Etude par mise-à-la masse d’un conduit karstique près de Rocamadour (Lot, France)

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Etude par mise-à-la masse d’un conduit karstique près de Rocamadour (Lot, France) 1 1 2Konstantinos CHALIKAKIS , Roger GUÉRIN , Marie BOUCHER 1 : UMR 7619 Sisyphe, Université Pierre et Marie Curie (Paris 6), case courrier 105, 4 place Jussieu, 75252 Paris cedex 05 2 : BRGM, BP6009, 45060 Orléans cedex Abstract The mise-à-la-masse technique, have been used mostly in detecting and/or delineating conductive geological features, which correspond to mineral deposits. The aim of this geophysical survey, on the Poumeyssen test site, was to apply this method to a karstic conduit, which presents a sufficient resistivity contrast with the limestone matrix, in order to define his extension and his geomerty and finally compare the results with those from a 3D modelling. Contexte de l’étude Le site karstique de Poumeyssen se situe dans le département du Lot (sud-ouest de la France) et à une distance de 4 km de la cité médiévale de Rocamadour. Il s’agit d’une résurgence qui fait partie du système karstique de l’Ouysse sur le causse de Gramat. Celui-ci est constitué de calcaires calloviens, affectés d’une karstification importante attestée par des grottes, dolines, gouffres, pertes et résurgences. Le système couvre une superficie d’environ 540 km dont 360 sont occupés par le causse de Gramat. Dans ce réseau karstique, des eaux circulent infiltrées à partir d’un certain nombre de pertes. Après un parcours souterrain de plus de 25 km, ces eaux ...
Publié le : samedi 24 septembre 2011
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Etude par mise-à-la masse d’un conduit karstique près de
Rocamadour (Lot, France)
Konstantinos CHALIKAKIS
1
, Roger GUÉRIN
1
, Marie BOUCHER
2
1 : UMR 7619 Sisyphe, Université Pierre et Marie Curie (Paris 6), case courrier 105, 4 place Jussieu, 75252
Paris cedex 05
2 : BRGM, BP6009, 45060 Orléans cedex
Abstract
The mise-à-la-masse technique, have been used mostly in detecting and/or delineating
conductive geological features, which correspond to mineral deposits. The aim of this
geophysical survey, on the Poumeyssen test site, was to apply this method to a karstic
conduit, which presents a sufficient resistivity contrast with the limestone matrix, in order to
define his extension and his geomerty and finally compare the results with those from a 3D
modelling.
Contexte de l’étude
Le site karstique de Poumeyssen se situe dans le département du Lot (sud-ouest de la
France) et à une distance de 4 km de la cité médiévale de Rocamadour. Il s’agit d’une
résurgence qui fait partie du système karstique de l’Ouysse sur le causse de Gramat. Celui-ci
est constitué de calcaires calloviens, affectés d’une karstification importante attestée par des
grottes, dolines, gouffres, pertes et résurgences. Le système couvre une superficie d’environ
540 km dont 360 sont occupés par le causse de Gramat.
Dans ce réseau karstique, des eaux circulent infiltrées à partir d’un certain nombre de
pertes. Après un parcours souterrain de plus de 25 km, ces eaux sont restituées par plusieurs
émergences dont l’une est celle de Cabouy (Figure 1a). Entre l’émergence de Poumeyssen
(site expérimentale) et l’émergence de Cabouy, des informations spéléologiques (de
septembre 2004 ; Figure 1b) donnent la cartographie du conduit karstique. Ce conduit plein
d’eau de diamètre 5 à 9 m (i.e. section de 20 m
2
à 65 m
2
) et de résistivité 15 à 24
Ω
.m (i.e.
conductivité de 666 à 416 μS/cm) est situé dans un calcaire encaissant dont la résistivité varie
de 2000 à 7000
Ω
.m ; à une profondeur de 13 à 15 m (Figure 1b).
Dans le cadre du projet PNRH (Programme National de Recherche en Hydrologie)
« Waterscan », le site pilote de Poumeyssen, éloigné de signaux parasites (lignes à haute
tension, industrie, agglomération…), a été choisi afin de tester les performances, les
différentes mises en oeuvre et configurations de la méthode RMP (résonance magnétique des
protons) pour l’étude de karst. L’inversion 2D de sondages RMP a démontré l’efficacité de la
technique afin de localiser et d’estimer la géométrie du conduit karstique (Boucher et al.,
2005). Cette étude est complétée par des mesures électriques (panneau électrique, polarisation
1
spontanée et mise-à-la-masse) et électromagnétiques, pour valider les résultats RMP et en vue
de connaître les réponses géophysiques sur des structures karstiques.
conduit karstique
zone d'étude
500 m
Gouffre
de
Poumeyssen
Section 3 (au point 19)
- 16 m
-10,3 m
8 m
Section 2 (au point 15)
-
9 m
- 16 m
5 m
Section 1 (au point 10)
7 m
- 8 m
-16 m
(a)
(b)
Figure 1 : (a) Plan de localisation du site d’étude, (b) Cartographie spéléologique et sections
du conduit ; en rouge le fil d’Ariane des plongeurs (avec le numéro des crochets)
Méthode géophysique employée
La méthode de la mise-à-la-masse, a été initialement développée pour l’industrie
minière. Cette technique est utilisée lorsqu’une zone conductrice est déjà repérée (e.g. filon
minier) par affleurement ou par forage (Parasnis, 1967 ; Oppliger, 1984 ; Bhattachatya et al.,
2001). Une électrode d’injection de courant est placée directement dans la zone conductrice et
l’autre est placée à l’infini. On mesure alors le potentiel entre un point fixe et des points de la
zone d’étude. La représentation des mesures de différence de potentiel permet d’avoir : (i)
l’extension, (ii) une idée du pendage, (iii) la direction et (iv) la continuité du milieu
conducteur dans lequel on a placé l’électrode d’injection de courant. Sur le site de
Poumeyssen, le conduit karstique a constitué la zone conductrice.
