Les méthodes électriques complètent la panoplie géophysique en exploitant la capacité très variable des roches à conduire le courant électrique. Ce dernier chapitre définit la résistivité des roches, présente les dispositifs de mesure de terrain et le principe du sondage électrique, puis leurs applications en hydrogéologie et en prospection minière.
1. La résistivité électrique des roches et des sols
La résistivité électrique d'un matériau mesure son aptitude à s'opposer au passage du courant : c'est l'inverse de la conductivité. Dans les roches, la conduction du courant est presque toujours électrolytique : elle se fait par l'intermédiaire de l'eau qui imprègne les pores et les fractures, chargée en ions dissous, et non par les minéraux du squelette solide, le plus souvent isolants. La résistivité d'une formation dépend donc avant tout de sa porosité, du degré de saturation en eau, de la salinité de cette eau et du degré de fracturation de la roche — plus une roche est poreuse, saturée et l'eau salée, plus sa résistivité est faible.
2. La loi d'Ohm et l'injection de courant dans le sol
Le principe des méthodes électriques consiste à injecter un courant continu (ou basse fréquence) dans le sol au moyen de deux électrodes de courant A et B, puis à mesurer la différence de potentiel qui en résulte entre deux électrodes de potentiel M et N. La relation entre le courant injecté, la tension mesurée et la géométrie du dispositif, fondée sur la loi d'Ohm généralisée à un milieu tridimensionnel, permet de calculer une résistivité apparente du sous-sol : une valeur qui ne représente pas la résistivité d'une couche unique, mais une moyenne pondérée des résistivités de toutes les couches traversées par le courant sous le dispositif.
3. Les dispositifs de mesure : Wenner et Schlumberger
Plusieurs dispositifs quadripôles, définis par la disposition relative des quatre électrodes, sont utilisés sur le terrain. Le dispositif Wenner place les quatre électrodes alignées et régulièrement espacées, avec les électrodes de potentiel entre les électrodes de courant : simple à mettre en œuvre, il exige de déplacer les quatre électrodes à chaque mesure. Le dispositif Schlumberger conserve les électrodes de potentiel resserrées près du centre et n'écarte que les électrodes de courant : il permet d'approfondir l'investigation en ne déplaçant que deux électrodes à la fois, ce qui accélère les mesures de terrain.
4. Résistivité apparente et sondage électrique vertical
Le sondage électrique vertical (SEV) consiste à mesurer la résistivité apparente en un point fixe du terrain pour des écartements croissants des électrodes de courant : plus l'écartement est grand, plus le courant explore en moyenne des profondeurs importantes. La courbe de résistivité apparente en fonction de l'écartement, une fois interprétée (par comparaison à des abaques ou par inversion numérique), renseigne sur le nombre de couches du sous-sol, leur résistivité propre et leur profondeur — une image en une dimension de la géologie sous le point de sondage.
5. Applications à l'hydrogéologie et à la prospection minière
Les méthodes électriques sont particulièrement utilisées en hydrogéologie pour localiser des aquifères, estimer la profondeur du toit de la nappe et détecter une intrusion d'eau salée en contexte côtier, l'eau salée abaissant fortement la résistivité apparente. En prospection minière, elles permettent de repérer des corps conducteurs associés à des minéralisations métalliques (sulfures) ou, à l'inverse, des formations très résistantes (roches sèches, cavités). Elles sont couramment associées à la gravimétrie et au magnétisme pour lever certaines ambiguïtés d'interprétation.
Résistivité fictive, calculée à partir du courant injecté, de la tension mesurée et de la géométrie du dispositif, qui représente une moyenne pondérée des résistivités réelles de toutes les couches traversées par le courant.
Méthode consistant à mesurer la résistivité apparente en un point fixe pour des écartements croissants d'électrodes, afin de reconstituer la succession des couches résistives du sous-sol en un point.
| Wenner | Schlumberger | |
|---|---|---|
| Électrodes déplacées à chaque mesure | Les quatre | Seulement les deux électrodes de courant |
| Rapidité sur le terrain | Plus lent | Plus rapide |
| Usage typique | Traîné électrique (variations latérales) | Sondage électrique vertical (variations en profondeur) |
Wenner et Schlumberger en un coup d'œil
- La conduction dans les roches est électrolytique : elle dépend de la porosité, de la saturation en eau et de la salinité, pas du squelette minéral.
- La résistivité apparente, calculée par la loi d'Ohm généralisée, moyenne les résistivités de toutes les couches traversées.
- Wenner : électrodes régulièrement espacées, les quatre déplacées à chaque mesure ; Schlumberger : seules les électrodes de courant s'écartent.
- Le sondage électrique vertical fait croître l'écartement des électrodes pour explorer des profondeurs croissantes en un point fixe.
- Applications : localisation d'aquifères et d'intrusions salines en hydrogéologie, détection de corps conducteurs en prospection minière.
Les examens demandent souvent de comparer les dispositifs Wenner et Schlumberger et d'expliquer pourquoi la résistivité d'une roche dépend surtout de l'eau qu'elle contient. Piège classique : croire que la résistivité mesurée est celle d'une seule couche, alors qu'elle est toujours apparente. Sache expliquer, en une phrase, le principe du sondage électrique vertical.