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La tomographie électrique sur le terrain : une visite guidée logo français

par GIBERT Dominique - 21 août 2006

L’objectif de la tomographie électrique est de produire des images de l’intérieur des objets conducteurs de l’électricité en analysant la manière dont les courants électriques les traversent. Dans un volcan, la résistivité électrique des roches peut varier dans une très large gamme, de moins de 1 \Omega.m pour les roches les plus conductrices que l’on rencontre dans les zones d’altération hydrothermale, jusqu’à plus de 100000 \Omega.m pour les roches les moins conductrices formant les aiguilles d’andésite massive dont le Piton Dolomieu est un exemple. Ces fortes variations de résistivité électrique font de la tomographie électrique une méthode particulièrement bien adaptée à l’imagerie des volcans. La présence d’eau contrôle fortement la résistivité, ce qui fait que la tomographie électrique est efficace pour délimiter les réservoirs hydrothermaux.

En pratique, les mesures sont faites avec quatre électrodes : deux, traditionnellement nommées A et B, sont utilisées pour injecter le courant électrique, et les deux autres, nommées M et N, servent à mesurer une différence de potentiel électrique. La Figure de droite montre comment la méthode peut être mise en oeuvre sur le terrain. Afin de sonder une gamme de profondeurs, les mesures sont faites en changeant l’espacement entre les électrodes afin que le courant électrique puisse circuler dans les couches géologiques plus ou moins profondes. Le courant électrique injecté est typiquement de 100 mA et les potentiels mesurés varient de quelques Volts à quelques mV selon que les électrodes M et N sont proches ou éloignées des électrodes d’injection A et B et également selon la conductivité électrique des roches.

Sur le terrain, les mesures sont réalisées en déroulant de longs câbles et en y connectant des électrodes plantées dans le sol. Dans nos expériences, les câbles mesurent environ 1 kilomètre et l’on peut y connecter 64 électrodes espacées de 15 mètres. L’image ci-dessous montre une installation typique, comme nous en réalisons souvent sur la Soufrière. Les câbles doivent être suffisamment longs pour placer les électrodes A et B de part et d’autre du volcan. Dans ce cas, le courant électrique traverse le volcan dans son ensemble et les données recueillies permettent de faire une tomographie globable du dôme volcanique. Il est également possible d’utiliser un câble auxiliaire pour éloigner davantage une électrode d’injection du courant et, ainsi, atteindre des profondeurs de sondage encore plus grandes. Les mesures réalisées avec des électrodes voisines le long des câbles permettent, quant à elles, d’obtenir des informations sur les couches superficielles et les dépôts volcaniques récents.

La Figure à gauche ci-dessous montre les câbles stockés sur leurs bobines. Chaque câble comporte 11 prises d’électrodes espacées de 15 mètres. Six câbles sont nécessaires pour assembler la totalité du dispositif. Chaque câble pèse environ 22 kg et les bobines (7 kg) sont trop lourdes et fragiles pour être emportées sur le terrain. Comme la Figure de droite le montre, nous préférons ranger les câbles dans des sacs de spéléologie afin qu’il se déroulent facilement sur le terrain.

L’hélicoptère de la Sécurité Civile nous est d’une aide très précieuse, surtout depuis que la route permettant d’atteindre le parking de la Savane à Mulets à la base du dôme a été emportée par un éboulement survenu lors du séisme des Saintes, le 21 novembre 2004 (voir le site de l’Institut de Physique du Globe de Paris pour plus de détails). Les conditions de vol sont souvent très difficiles à cause des vents forts et de la brume quasi permanente qui limite la visibilité à quelques dizaines de mètres.

Les techniques de travaux sur cordes sont nécessaires sur les terrains escarpés. Cela permet de sécuriser les activités des scientifiques réalisant les expériences. Des précautions particulières doivent aussi être prises contre les risques de noyade dans les canyons.

A gauche, Ludovic Séverin porte un sac duquel un câble se déroule automatiquement pendant que Florence Nicollin le place correctement sur le sol. A droite, Didier Mallarino progresse sur une pente raide tout en déroulant un autre câble. Sur les pente trop raides, le câble doit être fixé pour l’empêcher de glisser ou de se rompre sous son propre poids.

Une fois installés, les câbles sont connectés à la base de mesure et l’expérience peut commencer. Le résistivimètre (muni d’un petit écran) injecte le courant électrique entre les électrodes A et B et mesure le potentiel électrique entre les électrodes M et N. Le résistivimètre contrôle la matrice de relais sur laquelle les câbles sont connectés et grâce à laquelle n’importe quelle électrode peut jouer le rôle A, B, M ou N.

Les électrodes sont de simples broches en acier inoxydable d’environ 30 cm de long et 1 cm de diamètre. Des tensions de plusieurs centaines de Volts et des courants pouvant atteindre 500 mA sont utilisés, ce qui présente des risques d’électrocution mortelle. Des précautions rigoureuses sont prises et des panneaux d’information sont mis en place à l’égard des touristes parcourant le Parc National où se trouve la Soufrière.

Les pluies très intenses constituent une difficulté importante et obligent à protéger efficacement tout le matériel. En particulier, les prises connectant les câbles (32 conducteurs) doivent être soigneusement emballées pour éviter toute entrée d’eau pouvant provoquer des court-circuits dans les contacts.

Les gaz acides et très corrosifs rencontrés au sommet de la Soufrière constituent notre second ennemi contre lequel il est très difficile de se protéger. Un contrôle complet du matériel est nécessaire après chaque mission sur le terrain.

Une fois les mesures faites sur le terrain, les données sont transférées dans les ordinateurs de l’observatoire volcanologique et sont traitées pour obtenir des pseudo-sections de résistivité apparente permettant une première analyse (Figure de droite). Il est ainsi possible de contrôler la qualité des mesures avant de déplacer les câbles sur le terrain et de faire un autre profil tomographique. La photo à gauche a été prise durant la mission de mai 2002 et montre Florence Nicollin (vêtue de jaune) avec les étudiants géophysiciens Julie Chaulet et Charles Poitou. Les photos accrochées aux murs montrent la Soufrière lors de la crise éruptive de 1976-1977.