Modélisation 3D
A partir d’un code de modélisation 3D utilisant la méthode des moments (Tabbagh,
1985), nous avons cherché à simuler la réponse que l’on devrait obtenir sur une structure
inspirée du site : soit dans un milieu homogène résistant de résistivité 5000
Ω
.m, un conduit
2
horizontal (la profondeur de son toit étant à 15 m) de section 6 m x 6 m et de résistivité
20
Ω
.m. Les simulations montrent que l’on obtient une réponse « détectable » (Figure 2).
-
4
0
-
2
0
0
2
0
4
0
6
0
8
0
X(m)
-20
0
20
Y(m)
-25
-20
-15
-10
-5
0
Z(m)
5000
Ω
.m
5000
Ω
.m
20
Ω
.m
(a)
(b)
-
4
0
-
2
0
0
2
0
4
0
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8
0
X(m)
-20
0
20
Y(m)
-25
-20
-15
-10
-5
0
Z(m)
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Figure 2 : Carte du potentiel de mise-à-la-masse (croix bleue : électrode d’injection) et coupe
de terrain (flèche bleue : électrode d’injection). (a) sur un terrain homogène à 5000
Ω
.m,
(b) au-dessus d’un conduit conducteur 20
Ω
.m dans un encaissant homogène à 5000
Ω
.m
Résultats de la prospection sur site
Lors de la mesure de la mise à la masse nous avons utilisés le dispositif pôle-pôle. Les
électrodes B (injection de courant) et N (mesure du potentiel) sont à l’infini, l’électrode
d’injection de courant A a été placée dans la émergence, tandis que la deuxième électrode de
mesures du potentiel M a été déplacée sur le terrain suivant un maillage d’environ 5 m x 5 m.
Les résultats (Figure 3) montrent une forte dépendance avec : (i) la distance au point A (i.e. le
phénomène principal est bien que le potentiel décroît en 1/r où r est la distance entre les points
A et M) et (ii) la topographie complexe du site. Néanmoins, l’image situe légèrement le
conduit à l’aplomb des indications données par les spéléologues.
Des nouvelles corrections de la carte de potentiel et de résistivités apparentes sont
nécessaires, afin de filtrer le signal de la mise-à-la-masse de l’effet topographique (Oppliger,
1984). Contrairement à la modélisation 3D, (i) le conduit n’est pas toujours à la même
profondeur, (ii) la topographie du site est complexe, (iii) le contraste de résistivité entre le
conduit et l’encaissant n’est peut être pas aussi simple et (iv) la présence de couches
superficielles altérées (conductrices) induit peut être un signal non négligeable.
Conclusion
La modélisation 3D démontre la capacité de la mise-à-la-masse à estimer la géométrie
et l’extension d’un conduit karstique. Néanmoins, la prospection sur le site de Poumeyssen
confirme la difficulté de détection directe d’un karst par la géophysique dans de conditions
« réelles ». Des filtrages de l’effet du potentiel en 1/r et de l’effet de la topographie devraient
permettre d’identifier plus précisément le conduit.
Bibliographie
Bhattachatya B.B., Gupta D., Banerjee B., and Shallivahan S., 2001. Mise-à-la-masse survey
for an auriferous sulfite deposit.
Geophysics
, 66 (1), 70-77.
Boucher M., Chalikakis K., Baltassat J.M., Legchenko A., and Girard J.F., 2005. Localization
of karst conduit with Magnetic Resonance Soundings. A case study.
Near Surface
2005
, Palerme (Italie), 5-8 september.
Oppliger G.L., 1984. Three-dimensional terrain corrections for mise-à-la-masse and
magnetometric resistivity surveys.
Geophysics
, 49 (10), 1718-1729.
3
Parasnis D.S., 1967. Three-dimensional electric mise-à-la-masse survey of an irregular lead-
zinc copper deposit in central Sweden.
Geophysical Prospection
, 15, 407-437.
Tabbagh A., 1985. The response of a three-dimensional magnetic and conductive body in
shallow depth electromagnetic prospecting.
Geophysical Journal of the Royal
Astronomical Society
, 81, 215-230.
388600
388620
388640
388660
388680
388700
388720
388740
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-20000
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0
2
5
5
0
7
5
1
0
0
mV
m
Gouffre de Poumeyssen
Point d'injection
Figure 3 : Carte de potentiel (en dégradé de gris) obtenue avec la mise-à-la masse, les courbes
d’isovaleurs représentent les altitudes (en m). La ligne en bleu représente l’axe du conduit tel
qui a été cartographié par le spéléologues (septembre 2004). La croix bleu représente
électrode d’injection.
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