PRINCIPE ET METHODE DE LA PROSPECTION A … · 2 PROSPECTION A RESONNANCE MAGNETIQUE Traduction de Romain Roger Roch GIL, Ingénieur géologue de l'école nationale supérieure de

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PRINCIPE ET METHODE DE LA PROSPECTION A RESONNANCE MAGNETIQUE

(MRS)

INTRODUCTION ET APPAREILLAGE DE MESURE PRINCIPE PHYSIQUE DE LA METHODE

TESTS PREALABLES A L’EXECUTION D’UN MRS EXECUTION D’UN SONDAGE A RESONANCE MAGNETIQUE

INFORMATION OBTENUE ET QUALITE DE CELLE-CI

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scientifico-techniques




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PROSPECTION A RESONNANCE MAGNETIQUE Traduction de Romain Roger Roch GIL, Ingénieur géologue de l'école nationale supérieure de géologie (Nancy) 1.3 Principe physique de la méthode

Contrairement aux autres méthodes géophysiques, le principe du MRS n'est pas basé sur des propriétés pétrophysiques, mais sur une propriété physique de l'atome d'hydrogène : le phénomène de résonance magnétique nucléaire (NMR) dans un champ géomagnétique. Ce phénomène physique est dû au fait que les atomes d’hydrogène, en présence d'un champ magnétique, peuvent absorber de l’énergie (Δε), mais seulement à une certaine fréquence (f) et en une certaine quantité qui est un multiple de la constante de Planck (h):

Δε = 2π f h = ϖ h

Les noyaux atomiques qui possèdent un nombre impair de nucléons (protons ou neutrons) génèrent, à cause de leur révolution, un champ magnétique. L'intensité et la direction de cette rotation sont représentées par le moment magnétique nucléaire (Mo, Figure 2a). En présence d'un champ magnétique externe et statique (champ terrestre), les Mo sont orientés (polarisés) dans le sens des lignes de force du champ magnétique externe (B0, