupille. Il est possible également de démonter l’axe des roues mobiles à l’avant afin de pouvoir l’installer dans un véhicule.

2.2.3. Le GPS

Afin de positionner chacune des mesures le long d’un cheminement, un GPS a été acheté pour les besoins de ce projet. Suite aux tests de mai 2010 en Nouvelle-Calédonie (Gourry et al., 2010), il a été conclu que la présence d’arbres couvrant les pistes, la forte topographie laissant de grandes zones d’ombre GPS et le manque de satellites à certaines heures de la mi-journée pourraient induire un positionnement de qualité médiocre pouvant aller jusqu’à des erreurs de plus de 30 m sur le positionnement en (X, Y), ou des sauts brutaux de positionnement liés à un manque de continuité du nombre de satellites GNSS.

Une erreur acceptable d’un mètre en X, Y a été retenue afin que la mesure soit située sur la piste, et non totalement en dehors de la piste comme cela a pu être observé en 2010.

Le choix du GPS s’est porté sur le GeoXH6000 de Trimble qui possède les caractéristiques suivantes :

- GPS mesurant les satellites GPS (américains) et Glonass (russes), afin d’avoir un maximum de satellites dans la plupart des configurations et une continuité du nombre de satellites afin de conserver une résolution égale pendant le levé, inférieure à 5 m ;

- enregistrement des mesures L1 et L2, en phase et amplitude afin d’obtenir un positionnement de précision métrique en (X, Y) sans post-traitement.

- possibilité de post-traitement différentiel à partir des corrections provenant des bases GPS fixes. Le post-traitement permet d’atteindre alors une précision inférieure à 20 cm ;

- possibilité d’obtenir un positionnement différentiel en temps réel grâce à une liaison GSM avec une base VRS.

L’antenne GNSS est placée sur la face avant de l’enregistreur. Afin d’avoir une parfaite réception GPS, même quand l’enregistreur est dans le véhicule, une antenne externe

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de type Tornado a été achetée pour cette opération. L’antenne externe peut être fixée sur le toit du véhicule grâce à une embase aimantée.

Le fonctionnement du GPS GeoXH6000 est basé sur un PC (Windows Mobile) intégré. Les positions sont calculées et enregistrées avec le logiciel Trimble TerraSync v5.30.

Le logiciel permet un enregistrement au point par point ou en continu en fixant un pas de mesure temporel (par exemple 1 seconde) ou spatial (par exemple 1 m en distance latérale).

2.2.4. Assemblage du dispositif de mesure

Les photos de la Figure 2 montrent comment sont assemblés les différents éléments du dispositif de mesures.

Figure 2 : Photo des différents équipements. En jaune, le GPS connecté à l’antenne externe, en orange : l’enregistreur (mini-PC Archer) des EM38

et les deux batteries alimentant les EM38.

Le chariot est attaché à l’arrière d’un véhicule muni d’un crochet d’attelage. L’enregistreur PC des EM38 est placé dans le véhicule et est relié aux EM38 via un cordon série (RS232) de 10 m, ou via une liaison Bluetooth.

L’antenne Tornado est placée sur le toit du véhicule grâce à un porte-antenne (embase) muni de trois aimants. Ces aimants sont suffisamment puissants pour

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bloquer définitivement l’antenne malgré les vibrations. Un câble coaxial de 3 m permet de relier l’antenne externe à l’enregistreur.

L’enregistrement de la données GPS (message NMEA) est possible également sur l’enregistreur des EM38 via une liaison USB ou Bluetooth.

Comme l’enregistreur des EM38 ne peut assurer qu’une seule liaison Bluetooth, nous avons préféré assurer l’enregistrement des EM38 via une liaison série et l’enregistrement GPS via une liaison Bluetooth pour les raisons suivantes :

- la liaison Wifi de type Bluetooth peut être coupée ou perturbée à cause d’une trop grande portée (au moins 4 m), ou d’interférences ;

- l’enregistreur GPS peut être placé très proche de l’enregistreur EM38 (moins d’un mètre) c’est à dire à une distance où le signal Bluetooth est puissant et n’est pas affecté par des coupures ;

- la mesure EM38 prime devant la mesure GPS. Même s’il y a une coupure du GPS, il serait généralement possible de la reconstituer ;

- la liaison physique série est très robuste.

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3. Mode opératoire terrain

3.1. MISE EN ŒUVRE TERRAIN

La mise en œuvre de cet équipement comporte plusieurs étapes :

- le branchement des différents éléments ;

- la mise en route du GPS ;

- la calibration des EM38 ;

- l’acquisition des mesures sur le terrain ;

- la prise de mesure ponctuelle par kappamètre.

Ces différentes phases sont détaillées ci-après.

3.2. BRANCHEMENT DES DIFFÉRENTS ÉQUIPEMENTS

Le chariot doit être installé à l’arrière d’un véhicule équipé d’une boule d’attelage, à une distance minimum de 3 m de l’arrière du véhicule. Cette distance doit être impérativement respectée car elle représente le rayon d’influence des matériaux ferreux du véhicule sur la partie en phase du champ magnétique (voir la Figure 21 au chapitre 5.1). Cette figure montre que l’influence du métal croit plus vite sur la partie en phase que sur la quadrature (conductivité apparente). Le timon du chariot livré est de 3,6 m. Il peut être rallongé mais il devient alors difficile de prendre des virages serrés.

Figure 3 : Schéma d’installation et de branchement du chariot et des EM38.

160 cm

120 cm 360 cm

EM 38 dans leur boitier

Batteries 12V

Attelage remorque

EM38 #1 (VD mode)

EM38 #2 (HD mode)

90 cm

DD config cable

serial cable to DAS(10 m)

DAS

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Figure 4 : Photos montrant les branchements des EM38 : a) branchement des deux EM38 entre eux, b) branchements sur la face avant de l’EM38 DV.

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Il faut veiller à ce que les EM38 soient bien positionnés :

- celui connecté au DAS doit être en position droite (dipôle vertical ou DV) ;

- l’autre doit être en position couchée (dipôle horizontal ou DH).

La Figure 3 présente le schéma de branchement. Les photos de la Figure 4 montrent les différents branchements :

- le DAS doit être connecté à l’EM38 DV ;

- les deux EM38 doivent être connectés par le câble orange ;

- les EM38 seront connectés à leur batterie externe 12V.

Les batteries externes 12 V d’une capacité de 7 Ah permettent une utilisation continue pendant plus de trente heures. Il est aussi possible de fonctionner avec les piles 9 V de type MN1604 qui s’installent dans le logement sur la face supérieure de l’EM38. Une pile de ce type autorise une utilisation continue pendant cinq heures maximum. Il est nécessaire de contrôler la tension des batteries en tournant le bouton de sélection de fonction sur le mode « bat ». Il doit afficher au minimum 7,2 Volts.

Les batteries externes sont placées dans la valise du DAS dans le véhicule.

Après contrôle des tensions de batteries, les deux EM38 sont allumés par le bouton de sélection sur le mode « 1-m », signifiant que l’on va mesurer le champ en phase et en quadrature avec un espacement entre bobines de 1 m.

NB : il faut laisser chauffer les EM38 pendant 15 mn avant de faire les premières mesures (et surtout avant la calibration). En effet, ces systèmes électromagnétiques dérivent avec la température. Il faut qu’ils soient en chauffe au-dessus de la température externe pour être certain d’une stabilité de la mesure. Un thermomètre mesure la température au niveau de chaque récepteur qui est enregistrée avec les mesures électromagnétiques.

3.3. CALIBRATION DES EM38

La calibration des EM38 consiste :

- à annuler le champ magnétique en phase dans le vide, mais avec l’ensemble des pièces métalliques de l’équipement et en conservant leur géométrie ;

- à étalonner la mesure de champ en quadrature.

L’ensemble des calibrations se fera au-dessus d’un milieu non magnétique (susceptibilité magnétique < 10-5 SI) sur une épaisseur de 2 m et faiblement conducteur (conductivité inférieure à 20 mS/m ou résistivité supérieure à 50 ohm.m).

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3.3.1. Calibration du champ en phase

Le but est d’annuler la contribution du champ secondaire en phase sur le récepteur. Or le champ secondaire en phase (dans le vide) est égal au champ primaire. Il s’agit donc d’établir un contre-courant dans la boucle réceptrice de telle manière que la partie en phase du champ secondaire soit nulle.

Comme il est impossible de placer les EM38 dans le vide, en soulèvant à une hauteur supérieure à 1,5 m du sol, il est démontré que l’influence de la susceptibilité d’un milieu faiblement magnétique (susceptibilité magnétique < 10-5 SI) est nulle.

Concrètement, on pose les deux EM38 sur un support à 1,5 m du sol, et on sélectionne le mode « phase ». Puis on annule le champ en phase sur les deux EM38 avec le bouton « phase ». La précision doit être inférieure à 0,1 ppt en valeur absolue.

On veillera à n’avoir aucun objet métallique (a fortiori en fer) sur soi, afin de n’avoir aucune influence sur la mesure (notamment pas de chaussure de sécurité). Il est recommandé d’ôter toute bague, bracelet métallique ou collier, plus particulièrement tout objet métallique de la main qui va agir sur le bouton « phase » placé proche d’une bobine.

3.3.2. Calibration du champ en quadrature

Une fois le champ en phase annulé pour les deux EM38, et en laissant les équipements à 1.5 m du sol, on cherchera à avoir une valeur du champ en quadrature pour le mode DV double de celle du mode DH.

Successivement, pour chaque EM38, on procède de la manière suivante :

- on sélectionne le mode « quad » ;

- on positionne l’EM38 en mode DV, on note la valeur de la conductivité V ;

- puis on tourne l’EM38 de 90°, en mode DH et on note la valeur de conductivité H ;

- puis on remet l’EM38 en position DV. On modifie la mesure de conductivité de la

quantité :

HV 2 .

En remettant en position DH, on devrait alors avoir une mesure V = 2 H. Si tel n’était

pas le cas, on répète les étapes 2 à 4 jusqu’à obtenir V = 2 H. La précision (V Ŕ 2 H) doit être inférieure à 0,1 mS/m en valeur absolue.

On procède de la même manière sur le second EM38, qui est positionné dans la configuration Dipôle Horizontal.

L’opération de calibration est décrite dans le mode opératoire des EM38 fourni par le constructeur.

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3.3.3. Calibration en mode automatique

Il existe également un mode d’étalonnage automatique qu’il est possibble d’appliquer individuellement à chaque EM38. On peut y accéder quand on est dans le menu « Monitor/ log » : il y a un sous-menu « calibrate ». On peut également détruire la dernière calibration en activant le sous-menu « Del Calibr. ».

Après de nombreux échanges avec le constructeur Geonics, il est déconseillé d’utiliser ce mode « automatique », car il n’est pas prévu pour le mode « Dual Dipole », mais uniquement pour le mode EM38-MK2-2.

Néanmoins, le constructeur prévoit une mise à jour du logiciel pouvant prendre en compte ce mode « Dual Dipole ».

La bonne calibration des EM38, qui est un fondement de la méthode proposée ici, sera étudiée plus en détail dans la dernière phase du projet.

3.4. MISE EN ROUTE DU GPS

Le DGPS Trimble GEOXH6000 est un GPS différentiel captant les signaux GNSS (GPS américains et Glonass russes) suivant les bandes L1 et L22. Le mode différentiel peut être appliqué soit en temps réel grâce à une réception GSM de stations fixes ou par correction en post-traitement à partir de données provenant de stations fixes après avoir récupérer ces données sur un ordinateur via internet.

Comme on emploiera sysématiquement les données des services GPS américains et GLONASS russes, on utilsera le terme GPS (par abus de langage) pour désigner la mesure GNSS qui est le terme général désignant une mesure de positionnement à l’aide de données satellites.

En Nouvelle-Calédonie, la DITTT (Direction des Infrastructures, de la Topographie et des Transports Terrestres) met à disposition gratuitement les données en temps réel ou en post-traitement grâce au réseau BANIA. L’avantage évident des corrections en temps réel est de supprimer l’étape de post-traitement. Mais la couverture GSM est encore faible sur de nombreux secteurs du centre de Grande-Terre. Il est donc préférable de ne pas appliquer le mode différentiel temps réel. Si à l’avenir, le réseau GSM se densifiait, le mode temps réel est d’un plus grand confort de travail et évitera de procéder au post-traitement.

Compte tenu de la précision sur le positionnement (< 5 m), la mesure GPS brute sans différentiel devrait suffire. Mais l’expérience de 2010 a montré qu’il est nécessaire

2 Le mode bi-bande L1 et L2 est un procédé mesurant le temps de trajet entre le satellite et le récepteur

sur deux bandes de fréquences proches. La plupart des petits GPS amateurs (randonnée, auto) ne fonctionnent qu’en mono-bande L1. L’ajout de la 2

ème bande L2 qui porte une autre information sur une

bande proche de L1 va considérablement améliorer la précision (d’un facteur 10 environ). Voir par exemple : http://en.wikipedia.org/wiki/GPS_signals.

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d’activer le mode différentiel car il y a souvent des pertes de satellites par effet d’écran sous le couvert boisé, ou réduction de l’horizon par les collines et montagnes. Le grand nombre de satellites (> 12) en zone dégagée obtenu grâce à l’apport des satellites Glonass, permet d’avoir encore un nombre suffisant s’il y a perte de la constellation. Mais il peut alors y avoir dérive de la mesure. Le mode différentiel permet de corriger cette dérive.

La batterie interne du calculateur GPS permet une utilisation continue sur une journée complète (10 h de travail). On peut donc travailler en toute autonomie et recharger la batterie interne tous les soirs grâce au cordon d’alimentation sur le secteur. Mais il est préférable de brancher le calculateur sur une prise allume-cigare du véhicule ou sur une batterie externe 12 V de grande capacité (> 7 Ah).

Il faut installer l’antenne externe Tornado sur son support magnétique puis la fixer sur le toit du véhicule. Il faut noter la distance qui sépare l’antenne du centre du chariot afin de repositionner les mesures. Aussi, il est préférable de la mettre toujours au même endroit sur le toit du véhicule, afin de ne pas à avoir à mesurer chaque jour cette distance. Il faut ensuite brancher l’antenne externe sur le calculateur GEOXH6000.

Une fois le GEOXH6000 allumé, on configure le mode de mesure et d’enregistrement des mesures GPS. Il est possible d’enregistrer la configuration qui pourra être rappelée à chaque démarrage du GPS. A chaque nouveau démarrage du GPS, le GEOXH6000 permet de rappeler la dernière configuration. Cette configuration devra être déterminée en Nouvelle-Calédonie au cours de la dernière phase du projet car elle dépend en grande partie du contexte local. Néanmoins, il faut définir l’enregistrement en spécifiant que :

- il y aura un post-traitement ;

- la précision horizontale doit être inférieure à 1 m ;

- les GPS et Glonass sont utilisés.

Puis, il faut déterminer une liaison COM / Bluetooth qui délivrera les messages NMEA vers l’enregistreur Archer. On procède aux réglages de la manière suivante :

- dans le menu principal du PC (GPS), on démarre l’application « Trimble / GNSS Connector » ;

- définir la sortie NMEA connectée à Bluetooth ;

- ne pas sortir de cette application jusqu’à la fin du levé.

Il est nécessaire de relancer cette application au début de chaque levé.

Après configuration du GPS, on connecte le GPS avec le l’enregistreur de l’EM38 (PC Archer) via une liaison Bluetooth. Pour cela, sur l’Archer, il faut aller sur le menu « Start / Settings/ Connections / Bluetooth ». Si le device « gpsxh6000 » n’existe pas, il faut le créer avec « add new device ». Puis il faut affecter cette liaison Bluetooth sur le port COM5.

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3.5. ACQUISITION DES MESURES

Une fois les EM38 déployés à l’arrière du véhicule, la calibration des EM38 effectuée, le GPS allumé et connecté à l’enregistreur des EM38, il est possible de commencer l’enregistrement sur le datalogger Archer.

Le datalogger Archer est en fait un ordinateur de poche de terrain qui fonctionne sous Windows. On a donc toutes les fonctionnalités Windows sur ce petit logger comme sur un PC de bureau. L’activation des fonctions se fait avec un crayon sur l’écran tactile. Le logger Archer est alimenté par une batterie interne qui a une autonomie d’au moins 10 heures en continu. Cette batterie doit être rechargée chaque soir. Néanmoins, on peut connecter l’alimentation sur une prise allume-cigare 12V du véhicule, en parallèle avec l’alimentation du GPS.

Il faut démarrer l’application EM38MK2 qui sert à l’acquisition des données EM38 et GPS.

Il faut d’abord régler la connexion GPS « Set GPS Port » de la manière suivante :

- activer (Enabled) sur le port COM5 ;

- avec un flux de 9600 bauds ;

- parity « no » ;

- data bits « 8 » ;

- stop bit 1.

Il faut vérifier que le GPS est bien connecté et fonctionne bien en testant avec « monitor GPS output ». Une page de texte apparaît où l’on voir défiler des lignes de chiffres et lettres avec un début de ligne de type « $GGA » (voir annexe 4).

On règle ensuite les paramètres de connexion du logger « logger setup » :

- EM38-MK2 type : EM38-MK2 ;

- EM38-MK2 port : COM1 ;

- Ext.Marker port : disabled ;

- Soft marker : any arrow key ;

- Units : meters ;

- Audio : yes ;

- Pause key : enter.

Puis on règle les paramètres d’acquisition des EM38 « survey setup » :

- EM38/2 mode : auto ;

- Readings / s : 1 (NB : on peut diminuer ce paramètre à 0,5, c'est-à-dire une mesure toutes les 2 s) ;

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Les paramètres suivants n’ont pas d’influence sur la mesure, ils servent à compléter l’en-tête de l’enregistrement :

- Dipole mode : vertical (notre système comporte les deux modes) ;

- Line increment = 1 ;

- Sequence : alternate ;

- Direction : si le profil a une direction privilégiée, ce peut être un bon indicateur ;

- Start station : 0 ;

- Stn increment = 1 (sauf cas particulier), il est plus simple de démarrer la numérotation des stations de mesures à 0 et d’incrémenter de 1 à chaque fois.

On règle ensuite les paramètres d’affichage des courbes de mesures (phase et conductivité) grâce à « Display options ». On définit quelles données vont être affichées et avec quelles couleurs et épaisseurs de trait.

À ce stade, les équipements et le logiciel sont configurés pour l’acquisition simultanée des données EM38 et GPS. Il faut suivre l’ordre de commande suivant.

On démarre l’acquisition des données EM38 en cliquant sur « monitor/log ». Si la connexion avec les EM38 n’est pas correcte, on obtient un message d’erreur. Sur la fenêtre d’acquisition, on doit voir indiqué

- en haut :

· Auto pour mode d’acquisition automatique (en continu),

· le mode V ou H d’acquisition (indifférent pour nous) ;

- en bas :

· les mesures de conductivité et inphase en mode vertical et horizontal, respectivement C, I, c, i,

· l’information de connexion du GPS : DGPS si on fait une correction différentielle temps réel, cette information est dans

le message NMEA, ou AGPS s’il n’y a de correction différentielle ;

· le PDOP (entre 0 et 99,9) qui représente l’erreur de positionnement.

C’est à ce stade que l’on peut procéder à une calibration automatique (voir § 3.3.3), mais elle n’est pas recommandée par le constructeur dans l’état actuel car cette calibration s’applique uniquement aux EM38MK2 et non au mode Dual Dipole.

Il faut alors démarrer l’acquisition des données GPS en mode continu. Il y aura donc des mesures GPS enregistrées avant que l’enregistrement de l’EM38 démarre. Par simplicité, il est recommandé d’utiliser un nom de fichier GPS identique à celui du fichier de mesure EM38 (voir plus bas)

On démarre l’acquisition des EM38 en cliquant « create file ».

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Il est alors demandé un nom de fichier. Par défaut le logiciel propose un nom sous la forme MMDDHHA qui représente le mois MM, le jour DD, l’heure HH de l’ouverture du fichier et l’index A ou B ou C, etc., si plusieurs fichiers sont créés dans la même heure. Il est recommandé de conserver cette numérotation automatique qui évite d’écraser des fichiers avec le même nom, et qui se classent automatiquement par ordre chronologique. Une alternative pourrait être de rajouter un préfixe de la commune où a lieu l’acquisition.

On fixe également le répertoire de sauvegarde. Les fichiers sont sauvegardées (« storage ») dans le format binaire N38 (voir annexe 3).

Certains évènements vont apparaître au cours de l’acquisition mais ne nécessitant pas d’arrêt de l’acquisition :

- évènement routier : croisement de route, pont, changement de piste, maisons ;

- bruit de mesure sur le signal visible pendant l’acquisition : pont métallique, tuyau métallique sous la route, clôture métallique, voiture à l’arrêt ou doublant notre véhicule.

Ces évènements devront être répertoriés en faisant un « mark » à l’aide d’une touche « flèche » et cette marque sera enregistrée dans le fichier de mesure. On notera sur un carnet de terrain à quoi correspond chaque évènement. Au cours du traitement sur ordinateur, ces évènements seront positionnés afin de pouvoir les intégrer sous ArcGIS.

Certains évènements vont nécessiter l’arrêt temporaire (pause) de l’acquisition :

- arrêt conducteur ;

- mesure au kappamètre (voir chapitre 3.6 pour la mesure au kappamètre) ;

- problème sur le GPS ;

- problème sur les EM38 ;

- demi-tour ou autre manœuvre demandant un arrêt du système.

Il faut alors appuyer sur la touche « enter » pour stopper (mise en pause) de l’acquisition. Le GPS continue ses acquisitions qui sont enregistrées dans le fichier GPS mais ces données ne sont pas enregistrées par l’Archer. Quand l’acquisition est prête à redémarrer, on appuie de nouveau sur la touche « enter ».

3.6. LES DONNÉES KAPPAMÈTRE

Des données de susceptibilité magnétique vont être acquises avec un kappamètre portable sur les profils du levé géophysique. Sur chaque point levé et géoréférencé, on notera le type de géologie de surface (entre 0 et 50 cm) du lieu de mesure et le taux de serpentinite dans cette couche de surface. Ces données de susceptibilité magnétique permettront de fixer la relation d’une part entre la lithologie et la susceptibilité et d’autre part entre le taux de serpentinite et susceptibilité. On pourra alors fixer les seuils de susceptibilité magnétique pour établir les trois classes : « sans ou peu de

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serpentinite », « taux moyen de serpentinite » et « taux élevé de serpentinite ». Ces seuils devront être controlés par des géologues spécialistes de l’amiante naturelle, car ils vont déterminer le seuil où la concentration en serpentinite est suffisante pour que le taux de particules d’amiante représente un risque. Ces points de mesure des susceptibilités magnétiques de surface seront également comparés à celles obtenues après inversion des mesures EM38.

Pour cela, il faut répartir régulièrement ces points de contrôle (ou d’étalonnage) le long du profil et suivant toutes les lithologies présentes sur la commune ou dans le secteur d’étude. C’est une des tâches les plus complexes car l’idéal est de choisir ces points au fur et à mesure de l’acquisition des EM38, alors que l’on ne connait pas nécessairement l’ensemble de la géologie le long du profil. C’est pourquoi pour des raisons de sécurité et également la raison évoquée précédemment, il est conseillé de faire une reconnaissance préalable des profils de mesure sans le chariot et les capteurs en roulant à allure normale, afin de repérer préalablement les pistes, les obstacles et la lithologie.

Cet étalonnage entre la valeur de susceptibilité magnétique et le taux de serpentinite est valable pour un même secteur géographique et pour un même ensemble géologique, car la susceptibilité magnétique de la serpentinite n’est vraisemblablement pas le même au nord et au sud de Grande-Terre.

Il existe deux types de kappamètre :

- le MS2D de Bartington, recommandé car plus intégrateur et plus grande profondeur d’investigation (Figure 5) ;

- le KT9 de GeoExplorium (plus petit mais avec une mesure très ponctuelle).

Dès qu’un point d’étalonnage est repéré, on stoppe le véhicule, l’acquisition des EM38 (mode Pause en cliquant sur une flèche) et l’acquisition du GPS en cliquant sur « PAUSE ». On est alors en mode « ponctuel » du GPS. Il faut aller ensuite sur « Données / options / imbriquer », puis on fait le choix « kappa ».

Une fenêtre de dialogue apparaît où on note le type de géologie parmi les types prédéfinis. Il existe le choix « autre » au cas où aucun choix ne correspond ; il faut alors noter sur le carnet de terrain le type de géologie. Puis, il faut définir le taux de serpentinites dans la couche de surface. On mesure la susceptibilité magnétique à l’aide d’un des deux kappamètres (voir leur fonctionnement en annexe 6). On mesure entre cinq et dix valeurs sur une surface de 1 m² environ, afin d’avoir une vision plus statistique. On calcule la moyenne et l’écart-type (ces deux valeurs sont calculées de tête : l’objectif est de savoir dans quelle décade se situe la susceptibilité magnétique et si elle est variable ou non). Ces valeurs de moyenne et écart-type sont notées sur le GPS.

Enfin on active l’acquisition du positionnement en cliquant sur « Enreg », c'est-à-dire que des coordonnées sont affectées à ces informations. On voit défiler en bas à droite le nombre de points qui sont sommés (« stackés »). On arrête l’enregistrement au bout de dix points en cliquant sur « terminé ». On retourne alors au mode de mesure en

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continu. On peut alors visualiser la trace en allant sur le menu « Carte » et cliquer sur « reprendre » pour redémarrer l’enregistrement continu. En fait, l’acquisition en continu ne reprend que quand on aura déplacé le GPS de la valeur d’échantillonnage du GPS (5 m par défaut).

On peut alors reprendre l’acquisition des EM38 en arrêtant le mode « pause » en cliquant sur une flèche de l’Archer. Les données EM38 continuent à être enregistrées dans le même fichier. On retrouvera les données ponctuelles du kappamètre dans le fichier du GPS.

Figure 5 : Photos illustrant une mesure au kappamètre Bartington MS2D : une mise à zéro en l’air (à gauche), puis une mesure sur le sol (à droite).

3.7. TRAITEMENT PRÉLIMINAIRE DES DONNÉES GPS ET EM38

Avant le traitement des données EM38 pour calculer la susceptibilité magnétique de la couche superficielle des pistes et la représenter sur un fond ArcGIS, il est nécessaire de faire un contrôle qualité des données EM38 et de procéder au post-traitement différentiel des données GPS.

Ces tâches doivent être réalisées quotidiennement si possible, chaque soir après la journée de levé géophysique. Ce travail de contrôle prend entre 1 et 2 heures. Il faut donc en tenir compte pour établir des devis d’étude.

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

28 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

3.7.1. Contrôle qualité des données EM38

Il s’agit de contrôler la qualité des données EM38 acquises au cours de la journée pour vérifier que :

- il n’y a pas eu de dérive des instruments ;

- l’ensemble des données ont été enregistrées, qu’il ne manque pas une voie de mesures ;

- la température interne des EM38 n’a pas brusquement augmenté trahissant une panne ;

- les données en phase et en conductivité ne sont pas bruitées trahissant une panne.

Cela permet également de faire le bilan de la journée sur les linéaires parcourus et sur les noms des fichiers enregistrés que l’on pourra indiquer dans un document Excel. Les fichiers pourront être classés par commune et par journée d’acquisition.

Pour cela, on utilise le logiciel DAT38MK2. La procédure est la suivante :

- conversion du fichier au format N38 (binaire) vers le format M38 (ASCII) ;

- puis on peut lire chaque fichier de données au format avec M38 (open profile), afin d’afficher les courbes de mesures des quatre paramètres. On peut zoomer et contrôler la qualité des mesures.

Le logiciel DAT38MK2 possède une option permettant d’associer des coordonnées géographiques à chaque mesure EM38 « 2D layout / create GPS based XYZ file ». Mais les systèmes de coordonnées proposés sont le système (latitude, longitude) en WGS84 ou l’UTM. Comme les données doivent être fournies en coordonnées RGNC91, aucune correction ne sera effectuée avec cette option.

On détaillera comment contrôler la qualité des données d’électromagnétisme au chapitre suivant portant sur le logiciel de traitement, notamment au chapitre 4.4 portant sur le filtrage.

3.7.2. Post-traitement des données GPS

Il s’agit du post-traitement des données GPS pour effectuer la correction différentielle à l’aide du logiciel Pathfinder.

Les stations fixes du réseau BANIAS du DITTT de Nouvelle-Calédonie doivent être entrées dans la configuration qu’il faut rappeler.

Le système de coordonnées doit être le RGNC91.

Après post-traitement, le logiciel crée deux fichiers représentant :

- les données GPS acquises en continu pendant les mesures EM38. Le fichier a l’extension Line_generic_XXXX.txt, où XXXX représente le nom du fichier GPS brut (qui est le même que celui de l’EM38 si possible) ;

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- les données GPS acquises ponctuellement, correspondant aux mesures kappamètre. Le fichier a l’extension Point_generic_XXXX.txt, où XXXX représente le nom du fichier GPS brut (qui est le même que celui de l’EM38 si possible).

Les fichiers post-traités sauvegardés avec l’extension Line_generic_XXXX.txt ont le format suivant (l’espace est le séparateur de champ) :

- un chiffre représentant un identifiant ;

- coordonnée Est (m) ;

- coordonnée Nord (m) ;

- altitude (m) ;

- date de mesure ;

- heure de mesure ;

- PDOP ;

- HDOP ;

- commentaires.

Exemple :

- ID,Est,Nord,AltiNGF,Date,Heure,??,PDOP,HDOP,, ;

- 4,290366.656,280738.1,27.997, 15/05/2012, 14:38:38, 1.3,0.7, Phase porteuse flottante post traité, 15/05/2012, 14:38:23 ;

- 4,290366.653,280737.333,27.995, 15/05/2012, 14:38:39, 1.3,0.7, Phase porteuse flottante post traité, 15/05/2012, 14:38:23.

Les fichiers post-traités sauvegardés avec l’extension Point_generic_XXXX.txt ont le format suivant (la virgule est le séparateur de champ) :

- un chiffre représentant un identifiant ;

- coordonnée Est (m) ;

- coordonnée Nord (m) ;

- altitude (m) ;

- date de mesure ;

- heure de mesure ;

- PDOP ;

- HDOP ;

- commentaires.

1,290365.048,280779.180,29.218,15/05/2012 14:31:14,"5.29 6.54 20.7 10.1 3.4", 2.5,1.0, "Phase porteuse flottante post traité", "15/05/2012", "14:30:55", 29.218, 0.1, 0.1, 280779.180,290365.048.

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3.8. CONSEILS DE MESURE

On a pu établir quelques règles à respecter pour une acquisition efficace et de bonne qualité à partir de l’expérience de la mission de 2011 en Nouvelle Calédonie et des tests avec le nouvel équipement dans la région de Blain.

Tout d’abord, il faut prévoir une reconnaissance préalable des profils qui doivent être levés à allure normale, afin 1) de repérer les obstacles et difficultés sur la piste car il faut éviter autant que possible d’arrêter l’acquisition des mesures et 2) d’identifier les différents faciès géologiques le long du linéaire pour en mesurer la susceptibilité magnétique avec un kappamètre.

Une fois l’ensemble des équipements prêts à fonctionner et les acquisitions en cours, il faut respecter une vitesse de roulement constante de l’ordre de 5 à 7 km/h. À ce rythme, on enregistre une mesure tous les 2 à 4 m (acquisition continue à 0,5 à 1 mesure/seconde) ce qui est suffisant comme précision. D’autre part à cette vitesse, le chariot reste stable et peut « encaisser » des vibrations et des chocs. Comme il n’y a pas de suspensions sur le chariot, le chariot pourrait décoller du sol en cas de vitesse supérieure sur des pistes avec des chaos, pouvant endommager les instruments.

Il est recommandé de procéder à deux calibrations minimum par jour, une au début de la journée et une seconde en milieu de journée. Une troisième calibration peut être envisagée en fin de journée afin de calculer les dérives des instruments par demi-journée. Pour l’instant, il n’y a pas de correction de ce type dans le logiciel de traitement, mais il pourrait être rajouté dans la phase 4 du projet. En effet la dérive des instruments n’a pas encore été évaluée. D’après Geonics, elle est faible et une simple calibration en début de chaque demi-journée est suffisante pour compenser une éventuelle dérive.

Compte tenu du nombre de pistes en Nouvelle-Calédonie, une hiérarchisation des données est fondamentale et une nomenclature des fichiers doit être rapidement décidée. Le nom des fichiers de mesure EM38 et GPS doivent être les mêmes. À chaque fichier de mesure correspond un seul fichier GPS et inversement.

3.9. RÉVISION DU MODE OPÉRATOIRE

Le mode opératoire décrit plus haut définit les grandes lignes de la procédure à appliquer. Elle fait abstraction des spécificités de la Nouvelle-Calédonie. Ce mode opératoire sera revu et amélioré au cours de la prochaine phase du projet.

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4. Le logiciel de traitement des données

4.1. OVERVIEW GÉNÉRAL

Après avoir été lancé, le logiciel « EM38_process » propose le menu principal et se présente ainsi :

Figure 6 : Fenêtre du menu principal.

Il y a cinq possibilités :

- GPS (voir 4.3) ;

- le filtrage (voir 4.4) ;

- le traitement (voir 4.5) ;

- le traitement des données kappamètres (voir 4.7) ;

- l’export (voir 4.6).

Il est possible d’accéder à tous les menus dans l’ordre chronologique que l’on souhaite. Mais il y a une démarche logique de traitement d’un fichier de données. À

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chaque étape, un nouveau fichier est créé mais il est possible d’écraser le fichier d’entrée s’il a le même nom et la même extension que le fichier de sortie.

Ainsi, l’ordre conseillé pour le traitement des données EM38 (fichier DATA.m38) est le suivant :

- géoréférencement des données : fichier DATA.m38p ;

- filtrage des données (donnera un fichier DATAx.m38p) :

· suppression de portions de mesures bruitées ou non significatives,

· suppression automatique de points « aberrants » haute fréquence (Despike),

· lissage (Smoothing),

· reéchantillonnage ;

- calcul de la susceptibilité magnétique de la couche de surface par Inversion des données ou approche empirique (donnera un fichier DATA.m38i) ;

- classification par seuillage des susceptibilités magnétiques pour établir un zonage de probabilité de présence de serpentinite sur les pistes (donnera un fichier DATA.m38c) ;

- exportation des données classifiées au format ArcGis.

En parallèle à ces traitements, on traitera les données obtenues par mesure de la susceptibilité magnétique au kappamètre. Ces traitements statistiques doivent permettre de fixer des seuils pour la classification de la susceptibilité magnétique de la couche de surface.

À ce stade du projet, les fonctionnalités proposées par le logiciel permettent de traiter des données brutes d’EM38 et d’aller jusqu’à l’exportation de cartes de susceptibilité classifiée. Mais le logiciel est améliorable et certaines fonctionnalités optionnelles ont été envisagées mais ne sont pas implémentées à ce jour. Elles pourront faire l’objet d’un développement dans la phase ultérieure du projet. Par ailleurs, l’ergonomie du logiciel est suffisamment souple pour implémenter de nouvelles fonctionnalités nécessaires qui pourraient apparaître pendant les futures campagnes de levé en Nouvelle-Calédonie.

4.2. FICHIER EM38_PROCESSING.INI

Ce fichier EM38_PROCESSING.INI qui est situé dans le même répertoire que l’exécutable EM38_PROCESSING.EXE décrit certains paramètres nécessaires au bon fonctionnement du logiciel. Dans la version actuelle (version 1.0), il est composé de trois lignes :

- répertoire où se trouve le logiciel d’inversion em1Dfm.exe (ce répertoire doit ABSOLUMENT être bien renseigné sous peine d’empêcher l’inversion) ;

- répertoire où se trouvent les fichiers de mesures à traiter ;

- le nom du fichier (y compris son répertoire) où se trouvent explicités les types de lithologie ainsi que leur indice qui est indiqué dans les fichiers de terrain.

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Exemple de fichier EM38_PROCESSING.INI : C:\Program Files\UBC-GIF\bin D:\EM1D D:\EM1D\litho.txt

Exemple de fichier de lithologie (litho.txt) : 1 Serpentinite 2 Basalte 3 Alluvions 4 Micaschistes 5 Latérite 6 Autre

La ligne avec l’indice 6 est recommandée.

4.3. LE TRAITEMENT DE POSITIONNEMENT DES DONNÉES EM38

Une fois les données de terrain acquises, on est en possession de deux fichiers :

- un fichier de mesures EM38 d’extension *.M38, fichier de sortie du logiciel DAT38MK2 à partir des données brutes *.N38 ;

- un fichier de mesures GPS post-traité d’extension *.txt.

L’objectif de ce module est de disposer d’un fichier associant :

- les données EM38 ;

- avec leur positionnement GPS de précision infra-métrique ;

- au format RGNC91.

Pour accéder à ce module, il faut cliquer sur « GPS ». La fenêtre de la Figure 7 apparaît. Le logiciel propose trois menus possibles :

- Menu 1 « Concat EM38 GPS » : cette option vise à créer un fichier de mesure avec des coordonnées géographiques (projection plane RGNC91, UTM ou Lambert 2 étendu3) ;

- Menu 2 « GPS correct manuel » : cette option n’est pas encore intégrée dans le logiciel. Elle vise à corriger le cheminement d’un profil point par point manuellement sur une graphique ;

- Menu 3 « Close » : afin de revenir au menu précédent (menu principal).

Dans la prochaine phase du projet (phase 4), le logiciel proposera une nouvelle option au cas où le datalogger EM38 et le GPS n’auraient pas pu se synchroniser (être associés). Il faut alors concaténer deux fichiers indépendants.

3 Il a été prévu d’ajouter également les systèmes Lambert ou UTM afin de pouvoir travailler en métropole

ou n’importe où dans le monde.

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Figure 7 : Fenêtre « GPS processing ».

4.3.1. Menu 1 « Concat EM38 GPS » : création d’un fichier de données EM38 avec des coordonnées géographiques

Après avoir cliqué sur l’option « Concat EM38 GPS », on arrive sur la fenêtre de la Figure 8. Deux options sont possibles :

- les données GPS brutes sont de qualité suffisante. Il n’est pas nécessaire de faire appel au fichier de données GPS après post-traitement on ne renseigne que le nom du fichier de données EM38 et le champ du fichier GPS resté vierge. Il faut également renseigner le champ de coordonnées géographiques car les coordonnées géographiques dans le fichier *.m38 brut sont dans le système (latitude, longitude) WGS84 ;

- les données GPS brutes ne sont pas de qualité suffisante. Il faut concaténer le fichier EM38 (*.m38) et le fichier de données GPS post-traité (Line_generic_*.txt). On renseigne les 2 champs de fichier (celui de données EM38 et de GPS).

La valeur « offset antenna » représente le déport horizontal (distance) entre l’antenne GPS posé sur le toit du véhicule et le centre du chariot. Elle permettra de corriger de ce déport.

Le système de coordonnées (actuellement RGNC91, Lambert ou UTM) ne sera utilisé que dans le cas de l’option 1. S’il est renseigné alors que l’on est dans l’option 2, cela ne sert à rien.

