Les méthodes électriques regroupent la polarisation spontanée, qui exploite un phénomène naturel, et les méthodes de résistivité en courant continu, qui injectent un courant artificiel pour explorer le sous-sol en profondeur ou latéralement. Ce chapitre couvre les deux approches, très présentes en hydrogéologie et en génie civil, et fréquentes aux examens.
1. La polarisation spontanée : mécanisme
La polarisation spontanée (PS) est une méthode électrique passive qui mesure, sans injection de courant, un potentiel électrique naturel présent en surface. Plusieurs mécanismes peuvent en être à l'origine : l'effet d'électrofiltration (courant généré par la circulation d'un fluide à travers un milieu poreux, très utile pour localiser des écoulements d'eau souterraine ou des fuites de barrage), l'effet électrochimique lié à l'oxydo-réduction de certains corps minéralisés (sulfures massifs notamment, qui produisent des anomalies PS souvent fortes) et des effets d'origine thermique ou biologique dans certains contextes particuliers.
2. Prospection PS : mesures et interprétation
Sur le terrain, la PS se mesure à l'aide d'électrodes impolarisables (généralement de type cuivre / sulfate de cuivre) reliées à un voltmètre de haute impédance, selon un dispositif de mesure de potentiel le long de profils. L'interprétation distingue des anomalies négatives, souvent associées à des corps minéralisés conducteurs en oxydo-réduction, et des signaux liés à l'électrofiltration, dont la forme et l'amplitude renseignent sur le sens et l'intensité de l'écoulement d'eau. La PS est une méthode simple et peu coûteuse, mais son interprétation reste qualitative et sensible au bruit (câbles, végétation, contact électrode-sol).
3. La résistivité électrique des roches et minéraux
La résistivité électrique caractérise l'aptitude d'un matériau à s'opposer au passage du courant. Dans les roches, elle dépend surtout de la porosité, du taux de saturation en eau et de la salinité de cette eau : les roches sèches et compactes (granite sain, quartzite) sont très résistantes, les argiles et les eaux salées sont au contraire très conductrices. Les minerais métalliques massifs (sulfures) présentent des résistivités très faibles, ce qui en fait de bonnes cibles pour la prospection électrique comme pour l'électromagnétisme.
4. Sondages électriques verticaux (exploration en profondeur)
Le sondage électrique vertical (SEV) explore la variation de résistivité avec la profondeur en un point donné : on injecte un courant continu entre deux électrodes A et B et on mesure la différence de potentiel entre deux électrodes M et N, en écartant progressivement A et B autour d'un centre fixe. Plus l'écartement est grand, plus le courant pénètre en profondeur ; la résistivité apparente calculée à chaque écartement, portée sur une courbe en fonction de la demi-distance AB/2, permet, par comparaison à des abaques ou par inversion numérique, de reconstituer la succession des terrains et de leurs résistivités vraies. Le dispositif Schlumberger, où les électrodes de courant s'écartent bien plus que les électrodes de potentiel, est l'un des plus utilisés pour les SEV.
5. Traînés électriques (exploration horizontale)
Le traîné électrique conserve un écartement d'électrodes constant et déplace l'ensemble du dispositif le long d'un profil : il explore ainsi les variations latérales de résistivité à une profondeur d'investigation à peu près constante, ce qui le rend complémentaire du sondage vertical. Il est utilisé pour cartographier des contacts géologiques, des failles ou des zones de fracturation conductrices sur une surface. Le dispositif Wenner, à espacements égaux entre électrodes, est classique pour ce type de mesure.
Méthode électrique passive qui mesure un potentiel électrique naturel, lié notamment à l'électrofiltration de l'eau souterraine ou à l'oxydo-réduction de corps minéralisés.
Résistivité calculée à partir d'une mesure de terrain en supposant un sous-sol homogène ; elle ne devient une résistivité « vraie » qu'après interprétation de la courbe de sondage.
Dispositif de résistivité où l'écartement des électrodes de courant augmente progressivement autour d'un point fixe, pour explorer la variation de résistivité avec la profondeur.
| Sondage électrique (SEV) | Traîné électrique | |
|---|---|---|
| Dispositif | Écartement croissant, centre fixe | Écartement constant, dispositif déplacé |
| Exploration | Verticale (avec la profondeur) | Horizontale (le long d'un profil) |
| Résultat | Succession de terrains en un point | Carte de variations latérales |
| Dispositif type | Schlumberger | Wenner |
Sondage électrique vertical vs traîné électrique
- La PS mesure un potentiel naturel : électrofiltration (eau) ou oxydo-réduction (sulfures).
- La résistivité des roches dépend surtout de la porosité, de la saturation et de la salinité de l'eau.
- SEV = exploration verticale (écartement croissant) ; traîné = exploration horizontale (écartement constant).
- Dispositif Schlumberger pour les sondages, dispositif Wenner pour les traînés, classiquement.
- Argiles et eaux salées sont conductrices ; granite sain et roches sèches sont résistants.
Sujet classique : différencier sondage électrique vertical et traîné électrique (schéma du dispositif attendu), et expliquer les deux mécanismes de la PS. Piège fréquent : confondre résistivité apparente et résistivité vraie, ou oublier que la PS ne nécessite aucune injection de courant, contrairement aux sondages et traînés.