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Institut de recherche pour le développement

Caractérisation des aquifères dans le secteur de Nogent-le-Rotrou (Eure-et-Loir) par la méthode

de Résonance Magnétique Protonique

Étude réalisée dans le cadre du projet de recherche 2000-MET-DO1

décembre 2001 BRGM/RP-51329-FR

Institut de recherche pour le d4veloppement

Caractérisation des aquifères dans le secteur de Nogent-le-Rotrou (Eure-et-Loir) par la méthode

de Résonance Magnétique Protonique

Étude réalisée dans le cadre du projet de recherche 2000-MET-DO1

A. Legchenko

décembre 2001 BRGMIRP-51329-FR

Caractérisation des aquifères dans le secteur de Nogent-le-Rotrou (Eure-et-Loir)

Mots clés : Géophysique, Hydrogéologie, Résonance Magnétique Protonique.

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :

Legchenko A. (2001) - Caractérisation des aquiîères dans le secteur de Nogent-le- Rotrou (Eure-et-Loir) par la méthode de Résonance Magnétique Protonique. BRGMRP-51329-FR, 45 p., 20 fig., 3 tabl., 1 ann.

O BRGM, 2001, ce document ne peut être reproduit en totalitk ou en pairie sans l'autorisation expresse du BRGM


Synthèse

D ans le cadre des projets de recherche du BRGM (16436100MET-D01-RMP) une étude géophysique avec la méthode de Résonance Magnétique Protonique (RMP)

a été réalisée par le BRGM, I'IRD et ANTEA dans le secteur de la commune de Nogent-le-Rotrou (Eure-et-Loir). L'objectif de cette étude était de caractériser les paramètres hydrodynamiques des aquifères pour optimiser l'implantation des nouveaux forages d'alimentation en eau de la ville de Nogent-le-Rotrou.

Les aquiferes recherchés sont composés de la craie fracturée, de l'argile et du sable. Dans le secteur étudié la perméabilité hydraulique de ces aquifères est très variable.

Ce rapport présente les résultats des sept sondages RMP qui ont été réalisés entre le 28 et 30 août de 2001 par l'équipe composée de géophysiciens du BRGM et de 1'IRD. Au

PLUS cours de cette étude l'appareillage NUMIS fabriqué par IRIS-Instruments a été utilisé.

Les résultats obtenus ont permis d'estimer la transmissivité hydraulique des aquifères et de classer les sites étudiés selon leur priorité vis-à-vis de l'objectif.


Sommaire

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

2 . Méthodes et moyens .............................................................................................. 11

.......................................................... 2.1. La résonance magnétique protonique (RMP) 11 . .

2.1.1. Pnncipe de la méthode .............................................................................. 11 2.1.2. L'équipement « NUMIS » ............................................. ............................. 12 2.1.3. Le sondage RMP .......................................................................................... 13

............................................................................ 2.1.4. Interprétation des données 15 2.1.5. Présentation des résultats d'un sondage fournis par le système NUMIS ..... 18

2.2. Moyens mis en œuvre .............................................................................................. 23

2.1.1. Personnel ................................................................................................... 21 2.1.2. Equipement ................................................................................................... 21

. . . 3 . Travaux realises ..................................................................................................... 23

4 . Résultats et discussion ........................................................................................... 27

5 . Conclusions .............................................................................................................. 33

. . 6 . Bibliographie ............................................................................................................ 35

ANNEXE

Ann . 1 . Résultats RMP ............................................................................................. 37


Liste des figures

. . Fig . 1 . Pnncipe de mesure RMP ............................................................................. 12

Fig . 2 . Schéma fonctiomel du dispositif instrumental ................................................. 12

...... Fig . 3 - Equipement de Résonance Magnétique Protonique NUM MIS^^^^" sur site 13

Fig . 4 . Schéma en fonction du temps d'une séquence émissionlréception ................... 14

Fig . 5 . Résultats d'inversion des données théoriques ................................................... 16

Fig . 6 - Exemple de résultats RMP sur deux forages dans la craie ................................ 19

Fig . 7 . Exemple de résultats fournis par l'appareillage NUMIS .................................. 20

................................ Fig . 8 - Plan de position des sondages RMP dans la zone d'étude 24

Fig . 9 - Plan de position détaillé des sondages RMP dans le secteur . . de Margon.Tuilene ......................................................................................... 25

Fig.10 - Plan de position détaillé des sondages RMP dans le secteur de Brunelles ...... 26

.................................................. Fig . 1 1 - Plan de position du sondage « Chuisnes-FI )) 27