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Le bouton « Go », permet de lancer la création de données EM38 avec coordonnées géographiques. Après la concaténation, la carte du cheminement s’affiche sur la fenêtre graphique. Le message « Fin création des données EM38 géoréférencées » signale que le calcul est fini. À ce stade, aucun fichier n’est enregistré. On peut recommencer le calcul de concaténation plusieurs fois. C’est le dernier résultat qui est conservé en mémoire et qui pourra être sauvegardé.

Le bouton « Save » permet de sauver la dernière version de cette concaténation au format *.m38p.

Le bouton « cancel » permet de sortir de ce menu (les sauvegardes de données sont conservées).

Figure 8 : Fenêtre de l’option « Concat EM38 GPS ».

4.3.2. Menu 2 « GPS correct manuel » : repositionnement manuel des données EM38

Cette option doit être développée dans la prochaine phase du projet « géophysique sur la serpentinite amiantifère ».

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4.4. LE FILTRAGE DES MESURES

Depuis le menu principal, on accède au menu de filitrage des données en cliquant sur le bouton « filter » (Figure 9).

Ce menu permet de filtrer les données brutes géoréférencées suivant quatre modes :

- Menu 1 « despike » : supprimer les « spikes » des données qui sont des variations brutales des mesures dues à un bruit instrumental, ou des changements brusques de propriétés électriques non significatives ;

- Menu 2 « delete points » : supprimer manuellement des portions de mesures ;

- Menu 3 « Filter » : filtrer (lisser) des données par moyenne ou médiane glissante ;

- Menu 4 « sampling » : rééchantillonage de mesures à un pas régulier et/ ou à un pas plus grand ;

- Menu 5 « close » : retour au menu principal.

Après chaque action de filtrage, un commentaire décrivant les paramètres du filtrage est ajouté en en-tête du fichier au format m38p.

Figure 9 : Menu principal de filtrage.

4.4.1. Menu 1 « despike »

En accédant au menu « despike », on arrive sur la fenêtre de la Figure 10.

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Le principe du « despike » repose sur le calcul du rapport entre l’écart-type d’un champ de mesure sur une fenêtre courte et l’écart-type du même champ sur une fenêtre trois fois plus grande. Les fenêtres sont centrées sur le point sur lesquel est calculé ce rapport. Ensuite, le point de mesure est remplacé par la médiane sur la fenêtre courte si ce rapport dépasse une valeur seuil.

- OPEN : on ouvre le fichier de mesures géoréférencées (format m38p) ;

- Window = largeur de la fenêtre courte, par défaut 5 ;

- Thresh = seuil du rapport (écart-type fenêtre courte / écart-type fenêtre longue) ;

- Save : sauvegarde des données après « despike » sous format m38p ;

- Cancel : retour au menu précédent.

Figure 10 : Menu de l’option « despike » du menu de filtrage « filtering ».

4.4.2. Menu 2 « delete points »

En accédant au menu « delete points », on arrive sur la fenêtre de la Figure 11. Cette option permet de supprimer une partie continue de mesures définie par une abscisse de début et une abscisse de fin. On peut choisir de supprimer cette zone de mesure soit pour un seul champ de mesure soit sur l’ensemble des champs de mesure. En effet, il peut être nécessaire de supprimer des portions de mesures :

- parce qu’une mesure a été mal réalisée. Dans ce cas, un seul champ sera détruit ;

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- ou parce que toutes les mesures sont de mauvaise qualité ou réalisées sur un secteur à supprimer (exemple un pont métallique affectant toutes les mesures). Dans ce cas, toutes les mesures sont détruites.

Figure 11 : Menu de l’option « delete points » du menu de filtrage « filtering ».

Boutons :

- OPEN : on ouvre le fichier de mesures géoréférencées (format m38p). Après ouverture, il faut choisir le champ de mesure à afficher (bouton en-dessous de « display ») ;

- DV-I / DV-Q / DH-I / DH-Q : bouton de choix du champ à afficher ;

- Delete ! : pour détruire des valeurs du seul champ choisi (visible à l’écran) ;

- Delete all ! : pour détruire l’ensemble des valeurs des quatre champs mesurés ;

- Save : sauvegarde des données après avoir détruit des secteurs sous format m38p ;

- Cancel : retour au menu précédent.

Après avoir choisi un champ, il s’affiche dans la fenêtre graphique. Puis, il faut choisir si les secteurs à supprimer seront détruits sur un champ (bouton « delete ! ») ou sur tous les champs (bouton « delete all ! »).

Après avoir choisi entre « delete ! » et « delete all ! », une marqueur apparaît sur la fenêtre graphique. Un premier clic (bouton gauche) définit le début du secteur à détruire, le second clic (bouton gauche) définit la fin du secteur à détruire.

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Après le second clic, le secteur sélectionné est détruit et les données sont ré-échelonnées. On peut continuer à supprimer des secteurs de mesure suivant la même procédure. Pour arrêter ce processus, on clique sur le bouton droit.

La sauvegarde des données avec l’ensemble des destructions de secteur se fait en cliquant sur le bouton « save ».

4.4.3. Menu 3 « Smoothing »

En accédant au menu « smoothing », on arrive sur la fenêtre de la Figure 12.

Figure 12 : Menu de l’option « smoothing » du menu de filtrage « filtering ».

OPEN : on ouvre le fichier de mesures géoréférencées (format m38p).

Deux options :

- filtrage par moyenne glissante ;

- filtrage par médiane glissante.

Les paramètres pour la moyenne glissante sont sous « Mean ».

- Mean : demi-largeur de la fenêtre glissante pour le calcul de la moyenne glissante ;

- Go ! : calcule de la moyenne glissante pour tous les champs des données.

Les paramètres pour la médiane glissante sont sous « Median ».

- Median : demi-largeur de la fenêtre glissante pour le calcul de la médiane glissante ;

- Go ! : calcule de la moyenne glissante pour tous les champs des données.

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Les boutons communs aux deux options :

- Save : sauvegarde des données filtrées sous format m38p ;

- Cancel : retour au menu précédent.

4.4.4. Menu 4 « sampling »

En accédant au menu « sampling », on arrive sur la fenêtre de la Figure 13.

Les données sont ré-échantillonées régulièrement à un pas constant. Les données sont interpolées suivant le pas d’échantillonnage choisi.

Boutons :

- OPEN : on ouvre le fichier de mesures géoréférencées (format m38p) ;

- Resampling : espacement (en mètre) entre les mesures ;

- Go ! : ré-échantillonnage des données au pas « sampling », exprimé en mètre ;

- Save : sauvegarde des données après les avoir ré-échantillonnéés, sous format m38p ;

- Cancel : retour au menu précédent.

Figure 13 : Menu de l’option « sampling » du menu de filtrage « filtering ».

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4.5. CALCUL DE SUSCEPTIBILITÉ MAGNÉTIQUE ET CLASSIFICATION DES SUSCEPTIBILITÉS

Jusqu’à présent, nous ne disposons que de mesures de champ magnétique en phase et en quadrature, suivant les deux configurations de dipôle.

Il faut maintenant calculer la susceptibilité magnétique de la première couche, afin de décider si cette couche comporte de la serpentinite magnétique.

Le rapport BRGM/RP-58774-FR de Gourry et al. (2010) montre que l’on peut remonter à cette valeur de susceptibilité par inversion des quatre mesures. L’inversion est réalisée en 1D suivant un modèle multi-couches.

Ce même rapport montre que la fonction F=DH-I +1.5 * DV-I est un bon indicateur pour séparer deux modèles :

- Modèle 1 d’une couche superficielle magnétique sur un substratum non magnétique. F est positif ;

- Modèle 2 d’une couche superficielle non magnétique sur un substratum magnétique. F est négatif.

Ce menu de traitement des données EM permettra :

- Menu « Inversion » : calculer un modèle inverse multi-couches ;

- Menu « DV _ DH » : calculer la fonction F ;

- Menu « Classification » : classifier le linéaire mesuré par EM38 en trois classes de présence de la serpentinite magnétique dans le revêtement ;

- Menu « Close » : revenir au menu principal.

4.5.1. Menu « Inversion »

Ce menu (Figure 14) permet d’accéder à une fenêtre relativement complexe afin de saisir l’ensemble des paramètres pour l’inversion 1D multi-couches des données EM38. Le programme « EM38_process » utilise le logiciel d’inversion EM1DFM de l’Université de British Columbia écrit par Zhang et Oldenburg (1999) et distribué par Mira Licensing Ltd. Ce logiciel est amplement décrit dans sa notice (annexe 2) et dans les documents accessibles sur le site Internet de Geophysical Inversion Facility Workgroup de l’Université de British Columbia (UBC-GIF) exposant la théorie.

La fenêtre est divisée en trois parties :

- la partie en haut à gauche « Input file » où l’on crée un fichier au format d’entrée EM1DFM à partir d’un fichier traité par EM38_process au format m38p ;

- la partie en bas à gauche « results » où l’on trouve le bouton « inversion ! » pour lancer l’inversion et le bouton « save » pour sauvegarder les résultats des inversions 1D le long du profil ;

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42 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

- la partie à droite « Inversion » où sont proposés tous les paramètres d’entrée de l’inversion.

L’ensemble des paramètres de l’inversion relativement complexe ne seront pas décrits dans le détail dans le présent rapport : on trouve les explications exhaustives dans la notice en annexe.

Figure 14 : Menu de l’option « inversion » du menu « processing ».

La procédure est la suivante :

- il faut d’abord transformer le fichier de mesures au m38p en un fichier avec extension txt dont le format est expliqué en annexe 3. Pour cela :

· on ouvre un fichier au format m38p avec le bouton OPEN,

· on clique sur « CREATE EM1DFM » pour changer de format. Le nom du nouveau fichier s’affiche au-dessus du bouton et dans le champ « observation file ». Si ce fichier au format d’entrée EM1DFM existe déjà, il est possible de le charger directement avec le bouton BROWSE dans le champ « observation file » ;

- on doit ensuite définir l’ensemble des paramètres pour l’inversion :

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· soit en lisant le fichier de paramètres qui a le nom em1Dfm.in (voir annexe 3). Ce fichier ne peut avoir que ce nom car c’est ce fichier qui est appelé par le programme em1dfm.exe. Ce fichier est lu après avoir cliqué sur BROWSE dans la fenêtre « Inversion Parameters File ». Les paramètres lus viennent s’afficher dans la fenêtre « Inversion »,

· soit en renseignant les différents champs de la fenêtre Inversion. Puis en sauvegardant les paramètres dans un fichier em1dfm.in ;

- quand les paramètres d’inversion ont été renseignés, on peut lancer l’inversion (bouton « INVERSION ! »). Une fenêtre DOS apparaît où va défiler la progression de l’inversion pour tous les points de mesure ;

- à la fin de l’inversion, on peut sauvegarder (SAVE) le résultat de l’inversion dans un fichier au format m38i (annexe 3) où sont indiqués les mesures brutes et le sondage 1D multi-couches en conductivité électrique et susceptibilité magnétique ;

- on peut également visualiser les coupes de sondages de conductivité et susceptibilité à l’aide du bouton DISPLAY ;

- enfin, on peut exporter (EXPORT) les résultats dans un fichier directement intégrable sous Surfer.

Les paramètres de l’inversion indiqués dans le fichier em1Dfm.in sont décrits de manière exhaustive dans l’annexe 3.

4.5.2. Menu « DV _ DH »

Ce menu (Figure 15) permet de calculer la fonction F = DH-I +1.5 * DV-I qui est un bon indicateur pour séparer les deux types de modèles suivants :

- Modèle 1 d’une couche superficielle magnétique sur un substratum non magnétique. F est positif ;

- Modèle 2 d’une couche superficielle non magnétique sur un substratum magnétique. F est négatif.

Plus la fonction est positive ou négative, plus le modèle 1 ou 2 respectivement est certain. Par contre, ce calcul ne permet pas distinguer le cas où revêtement et substratum sont magnétiques.

Boutons :

- OPEN : on ouvre le fichier de mesures géoréférencées (format m38p) et affichage des courbes des champs en phase en mode horizontal (bleu) et en mode vertical (rouge) sur la fenêtre graphique du haut ;

- Calcul_DV_DH : calcul et affichage de la fonction F sur la fenêtre du bas ;

- Save : sauvegarde des valeurs de la fonction F avec les données brutes, sous format m38f ;

- Cancel : retour au menu précédent.

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

44 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

Figure 15 : Menu de l’option « DV_DH » du menu « processing ».

4.5.3. Menu « Classification »

Le menu « Classification » (Figure 16) permet de transformer un fichier après inversion (format m38i comportant les résultats des sondages EM en 1D) en un fichier où le profil est décrit en trois classes possibles :

- présence fortement probable de serpentinites ;

- présence moyennement probable de serpentinites ;

- présence faiblement probable de serpentinites.

Les trois classes sont définies à partir de deux seuils de susceptibilité magnétique, puisque la susceptibilité magnétique est directement proportionnelle à la concentration en serpentinite.

La classification est effectuée sur chaque couche du modèle inversé, et pas uniquement sur la première couche. En effet, le résultat de cette étude concerne principalement la couche superficielle des pistes de Nouvelle-Calédonie. Mais il sera peut-être instructif de connaître la présence éventuelle de serpentinite dans les couches plus profondes du revêtement ou dans l’encaissant géologique. Cette étude peut aussi mener à un inventaire des filons de serpentinite recoupant des pistes.

La fonctionnalité des boutons est la suivante :

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 45

- OPEN : ouverture d’un fichier de résultats après inversion (format m38i) ;

- Threshold 1 : seuil définissant la coupure entre présence fortement probable et moyennement probable (valeur en millième de la susceptibilité SI) ;

- Threshold 2 : seuil définissant la coupure entre présence moyennement probable et faiblement probable (valeur en millième de la susceptibilité SI) ;

- Classif ! : lancement de la classification après des critères définis plus haut sur l’ensemble des couches. À l’issue de cette classification, le résultat apparaît dans la fenêtre graphique à droite ;

- Save : sauvegarde du résultat de la classification dans un fichier au format m38c ;

- Cancel : pour sortir du menu « Classification ».

Figure 16 : Menu de l’option « Classification » du menu « processing ».

4.6. EXPORT DES DONNÉES AU FORMAT ARCGIS

Il a été décidé que le résultat final des traitements (la classification des revêtements de pistes en trois classes) serait importé dans le progiciel ArcMap.

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

46 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

Le menu « Export » (Figure 17) permet d’intégrer le résultat de classification de plusieurs fichiers (format m38c) en un seul fichier de type « shapefile4 » au format ArcMap. Les profils de tous les fichiers sont concaténés dans un même fichier.

Figure 17 : Menu « Export ».

Une seule profondeur de couche est sélectionnée à partir de l’ensemble des profondeurs des couches de l’inversion 1D. C’est la classification de cette couche qui sera exportée vers Arcmap.

La fonctionnalité des boutons est la suivante :

- OPEN : ouverture par sélection multiple de fichiers (format m38c) se situant dans le même répertoire. Les fichiers sont sélectionnés en tenant appuyée la touche Shift. Après la lecture des fichiers, la profondeur des interfaces est affichée dans la fenêtre « Layer Depths » ;

- Layer Depths : après lecture des fichiers de classification, les différentes profondeurs de la base des couches sont affichées. La profondeur de la base de la

4 Un shapefile ArcMap est constitué de 3 fichiers aux formats shp, dbf et shx.

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 47

première couche est sélectionnée par défaut. On ne peut sélectionner qu’une seule base de couche ;

- Export ArcMap : bouton qui peut de lancer l’exportation de la valeur de classification de la couche surmontant la base de couche sélectionnée pour un ensemble de fichiers classifiés ;

- Save : sauvegarde de l’exportation. On fournit le nom générique du fichier de sauvegarde qui sera décliné en trois fichiers aux formats DBF, SHP et SHX ;

- Cancel : pour sortir du menu « export ».

4.7. TRAITEMENT DES DONNÉES KAPPAMÈTRE

Le menu « Kappamètre » est indépendant de la chaîne de traitement détaillée précédemment qui va du géoréférencement des données EM38 jusqu’à l’exportation vers ArcMap de la classification issue de l’inversion 1D de ces données EM38.

Ce menu (Figure 18) a deux objectifs :

- « kappameter statistics » : établir des statistiques sur les données de kappamètre ;

- « kappameter control » : comparer les mesures au kappamètre sur le revêtement de piste avec les résultats des inversions 1D.

Figure 18 : Menu « kappamètre ».

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

48 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

4.7.1. Statistiques sur les données de Kappamètre

Ce menu est destiné à établir des statistiques sur la valeur de la susceptibilité magnétique mesurée par kappamètre sur les revêtements et sur l’encaissant en fonction de la lithologie. Ces statistiques permettront de déterminer les deux seuils de susceptibilité qui fixeront les trois classes (probabilité forte, moyenne ou faible de présence de serpentinite).

Ces mesures par kappamètre sont normalement réalisées en parallèle du levé EM38. Elles sont intégrées dans le fichier GPS acquis pendant le levé continu par EM38. Au moment du post-processing des données GPS, le logiciel PathFinder crée deux fichiers :

- l’un avec le préfixe line_generic ;

- l’autre avec le préfixe point_generic.

C’est ce fichier avec le préfixe point_generic qui sera utilisé pour les statistiques sur les valeurs de susceptibilité magnétique.

La fenêtre du menu « kappamètre statistics » (Figure 19).

Figure 19 : Menu « Kappameter statistics ».

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 49

4.7.2. Statistiques sur les données EM38

À la demande d’un testeur du logiciel, une étude statistique de la distribution de la susceptibilité magnétique calculée à partir des données EM38 sera implémentée dans une version ultérieure.

Cette amélioration, comme plusieurs autres proposées précédemment, sera l’une des tâches de la phase 4, avant livraison des équipements et du logiciel en Nouvelle-Calédonie.

4.7.3. Contrôle des résultats entre l’inversion et la mesure kappamètre

Ce menu (Figure 20) permet d’établir la relation entre les valeurs de susceptibilité magnétique de la première couche obtenues après l’inversion des données EM38 et les mesures au kappamètre sur le revêtement des pistes.

Figure 20 : Menu « Kappameter control ».

Pour chaque point de mesure au kappamètre, on recherche la valeur de la susceptibilité de la première couche d’après ses coordonnées géographiques. L’objectif du programme est de contrôler si les résultats de l’inversion sont proches de la première bissectrice.

Les paramètres d’entrée de ce menu :

- OPEN Kappa : permet d’ouvrir un fichier de mesures au kappamètre ;

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

50 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

- OPEN Inversion : permet d’ouvrir un fichier (format m38i) après inversion ;

- Control ! : bouton pour créer le graphe qui met en relation le résultat d’inversion et la mesure de terrain au kappamètre ;

- Close : pour revenir au menu principal.

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BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 51

5. Test du système in situ

5.1. TESTS D’INFLUENCE D’UN VÉHICULE

Au cours de la première mission à Blain, nous avons pu évaluer l’influence de la carcasse métallique d’une camionnette de type Renault Master, qui est un véhicule haut et large avec une large surface métallique à l’arrière. On peut s’attendre à une forte influence. Un véhicule 4X4 aura une influence plus faible qu’un Renault Master.

En partant d’une distance de 10 m, le chariot a été progressivement rapproché jusqu’à une distance de 50 cm entre l’extrémité avant des EM38 et l’arrière du camion. On observe que la distance minimum sans influence de la masse métallique est de 3,0 m qui correspond à la longueur du timon (Figure 21).

