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By Djedddidd

Ce cours cours de prospection lectromagntique et

Magntotellurique dispens en licence et Master de Gophysique au

dpartement de Gophysique de la FHC n'est pas encore entirement

achev, il peut galement subsister des fautes (erreurs) dans le texte et

des rfrences absentes. Si vous utilisez des donnes de ce travail, vous devez citer la rfrence en bibliographie de la faon suivante : Djeddi Mabrouk. Cours de prospection lectromagntique et Magntotellurique, Dpartement de Gophysique (FHC), Universit MHamed Bougara de Boumerdes. Algrie. 2015

- Magntotellurique : Dfinition et gnralits

- Relation fondamentale de la Magntotellurique (formule de

Cagniard)

- Dmonstration de la relation fondamentale de la MT

(Formule de Cagniard)

- Notion dimpdance lectromagntique 1D , 2D et 3D

- Profondeur de pntration et dinvestigation

- Notion de fonction de transfert gomagntique(Tipper)

- Les capteurs telluriques et magntiques

- Domaines dapplications de la Magntotellurique

- Recherche sur la prvision de prcurseur de tremblement de terre par les phnomnes sismo- lectromagntiques

By Djeddi Mabrouk

By: Djeddi Mabrouk

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LA MAGNETOTELLURIQUE

I- DEFINITION ET GENERALITES

La magntotellurique (MT) est une technique gophysique qui permet dobtenir des informations sur la distribution des conductivits lectriques du sous-sol. Elle utilise comme sources naturelles notamment les ondes

lectromagntiques naturelles produites constamment dans le sous-sol par des champs lectromagntiques ou micro pulsations gomagntiques

auxquels sont associs les courants telluriques. Ces derniers peuvent tre assimils des courants alternatifs uniformes qui circulent sous

l'aspect de nappes ou de faisceaux paralllement la surface terrestre

dans l'ionosphre.

La variation du champ magntique terrestre engendre des courants

telluriques dans les roches du sous-sol naturellement conductrices. Les

changements de ces courants telluriques vont produire leur tour un

autre champ magntique, dnomm champ magntique secondaire.

La MT consiste mesurer en parallle les composantes horizontales du

champ lectrique et des composantes du champ magntique terrestre. Ensuite, il faut valuer, dans le domaine spectral laide de la transforme de Fourier, une fonction de transfert unissant les deux champs pour parvenir au calcul du tenseur magntotellurique .Cest grce ce tenseur magntotellurique quil est possible dextraire deux grandeurs fondamentales ayant un lien direct avec les proprits

lectriques du sous- sol savoir

- La rsistivit lectrique apparente. - la phase (dphasage entre les champs lectrique et magntique).

En mesurant l'impdance du sous sol partir des ondes lectromagntiques d'origine naturelle, il est possible dobtenir des indications sur la rpartition des conductivits lectriques (inverse de la

rsistivit) des roches depuis la surface jusqu des profondeurs pouvant atteindre des centaines de Kilomtres. La quantification de la rsistivit permet alors aux gophysiciens dtablir des coupes go- lectriques en profondeur ou des cartes d'iso-rsistivit, dont l'interprtation aidera positionner les structures gologiques.

3

Toutefois, la mise en vidence des structures gologiques relles par la

MT est conditionne par le respect de certaines hypothses dites de Cagniard (1953) savoir :

1- Le courant de dplacement doit tre insignifiant par rapport au

courant de conduction. Cette hypothse ne pose pas de difficults sachant que les courants de dplacement ne deviennent importants qu partir des frquences suprieures 100 et dans ce cas seuls les contrastes de rsistivit seront suffisamment sensibles aux mesures. Etant donn que les mthodes EM utilisent gnralement des sources

de frquences inferieures 1 pour lesquelles les courants de dplacement sont ngligeables devant les courants de conduction cest--dire

. / . Ce qui simplifie les relations de maxwell lquation suivante (appele quation de diffusion) aux trois dimensions.

2 . . / = 0 De ce fait les courants lectriques induits par le champ

lectromagntique primaire ont tendance s accumuler au voisinage de la surface du corps conducteur et par consquent seules les contrastes de rsistivit (ou son inverse la conductivit) interviennent dans la

rponse du sous- sol .