.............. Fig . 12 - Secteur de Chuisnes : coupe géologique du forage F1 : ..................... 28

Fig . 13 -Résultats du sondage RMP (( Chuisnes-F1 » ................................................... 29

............................................................................. Fig.14 - Résultats RMP : Brunelles2 39

Fig . 15 - Résultats RMP : Brunelles3 ............................................................................ 40

Fig . 16 -Résultats RMP : Brunelles4 ............................................................................ 41

Fig . 17 . Résultats RMP : Brunelles5 ........................................................................... 42

................................................................................. Fig . 18 -Résultats RMP : Margon 43

.................................................................................. Fig . 19 -Résultats RMP : Nogent 44

Fig . 20 -Résultats RMP : Nogent1 ............................................................................... 45


Liste des tableaux

Tabl . 1 . Paramètres du modèle .................................................................................... 17

Tabl . 2 . Comparaison des résultats RMP avec des résultats d'essais pompage sur le forage F1 dans le secteur de Chuisnes ................................................. 30

Tabl . 3 . Principaux résultats RMP dans le secteur de Nogent-le-Rotrou .................... 30


1. Introduction

D ans le cadre des projets de recherche du BRGM (16436100METD01-RMP) une étude géophysique a été réalisée par le BRGM, I'IRD et ANTEA dans le secteur

de la commune de Nogent-le-Rotrou (Eure-et-Loir). L'objectif de cette étude était de caractériser les paramètres hydrodynamiques des aquifères pour optimiser l'implantation des nouveaux forages d'alimentation en eau de la ville de Nogent-le- Rotrou.

Les aquifëres recherchés sont composés de la craie fracturée, de l'argile et du sable. Dans le secteur étudié la perméabilité hydraulique de ces aquifères est très variable.

Compte tenu que dans le contexte géologique de la craie qui est typique pour le secteur, le contraste de résistivité ou bien des propriétés élastiques des roches n'est pas lié d'une façon simple et unique avec de l'eau souterraine, les méthodes géophysiques comme les méthodes électromagnétiques ou sismiques appliquées aux études hydrogéologiques demandent impérativement de l'information supplémentaire pour l'interprétation des données.

Pour cette raison la méthode de sondage par la Résonance Magnétique Protonique (RMP) qui est particulièrement bien adaptée aux études géophysiques à finalité hydrogéologique a été utilisée. Les résultats fournis par RMP sont directement liés à l'eau, et donc l'interprétation des données ne nécessite pas de l'information supplémentaire sur des aquifères (bien sûr, quand disponible, cette information peut encore améliorer la précision des résultats).

Sept sondages RMP ont été réalisés entre le 28 et 30 août de 2001 par l'équipe composée de géophysiciens du BRGM (A. Legchenko) et de 1'IRD (J-M. Vouillamoz et Y. Albouy). Au cours de cette étude l'appareillage NU MIS^^^^ fabriqué par IRIS- 1 n s m e n t s a été utilisé.

Les résultats des sondages RMP sont présentés dans les annexes.


I 2. Méthodes et moyens

2.1. LA RÉSONANCE MAGNÉTIQUE PROTONIQUE (RMP)

Les méthodes géophysiques traditionnelles d'exploration se fondent sur l'analyse d'anomalies de structures ou de paramètres physiques qui sont liés à différents facteurs - - - qui ne sont pas eux-mêmes nécessairement liés de façon unique à la présence ou à l'absence d'eau dans le milieu étudié. Ainsi, par exemple, la conductivité électrique (inverse de la résistivité) des roches est proportiomeiie à la conductivité électrique du fluide contenu et à une certaine puissance de la porosité (Archie, 1942), mais elle dépend également largement de la composition minéralogique et en particulier de la teneur en argile.

Contrairement à ces méthodes géophysiques, l'information déduite d'un sondage de Résonance Magnétique Protonique (RMP) est directement liée à l'eau contenue dans le sous-sol.

Dans le cadre d'un accord de collaboration entre ICKC (Russie) et le BRGM, un équipement, nommé « NUMIS », fondé sur ce principe a été développé par IRIS Instruments et commercialisé début 1997.

2.1 .l. Principe de la méthode

Schématiquement le principe physique de la RMP repose sur le fait que les noyaux d'hydrogène placés dans un champ magnétique Ho (tel que celui de la terre ou artificiel), possèdent des moments magnétiques qui, à l'équilibre, sont alignés dans la direction de ce champ principal Ho (fig. 1).

