Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

48

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

49

Inve

rsio

n de

don

nées

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oten

tiel

spon

tané

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mila

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dan

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al.

JGR

200

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Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

50

Inve

rsio

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don

nées

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pote

ntie

l spo

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é(R

ef. M

insl

eyet

al.

JGR

200

7) :

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

51

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l. 20

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GE)

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

52

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rs

rs

KK

λ

θθ

θθ

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mèt

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θθ

θθ

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Mas

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-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

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007

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Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

54

Sui

vi d

’infil

tratio

n/irr

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ion

Sui

vi d

’infil

tratio

n/irr

igat

ion

Oliv

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al.,

200

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Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

55

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ion

géop

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Mas

ter 2

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ydro

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écem

bre 2

007

56

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g

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res

-zon

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e

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s

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200-

1300

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La S

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48.5

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15 k

m

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Mas

ter 2

-H

ydro

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hysiq

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écem

bre 2

007

57

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2

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Mas

ter 2

-H

ydro

géop

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écem

bre 2

007

58

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ité é

lect

rique

> 1

00 O

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Mes

ures

hyd

rogé

ophy

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esav

ec c

ontr

ôle

par

piéz

omèt

res

Elec

triq

ue D

C

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

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écem

bre 2

007

59

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amiq

ue d

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ansf

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sel

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Inje

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t sui

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lect

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odèl

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sel

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en

long

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nale

et 1

cm e

n tra

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rsal

).

Mas

ter 2

-H

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écem

bre 2

007

60

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cul d

es c

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fco

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atio

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et m

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mpi

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t, b=

1 et

1.3

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les)

<m

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e: c

ondu

ctio

n de

sur

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nég

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ble,

dan

s le

cas

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traire

:

sf

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Fσ

+σ

=σ

avec

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la c

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itéde

sur

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(S.m

-1)

Dét

erm

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ion

du fa

cteu

r de

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atio

n

Mes

ures

de

la c

ondu

ctiv

ité d

u flu

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dans

les

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, on

cons

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1×1

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.m-1

Con

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ivité

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fluid

e

Dyn

amiq

ue d

es tr

ansf

erts

par

sui

vi d

’une

inje

ctio

n de

sel

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

61

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ule

de S

en e

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992)

:

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24

214

01

099

036

210

51

270

65

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CC

.T

..

C).T

.T

..

(+

+−

×−

+=

σ−

•Tte

mpé

ratu

re (°

C)

•Cco

ncen

tratio

n en

sel

(mol

.L-1

)

M=5

8.5

g.m

ol-1

; T=1

0°C

Cal

cul d

es c

once

ntra

tions

en

sel :

éta

pe 2

Dyn

amiq

ue d

es tr

ansf

erts

par

sui

vi d

’une

inje

ctio

n de

sel

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

62

Para

mèt

res

du m

odèl

e :

•con

duct

ivité

hyd

raul

ique

: 85

cm

/jour

éva

luée

à p

artir

de

«sl

ug-te

sts

»

•sou

rce

de s

olut

é : l

essi

vage

, flu

x co

nsta

nt d

e 3

g.L-

1

•dis

pers

ivité

long

itudi

nale

: 10

cm

; dis

pers

ivité

tra

nsve

rsal

e : 1

cm

(Dom

enic

oet

Sch

war

tz, 1

990)

x=8

m

Dyn

amiq

ue d

es tr

ansf

erts

par

sui

vi d

’une

inje

ctio

n de

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Mod

élis

atio

n av

ec H

ydru

s-2D

Hau

teur

pié

zovs

. tem

ps =

>co

nduc

tivité

hyd

raul

ique

K ~

2-5

.10-

6m

/s,

soit

15-4

0 cm

/j (ty

piqu

es d

es s

ols

tour

beux

).