2- La nappe tellurique doit tre uniforme, ce qui suppose que la source naturelle d'excitation des ondes lectromagntiques est trs loigne

.Cette seconde hypothse ne pose pas galement des difficults, car les sources en MT sont dorigine externe et proviennent surtout des orages atmosphriques dont les frquences sont suprieures 1 soit dorigine ionosphrique de frquence inferieure 1 .

La Magntotellurique naturelle (MT) utilise des champs primaires naturels loigns dont le signal est de frquences trs basses de lordre de quelques Hz. La source lectromagntique nest pas contrle par loprateur qui excute les mesures.

La mthode magntotellurique permet dexplorer de trs grandes profondeurs (jusqu la lithosphre et plus, fig.1). Nanmoins, son avantage de sonder des grandes profondeurs affecte la rsolution qui

sera naturellement faible tant donn que les signaux MT enregistrs sont gnralement de trs basses frquences.

4

La Magntotellurique naturelle comprend :

- Mthode tellurique.

- Mthode magntotellurique.

- Mthode audio magntotellurique (AFMAG Audio Frequency Magnetic Fields) etc

1- Classement selon la profondeur, la MT peut tre classe en :

- Radio Magntotellurique (RMT) pour les faibles profondeurs. - Audio-magntotellurique pour les moyennes profondeurs.

- LHlio Magntotellurique pour les grandes profondeurs 2- Classement selon la nature du champ EM utilis.

- mthode passive (naturelle)

II- RELATION FONDAMENTALE DE LA MT (DEMONSTRATION)

Les quations de Maxwell dans le cas le plus gnral (rgime variable)

sont :

- Equation de Maxwell Ampre

= +

= +

- Equation exprimant la relation les champs lectrostatique et

lectromoteur

=

=

- Thorme de Gauss

=

. =

soit =

Flux de linduction magntique tant conservatif, signifiant labsence de

charges magntiques)

= . = .

5

Remarque : densit de charges par unit de volume(C/m3) a ne pas confondre avec le paramtre rsistivit des matriaux.

=

Nous avons

. =

.

=

.

: tant le vecteur unitaire normal S (fig1)

. = .

avec

. =

.

: Vecteur unitaire tangent au contour Par substitution

. = .

donc . =

.

=

.

On obtient

. = Force lectromotrice (F.E.M) =

.

Avec . =

6

Fig.1 expliquant le sens physique de la seconde quation de Maxwell.

Do la force lectromotrice est :

. . =

Aussi, on a :

. = . +

.

= .

Comme . =

Etant donn que

= . +

.

Et Par le thorme Green -Ostogradsky on obtient :

. =

= .

Do

=

=

7

Comme .

= =

Avec = . (la loi dohm)

Soit = .

Par la relation de Faraday :

=

=

= .

Lutilisation de lidentit

= . et en tenant compte que =

et = . et = ..

Donne

+ . .

+

=

+ . .

+

=

Ce qui donne finalement.

. .

= Pour le champ lectrique

. .

= Pour le champ magntique

= . .

Ou est appel nombre donde complexe

8

En prospection magntotellurique, on travaille gnralement avec le

champ dondes lectromagntiques de frquences inferieures 10 KHz et

par la suite on nglige la partie relle du nombre donde. Soit

. < .

Dans ces conditions le courant de dplacement est insignifiant devant le

courant de conduction ( > )

En ngligeant les courants de dplacement cest--dire en ngligeant les

termes . .

et . .

, on obtient :

= .

= .

Ces dernires quations sont appeles les quations de diffusion .Elles

sont valables lorsque les deux champs varient lentement en fonction du

temps autrement (cas proche du rgime quasi stationnaire). Donc :

( . .

et . .

) (

et

)

Si on suppose que le champ lectromagntique varie sinusodalement

dans temps et pour une frquence angulaire = / , on obtient

(t) = [cos + . ] = . et

(t) = [cos + . ] = .

Soit

=

[

] = . . (t) et

=

[ .

] = .. ()

9

Dou

= . .

= . . . . (t)

= . .

= . . . . ().

Lorsque le champ lectromagntique se propage dans le plan horizontal

( ) avec une variation de son amplitude et de phase dans la direction

verticale, on obtient :

() = [ , , ] et () = [ , , ] avec

(, ) = , ().

(, ) = , ().

(, ) = , ().

(, ) = , ().

En agenant les quations (, ), (, ) avec les quations

, puis en tenant compte de la variation des champs magntique et

lectrique avec la profondeur z on obtient :

{ ,()} = . . . { ,()} = .. . . ,

Ou , () = ,

,, ,, , , sont les valeurs du champ lectrique et

magntique suivant les axes et la surface du sol.

est le nombre donde lectromagntique.

(, ) = , (). = ,..

. = ,( )

(, ) = , (). = , .

. = ,( )

10

(, ) = , (). = , .

. = ,( )

(, ) = , (). = , .

. = , ( )

Etant donn que le nombre donde est exprim par la relation suivante :

= ().. . = . . .() = .. (

) =

..

.

il sensuit que =..

, comme leffet de peau est =

Do = =

..=

..=

..=

.. =

..

= . ou sont respectivement la priode et la rsistivit .En

substituant dans les quations prcdentes, elles deviennent :

(, ) = , . ( ) = ,

(

) .

(, ) = ,. ( ) = ,.

(

) .

(, ) = ,. ( ) = ,.

(

) .

(, ) = , . ( ) = , .

(

) .

(

) : Cette exponentielle reprsente une volution harmonique de

londe en fonction du temps et un changement de la phase pour chaque

profondeur ()

: expression montrant lattnuation de londe

: profondeur de pntration.

=

=

=

=

11

Elle correspond la valeur de lamplitude de londe lectromagntique

qui diminue dune valeur = , par rapport sa valeur en surface

cest--dire =

, , soit environ de % de sa valeur en

surface et une avance de phase denviron (un radian). Soit mathmatiquement :

= .

diminue avec laugmentation de la frquence et augmente avec laugmentation de la rsistivit de la roche.

A partir des quations dAmpre-Faraday

=

=

= .

.

= = . Et les champs lectrique et magntique reprsents par les quations

(, ) = ,. (

) .

(, ) = ,. (

) .

(, ) = ,. (

) .

(, ) = , . (

) .

Il en rsulte que :

(, ) = .

(, )

(, ) = + .

(, )

12

III- IMPEDANCE ELECTROMAGNETIQUE

Pa dfinition, limpdance lectromagntique est :

= (, )

(, )=

,(

) .

, (

) .

=.

= ..

(

+

)

. . =

.

.. .

= .

.. [

+ .

] =

.

= . .

sont dphass de

Il en rsulte que :

| | = | .

.. | = + = |

.

| = |.. |

=

=

| | =

| (,)

(,) | =

|

(,)

(,) |

Do

=

|

(,)

(,) |

Cest la formule fondamentale de la magnetottellurique (formule de Cagniard )

Avec =

, = [

]

13

La magntotellurique consiste enregistrer la variation temporelle des

champs geo-lectrique et gomagntique. Lexploitation des relations

entre lamplitude et la phase de ces champs mesurs en surface une

frquence donne permet dobtenir limpdance lectromagntique

Habituellement, on mesure en surface les composantes horizontales du

champ lectrique et les composantes du champ magntique dont le

rapport fournit le tenseur dimpdance partir du quel on dtermine la

rpartition de la rsistivit du sous sol .Celle-ci est une grandeur

physique complexe, qui est lie aux proprits internes aux roches et aux

sols.

=

| |

Ici et sont axes et .

= | | ou =

( )

( )

En milieu homogene la phase = =

la phase de dcrit le dephasage entre le champ magnetique

et le champ electrique .

Cas dun milieu homogne

Lorsque le milieu est homogne la rsistivit apparente = | |

.

mesure sur la surface du sol est alors gale la rsistivit vraie du

milieu.

La mesure des composantes des champs lectrique et magntique la

surface du sol permet de trouver les fonctions de transfert avec

lesquelles provient la distribution des rsistivits du sous sol.

Le tenseur est compos de 4 nombres complexes , ,

daprs lexpression ci- aprs.

(

) = (

) (

)

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MODELE EN 1-D (MILIEU STRATIFIE)

Pour un milieu homogne et isotrope de rsistivit et une dimension cest--dire quand la rsistivit de la structure ne dpend que

de la profondeur . car, la propagation du champ lectromagntique rel dans le sol ne dpend que de laxe vertical des coordonnes(Z) et de la

rpartition spatiale des rsistivits, par consquent les deux champs sont

respectivement :

= ( , , ) Pour Le champ lectrique

= ( , , ) Pour le champ magntique

Ainsi, lorsquune onde lectromagntique est plane, les champs et

sont constants dans le plan ( ) et nous avons :

=

=

=

=

Les deux champs sattnuent avec la profondeur cest--dire ( )

lorsque la profondeur

Lquation

+ = (dite quation de Helmoltz) est alors

une dimension. Elle dcrit la propagation dune onde lectromagntique

plane se propageant en profondeur Z.

La rsolution de lune des quations de Helmholtz

+ = ou

+ = :

fournit le champ correspondant et laide des quations de Maxwell, on

trouve lautre champ.

Donc, pour un modle en la rsistivit est fonction uniquement de

la profondeur soit (z) et le tenseur de limpdance est indpendant de lorientation de mesure des composantes du champ lectromagntique.

Lexpression :

15

(

) = (

) (

)

devient alors :

(

) = (

) (

)

Car la diagonale principale du tenseur dimpdance est nulle .En outre,

tant donn que le modle est 1 cest--dire quil n y a pas de

variations latrales de rsistivit, alors les lments Zxx = Zyy = 0 et

les composantes de lanti diagonale sont gales mais de signe contraire

= =

Ou finalement . =

=

(valeur scalaire)

Pour une frquence donne , limpdance magntotellurique resultante est :

=

=

=

soit | | = et =

| | =

|

|

16

Milieux en 2-D

Dans la ralit en gologie, les structures gologiques ont

gnralement des formes allonges cest--dire que lune des dimensions

horizontales (x ) ou ( ) est amplement plus grande que lautre. On dit

alors que la structure gologique est bidimensionnelle (2D). Il est alors

indispensable dtudier la conductivit lectrique suivant une direction

horizontale(X ou Y) et verticalement suivant , cest--dire que la rsistivit change suivant la profondeur et une direction horizontale,

habituellement perpendiculaire la direction de la structure gologique.

La rsistivit sera fonction de deux directions de lespace savoir :

A titre dexemple pour (x, ) alors conciderait avec la direction de la

structure gologique et perpendiculaire la direction de la structure

gologique et inversement lorsquon a (, ).

Alors, dans les deux cas on a les composantes et sont nulles

cest--dire.

= = , toutefois on a

Limpdance lectromagntique serait un tenseur. Pour les composantes horizontales, On a lexpression :

(

) = (

) (

)

Avec = . + . et = . + .

La rponse magntotellurique pour un milieu fait appel la rsolution de lquation de Maxwell dans deux modes diffrents appels modes de

polarisation, Transverse lectrique () et transverse magntique

( ).

17

On dit polarisation lectrique (mode ) lorsque la composante horizontale du champ lectrique est parallle la diretion de la structure

gologique tandis que la composante horizontale du champ magntique est perpendiculaire

En mode (polarisation magntique) : cest lorsque les courants se

propagent perpendiculairement la direction de la structure et la composante horizontale du champ magntique est parallle la

structure

Examinons dans ce qui suit les deux cas

A- Quand la direction de la structure est en (), sa conductivit

lectrique est (, ) , alors les quations de Maxwell pour ce milieu se dcoupent en deux modes et auront pour expression :

1- En mode (Transverse lectrique) on a :

=

=

= ..

=

= ..

La rsistivit apparente est exprime par :

=

| | =

|

|

18

2- En mode (transverse magntique) on a :

= ..

-

=

= .

La rsistivit apparente est exprime par :

=

| | =

|

|

A ces quations correspondent les quations :

- En mode polarisation lectrique ()

(

.

) +

(

.

) =

- En mode polarisation magntique ()

(

) +

(

) .. =

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B- Lorsque la structure gologique est allonge dans la direction(),

sa conductivit lectrique est (, ) .

1- Dans le mode , le champ lectrique horizontal est parallle la structure, donc ici laxe () et les composantes du champ

lectromagntique sont , ayant pour expression

respectivement.

=

.. .

et =

.. .

et lquation de diffusion de londe scrit :

+

. . . . =

On remarque dans ce cas que le champ lectrique a une seule

composante , tandis que le champ magntique a deux composantes

.