L'émission d'un champ magnétique perturbateur à une fréquence spécifique (dite fréquence de Larmor) modifie cet état d'équilibre naturel et provoque une précession de ces-moments autour de la direction du champ magnétique-naturel. ~ ~ r & coupure du champ excitateur, et en retour à l'état d'équilibre initial, un champ magnétique de relaxation est émis par les protons et mesuré en surface, constituant ainsi la réponse RMP (Slichter, 1990). L'amplitude de ce champ est d'autant plus intense que le nombre de protons entrés en résonance est grand, et donc que la teneur en eau est importante. La fréquence spécifique à laquelle les protons sont excités assure que la méthode est sélective. La très grande majorité des noyaux d'hydrogène présents dans le proche sous- sol provenant des molécules d'eau implique ainsi que la méthode RMP renseigne directement sur la présence ou l'absence d'eau dans le milieu étudié et aussi sur les caractéristiques hydrodynamiques du milieu.


Fig. 1 -Principe de mesure RMP.

2.1.2. L'équipement « NUMIS »

L'équipement NUMIS se compose d'un générateur de courant alternatif, une unité réceptrice, un détecteur de signai RMP, une antenne et un microprocesseur (fig. 2).

Fig. 2 - Schéma fonctionnel du dispositif instrumental.


Le microprocesseur pilote la commutation de l'antenne du mode émission au mode réception. Il contrôle également la génération de la fréquence de référence égale à la fréquence de Larmor. Une enveloppe du signal provenant du détecteur synchrone est enregistrée par le microprocesseur sous forme digitale sur une durée programmable de 2 s au maximum. Un PC portable est utilisé pour le stockage sur disque et le traitement des données. Le poids total de l'ensemble est d'environ 100 kg (fig. 3).

2.1.3. Le sondage RMP

Pour réaliser un sondage RMP, une antenne conductrice est déployée sur le sol, généralement selon un cercle ayant un diamètre compris entre 20 et 120 m, selon la profondeur des couches aquifères que l'on désire investiguer. Différentes géométries

Caractérisation des aquifères dans le secteur de Nogent-le-Rotrou (Eure-et-Lok)

d'antennes sont prévues dans le logiciel d'acquisition de « NUMIS », en particulier, l'antenne peut être déployée sous la forme d'un chiffre «huit » afin d'améliorer le rapport signalhruit (Trushkin et al., 1994). Une impulsion i(t) d'un courant alternatif est émise dans la boucle.

i(t) = Iocos(wo t), O < t 5 7 (1)

Io et z caractérisent respectivement l'amplitude et la durée de l'impulsion. La pulsation du courant émis oo correspond à la fréquence de Larmor des protons placés dans le champ géomagnétique f o=yHo/2z, avec Ho l'amplitude du champ géomagnétique et 7 le

- ~

facteur gyromagnétique des protons (constante physique caractéristique). La valeur de cette fréquence est déduite de l'amplitude du champ géomagnétique du lieu considéré.

L'impulsion de courant entraîne une précession des protons autour du champ géomagnétique, qui crée à son tour un champ magnétique alternatif qui est détecté, après coupure de l'injection de courant, par la même antenne que celle qui est utilisée pour l'émission. En pratique, l'enregistrement de la réponse RMP n'est possible qu'après un délai instrumental (dit « temps mort ») de 40 ms dans le cas de la version actueile de « NUMIS ». Le processus d'acquisition d'une mesure est schématisé sur la figure 4.

pulse i(t)=bcosQ t

Fig. 4 - Schéma en fonction du temps d'une séquence émission/réception.

En oscillant à la fréquence de Larmor, le signal RMP e(t,q) dkcrit une enveloppe de forme exponentielle décroissante (FiD : Free Induction Decay signal) qui dépend du paramktre d'excitation q = Ioz


avec Eo(q) l'amplitude initiale RMP, T ; le temps de relaxation transversale (Farrar et

al., 1971), et po la phase du signal RMP.

En injectant deux pulsations consécutives au lieu d'une seule et en mesurant la réponse RMP après chaque pulsation (FID1 et FID2) il est possible de calculer la constante de

relaxation longitudinale T T qui est une estimation de la constante de relaxation Tl

(Farrar et al., 1971).

E(q), T T (q) et po(q) sont les paramètres mesurés par l'antenne de réception en faisant varier le paramètre d'excitation q , ce dernier paramètre agissant sur la profondeur d'investigation du sondage. Ces quatre paramètres sont ceux qui sont ensuite interprétés et qui renseignent sur l'eau contenue dans le sous-sol.