On remarque que cette influence est plus marquée et apparaît de manière significative à plus grande distance sur la partie en phase que sur la partie en quadrature (conductivité) où l’influence ne se fait sentir qu’à partir de 2,2 m.

L’influence sur la partie en phase est plus marquée et apparaît à plus courte distance sur la configuration en dipôle vertical qu’en dipôle horizontal où l’influence du véhicule n’est sensible qu’à partir 1,2 m.

Figure 21 : Influence du véhicule sur la partie en phase (à droite) et sur la quadrature ou conductivité (à gauche) en fonction de la distance entre l’avant des EM38

et le pare-choc du véhicule (un Renault Master).

5.2. LES SITES PILOTES DANS LA RÉGION DE BLAIN (44)

Suite à l’inventaire Amiante Naturelle en France, des analogues au cas de la Nouvelle-Calédonie ont été détectés dans plusieurs départements : des chemins de campagne ont été remblayés avec de la serpentinite reconnue amiantifère.

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52 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

Après consultation du Service géologique de la région Pays de Loire (François Bechennec) et visite sur site, deux secteurs ont été identifiés dans la région de Blain (Loire Atlantique, Figure 22) :

- 1er site au lieu-dit « la Herverie », sur la commune de Blain à proximité d’une ancienne carrière de serpentinite ;

- 2ème site au lieu-dit « l’Orgerais », sur la commune de Blain à proximité d’une autre grande carrière de serpentinite.

Sur les deux secteurs, plusieurs chemins couverts de serpentinite ont été reconnus au cours d’une première visite.

Figure 22 : Carte géologique au 1/50 000 éditée par le BRGM. Les roches ultrabasiques (notamment serpentinite) sont en vert foncé.

Deux chemins (Figure 23) ont été choisis pour les tests, car ils ont les caractérisques similaires à ce que l’on rencontre en Nouvelle-Calédonie :

- ils sont recouverts d’une couche de 1 à 10 cm de serpentinite ;

- certaines portions des chemins sont recouvertes par des matériaux autres que la serpentinite ;

- la serpentinite est magnétique (suceptibilité magnétique entre 40 et 60.10-3 SI sur les affleurements des carrières) ;

- l’encaissant composé de matériaux sans serpentinite est faiblement magnétique (0,2 à 1.10-3 SI). Le contraste est d’environ 1 à 100 comme en Nouvelle-Calédonie ;

- le chemin de la Herverie recoupe un filon de serpentinite (on pourra alors vérifier le cas d’une couverture de serpentinite avec un encaissant de serpentinite).

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 53

Par contre, le cas d’un recouvrement non magnétique sur un encaissant magnétique n’a pas été identifié.

Figure 23 : Positionnement des profils de mesure EM38 levés sur la commune de Blain.

Figure 24 : Photo d’un chemin remblayé avec de la serpentinite à la Herverie à gauche, et l’Orgerais à droite (Blain, 44).

5.3. COMPORTEMENT ET ROBUSTESSE DU CHARIOT

Le test du chariot in situ était destiné à contrôler la qualité des mesures et à s’assurer que le prototype est opérationnel d’un point de vue technique, mais il avait surtout pour objectif de vérifier la stabilité et la robustesse du chariot sur des chemins remblayés avec des serpentinites et d’autres matériaux.

Les tests ont duré deux jours (deux missions d’une journée). Plus de 20 km ont été parcourus à 10 km/h, et on a roulé sur une portion de route goudronnée de 4 km à plus de 25 km/h. Le chariot a été très stable (amplitude des vibrations inférieure à 5 cm). Le poids de plus de 60 kg du chariot posé sur chacun des quatre pneus aide beaucoup à cette stabilité.

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

54 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

Plusieurs « nids de poule » ont été franchis à plus de 10 km/h sans voir de distorsion du chariot. Les différentes connexions entre le chariot et le véhicule demanderont à être révisées, afin qu’il n’y ait pas de possibilité qu’elles soient abimées par des branchages sur la route par exemple.

5.4. LES MESURES

Nous examinerons les données obtenues sur un long linéaire qui longe le chemin de l’Orgerais puis se dirige sur la route goudronnée vers la Herverie et enfin longe le chemin de la Herverie.

Figure 25 : Mesures brutes du champ en phase (haut) et en quadrature (en bas) sur le chemin de l’Orgerais et de la Herverie.

Les interférences dues aux tuyaux métalliques traversant la route sont soulignées en vert.

Les différentes anomalies de forte amplitude entourées d’une ellipse verte correspondent à des tuyaux métalliques ou des ponts (Figure 25).

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BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 55

5.5. RÉSULTATS

Les résultats sont issus des traitements obtenus avec le logiciel EM38_Process développé dans le cadre de ce projet.

Après avoir recalculé les positions précises des différentes mesures, on a (Figure 26) :

- supprimé chaque portion de mesure encadrée par une ellipse verte correpondant à des mesures bruitées par un objet métallqiue traversant la route ;

- rééchantillonné les mesures tous les 5 m ;

- lissé (filtre moyenne glissante de 15 m).

Figure 26 : Données après filtrage et rééchantillonnage.

Les données ont ensuite été inversées en partant d’un modèle uniforme de susceptibilité et en découpant le sondage en onze couches d’épaisseur croissante dont

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

56 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

le toit de la dernière couche est à 2 m de profondeur (Figure 27). On a extrait la courbe de susceptibilité de la première couche entre 0 et 20 cm (Figure 28).

Figure 27 : Résultat de l’inversion issue du logiciel EM1DFM. Les sondages 1D sur chaque point de mesure ont été regroupés sur une coupe 2D.

Les sondages sont espacés de 5 m.

Figure 28 : Courbe de susceptibilité magnétique de la première couche entre 0 et 20 cm.

On observe que la susceptibilité magnétique du revêtement varie le long de ce profil. Elle est relativement forte sur le début du chemin de l’Orgerais et en fin de chemin de la Herverie. La répartition des valeurs de susceptibilité magnétique est bimodale et les deux modes sont disjoints :

- supérieur à 0,001 SI, où la serpentinite recouvre les chemins ;

- inférieur à 0,0001 SI, où il n’y a pas de serpentinite sur les chemins.

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 57

Les secteurs, où la susceptibilité magnétique de l’encaissant est forte, correspondent à des filons de serpentinites.

Il faut noter que la susceptibilité magnétique est également forte sur plusieurs portions de chaussée goudronnée. On a vérifié cette observation en effectuant plusieurs mesures avec le kappamètre MS2D sur la chaussée en plusieurs points et notamment au niveau du hameau des Brûlés où la susceptibilité est supérieure à 0,001 SI. Il est probable que les granulats composant l’enrobé soient constitués d’une roche magnétique. Mais cette hypothèse n’a pas été vérifiée.

Puis nous avons classifié les susceptibilités magnétiques de la première couche (0 à 0,1 m) à partir des seuils (Figure 29) :

- forte si susceptibilité supérieure à 0.001 SI ;

- faible si susceptibilité inférieure à 10-4 SI.

Les secteurs moyennement magnétiques correspondent à de faibles recouvrements (< 5 cm) de serpentinite sur les chemins.

Cette classiffication reste cohérente avec les observations de terrain.

Figure 29 : Résultats de la classification vue sous ArcMap. En rouge, les recouvrements de chaussée magnétique, en vert les recouvrements moyennement magnétiques

et en bleu, les recouvrements non magnétiques.

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BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 59

6. Conclusions

6.1. RÉSULTATS DE LA PHASE 3

Le projet « géophysique et amiante en Nouvelle-Calédonie» vise à identifier (phase 1), tester (phase 2), mettre au point (phase 3), livrer un équipement géophysique pour la détection des serpentinites amiantifères dans les revêtements des pistes de Nouvelle-Calédonie, puis à former une équipe de géophysiciens locaux à l’utilsation de cet outil (phase 4).

Le présent rapport présente la troisième phase du projet. Un équipement géophysique basé sur la mesure continue à 5 km/h sur piste grâce à deux EM38 en configuration « dipôle vertical » et « dipôle horizontal » a été mis au point et testé sur un site analogue à la Nouvelle-Calédonie vers Blain (44).

L’équipement est composé d’un chariot portant les deux EM38, en configuration dipôle vertical et horizontal, tiré derrière un véhcule à une vitesse de 5 à 10 km/h et d’un GPS différentiel (post-traitement) pour un positionnement métrique des mesures.

Un programme de traitement des données EM38 a été développé :

- post-traitement GPS et géoréférencement des données ;

- filtrage (lissage, suppression de points, despiking, échantillonage) ;

- inversion 1D des données ;

- classification des résultats de susceptibilité magnétique ;

- exportation vers ArcMap ;

- statistiques sur les données de Kappamètre.

On présente également des exemples d’application de ces outils (hardware et software) sur des chemins dans la région de Blain (44) où la serpentinite a été déposée, sur les routes comme en Nouvelle-Calédonie.

La procédure de mesure et de post-traitement des données GPS doit être testée dans le cadre néocalédonien au cours de la phase 4.

Également, on devra identifier les paramètres d’inversion des données EM38 au cours de la phase 4 quand on aura acquis suffisamment de données et qu’on aura une vue « statistique » du cas néocalédonien.

6.2. PROPOSITION TECHNIQUE POUR LA POURSUITE DU PROJET

Le projet touchera à sa fin avec cette quatrième phase. Les tâches prévues pour la 4ème phase seront :

- livraison de l’équipement géophysique et du logiciel en Nouvelle-Calédonie ;

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

60 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

- validation définitive de la chaine de mesure et de traitement géophysique dans les conditions de Nouvelle-Calédonie. En particulier, le paramétrage du post-traitement GPS avec le réseau BANIAN du DITTT, et le paramétrage de l’inversion 1D électromagnétique dans les conditions géologiques de Nouvelle-Calédonie. Durée : deux semaines ;

- formation d’une équipe de géophysiciens d’un bureau d’étude néocalédonien à l’utilisation de la chaine de mesure et de traitement des données géophysiques :

· cours de géophysique (électromagnétisme fréquentiel) :

mode opératoire de la chaine de mesure basé sur les EM38 (cours et pratique),

mode opératoire de la chaine de traitement (fonctions du logiciel EM38_Process),

· accompagnement d’une équipe sur le terrain pendant une opération de géophysique pour la détection de serpentinite (par exemple sur le site de Nérin ou de Petchekara déjà reconnu en 2010),

· durée : deux semaines minimum ;

- rédaction du mode opératoire définitif de la chaine de mesure et de traitement. Cette révision prendra en compte les améliorations qui auront été identifiées au cours de la phase de validation de terrain et au cours de la formation ;

- amélioration du logiciel de traitement en fonction des observations recueillies au cours de la formation et suite à l’usage du logiciel par les personnes formées.

À l’issue de cette dernière phase, le matériel de géophysique restera en Nouvelle-Calédonie pour une utilisation intensive sur les pistes de Nouvelle-Cadélonie. Une équipe composée d’un ingénieur et d’un technicien d’un bureau d’étude de géophysique de Nouvelle-Calédonie et / ou du Service géologique de Nouvelle-Calédonie aura été formée à l’utilisation de la chaine de mesure et de la chaîne de traitement EM38_Process.

L’utilisateur du prototype de mesure et de la chaine de traitement devra auparavant se munir :

- des droits d’utilisation du logiciel EM1DFM (achat d’une clé de protection USB) pour l’inversion des données ;

- des droits du logiciel PathFinder de Trimble pour le post-traitement des données GPS ;

- d’une licence ArcMap pour visualiser les résultats.

Le matériel restera néanmoins la propriété du BRGM qui le louera pour la durée des opérations de détection de la serpentinite sur les pistes de Nouvelle-Calédonie. Pendant ces opérations, le BRGM assurera un appui technique aux équipes locales qui utiliseront les équipements et le logiciel. Cet appui comprendra une aide à distance et des missions au démarrage de l’étude de certains sites. Le BRGM contrôlera également les rapports (notamment l’interprétation) produits par ces études.

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 61

7. Bibliographie

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Gourry J.-C. (2009) - Mesure de la susceptibilité magnétique par électro-magnétométrie, Rapport BRGM/RP-56512-FR, 52 p., 27 fig.

Kaufman A.A. et Keller G.V. (1983) - Frequency and transient soundings, Elsevier, New York.

Just J., Schleicher A., Kontny A. and de Wall H. (2002) - The influence of hydrothermal alteration and weathering on rock magnetic properties of granites from the EPS-1 drilling (Soultz-sous-Forêts). EGS contribution.

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Maurizot P. (2008) - Amiante environnemental en Nouvelle-Calédonie. Compte-rendu de reconnaissance de la RP N 3. Note interne DIMENC/SGNC.

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Zhang Z. et Oldenburg D.W. (1999) - Simultaneous reconstruction of 1-D susceptibilty and conductivity from electromagnetic data. Geophysics, vol. 65, no 1, p. 33-47.

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 63

Annexe 1

Mesure de susceptibilité magnétique par électromagnétométrie

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 65

Conductivimètre électromagnétique Geonics EM38MK2 (Rapport BRGM/RP-56604-FR)

L’instrument EM38 est un électromagnétomètre (ou conductivimètre électromagnétique) développé pour des applications superficielles (dans le premier mètre de profondeur) et qui est généralement utilisé pour l’agronomie mais également pour des problèmes environnementaux et l’archéologie. Il a été choisi car c’est un système éprouvé, construit et commercialisé par Geonics, société spécialisée depuis plus de 40 ans en équipements électromagnétiques de géophysique. En outre, le BRGM en possède un exemplaire et en maitrise bien l’utilisation.

L’EM38 a une configuration bi-statique, un espacement entre émetteur et récepteur, r de 1 m (dans sa version de base) et fonctionne à la fréquence, f de 14.6 kHz.

L’équipement utilisé en Nouvelle-Calédonie en 2010 est une nouvelle version de l’EM38 : l’EM38MK2, dont l’originalité est de posséder deux récepteurs aux espacements 0,5 et 1 m. En chaque point, on a donc la mesure de champ en phase et en quadrature pour deux espacements différents (donc deux profondeurs d’investigation différentes).

Pour des résistivités supérieures à 5 ohm.m, le système EM38 satisfait à la condition de basse induction (B < 0,1) et le champ magnétique secondaire (HS) peut être exprimé de manière simplifiée en fonction de la susceptibilité magnétique et de la conductivité du sous-sol d’un demi-espace homogène (Mc Neill, 1980 ; Geonics, 2001) :

(Hs/Hp)IP = K/2

(Hs/Hp)QP = (ωµ0 σ r²)/4

avec HP, champ magnétique primaire, ω = 2f, µ0 = perméabilité magnétique dans le vide, σ la conductivité électrique du sous-sol, r la distance émetteur récepteur, IP pour en phase et QP pour en quadrature.

La mesure de la susceptibilité magnétique avec l’EM38 proposée par Geonics (2001), est réalisée de la façon suivante :

- tout d’abord, l’opérateur doit éloigner tous les éléments conducteurs et magnétiques (tels que montres, bijoux, etc.) de l’instrument et en particulier de l’émetteur et du récepteur qui sont situés aux extrémités de l’instrument ;

- l’appareil est porté à 1,5 m au dessus de la surface du sol où l’effet de la susceptibilité du sous-sol peut être considérée comme négligeable : en mode de mesure du champ secondaire en phase (IP), la mesure IP est portée à une valeur arbitraire IP1.5 (ppt) grâce au potentiomètre de réglage de la mesure IP ;

- l’appareil est ensuite placé à la surface du sol à investiguer où la mesure IP0 (ppt) est réalisée.

La susceptibilité magnétique, K est calculée tel que (la différence entre les deux mesures à 1,5 m de hauteur et à la surface du sol annule le résidu de champ primaire) :

K = 2 10-3. (IP0-IP1.5) (SI)

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

66 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

La sensibilité de l’EM38MK2 est de 28,5 ppm pour 1 mS/m pour le récepteur à 1 m et de 7,12 ppm pour 1 mS/m pour le récepteur à 50 cm.

La précision de mesure donnée par le constructeur est de ± 0,1 % de la valeur pleine échelle, ce qui correspond 0,1 mS/m pour la gamme 100 mS/m (l’affichage de l’EM38 est en mS/m quelque soit la mesure réalisée), soit 2,9 ppm ou encore 5,8 10-6 SI. Cependant, étant donné la dérive de l’appareil, il apparaît difficile d’assurer une mesure répétitive à moins de 5 mS/m soit 14,5 ppm ou encore 2,9 10-5 SI. La gamme de mesure de l’appareil serait ainsi de 3.10-5 à 0,5 SI. Elle couvre la gamme des susceptibilités d’intérêt de cette étude.

Contraintes liées à un levé continu et proposition finale

La méthodologie exposée plus haut ne peut être réalisée qu’au point par point. Or le cahier des charges exige que le levé géophysique soit réalisé en continu à une vitesse supérieure à 5 km/h afin que l’on puisse lever 1 500 km de pistes en un délai raisonnable (1 à 2 ans).

Il fallait donc imaginer le même système posé sur un chariot à une hauteur suffisante pour ne pas frotter sur le sol (au moins 20 cm) et tiré en continu, l’objectif étant de sonder jusqu’à 50 cm /1 m pour mesurer la susceptibilté magnétique.

Solution 1 : utiliser deux espacements émetteur-récepteur. Les modélisations (Gourry et al., 2008, rapport BRGM RP/56604) et les essais in situ en Nouvelle-Calédonie (Gourry et al., 2010, rapport BRGM RP/58774) ont démontré que le capteur à 50 cm est trop sensible aux petites variations d’altitude dès qu’il est soulevé à 25 cm du sol (demi-espacement émetteur-récepteur).

Solution 2 : utiliser deux hauteurs différentes. Le rapport RP/58774 (Gourry et al., 2010) a montré que la différence de hauteur entre les 2 EM38 doit être d’au moins 1 m. Cette solution a été rejetée car les contraintes mécaniques sur un capteur perché en hauteur auraient été trop importantes pour maintenir un chariot en bon état sur 1 500 km.

Solution 3 (celle qui a été choisie) : deux EM38 dans deux configurations différentes. Le rapport BRGM/RP-58774-FR a montré que la sensibilité à la susceptibilité est différente suivant l’orientation de l’émetteur et du récepteur par rapport au sol. La théorie, puis les expriences de terrain, ont clairement montré que le choix le plus pragmatique est celui des EM38 en position « dipôle vertical » et « dipôle horizontal » à 25 cm du sol et pour un écartement émetteur-récepteur d’1 m. Les mesures obtenues sont suffisamment sensibles aux variations verticales de susceptibilité magnétique, pour que l’inversion 1D permette de le distinguer les trois cas de figure :

- revêtement magnétique sur encaissant non magnétique ;

- revêtement non magnétique sur encaissant magnétique ;

- revêtement magnétique sur encaissant magnétique.

Cette configuration est également très robuste mécaniquement puisque les EM38 peuvent être fixés sur le chassis d’un chariot à une hauteur faible (25 cm).

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BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 67

Annexe 2

Notice du logiciel « EM1DFM »

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BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 69

Manual for running the program "EM1DFM"

Version 1.0

Developed under the IMAGE consortium research project

INVERSION AND MODELLING OF APPLIED GEOPHYSICAL ELECTROMAGNETIC DATA

UBC - Geophysical Inversion Facility, Department of Earth & Ocean Sciences,

University of British Columbia, Vancouver, CANADA.

July, 2000.