2- Dans le mode , le champ magntique horizontal est parallle la structure et les composantes du champ lectromagntique sont ici

, .

Et lquation de diffusion de londe scrit :

[

] +

[

] . . . =

Tandis que le champ lectrique a deux composantes ayant respectivement pour expression :

=

et =

20

La rsolution de ces quations ncessitent lutilisation des mthodes

numriques, car ne elles possdent pas de solutions analytiques.

Il en rsulte que limpdance sera exprime par la relation.

(

) = (

) (

)

Il ressort que dans le cas dune structure , les champs enregistrs peuvent tre dcomposs en la superposition de deux modes de

polarisation et .A ces deux types de polarisation correspondent

respectivement une impdance scalaire et . La tenseur

impdance lectromagntique prend alors lexpression.

= (

) Avec

Milieux en 3-D

Dans un milieu en la rsistivit est fonction de , et soit

=

= (, )

Do la complexit dans la rsolution des quations de Maxwell qui sont

du types quations diffrentielles aux drives partielles .Pour y

parvenir leur rsolution on utilise les mthodes des intgrales, des

lments finis ou encore les mthodes des diffrences finies.

Lensemble des composantes ne sont pas nulles. Dans ce cas de

modle et le tenseur impdance renferme lensemble des composantes

horizontales des champs lectrique et magntique.

21

Fonction de transfert gomagntique

Ainsi, pour la composante magntique verticale, elle a pour expression

= ( ) (

) .

La relation entre la composante magntique verticale et les

composantes magntiques horizontales est assure par le vecteur

dinduction . Avec :

= +

reprseTapez une quation ici.ntent des fonctions de transfert

complexes et sensibles aux contrastes de conductivit lectrique, elles

sont appeles Tipper.

- Dans un modle on a = = , car il y a absence de la

composante verticale du champ magntique.

- Dans un modle quand la direction de la structure est en on a

=

car =

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Profondeur de pntration et dinvestigation

1- Profondeur dinvestigation

La profondeur dinvestigation () definit generalement la profondeur limite jusqu laquelle un materiau perturbateur peut produire une anomalie que lon peut deceler laide dun capteur. La figure 2 (trs approximative) donne une aide sur la profondeur dinvestigation en fonction de la frquence et le domaine dutilisation

Fig 2 figure montrant approximativement la profondeur dinvestigation de quelques mthodes magntotelluriques actives(NSAMT) et passives(CSAMT) et quelques principaux domaines dapplication.

23

2- Profondeur de pntration

Les phnomnes lectromagntiques font appel aux courants lectriques

alternatifs. Ces courants pntrent plus profondment dans un conducteur

lorsque la frquence est plus basse. Les courants continus, de frquence nulle, se repartissent uniformment dans toute la section dun conducteur alors que les courants de hautes frquences ne circulent que dans sa partie suprieure, leur pntration tant limite par leffet de peau. Les mthodes de prospection magntotelluriques passives et actives sont

sensibles ce phnomne de leffet de peau. La profondeur de pntration dpend de la frquence du signal tudi mais aussi de la

rsistivit apparente du sol .La frquence sera de ce fait la grandeur qui permettra dagir sur la profondeur de pntration.

la profondeur de pntration( ) definit la profondeur laquelle le

champ electrique (ou magnetique ) est gal / = (

le champ en surface).

La profondeur de pntration est dfinie gnralement par celle laquelle

la valeur du champ lectrique de surface est rduite de 1/e, soit % de sa valeur initiale. Son expression vaut :

=

=

Dans le cas dun milieu non magntique

Avec

En m, En ohm-m : En Hz.

Cette formule montre que la profondeur de pntration pour une rsistivit donne est inversement proportionnelle la racine carre de

la frquence choisie de travail.

Remarque Gnralement <

24

Les capteurs telluriques et magntiques La chaine dacquisition en prospection magntotellurique comprend des capteurs telluriques et magntiques. Nous passons trs succinctement

en revue la description des diffrends capteurs, les caractristiques mesures et les phnomnes qui les rgissent.

I- Les capteurs telluriques

Les capteurs telluriques sont gnralement des lectrodes impolarisables.

Ils servent enregistrer les composantes du champ tellurique laide de

4 lectrodes impolarisables selon deux directions perpendiculaires (: ) et ( : ).Il est utilis galement une cinquime lectrode relie la masse.