Les valeurs d'amplitudes peuvent varier de quelques dizaines de nanovolts à quelques microvolts suivant la teneur en eau du milieu considéré, le seuil de détectabilité de NUMIS se situant à environ 4 nV. Différents facteurs peuvent influencer l'amplitude des signaux RMP tels que par exemple, la magnitude et l'inclinaison du champ géomagnétique, la conductivité électrique des terrains, la taille et la géométrie de l'antenne utilisée (Legchenko et al., 1997).

Un signal RMP provenant de l'eau contenue dans des argiles a un temps de relaxation inférieur au délai instrumental et n'est ainsi pas détectable.

Le volume investigué lors d'un sondage est d é f d comme un cylindre vertical de diamètre égal à environ 1,5 fois le diamètre de la boucle, centré sur celle-ci et de hauteur égale' à ce diamètre. La profondeur d'investigation maximale actuelle, en l'absence de terrains conducteurs, est de l'ordre de 120 m. La profondeur d'investigation est sensiblement diminuée lorsque la conductivité des terrains augmente et de manière significative pour des résistivités inférieures à 10 0hm.m. La durée de réalisation d'un sondage RMP est d'environ 2 h dans des conditions favorables de bruits électromagnétiques parasites d'origine naturelle ou anthropique.

2.1.4. Interprétation des données

Les algorithmes d'inversion des paramètres RMP sont décrits dans Legchenko et al. (1998). Ainsi un signal RMP non-nul est directement lié à la présence d'eau dans le sous-sol. De plus, des informations complémentaires peuvent être obtenues à partir des courbes brutes enregistrées :

- l'inversion des données Eo(q) fournit la profondeur, l'épaisseur et la teneur en eau de chaque couche saturée en eau. La teneur en eau fournie par RMP peut être définie telle que ci-après. Pour un volume d'investigation V, soit Vw le volume rempli d'eau


- et VR le volume de roche Vw+VR). Le volume Vw peut être divisé en deux parties : l'eau soumise à un champ magnétique homogène et appelée eau libre Vfiee et l'eau soumise à un champ magnétique inhomogène, appelée eau liée ; ainsi Vw=Vfree+Vbmd. Comme les très courts signaux correspondant à l'eau liée ne peuvent pas être mesurés par les équipements RMP disponibles aujourd'hui, la teneur en eau RMP, n est la part du volume investigué occupé par l'eau libre telle que w = (Vfieee/V)lOO %. Les deux cas limites sont w = O pour une roche sèche et w = 100 % pour l'eau d'un lac ;

- les constants de temps de relaxation T ; ( ~ ) et TT (q ) sont reliés à la taille moyenne des pores des formations aquifêres (Shirov et al., 1991 ; Chang et al., 1997 ; Kenyon, 1997) ;

- la phase q,(q) renseigne sur la distribution des conductivités électriques du sous-sol.

Pour une estimation précise des profondeurs des différents aquiferes, cette information doit être prise en compte lors de l'étape d'inversion des données RMP, quand les résistivités sont inférieures à 10 ohm-m.

Le problème inverse des sondages RMP est mal conditionné. Il n'a pas de solution unique. La capacité de résolution de la méthode est discutée par Legchenko et Shushakov (1998). Un exemple d'inversion des données théoriques est présenté sur la figure 5.

O 6 10 16 20 26

7W +data - inv.fit

n o i s e .- Ë 3W E Q 2W 200 3998

100 80 1996 90

O €400 IWO0 16WO O 6WO IOOW 160W Pulse parameter (A.ms) Pulse panmeter (Amr) 100 I W

O 6 10 16 20 26 Wner content 1%)

O 76 160 226 300 WW 10000 16WO 6WO 10000 160W

.-- 20

g 400 +++ + --- 30 - 40

60 -90

60 -136

-180 O 6000 IOWO 16000 O 6000 10000 16OW 60 80 Pulse parameter (Amr) Pulse psmmeter 1A.m~)

90 90

100 I W O 76 160 226 300

Relaxation time T T ("$1

Fig. 5 -Résultats d'inversion des données théoriques.


Le signal théorique a été calculé à partir du modèle :

Tabl. 1 -Paramètres du modèle.

La mesure des caractéristiques de relaxation du signal RMP (T; (q) et T,* (9)) rend possible l'estimation des paramètres hydrodynamiques des aquifëres. En référence à l'expérience acquise en diagraphies de Résonance Magnétique Nucléaire (Chang et al., 1997 ; Kenyon et al., 1997), la perméabilité pourrait être liée aux paramètres RMP en utilisant la relation empirique :

où krmp est une estimation de la perméabilité par la RMP, w est la teneur en eau, T,' est la constante du temps de relaxation, Ck et a, b sont des constantes définies empiriquement. En diagraphies RMN, différentes valeurs a, b sont utilisées. Sur la base de mesures réalisées avec l'équipement NUMIS au droit de forages de caractéristiques hydrogéologiques connues, les valeurs a = 1, b = 2 ont été retenues.