Contents

Help for the Graphical User Interface is provided on a separate page. 1. Overview

2. Theoretical background (basic outline and details in separate documents)

3. Necessary files

3.1 Input files

3.1.1 Main input file Examples

3.1.2 Observations file 3.1.3 Files for starting and reference models (up to six) 3.1.4 File for additional model-norm weights;

3.2 Output files

3.2.1 Standard output (i.e., the screen); 3.2.2 The main output file 3.2.3 The final model(s) 3.2.4 Final forward-modelled data; 3.2.5 Final components of the objective function 3.2.6 Iteration-by-iteration one-dimensional models for each sounding 3.2.7 Iteration-by-iteration forward-modelled data for each sounding

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70 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

3.2.8 Diagnostics for each iteration for each inversion 3.2.9 Misfit line search values 3.2.10 GCV function line search values 3.2.11 L-curve line search diagnostics 3.2.12 Diagnostics for LSQR subroutine

4. Stand-alone forward modelling program: "em1dfmfwd" 5. Utility codes

5.1 "ab1dcon" 5.2 "mkmodel" 5.3 "em1d3d"

6. Three examples

1. Overview

The name "EM1DFM" derives from: electromagnetics ("EM"), one-dimensional models ("1D"), frequency-domain observations ("F"), and magnetic (dipole) sources and receivers ("M"). This inversion program is designed to construct one of four types of 1D models, using any type of geophysical frequency domain loop-loop data using one of four variations of the inversion algorithm.

Observations

The observations are the inphase and/or quadrature components of

the secondary H-field normalized by the primary (i.e., free-space) field in ppm, or

the secondary H-field normalized by the primary field in %, or the secondary H-field in A/m, or the total H-field in A/m.

Receiver coils can be oriented in x-, y- or z-directions, and they can be at any position relative to their respective magnetic dipole transmitter. Transmitters can be at any height, can be oriented in the x-, y- or z- directions, and any frequency or set of frequencies may be involved. All the observations (in any combination) to be used to construct the one-dimensional model at a particular horizontal location are grouped together as one "sounding". Measurement uncertainties can be in the same units as the observations or as relative uncertainties in percent.

Inversion

The inversion program can construct ...

an electrical conductivity model (with magnetic susceptibility fixed), or a strictly-positive magnetic susceptibility model (with conductivity fixed), or both conductivity and strictly-positive susceptibility models, or both conductivity and susceptibility (with no positivity constraint) models.

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BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 71

Models of the Earth are composed of many layers of uniform conductivity/susceptibility with fixed interface depths. The value of the conductivity/susceptibility in each layer is sought by the inversion. Multiple soundings can be handled in a single run of the program. Each sounding is interpreted independantly with a one-dimensional model produced under the sounding location. When all soundings have been inverted, a composite two-dimensional model is written out to facilitate interpretation of a line of soundings.

There are four variations of the inversion algorithm:

constant (user-supplied) trade-off parameter in the objective function being minimized, or

the trade-off parameter is automatically chosen to achieve a user-supplied target misfit, or

the trade-off parameter is automatically chosen using the generalized cross validation (GCV) criterion, or

the trade-off parameter is automatically chosen using the L-curve criterion.

Full flexibility of the sum-of-squares measure of model structure is provided.The balance between conductivity and susceptibility components is adjustable (if both are active in the inversion). The balance between "flattest" and "smallest" parts of both conductivity and susceptibility components is also adjustable. Reference models can be included in either or both the "smallest" and "flattest" parts, and additional user-supplied weighting of the layers in the model can be incorporated.

Clearly, many permutations of model type, data type and algorithm choice are possible,

therefore the program is significantly more complexe to manage than previous UBC-GIF

inversion codes. Also, input file structures are complicated in order to facilitate this flexibility.

Documentation is provided in four parts.

1. Background theory is provided in an Acrobat PDF document. It summarizes the detailed mathematical basis of the forward modelling and inversion algorithms.

2. The document you are reading now is the "Manual for Program EM1DFM". It contains detailed descriptions of the main input file, the observations file, model files, and output files and messages. There are also brief descriptions of two utility programs and the independant forward modelling program.

3. Examples are given showing application of the inversion algorithm to synthetic and real field data sets.

4. The two components of the graphical user interface (GUI) are described using two frames-based HTML documents.

1. EM1DFM GUI 2. 1D Model viewing utility

2. Background

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

72 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

Detailed background theory is provided in a separate PDF document.

3. Input & Output Files

3.1 Input files

3.1.1 Main input file (Required, and called "em1dfm.in")

This is the main input file containing the parameters specifying the model and inversion algorithm types, the name of the file containing the observations, and information specifying the various starting and reference models.

The structure of the file "em1dfm.in" is as follows. Click the parameter name for details.

Note that parameters vary depending on exactly what type of inversion has been requested.

Please read the specifications very carefully.

Line #

Parameter(s) Description Comment

1 rootname root for names of output files String with length <= 20 characters

2 obsfname

name of file containing the observations

String with length <= 99 characters

3 mtype type of model in the inversion

3a stconfname starting conductivity model String with length <= 99 characters

3b stsusfname starting susceptibility model String with length <= 99 characters

3c rsconfname

reference (smallest), or background, conductivity model

String with length <= 99 characters

3d rssusfname

reference (smallest), or background, susceptibility model

String with length <= 99 characters

3e rzconfname

reference (flattest) conductivity model

String with length <=

99characters, "NONE" if no ref model is

supplied

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 73

3f rzsusfname

reference (flattest) susceptibility model

String with length <= 99

characters, "NONE" if no ref model is

supplied

4 NONE

information about additional model weights

String with length <= 99 characters

5 DEFAULT acs acz ass asz

coefficients of model norm components

Real numbers >= 0

6 iatype type of inversion algorithm Integer

7 iapara(s)

additional inversion algorithm parameter(s)

Real number(s)

8 maxniters

maximum number of iterations in an inversion

Positive integer

9 DEFAULT

stretch factor for logarithmic barrier term

Required if mtype=2,3; otherwise omit

10 DEFAULT

small number for convergence tests

Positive real number

11 DEFAULT

number of explicit evaluations of Hankel transform kernels

Integer

12 outflg flag indicating amount of output Warning**

** Set outflg = 2,or 3 only if very few soundings are being processed.

See below for two examples.

NOTE: For all file names and their paths, please avoid spaces. The Fortran 90 code can not handle spaces in file names and paths to files. For example, do not place

programs under the "c:\Program Files" directory on a Windows machine. This

goes for all file names.

Input file details by line number:

line 1, rootname is the root for the names of all output files.

line 2, obsfname is the name of the file containing the observations (see section 3.1.2).

line 3, mtype indicates the type of model in the inversion. Your choice here affects exactly what is

required for several other parameters, especially the starting and reference models. Please check all parameter lines carefully.

o mtype = 1 implies just conductivity is active in the inversion;

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

74 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

o mtype = 2 implies just susceptibility (with positivity constrained by means of a logarithmic barrier term) is active in the inversion;

o mtype = 3 implies both conductivity and susceptibility are active with susceptibility

constrained to be positive; o mtype = 4 implies both conductivity and susceptibility are active but with no constraints

on the susceptibility;

line 3a, stconfname is the name of the file containing the starting conductivity model (see section 3.1.3 for the format). Note: this can be a layers only file (layer thicknesses but no

conductivity column) if the best-fitting halfspace is to be used as the starting model. See also the GUI instructions., section on "starting conductivity model".

o Required if mtype = 1, 3 or 4;

o omit if mtype = 2.

line 3b, stsusfname is the name of the file containing the starting susceptibility model (see

section 3.1.3 for the format). o Omit if mtype = 1. o For mtype=2: starting susceptibility model, OR layers-only file (layer thicknesses but no

susceptibility column) if the best-fitting halfspace is to be used as the starting model. o For mtype=3, 4: starting susceptibility model, OR value of halfspace

susceptibility, OR "default" if the best-fitting halfspace is to be used as the starting

model. See also the GUI instructions., section on "starting susceptibility model".

line 3c, rsconfname is a file name (format as for all models), OR a value for a

halfspace OR "default" if the best-fitting halfspace is to be used. This file or parameters is used

as: o the reference conductivity model for the smallest component of the model norm (see

section 3.1.3). o the background conductivity model if only susceptibility is active in the inversion. o Required if mtype = 1, 3 or 4, and acs > 0, or if mtype = 2

o Enter "none" if not required.

line 3d, rssusfname is a file name (format as for all models), OR a value for a

halfspace OR "default" if the best-fitting halfspace is to be used. This file or parameters is used

as: o the reference susceptibility model for the smallest component of the model norm (see

section 3.1.3) o the background susceptibility model if only conductivity is active in the inversion. o Required if mtype = 2, 3 or 4, and ass > 0, or if mtype = 1

o Enter "none" if not required.

line 3e, rzconfname is a file name (format as for all models), OR a value for a

halfspace OR "default" if the best-fitting halfspace is to be used. This file or parameters is used

as: o the reference conductivity model for the flattest component of the model norm (see

section 3.1.3). o optional for mtype = 1, 3, or 4. If such a model is supplied in a file whose name is given

here then it well be used in the inversion,

o if "none" is given there will be no reference conductivity model in the flattest component

of the model norm.

line 3f, rzsusfname is a file name (format as for all models), OR a value for a

halfspace OR "default" if the best-fitting halfspace is to be used. This file or parameters is used

as: o the reference susceptibility model for the flattest component of the model norm (see

section 3.1.3) o optional for mtype = 2, 3, or 4. If such a model is supplied in a file whose name is given

here then it well be used in the inversion, o If "none" is given there will be no reference susceptibility model in the flattest component

of the model norm.

line 4, either

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 75

o "NONE" to indicate that no additional user-supplied weights are to be provided for use in

the model norm, o or the name of the file containing the additional weights for the model norm (see

section 3.1.4 for the format of this file).

line 5, Coefficients of model norm components:

o if mtype = 1, the two parameters acs and acz are required, or, o if mtype = 2, the two parameters ass and asz are required, or, o if mtype = 3 or 4 enter either:

the string "DEFAULT" and all four parameters acs , acz , ass and asz are

required, or

the six parameters Ac , As, acs , acz , ass and asz, where the value of Ac is A

c in the expression for the model norm below, the value of As is A

s, the value

of acs is sc, the value of acz is z

c, the value of ass is s

s, and the value

of asz is zs:

line 6, iatype indicates the type of inversion algorithm to be used,

o iatype = 1 implies a fixed, user-supplied value for the trade-off parameter, o iatype = 2 implies that the trade-off parameter will be chosen by means of a line search

so that a target misfit is achieved (or, if this is not possible, then the smallest misfit), o iatype = 3 implies the trade-off parameter will be chosen using the GCV criterion, and o iatype = 4 implies that the trade-off parameter will be chosen using the L-curve

criterion;

line 7, Parameters required by the specified inversion algorithm: o if iatype = 1, the value of the trade-off parameter is expected, or o if iatype = 2, both the target misfit (in terms of the factor chifac where the target misfit

is chifac times the total number of observations for the sounding) and the greatest allowed decrease in the misfit at any one iteration are expected (in terms

of mfacwhere ; see eq (58) section 2.5.3

of the theory section), or o if iatype = 3 or 4, the greatest allowed decrease in the trade-off parameter at any one

iteration (in terms of bfac where n+1

= max(*, bfac x

n); see eq (62) of the theory

section);

line 8, maxniters is the maximum number of iterations to be carried out in an inversion;

line 9, Logarithmic barrier term stretch factor:

o either "DEFAULT" can be entered to indicate that the default value of 1 is to be used as

the coefficient in the logarithmic barrier term, or o some other value (a strictly positive real number) can be entered (only required

if mtype = 2 or 3);

line 10, "Small" number for convergence tests:

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

76 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

o either "DEFAULT" can be entered to indicate that the default value of 0.01 is to be used

in the tests of convergence for an inversion, or,

o if another value is desired, it can be entered on this line;

line 11, Number of explicit evaluations of Hankel transform kernels:

o either "DEFAULT" can be entered to indicate the kernel of the Hankel transforms is to be

explicitly evaluated the default number of times ( = 50), or, o if there are concerns about the accuracy of the Hankel transform computations, a

number greater than 50 can be entered on this line;

line 12, outflg is the flag indicating the amount of output from the program. (WARNING: it is highly recommended that outflg = 3 or 4 is NOT specified if there are more than a few soundings to be inverted in a single run.)

o outflg = 1 implies the output of a brief convergence / termination report for each sounding plus the final two-dimensional composite model (cond &/or susc) for all the soundings, and the corresponding forward-modelled data. If only one sounding is being considered the model(s) are output in one-dimensional format.

o outflg = 2 implies output as for outflg = 1 plus an iteration by iteration summary of the

various components of the objective function. o outflg = 3 implies output as for outflg = 2 plus the one-dimensional models and

corresponding predicted data for each iteration for each sounding. The diagnostics file is also produced.

o outflg = 4 implies output as for outflg = 3 plus any line-search information from misfit,

GCV function or L-curve curvature versus trade-off paramenter. Also produced is a

diagnostics file for the LSQR solution routine if it is used.

Two example input files:

eg 1:

test

test.obs

1

start.con

ref.con

back.sus

NONE

NONE

0. 1.

1

10.

15

DEFAULT

DEFAULT 3

! Root for output file names.

! Name of the observations file.

! Model type -- just conductivity.

! Starting conductivity model file.

! Reference conductivity model file.

! Background susceptibility model file.

! Reference (flattest) conductivity.

! Additional model weights.

! alpha s & alpha z.

! Type of inversion algorithm -- fixed trade-off param.

! The value of the trade-off parameter.

! Maximum number of iterations.

! Convergence test parameter.

! Number of evaluations of the Hankel transform kernel. ! Amount of output.

eg 2:

hssmz

hssmz.obs

3

layers.dat

0.

! Root for output file names.

! Name of the observations file.

! Model type -- cond. & susc. (with posit.).

! Starting conductivity model.

! Starting susceptibility model.

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 77

DEFAULT

0.

NONE

NONE

NONE

DEFAULT 0.01 1. 0.01 1.

3

0.5

15

DEFAULT

DEFAULT

DEFAULT 1

! Reference conductivity model.

! Reference susceptibility model.

! Reference (flattest) conductivity.

! Reference (flattest) susceptibility.

! Additional model weights.

! Cond.-susc. balance, acs, acz, ass & asz.

! Type of inversion algorithm -- GCV.

! Max. decrease of trade-off param. at an iteration.

! Maximum number of iterations.

! Coefficient in log barrier term.

! Convergence test parameter.

! Number of evaluations of the Hankel transform kernel. ! Amount of output -- minimum.

3.1.2 Observations file (Required)

Recall that you should avoid spaces for all file names and their paths.

The file that contains the observations and all the survey parameters, with five lines including

parameters as follows:

1. the number of soundings; 2. the x- and y-coordinates of each sounding, and the number of frequencies per

sounding; 3. each frequency, and the number of transmitters for each frequency; 4. the dipole moment of each transmitter, their z-coordinates and orientations, and

the number of receivers for each; 5. the last line contains all of

o the dipole moment of each receiver, o the transmitter-receiver separation in the x- and y-directions, o the z-coordinate and orientation of each receiver, o what type of normalization has been applied to the observations, o whether inphase and/or quadrature data are present, o the actual observed field values for this receiver, and o the type of uncertainties and their values.

The structure of the observations file is as follows. Click on the letter labels for variable names, and for parameter details: Line# Params

1 A

2 B C D

3 E F

4 G H I J

5 K L M N O P Q R S T

See example below, and also the separate set of examples.

Observations file parameter definitions:

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

78 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

A. nsounds is the number of soundings;

B. soundx_a(is) is the x-coordinate of the isth sounding;

C. soundy_a(is) is the y-coordinate of the isth sounding;

D. nfreqs_a(is) is the number of frequencies for the isth sounding;

E. freq_a(if,is) is the frequency (Hz) of the ifth frequency for the isth sounding; F. nt_a(if,is) is the number of transmitters for the ifth frequency for the isth

sounding; G. momt_a(it,if,is) is the dipole moment (A m2) of the itth transmitter for the ifth

frequency for the isth sounding. o This number is used as a simple scaling within the program. If momt_a =

2, then the forward-modelled observations are twice what they would be if momt_a = 1;

o See NOTE under momr_a(ir,it,if,is) ; H. zt_a(it,if,is) is the z-coordinate (metres, negative upwards from zero on the

Earth's surface) of the itth transmitter for the ifth frequency for the isth sounding;

I. ot_a(it,if,is) is the orientation of the itth transmitter for the ifth frequency for the

isth sounding ("x" for an x-directed dipole, "y" for a y-directed dipole, and "z" for

a vertical (downward-directed) dipole); J. nr_a(it,if,is) is the number of receivers for the itth transmitter for the ifth

frequency for the isth sounding; K. momr_a(ir,it,if,is) is a scale factor for the irth receiver for the itth transmitter for

the ifth frequency for the isth sounding which allows the incorporation of any necessary parameters of the receiver that might mean the observations are not simply point measurements of the H-field.

o An example of necessary paramenters could be coil area and/or number

of turns and/or orientation (e.g., momr_a = 1 for an upward-pointing z-directed receiver dipole).

o This number simply appears as a scale factor within the code - if momr_a = 2, then the forward-modelled observations are twice what they would be if momr_a = 1;

o NOTE: Some common data formats (such as DIGEM coaxial data - not coplanar data) require momr_a = -1 to make these data compatible with the normalization convention used by EM1DFM. The

first example requires this type of normalization; L. trx_a(ir,it,if,is) is the transmitter-receiver separation (m) in the x-direction

between the irth receiver and the itth transmitter for the ifth frequency for the isth

sounding; M. try_a(ir,it,if,is) is the transmitter-receiver separation (m) in the y-direction

between the irth receiver and the itth transmitter for the ifth frequency for the isth

sounding; N. zr_a(ir,it,if,is) is the z-component (metres, negative upwards from zero on the

Earth's surface) of the irth receiver for the itth transmitter for the ifth frequency

for the isth sounding; O. or_a(ir,it,if,is) is the orientation of the irth receiver for the itth transmitter for the

ifth frequency for the isth sounding.

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 79

o "x" for an x-directed dipole,

o "y" for a y-directed dipole, and

o "z" for a vertical (downward-directed) dipole;

P. ontype_a(ir,it,if,is) is the type of normalization of the data/datum for the irth receiver for the itth transmitter for the ifth frequency for the isth sounding.

o ontype_a = 1 indicates the data are values in ppm of the secondary magnetic field normalized by the free-space magnetic field,

o ontype_a = 2 indicates the data are values in % of the secondary magnetic field normalized by the free-space magnetic field,

o ontype_a = 3 indicates the data are values of the secondary H-field in A/m, and

o ontype_a = 4 indicates the data are values of the total H-field in A/m; Q. octype_a(ir,it,if,is) Observation type for the irth receiver for the itth transmitter

for the ifth frequency for the isth sounding:

o octype_a = "b" indicates both inphase and quadrature observations are

present ,

o octype_a = "i" just the inphase observation is present,

o octype_a = "q" just the quadrature datum.

R. obs_a(ir,it,if,is) is the pair of inphase and quadrature observations, or just the inphase observation, or just the quadrature observation, for the irth receiver for

the itth transmitter for the ifth frequency for the isth sounding; S. utype_a(ir,it,if,is) indicates the form in which the uncertainties are provided for

the irth receiver for the itth transmitter for the ifth frequency for the isth sounding

o utype_a = "v" for absolute uncertainties in the same units as the

observations, and

o utype_a = "p" percentage uncertainties.

T. uncert_a(ir,it,if,is) is the pair of uncertainties for the inphase and quadrature observations, or the uncertainty in just the inphase observation, or the uncertainty in just the quadrature observation, for the irth receiver for the itth

transmitter for the ifth frequency for the isth sounding.