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

63

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hodo

logi

e po

ur le

sui

vi d

’éco

ulem

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ar

pote

ntie

l spo

ntan

é: e

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men

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aphi

e «

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laps

e»

Dis

posi

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et In

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réta

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sur

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Sou

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Dyn

amiq

ue d

es c

ircul

atio

ns p

ar s

uivi

du

pote

ntie

l spo

ntan

é

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

64

Orig

ines

et p

rinci

pes

du p

oten

tiel s

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ané

•Pot

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l éle

ctriq

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ui c

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ns le

sou

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l

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ctio

n, th

erm

odiff

usio

n…)

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ciné

tism

e

Mod

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ble

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he é

lect

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holtz

-Sm

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HS

Cησεξ

=(c

oeffi

cien

t de

coup

lage

)

•εpe

rmitt

ivité

diél

ectri

que

(F.m

-1)

•ηvi

scos

itédy

nam

ique

(Pa.

s)

•ζpo

tent

iel z

êta

(V)

δφ

d’ap

rès

Ogi

lvy

et B

ogos

lovs

ky, 1

979

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

65

Bib

liogr

aphi

e

•Car

acté

risat

ion

des

écou

lem

ents

nat

urel

s et

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ifici

els

-Gén

ie c

ivil

(fuite

s de

rése

rvoi

rs e

t bar

rage

s, M

erkl

eret

al.,

198

9 ; T

itov

et a

l., 2

000)

.

-Tes

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e po

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ges

dans

la

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e ph

réat

ique

(e.

g.,

Bog

oslo

vsky

et O

gilv

y, 1

973

; P

inet

tes

et a

l., 2

002

; R

evil

et a

l., 2

003)

ou

dans

des

rés

ervo

irs g

éoth

erm

ique

s (e

.g.,

Ishi

doet

al.,

198

3 ; U

shijim

aet

al.,

199

9 ; M

arqu

is e

t al.,

200

2).

-Circ

ulat

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hyd

roth

erm

ales

sur

les

volc

ans

(e.g

., Zl

otni

ckie

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hida

, 200

3), i

nfilt

ratio

n de

plu

ie (e

.g.,

Per

rier e

t Mor

at, 2

000

; Dou

ssan

et a

l., 2

002)

.

•Le

suiv

i tem

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l des

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-Site

de

Sou

ltz-s

ous-

Forê

t(M

arqu

is e

t al.,

200

2;

Dar

net e

t al.,

200

6)

-Vol

cans

(Zl

otni

ckie

t al.,

199

4, 2

001

; Di M

aio,

19

97 ;

Frie

del e

t al.,

200

4)

-Sou

rce

au N

épal

(Per

rier e

t al.,

199

9)

-Site

de

Sur

-Frê

tes

(Per

rier

et a

l., 1

998

; Triq

ue

et a

l., 2

002)

-Inf

iltra

tion

(Dou

ssan

et a

l., 2

002

; D

arne

t et

M

arqu

is, 2

004)

Dar

net e

t al.,

200

6

Per

rier e

t al.,

199

9

Dou

ssan

et a

l, 20

02

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

66

Mes

ures

du

pote

ntie

l spo

ntan

é à

la S

outte

050

100

m

050

100

150

200

250

300

-100-5

0050100

150

200

Base

Ref

A6

B6

B5

C6

C5

C4

C3

D4

D3

D2

E6E5

E4

E3

E2

E1

F4

F3

F2

F1

G4

G3

G2

H4

H3

H2

B4

D6

D5

chemin d'accès

Ehn

Ligne des crêtes

prof

il P

•Mes

ures

pon

ctue

lles

(car

tes,

pro

fil P

)

•Mes

ures

en

cont

inu

(rés

eau

d’él

ectro

des)

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

67

Com

men

t on

mes

ure

le p

oten

tiel s

pont

ané

Mat

érie

l néc

essa

ire :

•éle

ctro

des

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laris

able

s

•vol

tmèt

re à

hau

te im

péda

nce

(ord

re d

u GΩ

ou d

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ne d

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)

Dév

elop

pem

ent d

e pr

otot

ype

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Pie

rre-

Dan

iel M

atth

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ngén

ieur

d’é

tude

s)