II- Les capteurs magntiques

Ils(magntomtres) servent lenregistrement des variations du champ magntique terrestre. Le choix du type de magntomtre dpendra de lobjectif et notamment de la gamme des priodes courtes ou longues de variation du champ magntique terrestre, de la profondeur des structures

go- lectriques. Les capteurs magntiques sont au nombre de trois dont deux

horizontaux et un capteur vertical. La disposition des composantes se

feront comme suit : (N-S) et (E-W)

Rappels sur les capteurs du champ magntique.

Le premier magntomtre a t invent par Carl Friedrich Gauss en

1833,alors directeur de l'Observatoire gomagntique Gttingen.

De nos jours, les capteurs du champ magntique sont amplement utiliss

pour mesurer le champ magntique de la Terre, pour effectuer des levs

gophysiques notamment en magntotellurique et en prospection

lectromagntique, pour la dtection des sites archologiques, les paves

immerges, reprer les sous-marins militaires. Ils sont galement utiliss

dans les forages ptrolier pour dfinir lazimut des outils de forage,

dtecter les mtaux magntiques et bien dautres.

25

Les capteurs de champ magntique sont des instruments (transducteurs)

appels galement capteurs magntomtriques qui permettent de

transformer un champ magntique en un signal lectrique utile facilement exploitable. Comme le champ magntique est une grandeur

vectorielle, le capteur doit permettre de retrouver lintensit, la direction

et le sens du champ magntique.

Les mthodes de mesure du champ magntique sont abondantes et il

existe maints principes de capteurs magntiques (magntomtres)

sappuyant sur de nombreux phnomnes physiques.

Classification des magntomtres

Selon les caractristiques mesures du champ magntique, on classe les

magntomtres en deux catgories :

- Magntomtres vectoriels

Le champ magntique est de nature vectorielle, cest--dire il est

caractris par son intensit, son sens et par sa direction. Les

magntomtres vectoriels mesurent une ou plusieurs composantes du

champ magntique.

- Magntomtres scalaires

Les magntomtres scalaires sont sensibles uniquement lintensit

totale du champ magntique.

Diffrents types de magntomtres

- Aimants

La manipulation des aimants (capteurs les plus rudimentaires) permet de

connaitre la direction laide de la boussole, la variation du champ etc

- Magntomtre (Search Coil )

Cest un type de magntomtre dont le principe de fonctionnement est

bas sur la loi dinduction de Faraday .Il permet de mesurer le vecteur du

champ cest--dire

.

26

- Magntomtre pompage optique

Son principe physique se base sur les phnomnes de Zeeman et la

frquence de Larmor .Il permet de mesurer la valeur scalaire du champ

magntique terrestre.

- Magntomtre proton

Il est construit sur le principe dOverhaser (prcession nuclaire).Il

effectue une mesure scalaire du camp magntique terrestre.

- Magntomtre fluxgate

Son principe de fonctionnement est fond sur le phnomne de saturation

du flux. Il effectue une mesure vectorielle du champ magntique

terrestre.

- Magntomtre effet de Hall

Il ralise des mesures vectorielles du champ magntique terrestre sur la

base des phnomnes de la force de Lorentz. Quand un matriau semi

- conducteur ou un mtal travers par un courant lectrique est plong

dans un champ magntique orthogonal la direction de ce courant, il

apparait une diffrence de potentiel et dun champ lectrique dans le

matriau dans la direction perpendiculaire au courant et au champ

magntique. Lapparition de cette tension et de ce courant est appele

effet de Hall

Des magntomtres nouveaux ont t mis au point plus rcemment sur

la base de nouveaux dautres phnomnes physiques .Ce sont les

capteurs du type :

Magntorsistance anisotrope(AMR),

Magntorsistance gante (GMR),

Magnto-impdance gante (GMI)

Magneto-Elasto lectrique (ME).

27

- Magntomtre rsistif

Le principe de fonctionnement est fond sur leffet magneto-resistif

anisotropique .Il permet deffectuer des mesures vectorielles du champ

magntique terrestre.