Observations File Discussion:

This structure of the observations file is designed to be as general as possible, enabling the program to handle any conceivable survey configuration. The lines in the file form a series of nested loops. Repetition occurs over the indices

ir = 1,, nr_a(it,if,is); it = 1,, nt_a(if,is); if = 1,, nfreq_a(is); and is = 1,, nsounds.

In other words,

line 5 is repeated for each receiver for a particular transmitter for a particular frequency for a particular sounding;

line 4 and the associated line(s) 5 are repeated for each transmitter for a particular frequency for a particular sounding;

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

80 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

line 3 and the associated line(s) 4 and line(s) 5 are repeated for each frequency for a particular sounding; and

line 2 and the associated line(s) 3, line(s) 4 and line(s) 5 are repeated for each particular sounding.

All the information for a particular receiver is expected on the same single line in the file.

Example observations file for a single sounding:

1

0. 0. 5

880. 1

1. -40. z 1

1. 8.1 0. -

40. z 1 b 2.474 30.29 v 1.00 1.58

7213. 1

1. -40. z 1

1. 8.1 0. -

40. z 1 b 75.52 203.4 v 3.94 9.92

55840. 1

1. -40. z 1

1. 6.3 0. -

40. z 1 b 261.2 208.3 v 13.2 11.0

5848. 1

1. -40. x 1

-1. 8.1 0. -

40. x 1 b 13.44 43.13 v 1.00 2.12

1082. 1

1. -40. x 1

-1. 8.1 0. -

40. x 1 b 2.035 10.93 v 1.00 1.00

This would be the observations file for a single sounding (that is, a single one-dimensional model) at x = 0 m, y = 0 m for an airborne-type configuration.

There are three frequencies for the horizontal coplanar loop configuration (880, 7213, 55840 Hz);

o a z-directed magnetic dipole transmitter (dipole moment = 1 A m2) and receiver (dipole moment = 1 A m2) for each frequency separated by 8.1 m, 8.1 m and 6.3 m respectively in the x-direction, 0 m in the y-direction;

o both transmitter and receiver for each frequency are at a height of 40 m above the Earth's surface,

There are two frequencies for the coaxial loop configuration (5848 and 1082 Hz);

o an x-directed magnetic dipole transmitter (dipole moment = 1 A m2)

and receiver (dipole moment = 1 A m2) for both frequencies separated by 8.1 m in the x-direction and 0 m in the y-direction;

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BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 81

o both transmitter and receiver for each frequency are at a height of 40 m above the Earth's surface.

The observations are values of the secondary magnetic field normalized by the free-space field and expressed in terms of parts-per-million (ppm).

Both inphase and quadrature components of the field are supplied. The uncertainties are expressed in absolute terms in the same units as the

observations (i.e., ppm).

Example observations file for EM-31 data for two soundings

2

60.0 0. 1

9800. 4

1 -1.0 z 1

-1. 3.66 0.0 -1.0 z 2 q -0.6613E+01 v 0.3307E+00

1 -1.0 y 1

-1. 3.66 0.0 -1.0 y 2 q -0.5286E+01 v 0.2643E+00

1 -0.05 z 1

-1. 3.66 0.0 -0.05 z 2 q 0.8821E+01 v 0.4410E+00

1 -0.05 y 1

-1. 3.66 0.0 -0.05 y 2 q 0.9712E+01 v 0.4856E+00

60.0 -10.0 1

9800. 4

1 -1.0 z 1

-1. 3.66 0.0 -1.0 z 2 q -0.6665E+01 v 0.3332E+00

1 -1.0 y 1

-1. 3.66 0.0 -1.0 y 2 q -0.4623E+01 v 0.2311E+00

1 -0.05 z 1

-1. 3.66 0.0 -0.05 z 2 q -0.9256E+01 v 0.4628E+00

1 -0.05 y 1

-1. 3.66 0.0 -0.05 y 2 q -0.8282E+01 v 0.4141E+00

This would be the observations file for EM31-type data for two soundings,

Sounding locations are at x = 60 m & y = 0 m and x = 60 m & y = 10 m. There is one frequency (9.6 kHz), There are four instrument positions:

o at waist height (1 m) and on the ground (0.05 m), o held both normally (vertical transmitter and receiver coil axes) and on its

side (horizontal coil axes). The transmitter and receiver coils are separated by 3.66 m in the x-direction.

Only the quadrature part of the normalized secondary H-field (in %) is provided as data,

The uncertainties are absolute in %.

3.1.3 Files for reference and starting models

Starting conductivity model file (Required if mtype = 1, 3 or 4)

This is the file containing the starting conductivity model for all soundings if conductivity is active in the inversion. The relevant quantities are the number of layers, and the

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82 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

thickness (m) and conductivity (S/m) of each layer. A dummy value for the thickness of the basement halfspace is required in this file, but nothing is ever done with it after it is read in. If conductivity is active in the inversion, it is from this file that the program gets the number of layers and their thicknesses, which then must be the same for all other models read in by the program. This file is therefore required for mode mtype = 1, 3 or 4 (i.e. conductivity is active in the inversion).

This file can also be a layers-only file to indicate that the best-fitting halfspace is to be used as

the starting model. See also the input file specifications.

The structure of this file is as follows (just as for all 1D model files). For a layers-only file the

conductivity column is left blank.

nlayers

thicks_a(1) con_a(1)

thicks_a(2) con_a(2)

. . .

thicks_a(nlayers-1) con_a(nlayers-1)

0. con_a(nlayers)

nlayers is the number of layers in the model,

thicks_a(j) is the thickness in metres of the jth layer and

con_a(j) is the conductivity in S/m of the jth layer.

Here is an example:

12

4.7987

5.0994

5.7584

6.9101

8.8117

11.941

17.194

26.311

42.785

73.931

135.76 0.0

0.30E-03

0.30E-03

0.30E-03

0.30E-03

0.30E-03

0.30E-03

0.30E-03

0.30E-03

0.30E-03

0.30E-03

0.30E-03 0.30E-03

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BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 83

This would be the file for a conductivity model made up of 12 layers (including the basement

halfspace). The thicknesses of the first eleven layers increase from 4.7987 m to 135.76 m. This

model is a homogeneous halfspace of 0.3 milliSeimens per m.

Starting susceptibility model file (Required if mtype = 2)

This file contains the starting susceptibility model for all soundings if susceptibility is active in the inversion. The file contains the number of layers, and the thickness (m) and susceptibility (SI units) of each layer. A dummy value for the thickness of the basement halfspace is required, but nothing is done with it after it is read in.

If only susceptibility is active (i.e., mtype = 2), the inversion program gets it's information

about the number of layers in the model and their thicknesses from this file. If both conductivity

and susceptibility are active (i.e., mtype = 3 or 4), the program gets the number of layers and

their thicknesses from the starting conductivity model - see above. All other models (e.g.,

reference models) read in must then have the same number of layers with exactly the same

thicknesses.

The structure of this file is as follows (just as for all 1D model files). For a layers-only file the susceptibility column is left blank.

nlayers

thicks_a(1) sus_a(1)

thicks_a(2) sus_a(2)

. . .

thicks_a(nlayers-1) sus_a(nlayers-

1)

0. sus_a(nlayers)

nlayers is the number of layers in the model,

thicks_a(j) is the thickness in metres of the jth layer and

sus_a(j) is the susceptibility in SI units of the jth layer.

File for reference conductivity model (for smallest model component) (Optional)

The parameter describing the reference conductivity model for the smallest component of the model norm if one is required for the inversion, or describing the reference conductivity model if only susceptibility is active in the

inversion. The parameter is either "NONE", ORa file OR a value for a

halfspace OR "default" if the best-fitting halfspace is to be used. It is required

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84 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

if mtype = 1, 3 or 4 and acs > 0, or if mtype = 2. If a file is used, it must have the same format as the starting conductivity model file (see above), and it must have the same number of layers with exactly the same thicknesses as the starting conductivity and/or susceptibility model.

File for reference susceptibility model (for smallest model component) (Optional)

The parameter describing the reference susceptibility model for the smallest component of the model norm if one is required for the inversion, or describing the reference susceptibility model if only conductivity is active in the inversion. That is, this model is required ifmtype = 2, 3 or 4 and ass > 0, or

if mtype = 1. The parameter is either "NONE", OR a file OR a value for a

halfspace OR "default" if the best-fitting halfspace is to be used. If a file is used, it

must be in the same format as all model files (see above), and must have the same number of layers with exactly the same thicknesses as the starting conductivity and/or susceptibility model.

File for reference conductivity model (for flattest model component) (Optional -

not available in the GUI)

The parameter describing the reference conductivity model for the flattest component of the model norm if one is required for the inversion. Whether or not this parameter is

specified in "em1dfm.in" determines whether or not such a reference model plays a

part in the inversion. The parameter is either "NONE", OR a file OR a value for a

halfspace OR "default" if the best-fitting halfspace is to be used. If a file is used, it

must be in the same format as the starting conductivity model file (see section above), and must have the same number of layers with exactly the same thicknesses as the starting conductivity and/or susceptibility model.

File for reference susceptibility model (for flattest model component) (Optional -

not available in the GUI)

The parameter describing the reference susceptibility model for the flattest component of the model norm if one is required for the inversion. Whether or not this parameter is

specified in "em1dfm.in" determines whether or not such a reference model plays a

part in the inversion. The parameter is either "NONE", OR a file OR a value for a

halfspace OR "default" if the best-fitting halfspace is to be used. If a file is used, it

must be in the same format as the starting susceptibility model file (see section above), and must have the same number of layers with exactly the same thicknesses as the starting conductivity and/or susceptibility model.

3.1.4 File for additional model-norm weights(Optional)

The file containing the information about the additional weighting of the layers for some or all of the four possible components of the model norm: smallest and flattest components for conductivity and susceptibility.

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BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 85

The first line of this file must contain two (if mtype = 1 or 2) or four (if mtype = 3 or 4) integers (which can either have the value 0 or 1) to indicate that weights are being supplied for use in the two or four components of the model norm

o e.g., "1 0" for mtype = 1 implies that additional weights are supplied for

use in the smallest component of the model norm but not the flattest component for only conductivity active in the inversion;

o "1 0" for mtype = 2 implies that additional weights are supplied for use

in the smallest component of the model norm but not the flattest component for only susceptibility active in the inversion;

o "1 0 1 0" for mtype = 3 or 4 implies that additional weights are

supplied for both the smallest component of the conductivity portion of the model norm and the smallest component of the susceptibility portion of the model norm, but not for the flattest components, when both conductivity and susceptibility are active in the inversion.

The second line of this file must contain the number of layers in the model. The order of the four possibilities must be the same as shown below, with any set of weights that is not needed by the program simply omitted.

ics icz iss isz

nlayers

(uswcs_a(j), j = 1, ..., nlayers )

(uswcs_a(j), j = 1, ..., nlayers )

(uswss_a(j), j = 1, ..., nlayers)

(uswcz_a(j), j = 1, ..., nlayers-1) (uswsz_a(j), j = 1, ..., nlayers-1)

ics, icz, iss & isz are the four integers that indicate the presence of weights for the smallest and flattest components of the model norm for conductivity and the smallest and flattest components of the model norm for susceptibility (if mtype = 2,ics & iczare omitted),

nlayers is the number of layers in the model; uswcs_a(j) is the weight for the jth layer in the smallest component of the

conductivity portion of the model norm; uswss_a(j) is the weight for the jth layer in the smallest component of the

susceptibility portion of the model norm; uswcz_a(j) is the weight for the difference between the jth and (j+1)th layers in

the flattest component of the conductivity component of the model norm; and uswsz_a(j) is the weight for the difference between the jth and (j+1)th layers in

the flattest component of the susceptibility component of the model norm.

The supplied weights must be greater than zero. A weight greater than one increases the weight relative to the default setting, and a weight less than one decreases the weight relative to the default setting

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

86 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

3.2 Output files

Recall that you should avoid spaces for all file names and their paths.

3.2.1 Standard output (i.e., the screen) (Always)

Reports on the progress of the inversion are written to the standard output (usually the screen). The amount of this output depends on the value of outflg (see line 12 of the input file). Any error messages generated by the program will also be written to the standard output, and also to the file "em1dfm.out", which is described next.

Example of output messages: We use here the first input file example "em1dfm.in" from section 3.1.1, and the first observations file example from section 3.1.2. Our starting conductivity file is the one

from section 3.1.3, and the reference models were: conductivity =104 S/m and susceptibility = 0 SI units. Since outflg = 3, the following was written to the standard output:

PROGRAM "EM1DFM" (v1.0).

Start at 17:34:57.344, 28/06/2000.

Sounding 1 (0.0,0.0).

Initial phid= 2080.0, beta= 10.000, phim= 0.0000, Phi= 2080.0.

Iteration 1: phid= 1168.7, beta= 10.000, phim= 0.19895, Phi= 1170.7.

Iteration 2: phid= 736.22, beta= 10.000, phim= 0.18341, Phi= 738.06.

Iteration 3: phid= 380.57, beta= 10.000, phim= 0.24765, Phi= 383.05.

Iteration 4: phid= 114.11, beta= 10.000, phim= 0.30980, Phi= 117.20.

Iteration 5: phid= 12.815, beta= 10.000, phim= 0.15531, Phi= 14.368.

Iteration 6: phid= 6.2389, beta= 10.000, phim= 0.18378, Phi= 8.0767.

Iteration 7: phid= 6.0415, beta= 10.000, phim= 0.13129, Phi= 7.3544.

Iteration 8: phid= 5.6881, beta= 10.000, phim= 0.15350, Phi= 7.2230.

Iteration 9: phid= 5.7826, beta= 10.000, phim= 0.14203, Phi= 7.2029. Convergence.

Final conductivity model written to "test.con". Predicted data written to "test.prd".

The End! [17:35:52.387, 28/06/2000]

This shows the iteration-by-iteration variation of the components of the objective function: the

misfit, the trade-off parameter, the model norm and the complete objective function.

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 87

For exactly the same example, but for outflg = 1, the output gives only a summary of the final

state of the inversion. Note that the final values of the components of the objective function are

also printed out.

PROGRAM "EM1DFM" (v1.0).

Start at 17:43:57.855, 28/06/2000.

Sounding 1 (0.0,0.0). Convergence: n= 9, phid= 5.7826, beta= 10.000, phim= 0.14203, Phi=

7.2029.

Final conductivity model written to "test.con". Predicted data written to "test.prd".

The End! [17:44:50.798, 28/06/2000]

The possible status messages, and their explanation are as follows:

Status message Explanation

Convergence Convergence according to the criteria given in eqs. 68 & 69 of the document "Background for Program EM1DFM". That is, the relative change in the objective

function from one iteration to the next and the relative change in the model norm are less than the convergence parameter on line 10 of the input parameter file.

Convergence (small gradient).

Convergence according to the criterion given in eq. 70 of the document "Background for Program EM1DFM". That is, the gradient is essentially zero.

Target misfit not attained: convergence to minimum

For inversion algorithm 2 the target misfit could not be reached, but convergence to the minimum misfit has occurred.

No suitable step found.

No step length was found that decreased the objective function, even after being decreased by a factor of 2*nnmax. See eq. 55 in section 2.5 of the document

"Background for Program EM1DFM". See also the diagnostics file, section 3.2.8.

Max number of iterations done without convergence.

The convergence criteria have not been satisfied in the specified maximum number of iterations.

Starting susceptibilities reset because of small values.

When positivity is being enforced, the starting values of the susceptibilities are bumped up to be at least 0:001 SI units.

The possible parameters that could be listed (next to "convergence" in the above example) are:

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

88 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

n

phid

beta

phim

gamma

phiLB

Phi (Phi)

The iteration number.

The misfit.

The trade-off parameter.

The model norm.

The coefficient of the logarithmic barrier term.

The logarithmic barrier term.

The whole objective function.

Previous objective function: previous d , m & LB and current & gamma **

**see eq. 57 of the document "Background for Program EM1DFM".

3.2.2 The main output file (Always, and called "em1dfm.out")

This file contains a copy of all the progress reports that are written to the standard output (see section 3.2.1 above). The extent of these reports depends on the parameter outflg(see line 12, section 3.1.1). In addition, a summary of the inputs read in by the program are printed at the top of this file.

For the first example given in section 3.2.1 above, the file "em1dfm.out" is:

PROGRAM "EM1DFM" (v1.0).

Run started at 11:57:59.223, 29/06/2000.

Reading inputs . . .

Filename root:

Number of soundings:

Observations file:

Model type:

Starting conductivity file:

Ref. (small.) cond. file:

Background susc. file:

Ref. (flat.) cond. file:

Additional model weights:

alpha s:

alpha z:

Inversion algorithm:

Supplied trade-off parameter:

Max. number of iterations:

Convergence param. (default):

No. of lambdas (default):

Level of output: Finished reading inputs.

"test".

1.

"test.obs".

1 (conductivity).

"start.con".

"ref.con".

"back.sus".

NONE.

NONE.

0.00.

1.00.

1 (fixed trade-off parameter).

10.00.

15.

0.100E-01.

50. 3.

Sounding 1 (0.0,0.0).

Initial phid= 2080.0, beta= 10.000, phim= 0.0000, Phi= 2080.0.

Iteration 1: phid= 1168.7, beta= 10.000, phim= 0.19895, Phi= 1170.7.

Iteration 2: phid= 736.22, beta= 10.000, phim= 0.18341, Phi= 738.06.

Iteration 3: phid= 380.57, beta= 10.000, phim= 0.24765, Phi= 383.05.

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 89

Iteration 4: phid= 114.11, beta= 10.000, phim= 0.30980, Phi= 117.20.

Iteration 5: phid= 12.815, beta= 10.000, phim= 0.15531, Phi= 14.368.

Iteration 6: phid= 6.2389, beta= 10.000, phim= 0.18378, Phi= 8.0767.

Iteration 7: phid= 6.0415, beta= 10.000, phim= 0.13129, Phi= 7.3544.

Iteration 8: phid= 5.6881, beta= 10.000, phim= 0.15350, Phi= 7.2230.

Iteration 9: phid= 5.7826, beta= 10.000, phim= 0.14203, Phi= 7.2029. Convergence.

Conductivity model: "test.con".

Predicted data: "test.prd". Diagnostics: "test 001.dgns".

The End! [11:59:26.530, 29/06/2000]

For the second example given in section 3.2.1 above, for outflg = 1, the file "em1dfm.out" is:

PROGRAM "EM1DFM" (v1.0). Run started at 17:43:57.893, 28/06/2000. Reading inputs ...

Filename root:

Number of soundings:

Observations file:

Model type:

Starting conductivity file:

Ref. (small.) cond. file:

Background susc. file:

Ref. (flat.) cond. file:

Additional model weights:

alpha s:

alpha z:

Inversion algorithm:

Supplied trade-off parameter:

Max. number of iterations:

Convergence param. (default):

No. of lambdas (default):

Level of output: Finished reading inputs.

"test".

1.

"test.obs".

1 (conductivity).

"start.con".

"ref.con".

"back.sus".

NONE.

NONE.

0.00.

1.00.

1 (fixed trade-off parameter).

10.00.

15.

0.100E-01.

50. 1.

Finished reading inputs.

Sounding 1 (0.0,0.0). Convergence: n= 9, phid= 5.7826, beta= 10.000, phim= 0.14203, Phi= 7.2029.

Conductivity model: "test.con". Predicted data: "test.prd".

The End! [17:44:50.798, 28/06/2000]

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

90 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

For the possible listed quantities, see section 3.2.1. Any error messages generated by the program because of premature termination are written to this file as well as to the standard output.