Il est évident que la précision de la relation empirique dépend de la qualité de la calibration. Pour des roches différentes, les constantes empiriques doivent être modifiées et des relations mieux adaptées peuvent être définies. La définition des parimètres empiriques adaptés aux différents environnements est un travail de longue haleine mais déjà dans cette phase initiale de développement, NUMIS peut être utilisé efficacement pour définir les perméabilités des aquiferes au moins en valeurs relatives.

La transmissivité hydraulique de la nappe peut être estimée comme une intégrale de la perméabilité sur l'épaisseur de la nappe ( Az = bottom - top )


en utilisant la valeur de perméabilité donnée par l'équation 3

L'inversion des données RMP mesurées avec l'équipement NUMIS produit les résultats suivants :

- distribution verticale de la teneur en eau w(z) ;

- distribution verticale du temps de relaxation T (z) ;

- distribution verticale du temps de relaxation T 7 (z) ;

- distribution verticale de la perméabilité krMP(z).

Un exemple de la comparaison des résultats RMP avec des résultats d'essais de pompage et les coups lithologiques des forages sont présentés sur la figure 6 .

2.1.5. Présentation des résultats d'un sondage fournis par le système c NUMIS »

Il n'y a pas actuellement de forme fixe pour afficher les résultats RMP et le system NUMIS permet de configurer le contenu des feuilles de résultats selon chaque opérateur. Dans ce rapport les résultats sont présentés comme il est démontré sur la figure 7. En tête de la feuille on trouve l'information utile sur le sondage (site, temps, paramètres d'inversion, etc.). Les résultats graphiques sont :

- les signaux RMP enregistrés pour chaque valeur du paramètre d'excitation en fonction du temps e(t,q) ;

- distribution verticale de la teneur en eau w(z) ;

- distribution verticale de la perméabilité kT(z) ;

- distribution verticale de la transmissivité accumulée ;

- distribution verticale du temps de relaxation T y (z) ;

- l'amplitude initiale du signal RMP (FIDI) et l'amplitude moyenne du bruit ambiant en fonction du paramètre d'excitation ;

- les amplitudes initiales des signaux RMP (FID1 et FID2) et l'amplitude moyenne du bruit ambiant en fonction du paramètre d'excitation ;

- la fréquence du signal RMP en fonction du paramètre d'excitation ;

- les amplitudes moyennes des signaux RMP (FIDI et FID2) et du bruit ambiant en fonction du paramètre d'excitation ;

* - le temps de relaxation T en fonction du paramètre d'excitation T : (q) ;

- la phase du signal RMP en fonction du paramètre d'excitation.


psrmsabilltb Id) 0.OE.O 6.0CI 1.01-1

Teneuren eau (KI TI (m.) pirrneabilit6 (d) 0 5 10 15 10 O 200 (00 100 11101000

Fig. 6 - Exemple de résultats RMP sur deux forages dans la craie.


Site: Kerbernez, site 12 Date: 18.07.2001; Time: 12:58

NUMIS data set: C:\moi\REPORTS\kerbenez-2001\INTER1\KERB12.inp matrix: C:\moi\REPORTS\kerbenez-2OOl\MATRIX\KERBl.MRM loop: eight square, side = 37.5 m geomagnetic field: inclination= 55 degr, magnitude= 47145.54 nT

filtering window = 199.2 ms time constant = 15.00 ms average SIN = 2.56 fitting error = 5.347 % parameter of regularization = 1 .O permeability constant Cpx = 7.00e-09

Fig. 7 - Exemple de résultats fournis par l'appareillage « NUMZS S.


2.1. MOYENS MIS EN OEUVRE

2.1 .l. Personnel

- trois géophysiciens.

2.1.2. Équipement

PLUS . - un système RMP IRIS-BRGM Numis , - 6 batteries de 12V, 75A-h ;

- un magnétomètre à proton ;

- 600 m de câble d'injection et de mesure ;

- un micro-ordinateur portable ;

- un véhicule.


3. Travaux réalisés

Sept sondages RMP ont été réalisés avec l'équipement de RMP << NU MIS^^^^ » entre le 28 et 30 août 2001. Le plan de situation du secteur étudié avec les sondages RMP est présenté sur la figure 8. La localisation plus détaillée des sondages RMP par les secteurs est présentée sur les figures 9 et 10.