Mod

e op

érat

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Mes

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pon

ctue

lles

•mes

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du p

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ropr

e à

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ue é

lect

rode

et s

tock

age

adap

té

•util

isat

ion

d’un

e ta

rière

app

ropr

iée

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e te

rrai

n

•mul

tiplie

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mes

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à c

haqu

e st

atio

n

Deu

x te

chni

ques

de

mes

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su

pote

ntie

l sur

le te

rrain

Mes

ure

du p

oten

tiel p

our t

rois

sta

tions

05

1075808590

B4

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h08:

87.

5±0.

8mV

02

46

4850525456C

3 at

14h1

0: 4

8.7±

0.2m

V

02

46

6868.56969.5

C5

at13

h12:

68.

8±0.

3mV

mea

sure

men

ttim

e(m

in)

mea

sure

men

ttim

e(m

in)

mea

sure

men

ttim

e(m

in)

SP (mV)

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

68

Mes

ures

en

cont

inu

•éle

ctro

des

en p

rofo

ndeu

r

•bou

e ar

gile

use

salé

e (b

ento

nite

)

•éle

ctro

des

relié

es à

une

cen

trale

d’a

cqui

sitio

n (e

x: c

entra

le C

ampb

ell t

ype

CR

10X

: 20

GΩ

d’im

péda

nce,

13

bits

, +/-

250

mV

-> ré

solu

tion

de 0

.06

mV

)

Com

men

t on

mes

ure

le p

oten

tiel s

pont

ané

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

69

Mod

élis

atio

n d’

un p

rofil

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étho

de

•Rés

olut

ion

de l’

équa

tion

de P

oiss

on p

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la

pres

sion

du

fluid

e

HIP

.K

P.

K=

∇+

∇∇

→→

2

Kes

t la

cond

uctiv

ité h

ydra

uliq

ue (

m.s

-1)

; Pes

t la

pre

ssio

n de

flu

ide

(Pa)

; I

Hes

t le

ter

me

sour

ce (m

.Pa.

s-1)

•Rés

olut

ion

en d

iffér

ence

s fin

ies

•Cal

cul d

es c

harg

es é

lect

rique

s éq

uiva

lent

es (c

oupl

age

élec

troci

nétiq

ue e

t équ

atio

n de

con

serv

atio

n du

cou

rant

)

EIP

PP

.V

=∇

−=

∇+

∇∇

−=

∇

σ∇

→→

→→

22

ll

l

σes

t la

con

duct

ivité

élec

triqu

e (S

.m-1

) ;

Ves

t le

pot

entie

l él

ectri

que

(V)

et

est

le

para

mèt

re

de

coup

lage

él

ectro

ciné

tique

(V.S

.Pa-1

.m-1

)

σ−

=H

SC

lC

HS

: -1

×10-6

à-1

×10-7

V.P

a-1

σ: 1

×10-3

à1×

10-2

S.m

-1: 1

×10-1

0à

1×10

-8V

.S.P

a-1.m

-1l

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

70

910

1−

×=

lV

.S.P

a-1 .m

-1

mod

èle

vite

sse

de D

arcy

PgK

v→ ∇

ρ=

Mod

élis

atio

n d’

un p

rofil

: R

ésul

tat

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

71

Car

togr

aphi

e du

pot

entie

l spo

ntan

é

-50

050

100

150

200

250

300

-150

-100-5

0050100

150

200

Bas

eRef

A6

B6

B5

C6

C5

C4

C3

D4

D3

D2

E6E5

E4

E3

E2

E1

F4

F3

F2

F1

G4

G3

G2

H4

H3

H2

B4

D6

D5

1.7

1.8

1.9

22.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

33.1

3.2

3.3

3.4

50100

500

1000

2000

rési

stiv

ité (O

hm.m

)

z=20

m

-50

050

100

150

200

250

300

150

100

-50050100

150

200

Bas

eRef

A6B

6

B5

C6

C5

C4

C3

D4

D3

D2

E6E5

E4

E3

E2

E1

F4

F3

F2

F1

G4

G3

G2

H4

H3

H2

B4

D6

D5

050

100m

PS

(mV)