3.2.3 The final model(s) (Always)

If only a single sounding is being inverted,

the final one-dimensional conductivity model (if conductivity is active in the inversion, i.e., mtype = 1, 3 or 4) will be written to the file "rootname.con". It has the same format as the input one-dimensional conductivity models (see section 3.1.3),

the final one-dimensional susceptibility model (if susceptibility is active in the inversion, i.e., mtype = 2, 3 or 4) will be written to the file "rootname.sus". It has the same format as the input one-dimensional susceptibility models (see section 3.1.3).

If two or more soundings are being inverted, the final one-dimensional conductivity models for all soundings (if conductivity is active in the inversion) are written to the file "rootname_ con.mod", and the final one-dimensional susceptibility models for all soundings (if susceptibility is active in the inversion) are written to the file "rootname_ sus.mod". The structure of these files is as follows:

Number of layers: nlayers

Layer thicknesses (m): thicks_a(1) . . . thicks_a(nlayers-1)

Number of soundings: nsounds

Sounding x- & y-coordinates, Conductivities (S/m) ...

soundx_a(1) soundy_a(1) val_a(1,1) . . . val_a(nlayers,1)

. . . soundx_a(nsounds) soundy_a(nsounds) val_a(1,nsounds) . . . val_a(nlayers,nsounds)

nlayers is the number of layers in the one-dimensional models for all soundings,

thicks_a(j), j = 1, . . ., nlayers1, are the thicknesses of the layers in the one-dimensional models,

nsounds is the number of soundings, soundx_a(i) and soundy_a(i), i = 1, . . ., nsounds, are the x- and y-coordinates

of the soundings, and val_a(j,i) is the value of the model (either conductivity in S/m or susceptibility in

SI units) in the jth layer for the ith soundings.

If susceptibility is being written out, then "Conductivities (S/m)" on line 4 is replaced with "Susceptibilities (SI units)". The final model(s) for each sounding are appended to this/these file(s) as soon as the inversion for each sounding has completed.

3.2.4 The final forward-modelled data (Always)

The forward-modelled data for the final model is written to the file "rootname.prd". The format for this file is the same as that for the input observations file (see section 3.1.2

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 91

above), but without the information about the uncertainties. The data for each sounding are appended to this file as soon as the inversion for each sounding has completed.

3.2.5 Final components of the objective function (Always if nsounds > 1)

If there are more than one sounding, the components of the objective function (see section 2.5.1 of the document "Background for "EM1DFM") for the final model for each sounding are written out to the file "rootname_ phis.out". All information for a sounding is written on one line in this file. The possible column headings are:

x

y

phid

beta

phim

gamma

phiLB

Phi

phim con phim sus

The x-coordinate of the sounding.

The y-coordinate of the sounding.

The misfit.

The trade-off parameter.

The model norm.

The coefficient of the logarithmic barrier term.

The logarithmic barrier term.

The whole objective function.

The conductivity part of the model norm. The susceptibility part of the model norm.

The values are appended to this file on completion of the inversion for each sounding.

3.2.6 Iteration-by-iteration one-dimensional models for each sounding (If outflg >= 3)

If outflg >= 3, the one-dimensional conductivity and/or susceptibility model(s) obtained at each iteration in the inversion for each sounding are written out.

The conductivity models are written to the files "rootname_ isound_ iter.con" where isound is the number of the sounding and iter is the number of the iteration (iter = 0 indicates the starting conductivity model). These files have the same format as the input conductivity files (see section 3.1.3).

The susceptibility models are written to the files "rootname_ isound_ iter.sus" where isound is the number of the sounding and iter is the number of the iteration (iter = 0 indicates the starting susceptibility model). These files have the same format as the input susceptibility files (see section 3.1.3).

If only conductivity is active in the inversion, the background susceptibility is written out to the file "rootname_ isound.sus".

If only susceptibility is active in the inversion, the background conductivity is written out to the file "rootname_ isound.con".

3.2.7 Iteration-by-iteration forward-modelled data for each sounding (If outflg >= 3)

If outflg >= 3, the forward-modelled data for each iteration for each sounding are written out to the files "rootname_isound_iter.dprd" where isound is the number of the sounding and iter is the number of the iteration (iter = 0 indicates the forward-modelled data for the starting model). The data are written out as they are ordered in

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

92 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

the input observations file, but with none of the survey parameters. The observations (including their uncertainties) for each sounding are also written out in this format to the file "rootname_isound.dobs".

3.2.8 Diagnostics for each iteration for each inversion (If outflg >= 3)

If outflg >= 3, the values of all the interesting quantities at each iteration for each sounding are written to the file(s) "rootname_ isound.dgns", where isound is the number of the sounding. The possible quantities in these files are summarized in the following table. References to equations are from section 2.5 of the document "Background for "EM1DFM".

tau The convergence parameter (see eqs. 68 & 69 ).

epsilon The small number against which the norm of the gradient is compared (eq. 70)

nnmax The max. number of times the step length can be halved.

Iter Iteration number.

normg The norm of the gradient.

phid The misfit.

beta The trade-off parameter.

phim The model norm.

gamma The coefficient of the logarithmic barrier term.

phiLB The logarithmic barrier term.

Phi The whole objective function.

(Phi) Previous objective function: previous d , m & LB and current & gamma. See eq. (57).

lambda The step length.

normdm The norm of the change in the model

normm The norm of the model.

The same status message as that written to the standard output and em1dfm.out is also written to

this file.

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 93

3.2.9 Misfit line search values (If outflg = 4 and iatype = 2)

If outflg = 4, and iatype = 2 (i.e., a line search over the misfit is used at each iteration to choose the trade-off parameter - see section 2.5.3 of the document "Background for "EM1DFM"), the values of the trade-off parameter and the corresponding values of the misfit during each line search at each iteration of each inversion are written to the file "phidvsbeta". There is just a single such file for a whole run of the program with information from each iteration separated by pairs of dashed lines. Note that the pairs of values of the trade-off parameter and misfit are written out in the order in which they are computed during the line search: they are not re-ordered.

3.2.10 GCV function line search values (If outflg = 4 and iatype = 3)

If outflg = 4, and iatype = 3 (i.e., a line search over the GCV function is used at each iteration to choose the trade-off parameter - see section 2.5.4 of the document "Background for "EM1DFM"), the values of the trade-off parameter and the corresponding values of the GCV function during each line search at each iteration of each inversion are written to the file "GCVvsbeta". There is just a single such file for a whole run of the program with information from each iteration separated by pairs of dashed lines. Note that the pairs of values of the trade-off parameter and GCV function are written out in the order in which they are computed during the line search: they are not re-ordered.

3.2.11 L-curve line search diagnostics (If outflg = 4 and iatype = 4)

If outflg = 4, and iatype = 4 (i.e., a line search over the curvature of the L-curve is used at each iteration to choose the trade-off parameter - see section 2.5.5 of the document "Background for "EM1DFM"), the values of the trade-off parameter and the corresponding values of the linearized misfit and the model norm during each line search at each iteration of each inversion are written to the file "phisvsbeta", and the values of the trade-off parameter and the corresponding values of the curvature computed in log-log/linear space are written to the files "curlovsbeta"/"curvlivsbeta". There is just a single version of each of these files for a whole run of the program with the information for each iteration separated from that for others by pairs of dashed lines.

3.2.12 Diagnostics for LSQR subroutine (If outflg = 4)

If outflg = 4, diagnostics are written out from Saunder's LSQR subroutine to the file "lsqr.out". Warning: this file can become very large very quickly if there is more than one sounding.

4. The forward-modelling program "EM1DFMFWD" The program "EM1DFMFWD" provides a means of forward-modelling a data-set for given layered conductivity and susceptibility models. It uses exactly the same algorithm as

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

94 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

that used within program EM1DFM (see section 2.3 in the document "Background for "EM1DFM"). The option of adding Gaussian random noise to the forward-modelled data is available. Four input files, which are described below, are required: a control file "em1dfmfwd.in", a file containing the frequencies, and transmitter and receiver locations and orientations (in nearly the same format as an observations file for program EM1DFM), and two files with the layered conductivity and susceptibility models for which the forward modelling is desired (in the format for program EM1DFM).

Recall that you should avoid spaces for all file names and their paths.

Control file em1dfmfwd:

Line #

Parameter Explanation Comment

1 obstypefname name of file containing the survey parameters; Character string of length < = 99

2 confname conductivity model; Character string of length < = 99

3 susfname susceptibility model; Character string of length < = 99

4 nlambdas

number of explicit evaluations of Hankel transform kernels;

integer > = 50

5 nchar flag indicating if noise is to be added; Character string of length = 1

5a perc thre seed

percentage, threshold and seed. real #, real #, pos integer

Control file parameter definitions:

obstypefname is the name of the file containing the frequencies, and the transmitter and receiver orientations and relative positions - this file has exactly the same format as an observations file for program EM1DFM (see the EM1DFM manual section 3.1.2), but excluding the actual observations and

uncertainties; confname is the name of the file containing the conductivity model in the same

format as all one-dimensional models for program EM1DFM (see the EM1DFM manual

section 3.1.3) ; susfname is the name of the file containing the susceptibility model (with the

same number of layers and same layer thicknesses as the conductivity model) in the same format as all one-dimensional models for program EM1DFM (see

the EM1DFM manual section 3.1.4) ;

nlambdas is the number of values of at which the kernels of the Hankel

transforms are explicitly computed;

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 95

nchar indicates whether Gaussian noise is to be added to the forward-modelled data: nchar = "y" indicates yes, nchar = "n" indicates no;

(not required if nchar = "n"), o perc is the percentage of the absolute value of a datum that is used as

the standard deviation of the noise added to that datum, o thre is the minimum value (in the same units as the forward-modelled

data are to be output) of the standard deviation of the noise to be added to any datum, and

o seed is a positive integer used as the seed in the random number generator (the same seed will give the same sequence of random

numbers: different seeds will give different sequences).

EM1DFMFWD output

The output from program EM1DFMFWD is a file called "em1dfmfwd.out". It is either in the same format as the predicted data files output from program EM1DFM (see the EM1DFM manual manual section 3.2.4) if noise has not been added to the data, or it is in the same format as the observations files for program EM1DFM (see the EM1DFM manual section 3.1.2) with the standard deviations of the noise added to each data written out in place of uncert_a . In addition, if noise has been added, the actual noise added to each datum and the total chi-squared sum of the noise are appended to the bottom of the file em1dfmfwd.out along with the noise-free observations.

An example of the control file em1dfmfwd.in is:

test.obstype ! Name of the observations-type file.

sigma.in ! Conductivity model file.

susc_hs.in ! Susceptibility model file

100 ! Number of evaluations of the Hankel transform kernel.

y ! Is noise to be added?

5. 1. 1. ! Percentage noise, threshold & seed.

and the observations type file "test.obstype" is

1

0. 0. 5

880. 1

1. -40. z

1. 8.1 0. -40. z 1 b

7213. 1

1. -40. z

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

96 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

1. 8.1 0. -40. z 1 b

55840. 1

1. -40. z

1. 6.3 0. -40. z 1 b

5848. 1

1. -40. x

-1. 8.1 0. -40. x 1 b

1082. 1

1. -40. x -1. 8.1 0. -40. x 1 b

The conductivity and susceptibility model files "sigma.in" and "susc_hs.in" are:

3

20.0 0.005

30.0 0.005

0.0 0.0001

------------

3

20.0 0.0

30.0 0.0

0.0 0.0

The resulting output file "em1dfmfwd.out" is:

1

0. 0. 5

880. 1

1. -40. z

1. 8.1 0. -

40. z 1 b 2.474 30.29 v 1.00 1.58

7213. 1

1. -40. z

1. 8.1 0. -

40. z 1 b 75.52 203.4 v 3.94 9.92

55840. 1

1. -40. z

1. 6.3 0. -

40. z 1 b 261.2 208.3 v 13.2 11.0

5848. 1

1. -40. x

-1. 8.1 0. -

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 97

40. x 1 b 13.44 43.13 v 1.00 2.12

1082. 1

1. -40. x

-1. 8.1 0. -

40. x 1 b 2.035 10.93 v 1.00 1.00

Added noise, N(0,1) Added noise inphase quadrature inphase quadrature

-8.85E-02 -0.804 -8.85E-02 -1.27

-0.835 0.5 -3.29 4.96

-0.187 -1.04 -2.46 -11.4

-1.27 0.361 -1.27 0.765

1.11 1.34 1.11 1.34

Total chi-squared noise added = 7.478

Noise-free data:

1

0. 0. 5

880. 1

1. -40. z

1. 8.1 0. -40. z 1 b 2.563 31.56

7213. 1

1. -40. z

1. 8.1 0. -40. z 1 b 78.81 198.4

55840. 1

1. -40. z

1. 6.3 0. -40. z 1 b 263.7 219.8

5848. 1

1. -40. x

-1. 8.1 0. -40. x 1 b 14.71 42.37

1082. 1

1. -40. x

-1. 8.1 0. -40. x 1 b 0.930 9.59

5. Utility programs

5.1 "AB1DCON"

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

98 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

Program AB1DCON converts airborne horizontal-coplanar observations in the format for program AB1D (see the JACI Annual Report for 1994) into the format required by program EM1DFM. The name of the AB1D control file is required via the standard input. This file, and the corresponding file containing the columns of data, are then read and the information rewritten to a file in the format described in the EM1DFM manual section 3.1.2.

5.2 "MKMODEL"

This program generates a conductivity or susceptibility model in the format required by program EM1DFM (see the EM1DFM manual section 3.1.3). The depth to the top of the basement halfspace and the number of layers in the model (including the basement halfspace) are required from the standard input. The thicknesses, tj, of the layers are then computed using the formula:

where the factor , and the thickness of the top layer, t1, is obtained by inverting the expression

5.3 "em1d3d"

This utility takes an EM1DFM output file that has soundings gathered at many locations over an

area, and covertes the 1D results into a 3D mesh that can be viewed using MeshTools3D. You

tell the program what the dx and dy cell dimensions for the mesh, and the program builds a

volume with physical properties interpolated from soundings generated by EM1DFM. Type the

program's name at the command line to see what the arguments are.

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 99

Annexe 3

Format des fichiers

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 101

Format N38

Le format N38 est le format binaire brut d’acquisition des données EM38 sur le logger PC Archer. Il contient les données EM38, les informations de calibration des EM38 et les messages NMEA du GPS.

Les fichiers au format N38 ne peuvent être lus que par le programme DAT38MK2.

Le format binaire N38 est décrit dans la notice du logiciel EM38MK2 de Geonics.

Format M38

Le format M38 est le format ASCII des fichiers N38. Il contient les données EM38 et les messages NMEA du GPS.

Les fichiers au format M38 s’obtienne à partir des fichiers N38 transformés par le logiciel DAT38MK2.

Il y a 2 lignes d’en-tête décrivant :

- Ligne 1 : version du logiciel d’acquisition

- Ligne 2 : orientation des dipôles, direction des profils et jour et heure de démarrage des mesures

Ensuite sont entrelacées des lignes de mesures EM38 et des messages NMEA.

Exemple : EM38-MK2 V2.07 o L 0 BV100 S A0.500 o 16/05/2012 10:11:17 10:11:48.247 SV01, 0.000, 55.352, 1.890, 61.055, 0.329, 5.663, 6.628,10:15:29.942 $GPGGA,080618.00,4727.077187,N,00147.172963,W,1,09,1.6,40.69,M,48.64,M,,*40, 10:15:30.127 SV01, 1.000, 56.367, 2.027, 63.945, 0.385, 5.663, 6.628,10:15:30.464 SV01, 2.000, 58.828, 2.201, 70.156, 0.507, 5.663, 6.628,10:15:30.987 $GPGGA,080619.00,4727.077737,N,00147.174122,W,1,10,1.1,40.05,M,48.64,M,,*42, 10:15:31.086 SV01, 3.000, 66.563, 2.691, 80.508, 0.717, 5.663, 6.950,10:15:31.509 SV01, 4.000, 74.297, 3.261, 94.531, 1.013, 5.663, 6.950,10:15:32.032 $GPGGA,080620.00,4727.077367,N,00147.174645,W,1,10,1.1,38.98,M,48.64,M,,*44, 10:15:32.070 SV01, 5.000, 80.977, 3.966, 113.047, 1.444, 5.663, 6.950,10:15:32.554 $GPGGA,080621.00,4727.077039,N,00147.174802,W,1,11,1.0,38.39,M,48.64,M,,*4B, 10:15:33.062 SV01, 6.000, 54.922, 2.682, 131.602, 1.886, 5.663, 6.950,10:15:33.076 SV01, 7.000, -40.898, -3.572, 131.094, 1.927, 5.663, 6.950,10:15:33.598

La ligne de mesure : SV01, 4.000, 74.297, 3.261, 94.531, 1.013, 5.663, 6.950,10:15:32.032

Signifie :

SV01 : dipole vertical

4.0 = Station 4

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

102 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

74.297, 3.261, 94.531, 1.013 : respectivement la conductivité (en mS/m), l’inphase (en ppt) pour le dipôle vertical, la conductivité (en mS/m), l’inphase (en ppt) pour le dipôle horizontal.

5.663, 6.950 : respectivement la température du récepteur vertical et du récepteur horizontal

10:15:32.032 : heure de mesure d’après l’horloge du PC Archer

Format M38p

Le format M38F est le format des fichiers traités, géoréférencés et filtrés par le logiciel EM38_process.

Il contient l’ensemble des données d’un fichier au format m38 (brut) mais réorganisées.

Il est composé d’un en-tête décrivant toutes les opérations de filtrage appliquées aux données.

Puis une ligne décrivant les champs de mesures mis en colonne

Puis les données mises en colonne séparées par une tabulation.

Exemple Fichier Original = D:\Travail\Progs\Matlab\EM\EM38_process\HERVERIE-RETURN.M38 Date Mesures EM38 = 15/05/2012 Heure de 16:15:01 à 16:27:53 TU Moyenne 5 Resampling 5 Suppression de portions sur tous ##### Numéro Distance Est Nord Z Q1_DH20 I1_DH20 Q1_DV20 I1_DV20 HDOP Temperature_H Temperature_V Date_numerique Date_Str 1 0.00 290359.8 280043.7 -19.3 38.99 1.03 30.26 -0.27 0.6 19.8 21.8 735004.677105 16/05/2012 16:15:01872 2 5.00 290359.9 280048.7 -19.6 46.12 0.32 34.56 -0.20 0.6 20.1 21.8 735004.677157 16/05/2012 16:15:06365 3 10.00 290360.0 280053.7 -19.7 50.35 0.73 37.67 -0.12 0.6 19.8 21.8 735004.677192 16/05/2012 16:15:09389 4 15.00 290359.8 280058.7 -19.7 48.95 0.88 36.41 -0.14 0.6 19.8 21.8 735004.677226 16/05/2012 16:15:12326

Signifie :

- Le fichier d’origine est D:\Travail\Progs\Matlab\EM\EM38_process\HERVERIE-RETURN.M38

- Les mesures ont été acquises le 15/05/2012 entre 16 :15 :01 et 16 :27 :53 TU

- Un filtrage « moyenne glissante » sur 5 éléments a été appliqué

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 103

- Les données ont été rééchantillonées à 5 m (resampling)

- Des portions de données ont été supprimées sur tous les champs de mesures

- ##### : séparateur entre en-tête et mesures - Numéro Distance Est Nord Z Q1_DH20 I1_DH20

Q1_DV20 I1_DV20 HDOP Temperature_H Temperature_V Date_numerique Date_Str

= les champs des mesures qui suivent, c'est-à-dire :

o Numéro de mesure o Distance le long du profil o Coordonnée Est (en m) o Coordonnée Nord (en m) o Altitude (en m) o Conductivité du dipôle horizontal (valeur en quadrature) exprimée en

mS/m o Champ en phase du dipôle horizontal exprimée en ppt o Conductivité du dipôle vertical (valeur en quadrature) exprimée en

mS/m o Champ en phase du dipôle vertical exprimée en ppt o HDOP : précision de positionnement du GPS o Température du capteur horizontal o Température du capteur vertical o Date numérique décimale de la mesure exprimée en jour depuis le

1er janvier de l’an 0. o Date et heure de la mesure exprimée en texte.