Dans la zone d'étude un bruit électromagnétique d'intensité variable a été observé. Dans les conditions favorables (faibles bruits) on a utilisé l'antenne carrée de 75 m de côte qui permet d'avoir la profondeur d'investigation de 80 m environ. Dans les cas de bruits forts nous avons utilisé l'antenne huit-carrée avec 37,5 m ou 56 m de côté. La profondeur d'investigation est ainsi de 40 m et 60 m environ.

Pour chaque sondage les informations suivantes sont fournies :

- l'enregistrement du signal en fonction du temps pour chaque valeur du paramètre d'excitation (augmentation du d'excitation du bas vers le haut de la feuille) ;

- l'amplitude, le temps de relaxation (T; ), la fréquence et la phase du signal mesurés

en fonction du paramètre du pulse d'excitation (the pulse parameter) ;

- les résultats des inversions : la teneur en eau, le temps de relaxation T T (estimation

de la constante Tl), de la perméabilité et de la transrnissivité accumulée estimées par

RMP en fonction de la profondeur.


Localisation des sondages RMP Nogent Le Rotrou

r sondage RMP

Fig. 8 - P h de position des sondages RMP dans la zone d'étude.


Fig. 9 - Pian de position déûùüé des sondages RMP dans le secteur de Margon-Tuilerie.


Fig. IO - Pian de position détaillé des sondages RMP dans le secteur de Brunelles.


4. Résultats et discussion

Compte tenu que dans la zone d'étude aucun forage avec des essais de pompage n'est disponible pour une validation des résultats RMP, on a utilisé les résultats obtenus sur le forage Chuisnes - F1 situé dans la région de Chartres (fig. 11).

Fig. 11 - Plan de position du sondage « Chuisnes - FI ».


La coupe géologique du forage F1 dans le secteur de Chuisnes est présentée sur la figure 12.

Fig. 12 - Secteur de Chuisnes : coupe géologique du forage FI.


Les résultats RMP sont présentés sur la figure 13.

Site: chuines site F I Loop: 4 - 56.0 Date: 21.08.2001 Time: 08:19

NUMIS data set: C:\moi\REPORTS\reg~centre~2001\INTERPR\FORAGES\CHUINESl .inp matrix: C:\moi\REPORTS\reg-centre-2001\MATRIX\MS856-55.MRM loop: eight square, side = 56.0 m geomagnetic field: inclination= 55 degr, magnitude= 47450.70 nT filtering window = 199.9 ms time constant = 15.00 ms average SIN = 15.35 fitting error = 1.984 % parameter of regularization = 1000.0 permeability constant Cpx = 7.00e-09

Fig. 13 -Résultais du sondage RMP « Chuisnes - FI ».


La comparaison des résultats RMP avec des résultats d'essais pompage sur le forage FI dans le secteur de Chuisnes a mis en évidence une bonne corrélation entre les deux (tabl. 2).

Tabl. 2 - Comparaison des résultats RMP avec des résultats d'essais pompage sur le forage FI dans le secteur de Chuisnes.

Méthode

Sondage RMP

ChuisnesFl Forage FI

Les principaux résultats RMP obtenus dans le secteur de Nogent-le-Rotrou sont présentés dans le tableau 3.

Tabl. 3 - Principaux résultats RMP dans le secteur de Nogent-le-Rotrou.

Profondeur maximale

(ml

60

50

Le rapport signal sur bruit (SB) est destiné à évaluer la qualité des mesures. Dans le cas général, on peut considérer la qualité des sondages avec (SB) > 2 comme bonne, avec 1 < (SB) i 2 comme moyenne, et avec (SB) < 1 comme insatisfaisante.

On voit que pour tous les sondages réalisés (sauf Brunelles2 et Nogentl) la qualité des données est bonne, et pour le sondage Nogentl - moyenne. Le niveau de bruit ambiant pour le sondage Nogentl n'est pas très différent des autres sondages qui sont considérés comme bons, mais ce sondage a été réalisé dans le régime « test >> qui n'assure pas de bonne qualité de sondage. Pour cette raison on le qualifie comme de moyenne qualité malgré le rapport S B = 3,29.