-30

-25

-20

-15

-10

-50510

Mes

ures

PS

Rés

istiv

ité à

z=2

0 m

•Ano

mal

ie d

ipol

aire

•Mod

èle

d’un

e so

urce

au

nive

au d

’un

cont

act v

ertic

al

(Fitt

erm

an, 1

979)

Prof

il P

Prof

il P

σ1/σ

2=1 2 5 10

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4 Ψ

(V)

Fitte

rman

(197

9) :

effe

t d’u

ne s

ourc

e ét

endu

sur

la

surf

ace

d’un

e in

terf

ace

vert

ical

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mi-i

nfin

iesé

para

nt

deux

str

uctu

res

de c

ondu

ctiv

ités

élec

triq

ues

dist

inct

es

(toit

à 1

mèt

re d

e pr

ofon

deur

)

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

72

Suiv

i dan

s le

tem

ps d

u po

tent

iel s

pont

ané

Diff

éren

tes

expé

rienc

es ré

alis

ées

(éch

elle

s sp

atia

les

et te

mpo

relle

s di

ffére

ntes

)

•40

élec

trode

s en

ré

seau

, de

puis

no

vem

bre

2004

•4 é

lect

rode

s en

pro

fond

eur

le lo

ng d

e la

m

ême

verti

cale

dep

uis

débu

t 200

6

050

100

m

050

100

150

200

250

300

-100-50050100

150

200

Bas

eRef

A6

B6

B5

C6

C5

C4

C3

D4

D3

D2

E6E5

E4

E3

E2

E1

F4

F3

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F1

G4

G3

G2

H4

H3

H2

B4

D6

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chemin d'accès

Ehn

Ligne des crêtes

prof

il P

tem

ps

Sta

tion

mét

éo

Dim

ensi

on te

mpo

relle

Dim

ensi

on s

patia

le

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

73

Le ré

seau

de

40 é

lect

rode

s

Exe

mpl

e S

85

4 dé

croc

hem

ents

bru

sque

s

Potentiel spontané(moyenne journalière)

Rés

istiv

ité

Préc

ipita

tions

Tem

péra

ture Ef

fet d

e la

font

e de

s ne

iges

Suiv

i dan

s le

tem

ps d

u po

tent

iel s

pont

ané

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

74

Suiv

i dan

s le

tem

ps d

u po

tent

iel s

pont

ané

Phé

nom

ènes

influ

ença

nt le

s va

riatio

ns d

e P

S

•Phé

nom

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d’o

rigin

e in

tern

eLi

és à

la v

aria

tion

de la

sat

urat

ion

du s

ous-

sol (

infil

tratio

n de

la p

luie

, etc

…)

•Phé

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au

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Effe

t des

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ro-o

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embr

ane

de l’

élec

trode

, qua

lité

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u co

urs

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mps

, end

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agem

ent i

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ersi

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umul

atio

n lo

cale

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char

ges

Exp

érie

nce

d’in

terc

ompa

rais

ond’

élec

trode

s de

Gar

chy

(Cle

rc e

t al.,

199

8)

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

75

Suiv

i dan

s le

tem

ps d

u po

tent

iel s

pont

ané

Phé

nom

ènes

influ

ença

nt le

s va

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ns d

e P

S

•Phé

nom

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d’o

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e ex

tern

e-I

nduc

tion

élec

trom

agné

tique

-Mau

vais

e in

stal

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n de

l’él

ectro

de (e

x : e

ffet d

e la

tem

péra

ture

de

l’air)

-Phé

nom

ènes

atm

osph

ériq

ues

: effe

t des

ora

ges

?

varia

tions

du

cham

p él

ectri

que

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t de

la fo

udre

accu

mul

atio

n de

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rges

dan

s le

so

us-s

ol

Rép

artit

ion

des

char

ges

dans

un

nuag

e or

ageu

x et

cha

mp

verti

cal

dans

l’ai

r au

nive

au d

u so

l (G

arry

, 200

4)

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

76

Suiv

i dan

s le

tem

ps d

u po

tent

iel s

pont

ané

Effe

t de

l’act

ivité

ora

geus

e ?