Format M38i

Le format M38i est le format de sortie après inversion des données EM38.

Le format M38i a globalement la même structure que le format m38p, à ceci près que l’on trouve en en-tête :

- Nb Layers : le nombre de couches ;

- Depth of layers : l’épaisseur de chaque couche (et non la profondeur des couches). Il y a 1 épaisseur de moins qu’il n’y a de couches, car le demi-espace infini n’est pas indiqué.

Puis, pour chaque mesure (dont le format est celui de m38p), on trouve le sondage en susceptibilité et en conductivité.

Exemple : Fichier Original = D:\Travail\Progs\Matlab\EM\EM38_process\HERVERIE-RETURN.M38 Date Mesures EM38 = 15/05/2012 Heure de 16:15:01 à 16:27:53 TU Moyenne 5 Resampling 5

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

104 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

Suppression de portions sur tous ##### Nb Layers : 11 Depth of Layers : 0.100000 0.113400 0.128600 0.145830 0.165370 0.187530 0.212660 0.241150 0.273470 0.310110 Numéro Distance Est Nord Z Q1_DH20 I1_DH20 Q1_DV20 I1_DV20 HDOP Temperature_H Temperature_V Date_numerique Date_Str 1 0.00 290359.8 280043.7 -19.3 38.99 1.03 30.26 -0.27 0.6 19.8 21.8 735004.677105 17-May-3912 16:15:01 0.003145 0.000000 0.002514 0.000000 0.001883 0.000000 0.002098 0.000000 0.003040 0.000000 0.004036 0.000000 0.004776 0.000000 0.005251 0.000001 0.005536 0.000006 0.005706 0.000000 0.005442 0.000035 2 5.00 290359.9 280048.7 -19.6 46.12 0.32 34.56 -0.20 0.6 20.1 21.8 735004.677157 17-May-3912 16:15:06 0.001839 0.000000 0.000469 0.000000 0.000430 0.000000 0.000438 0.000000 0.000522 0.000000 0.000644 0.000000 0.001007 0.000000 0.001574 0.000000 0.002188 0.000000 0.002716 0.000000 0.001915 0.000000

Etc …

Les valeurs en -9999 signifie que la portion du profil a été supprimée.

Format M38c

Le format M38c est semblable au format m38i, à ceci près que l’on trouve l’information de classification (sur la susceptibilité) sur la même ligne que la valeur de susceptibilité et conductivité des points de sondages. L’information de classification est indiqué sous forme d’un nombre entre 1 et 3. 1 = fortement magnétique, 2 = moyennement magnétique, 3 = faiblement magnétique

Exemple : Fichier Original = D:\Travail\Progs\Matlab\EM\EM38_process\HERVERIE-RETURN.M38 Date Mesures EM38 = 15/05/2012 Heure de 16:15:01 à 16:27:53 TU Moyenne 5 Resampling 5 Suppression de portions sur tous ##### Nb Layers : 11 Depth of Layers : 0.100000 0.113400 0.128600 0.145830 0.165370 0.187530 0.212660 0.241150 0.273470 0.310110 Numéro Distance Est Nord Z Q1_DH20 I1_DH20 Q1_DV20 I1_DV20 HDOP Temperature_H Temperature_V Date_numerique Date_Str 1 0.00 290359.8 280043.7 -19.3 38.99 1.03 30.26 -0.27 0.6 19.8 21.8 735004.677105 17-May-3912 16:15:01

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 105

0.003145 0.000000 1 0.002514 0.000000 1 0.001883 0.000000 1 0.002098 0.000000 1 0.003040 0.000000 1 0.004036 0.000000 1 0.004776 0.000000 1 0.005251 0.000001 1 0.005536 0.000006 1 0.005706 0.000000 1 0.005442 0.000035 1 2 5.00 290359.9 280048.7 -19.6 46.12 0.32 34.56 -0.20 0.6 20.1 21.8 735004.677157 17-May-3912 16:15:06 0.001839 0.000000 1 0.000469 0.000000 1 0.000430 0.000000 1 0.000438 0.000000 1 0.000522 0.000000 1 0.000644 0.000000 1 0.001007 0.000000 1 0.001574 0.000000 1 0.002188 0.000000 1 0.002716 0.000000 1 0.001915 0.000000 1

Format m38f

Les fichiers avec extension m38f sont associés au calcul de la fonction F= DH-I +1.5 * DV-I, représentant un indice pour distinguer le modèle « couche magnétique sur couche non magnétique » ou couche non magnétique sur couche magnétique ».

Le format M38F est basé sur celui du format M38P en insérant la colonne de la fonction F (10ème colonne) après celles des mesures brutes EM38.

Exemple Fichier Original = D:\Travail\Progs\Matlab\EM\EM38_process\HERVERIE-RETURN.M38 Date Mesures EM38 = 15/05/2012 Heure de 16:15:01 à 16:27:53 TU Moyenne 5 Resampling 5 Suppression de portions sur tous ##### Numéro Distance Est Nord Z Q1_DH20 I1_DH20 Q1_DV20 I1_DV20 Function_F HDOP Temperature_H Temperature_V Date_numerique Date_Str 1 0.00 290359.8 280043.7 -19.3 38.99 1.03 30.26 -0.27 1.44 0.6 19.8 21.8 735004.677105 16/05/2012 16:15:01872 2 5.00 290359.9 280048.7 -19.6 46.12 0.32 34.56 -0.20 0.62 0.6 20.1 21.8 735004.677157 16/05/2012 16:15:06365

Format d’un fichier d’entrée EM1DFM (type TXT)

Le format d’entrée des fichiers EM1DFM est décrit de manière exhaustive dans la notice du logiciel EM1DFM.

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

106 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

Par exemple, pour nos mesures EM38 : 723 290359.800000 280044.100000 1 14600.000000 2 1.000000 -0.250000 z 1 -1 1.000000 0.000000 -0.250000 z 1 b -260.000000 864.577346 p 0.100000 0.100000 1.000000 -0.250000 y 1 -1 1.000000 0.000000 -0.250000 y 1 b 890.000000 1134.901862 p 0.100000 0.100000 290359.800000 280044.900000 1 14600.000000 2 1.000000 -0.250000 z 1 -1 1.000000 0.000000 -0.250000 z 1 b -250.000000 851.032300 p 0.100000 0.100000 1.000000 -0.250000 y 1 -1 1.000000 0.000000 -0.250000 y 1 b 640.000000 1155.075334 p 0.100000 0.100000 290359.900000 280046.000000 1 14600.000000 2

Les champs sont les suivants :

723

Nombre de mesures

290359.800000 280044.100000 1

Coordonnées X et Y du point de mesure et nombre de fréquence (1)

14600.000000 2

Fréquence, nombre d’orientation des émetteurs (2 = 1 en dipôle vertical et 1 en dipôle horizontal)

1.000000 -0.250000 z 1

Pour le 1er émetteur :

- 1 = moment de l’émetteur (en A.m², on met toujours 1)

- -0.25 = hauteur de l’émetteur au-dessus du sol (négatif vers le haut au dessus du sol)

- z : orientation du dipôle émetteur (vertical = z)

- 1 : nombre de récepteur pour cet émetteur -1 1.000000 0.000000 -0.250000 z 1 b 260.000000 864.577346 -p 0.100000 0.100000

1er (et seul) récepteur vertical :

- -1 : orientation du moment récpeteur - 1.00 : séparation émetteur-récepteur (en m)

dans la direction x (sens du profil) - 0.0 : séparation émetteur-récepteur (en m)

dans la direction y (transverse au profil) - -0.25 : hauteur du récepteur au-dessus du

sol - z : orientation du récepteur - 1 : signifie que les données sont exprimées

en ppm du champ primaire

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 107

- b : both , signifie que les champs mesurés sont l’inphase et la quadrature

- 864.577346.= valeur d’inphase (en ppm) - -260.000000 = valeur de quadrature (en

ppm) - p : signifie que l’incertitude sur la mesure

est donnée en % - 0.1 = incertitude sur l’inphase (en % ,

donnée constructeur) - 0.1 = incertitude sur la quadrature (en %).

1.000000 -0.250000 y 1

Pour le 2ème émetteur :

- 1 = moment de l’émetteur (en A.m², on met toujours 1)

- -0.25 = hauteur de l’émetteur au-dessus du sol (négatif vers le haut au-dessus du sol)

- y : orientation du dipôle émetteur (transverse à la direction du profil = y)

- 1 : nombre de récepteur pour cet émetteur -1 1.000000 0.000000 -0.250000 y 1 b 890.000000 1134.901862 p 0.100000 0.100000

1er (et seul) récepteur de l’émetteur horizontal:

- -1 : orientation du moment récpeteur - 1.00 : séparation émetteur-récepteur (en m)

dans la direction x (sens du profil) - 0.0 : séparation émetteur-récepteur (en m)

dans la direction y (transverse au profil) - -0.25 : hauteur du récepteur au-dessus du

sol - y : orientation du récepteur - 1 : signifie que les données sont exprimées

en ppm du champ primaire - b : both , signifie que les champs mesurés

sont l’inphase et la quadrature - 890.000.= valeur d’inphase (en ppm) - 1134.901862 = valeur de quadrature (en

ppm) - p : signifie que l’incertitude sur la mesure

est donnée en % - 0.1 = incertitude sur l’inphase (en % ,

donnée constructeur) - 0.1 = incertitude sur la quadrature (en %).

290359.800000 280044.900000 1

Coordonnées X, Y et nombre de fréquences sur la 2ème station

Etc …

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

108 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

Format du fichier EM1DFM.IN

Ce fichier EM1DFM.IN contient toutes les informations (paramètres) permettant de régler l’inversion des données EM38. Or les paramètres d’inversion dépendent des conditions d’acquisition, des profondeurs d’investigation, du type de problème à résoudre et des propriétés électromagnétiques des milieux géologiques. Les paramètres du fichier doivent être déterminés soigneusement à partir de tests sur des mesures. Ensuite, il faut conserver les mêmes paramètres d’inversion afin que les résultats d’inversion soient comparables.

Le format du fichier d’inversion sera déterminé au cours de la prochaine phase du projet pendant la livraison et la formation des équipements.

Le format du fichier EM1DFM.IN est simple car il se résume à une quinzaine de lignes, mais il est très complexe à expliquer car le nombre de lignes et le contenu des lignes dépendent de la théorie des méthodes inverses. Pour comprendre en détail le contenu du fichier, il est fortement recommandé de lire le « Manual for running the program « EM1DFM », version 1.0 ».

Exemple : Herverie ! root name D:\EM1D\herverie-return_filt.txt ! observations file 3 ! type of model D:\EM1D\layertest.con ! starting conductivity model D:\EM1D\layertest.sus ! starting susceptibility model D:\EM1D\layertest.con ! reference (small) conductivity model D:\EM1D\layertest.sus ! reference (small) susceptibility model NONE ! reference conductivity (flat) NONE ! reference susceptibility (flat) NONE ! weights 1 1 0.01 1 0.01 1 ! Ac, As, acs, acz, ass, asz 1 ! inversion type 1 ! trade-off parameter 15 ! max # of iterations DEFAULT ! log barrier 0.01 ! convergence test DEFAULT ! Hankel kernel evaluations 1 ! amount of output

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 109

Annexe 4

Message NMEA

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BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 111

Le message de positionnement transmis par les GPS est au format standard NMEA. Ce message est une ligne d’informations séparées par des virgules. L’information de positionnement est introduite par les caractères GPGGA. Puis viennent les données. Par exemple :

$GPGGA,064036.289,4836.5375,N,00740.9373,E,1,04,3.2,200.2,M,,,,0000*0E

Qui signifie :

$GPGGA Type de trame

064036.289 Trame envoyée à 06h40m36,289s (heure UTC)

4836.5375,N : Latitude exprimée en degré (2 chiffres) puis en minutes décimales. Puis une lettre N ou S suivant qu’on est en latitude Nord ou Sud. Ici 4836.5375 N signifie 48° 36.5375’ Nord = 48,608958° Nord = 48°36'32.25" Nord

00740.9373,E Longitude exprimée en degré (3 chiffres) puis en minutes décimales. Puis une lettre E ou W suivant qu’on est en longitude Est ou Ouest. Ici 00740.9373,E signifie = 7° 40.9373’ Est = 7,682288° Est = 7°40'56.238" Est

1 Type de positionnement (le 1 est un positionnement GPS, 2 pour DGPS)

04 Nombre de satellites utilisés pour calculer les coordonnées

3.2 Précision horizontale ou HDOP (Horizontal dilution of precision)

200.2,M Altitude 200,2, en mètres

,,,,,0000 D'autres informations peuvent être inscrites dans ces champs

*0E Somme de contrôle de parité, un simple XOR sur les caractères précédents

Autre description du message NMEA trouvé sur Internet.

Global Positioning System Fix Data. Time, position and fix related data for a GPS receiver.

Par exemple :

$GPGGA,hhmmss.ss,llll.ll,a,yyyyy.yy,a,x,xx,x.x,x.x,M,x.x,M,x.x,xxxx*hh

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

112 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

hhmmss.ss UTC of position

llll.ll latitude of position

a N or S

yyyyy.yy Longitude of position

a E or W

x GPS Quality indicator (0=no fix, 1=GPS fix, 2=Dif. GPS fix)

xx number of satellites in use [not those in view]

x.x horizontal dilution of precision

x.x Antenna altitude above/below mean sea level (geoid)

M units of antenna altitude, meters

x.x Geoidal separation (Diff. between WGS-84 earth ellipsoid and

mean sea level. -=geoid is below WGS-84 ellipsoid)

M units of geoidal separation, meters

x.x Age in seconds since last update from diff. reference station

xxxx Diff. reference station ID#

*hh Checksum

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 113

Annexe 5

Liste du matériel pour l’acquisition et le traitement des données EM38

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 115

Les pages suivantes dressent la liste de l’ensemble du matériel nécessaire pour l’acquisition et le traitement des données EM38. Ces fiches pourront être photocopiés pour une vériification avant

Sur le terrain pour les mesures EM38

Vérification

2 EM38

Chariot de transport

Attelage

Câble RS232 (10m) de liaison entre les EM38 et PC Archer

2 Batteries (dans la caisse d’acquisition)

Chargeur batterie 1

Chargeur batterie 2

PC Logger Archer + crayon optique

Chargeur secteur Archer

Alimentation allume cigare pour Archer

GPS XH6000

Antenne externe Tornado

Support magnétique pour antenne Tornado

Cable coaxial pour antenne Tornado

Alimentation allume cigare pour GPS

Câble recharge secteur pour GPS

Multiprise 4 branchements pour la recharge de l’ensemble des équipements

1 véhicule avec boule d’attelage et 1 prise allume-cigare

Pour le traitement des données au bureau ou à l’hôtel

PC avec autorisation d’utilisation du logiciel EM1DFM et du logiciel Pathfinder avec :

- Logiciel EM1DFM ;

- Logiciel Process_EM38 ;

- Logiciel Pathfinder ;

- Clé EM1DFM ;

- Manuel logiciel Pathfinder ;

- Manuel logiciel EM1DFM ;

- Connexion internet pour transférer les données des bases fixes (correction post-traitement).

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 117

Annexe 6

Manuel d’utilisation des kappamètres MS2D de Bartington et KT6 d’Exploranium

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final 119

Cette annexe 6 est une notice simplifiée des kappamètres :

- MS2D de Bartington ;

- KT6 d’Explorium.

Le Kappamètre Bartington est recommandé car le volume d’investigation (aire et profondeur) est nettement supérieur à celui du KT6 qui est plus dédié à des mesures sur des carottes.

Dans notre procédure de contrôle des résultats de l’EM38, on mesure la susceptibilté magnétique sur des points caractéristiques. Pour cela on va noter au moins cinq mesures sur chauqe point, afin d’établir la dispersion de la susceptibilité. Le logiciel de traitement calculera la moyenne et l’écart-type.

MS2D de Bartington

Avant tout, il faut s’assurer que la batterie (accumulateur interne) est chargée, grâce au controleur « batt. » du datalogger (après avoir allumé le logger sur SI). Si la diode au-dessus du batt est verte (pas de charge nécessaire), si elle est jaune (à recharger bientôt), si elle rouge (à recharger immédiatement). Pour recharger, il faut connecter le câble secteur ou le câble pour allume-cigare. La prise pour recharger est à l’arrière du logger.

Quand la batterie est chargée, il faut monter le capteur :

- monter le manche du capteur sur la poignée après avoir inséser le grand câble coaxial dans l’axe du manche ;

- connecter le capteur rond sur le coaxial et l’autre extrémité du coaxial sur le boitier de la poignée (prise de droite) ;

- connecter le boitier de la poignée (prise de gaucheà sur le logger avec le câble coaxial court. La prise coaxiale sur le logger est sur le panneau avant à droite.

La procédure de mesure est la suivante :

- allumer le logger sur SI (les unités de susceptibilité sont en SI) ;

- tourner le bouton de sensibilité sur 1.0 ;

- mettre l’interrupteur sur la position centrale ;

- mettre le capteur en l’air loin (2m) de toute source magnétique ;

- appuyer sur Z (mesure du zéro dans l’air), attendre le bip sonore ;

- positionner le capteur à plat sur le point de mesure ;

- appuyer sur M (mesure de susceptibilité) ;

- on note la mesure qui s’affiche (exprimée en 10-5 SI pour la susceptibilité volumique, ou en 10-8 m3/kg pour la susceptibilité massique). NB : on choisit la notation volumique, c'est-à-dire 10-5 SI) ;

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Mode opératoire d’un système Electromagnétique à base de deux EM38

120 BRGM/RP-61478-FR Ŕ Rapport final

- on recommence une mesure à partir du point 6, mais il est recommandé de refaire le zéro avant chaque mesure (c'est-à-dire à partir du point 4).

Si la mesure est inférieure à 10 (10-4 SI), on peut activer le calibre plus sensible (0.1) mais la mesure est plus longue (6s sur le calibre 0.1 contre 0.6 s sur le calibre 1.0). La mesure peut s’étaler entre 0.2 10-6 et 9999 10-5 SI avec une résultation de 0.2 10-6 sur le calibre 0.1.

Afin de mesurer rapidement la dispersion de la susceptibilité, on peut faire des mesures en continu en mdifiant la position de l’interrupteur :

- à droite vers Z pour faire des « zéros » en continu ;

- à gauche vers M pour faire des mesures en continu. Les mesures sont ponctuelles et ne sont pas moyennées (sans stack).

Ne pas oublier d’éteindre (Off) après chaque mesure.

KT9 d’Exploranium

La charge de la pile (9V) se vérifie à l’allumage. Si la batterie est trop faible, il indique « low bat ».

- pour allumer, appuyer sur un des deux boutons ;

- tenir l’appareil dans la droite, rectangle de lecture vers soi ;

- tenir le capteur en l’air loin de toute source magnétique (2 m) : mise à zéro. ;

- appuyer sur le bouton droit, attendre le bip sonore ;

- positionner le capteur (partie plate noire centrée) sur le matériau ;

- appuyer à droite et attendre 2s, puis retirer le capteur ;

- après le nouveau bip sonore, la mesure s’affiche ;

- noter la mesure et la répéter au moins 5 fois à partir du point 3. Il faut refaire le « zéro » à chaque fois.

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Centre scientifique et technique Direction Risques et Prévention

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