Il est connu depuis longtemps que La rsistivit de certains matriaux

varie lorsquils sont soumis un champ magntique, phnomne

appel La magntorsistance . Le champ magntique peut agir soit

directement sur les lectrons de conduction ou indirectement en agissant

sur laimantation du matriau, la rsistance dpendant ainsi de ltat

magntique du matriau.

Il y a deux types de magntorsistances dans les matriaux

ferromagntiques massifs :

a- Magntorsistance anisotrope.

Le principe de fonctionnement des magntomtres Magntorsistance

anisotrope est fond sur la modification de la rsistance d'un matriau en

fonction de la direction de l'aimantation qui lui est applique.

b- Magntorsistance gante

Le phnomne de magntorsistance gante ou GMR , dcouvert en

1988, a t observ dans les entassements de minces couches de certains

matriaux ferromagntiques (ex : le Fer) spares par certains dautres

matriaux non magntiques ( ex : le Chrome).Les causes des

modifications de rsistance dans les structures de tels matriaux rsultent

principalement des phnomnes de diffusion des lectrons dpendants du

spin.

- Magntomtre SQUID

Les rcents magntomtres SQUID (superconducting Quantium

Interference Device) sont mis au point sur la base du phnomne

physique appel effet de Josephson .Ils permettent deffectuer des

mesures tensorielles du champ magntique terrestre.

28

II Domaines dapplications de la magntotellurique

La MT est destine un large domaine dapplications, comme la recherche

ptrolire et minire, la recherche des eaux souterraines (eaux douces et

gothermie), et bien dautres. Elle est applique pour :

-Lexploration des grandes profondeurs tels que la croute terrestre et le

manteau .Elle aide a mieux comprendre la distribution des lments

fondus dans le manteau et investir des grandes structures tectoniques

complexes dans la crote terrestre.

-Ltude complmentaire de la MT au cot de la sismique rflexion des bassins sdimentaires pour la recherche des gisements dhydrocarbures et dans le suivi de lvolution du rservoir dhydrocarbures. Elle peut apprehender les variations de resistivit des formations gologiques lies

la prsence des hydrocarbures .

-La MT peut contribuer aussi aisement linvestigation lorsque la sismique reflexion rencontre les sediments fortements resistifs(grande

vitesse de propagation) ou lenergie sismique est tres faiblement transmise sous ces sediments alors que le signal MT les traverse sans aucune difficult.

- la Dtermination de linterface entre le socle cristallin et les formations des bassins sdimentaires tant donn que les deux milieux se distinguent fortement par leur contraste de rsistivit lectrique.

-Ltude en environnement volcanique pour mettre en vidence les structures internes des difices volcaniques.

-La recherche et la cartographie des eaux souterraines renfermes dans la partie superficielle du sous-sol.

-Dtection des failles .Les failles drainant des saumures et les failles

ouvertes injectes de sel constituent des anomalies importantes de

conductivit

-La MT trouve galement des applications dans la recherche des barrires de porosit pour suivre le dplacement des fronts dinjection de saumure dans la roche rservoir. Monitoring des rservoirs etc

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-Dans le domaine minier, la MT trouve des applications pour la recherche des gisements de mtaux tels que le nickel, diamants etc

-Linvestigation des grandes structures tectoniques.

-Recherche sur la prvision de prcurseurs de tremblement de terre. Depuis quelques dcennies, les scientifiques prtent une attention

particulire aux phnomnes sismo-lectromagntiques de toute sorte qui produisent des signaux lectriques et lectromagntiques dans le sol et

dans latmosphre durant le cycle antrieur un sisme. Ces phnomnes incluent ltude des missions lectromagntiques dans un ventail large de frquences, les agitations des couches

ionosphriques, observations des anomalies sur les metteurs de trs basses frquences et des lueurs dans lair la nuit etc. Leurs recherches dorientent notamment sur :

- Les phnomnes pizolectriques (gnration de llectricit lorsque la roche est sous leffet dune contrainte)

- Les phnomnes lectrocintiques prenant naissance sur une

interface solide-liquide.

- Les phnomnes de dplacement rapide des fluides ou des roches charges lectriquement

- Les phnomnes dionisation de lair par des lectrons mis par la

roche au cours de sa fracturation et les agitations

lectromagntiques des couches ionises de lionosphre terrestre lors des crises sismiques et volcaniques etc

NB : Les rfrences bibliographiques seront reportes le fin du cours

(dernier chapitre).