Profondeur du toit de

nappe (m)

24

28

Epaisseur denappe

(m)

26

20

Perm. RMP max. (mis)

2,3,E-04

-

Transm. RMP (m2/s)

4,4E-O3

4,6E-03

Rapport S B

15,35

-

Estimation de la qualité

bonne

-

Caractérisation des aquifères dans le secteur de Nogent-le-Rotrou (Eure-et-Loi0

Dans la zone étudiée des variations importantes des paramètres hydrodynamiques des aquifëres ont été observées. Selon les résultats RMP la transmissivité des aquifëres étudiés varie entre 4,2E-04 et 6,6E-03 m2/s.

Les résultats obtenus sur deux sondages RMP (Margon et Nogent) ont mis en évidence la perméabilité des nappes plus élevée par rapport aux autres sites qui peut correspondre aux aquifëres composés de sable plus grossier ou bien à une zone de fracturation pour le site de Margon.

Sur le site de Margon la RMP a détecté deux aquifëres : I'aquifëre principal entre 9 et 16 m de la profondeur avec la perméabilité estimée comme 1,2E-3 mis, et l'aquifère plus profond (22-32 m) avec la perméabilité de 2E-4 m/s environ.

La transmissivité la plus élevée est observée sur le site de Nogent. Mais la valeur de perméabilité la plus grande correspond au site de Margon. Compte tenu que la résolution de la méthode RMP peut être insuffisante pour bien déterminer l'épaisseur de la nappe sur le site de Nogent qui est située entre 50 et 100 m, le site Margon est estimé comme meilleur.

La profondeur d'investigation pour le sondage Bruneiles3 n'est pas suffisante pour faire une conclusion définitive. Il est possible qu'il existe sur ce site un aquifère productif entre 50 et 100 m de profondeur.

Les résultats RMP sur les autres sites étudiés ont mis en évidence la perméabilité hydraulique des aquifères insuffisante et donc l'implantation des forages d'alimentation en eau sur ces sites n'est pas recommandée.

Enfin il faut rappeler que le volume étudié par la RMP est défini par la taille d'antenne que fait la surface de 100 x 100 m environ. En conséquence, dans les contextes géologiques hétérogènes les résultats fournis par RMP sont moyennés sur cette zone. Cette remarque est particulièrement importante pour la détection des zones de fracturation. Par exemple, la RMP n'est pas capable de détecter directement une fracture de 2-3 m d'épaisseur située à la profondeur de 20-30 m. Mais cette fracture influence la zone autour qui pounait être beaucoup plus épaisse et qui pourrait être détectée et caractérisée par la RMP.


5. Conclusions

D ans le secteur étudié sept sondages RMP ont été réalisés. Des variations des caractéristiques hydrodynamiques des aquifères assez importantes sont mises en

évidence. Par exemple, les valeurs de la transmissivité estimées par la RMP varient entre 4,2E-04 et 6,6E-03 m2/s.

Les meilleurs résultats sur les paramètres hydrodynamiques des aquifères ont été observés sur les sites de Margon et de Nogent. Mais le site de Margon est estimé comme préférable pour l'implantation de forage d'alimentation en eau.

La profondeur d'investigation pour le sondage Brunelles3 n'est pas suffisante pour faire une conclusion défuiitive. Il est possible qu'il existe sur ce site un aquifère productif - entre 50 et 100 m de profondeur.

Sur les sites : de Brunelles2, de Brunelles4, de Brunelles5, et de Nogent1 la RMP a mis en évidence une faible perméabilité hydraulique des aquifêres, et donc l'implantation de forages d'alimentation en eau est déconseillée.


6. Bibliographie

Chang D., Vinegar H., Momss C. and Straley C. (1997) - Effective porosity, producible fluid and permeability from NMR logging. The Log Analyst, March-April, p. 60-72.

Farrar T.C. and Becker E.D. (1971) - Pulse and Fourier transform NMR. Academic Press, New York.

Kenyon W.E. (1997) - Petrophysical Principles of Applications of NMR Logging. The Log Analyst, March-April, p. 21 -43.

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Trushkin D.V., Shushakov O.A. and Legchenko A.V. (1994) - The potential of a noise- reducing antenna for surface NMR ground water surveys in the earth's magnetic field. Geophys. Prosp., vol. 42, p. 855-862.

Caractérisation des aquifères dans le secteur de Nogent-le-Rotrou (Eure-et-Loi0

ANNEXE

Résultats RMP


Site: Brunelles 2 Loop: 2 -37.5 Date: 28.08.2001 Time: 16:27

NUMIS data set: C:\moi\REPORTS\nogent2001\nogent- interpr\CHESNAY.inp matrix: C:\moi\REPORTS\nogent2001\MATRIX\MS37-55.MRM loop: square, side = 37.5 m geomagnetic field: inclination= 55 degr, magnitude= 47335.68 nT

filtering window = 198.4 ms time constant = 15.00 ms average S/N = 0.75 fitting error: FIDl = 16.31%; FID2 = 44.35 ?;

param. of regular.: modeling permeability constant Cp = 7.00e-09

Fig. 14 - Résultats RMP : Brunelles2.


Site: Brunelles 3 Loop: 4 - 56.0 Date: 28.08.2001 Time: 09:03

NUMIS data set: C:\moi\REPORTS\nogent200l\nogent- interpr\BRUNEL3.inp matrix: C:\moi\REPORTS\nogent2001\MATRIX\MS856-55.MRM loop: eight square, side = 56.0 m geomagnetic field: inclination= 55 degr, magnitude= 47335.68 nT

filtering window = 198.4 ma time constant = 15.00 ms average S/N = 4.17 fitting error: FIDl = 14.17%; FID2 = 18.12 % param. of regular.: modeling permeability constant Cp = 7.00e-09



Site: Brunelles 4 Date: 30.08.2001; Time: 15:50

NüMIS data set: C:\moi\REPORTS\nogent2OOl\nogent- interpr\GOUPILLE.inp matrix: C : \ ~ ~ ~ ~ \ R E P O R T S \ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ \ M A T R I X \ M S ~ ~ ~ ~ ~ . M R M loop: square, side = 75.0 m geornagnetic field: inclination= 55 degr, magnitude= 47375.59 nT

filtering window = 198.2 ms time constant = 15.00 ms average S/N = 5.22 fitting error: FIDl = 8.25%; FIDZ = 17.04 8 param. of regular.: rnodeling perrneability constant Cp = 7.00e-09



Site: Brunelles 5 Loop: 2 - 75.0 Date: 29.08.2001 Time: 11:18

NüMIS data set: C:\moi\REPORTS\nogent2OOl\nogent- interpr\PICHARD.inp matrix: C : \ ~ ~ ~ \ R E P O R T S \ ~ O ~ ~ ~ ~ ~ O ~ ~ \ M A T R I X \ M S ~ ~ - ~ ~ . M R M loop: square, side = 75.0 rn geomagnetic field: inclination= 55 degr, magnitude= 47403.76 nT

filtering window = 198.1 ms time constant = 15.00 ms average S/N = 2.03 fitting error: FIDl = 12.51%; FID2 = 21.01 % pararn. of regular.: modeling permeability constant Cp = 7.00e-09

Fig. 17 - Résultats RMP : BrunellesS.


Site: Margon Loop: 4 -. 37.5 Date: 29.08.2001 Time: 18:51

NUMIS data set: C:\moi\REPORTS\nogent2001\nogent- interpr\M?+RGON.inp matrix: ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~55.MRM loop: eight square, side = 37.5 m geomagnetic field: inclination= 55 degr, magnitude= 47335.68 nT

filtering window = 198.4 ms time constant = 15.00 ms average S/N = 5.33 fitting error: FIDl = 16.67%; FID2 = 15.49 Si param. of regular.: modeling permeability constant Cp = 7.00e-09

Fig. 18 - Résultats RMP : Margon.


site: Nogent (forage la tuilerie) Loop: 2 - 75.0 Date: 30.08.2001 Time: 11:04

NüMIS data set: C:\rnoi\REPORTS\nogent2OOl\nogent- interpr\Nogent.inp matrix: C:\moi\REP0RTS\nogent2001\M~TRIX\MS75-55.MRM loop: square, side = 75.0 m geornagnetic field: inclination= 55 degr, magnitude= 47326.29 nT

filtering window = 198.4 ms time constant = 15.00 ms average S/N = 7.52 fitting error: FIDl = 4.80%; FID2 = 7.36 % param. of regular.: modeling permeability constant Cp = 7.00e-09

Fig. 19 - Résultats RMP : Nogent.


Site: Nogent 1 Loop: 2 - 75.0 Date: 24.08.2001 Time: 12:47

NUMIS data set: C:\moi\REPORTS\nogent2OOl\nogent- interpr\NOGENTl.inp matrix: ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~55.MRM loop: square, side = 75.0 rn geomagnetic field: inclination= 55 degr, magnitude= 47366.20 nT

filtering window = 198.2 rns time constant = 15.00 ms average S/N = 3.29 fitting error: FIDl = 6.60%; FID2 = r2.28 s param. of regular.: modeling permeability constant Cp = 7.00e-09

Fig. 20 - Résultats RMP : Nogentl.

BRGM SERVICE AMENAGEMENT ET RISQUES NATURELS

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