Éle

ctro

de d

e ré

fére

nce

pola

risée

?

Impa

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e fo

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?

Acc

umul

atio

n lo

cale

de

char

ge ?

Impa

cts

de fo

udre

(sou

rce

Wet

terZ

entra

le)

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

77

Suiv

i dan

s le

tem

ps d

u po

tent

iel s

pont

ané

Com

porte

men

ts d

es é

lect

rode

s

Cha

ngem

ent d

e ré

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nce

S88

S6

S13

Dis

parit

ion

des

décr

oche

men

ts

•Cha

ngem

ent d

u co

nten

u fré

quen

tiel à

deu

x pé

riode

s di

ffére

ntes

•qua

lité

du c

onta

ct ?

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

78

Suiv

i dan

s le

tem

ps d

u po

tent

iel s

pont

ané

Ele

ctro

des

en p

rofo

ndeu

r

•var

iatio

ns im

porta

ntes

•éle

ctro

de

en

prof

onde

ur

stab

le

•var

iatio

ns

diur

nes

impo

r-ta

ntes

po

ur

E(6

7 cm

) et

E

(39

cm)

•com

porte

men

t ét

rang

e de

E

(51

cm)

•sau

t br

usqu

e (3

5 m

V)

de

E(3

9 cm

)

•Mes

ures

dep

uis

janv

ier 2

006

réfé

renc

e

Mas

ter 2

-H

ydro

géop

hysiq

ue-D

écem

bre 2

007

79

Con

clus

ion

et P

ersp

ectiv

es

de l’

utili

satio

n du

pot

entie

l spo

ntan

é à

la S

outte

Pro

fils

et C

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s :

•Une

pro

cédu

re d

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esur

e a

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déve

lopp

ée p

our «

s’a

ffran

chir

» de

s va

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ns lo

cale

s (q

uelq

ues

mèt

res)

et t

empo

relle

s (q

uelq

ues

min

)

⇒P

erm

et d

e co

ndui

re à

des

pro

fils

et c

arte

s de

PS

don

t on

a ac

cès

à l’i

ncer

titud

e, m

ême

pour

des

am

plitu

des

de s

eule

men

t une

diz

aine

de m

V.

•Rés

ulta

ts c

ompr

éhen

sibl

es e

t app

orta

nt d

es c

ontra

inte

s à

des

mod

èles

d’

écou

lem

ent,

cohé

rent

s av

ec le

s au

tres

donn

ées

(DC

, AM

T, m

ag, f

orag

e,

…) ⇒

Res

te à

con

stru

ire m

odèl

e hy

drau

lique

3D

par

inve

rsio

n de

mes

ures

P

S e

t de

tom

ogra

phie

s él

ectri

ques

(pui

s 4D

tim

e-la

pse,

com

me

réal

isé

pour

sui

vre

la d

iffus

ion

du s

el)…

Sui

vi d

es v

aria

tions

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lles

:

Aill

eurs

sur

site

s gé

othe

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ues,

on

a m

ontré

qu’

on p

ouva

it su

ivre

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circ

ulat

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dan

s le

s fra

ctur

es (m

ême

prof

onde

dan

s le

cas

de

puits

ave

c tu

bage

mét

alliq

ue) –

ex. D

arne

tet a

l. 20

01, 2

002,

200

6.

Mai

s su

r ce

site

de

petit

e ta

ille,

les

mes

ures

son

t tou

jour

s en

cou

rs, m

ais

rest

ent e

ncor

e dé

licat

es à

inte

rpré

ter…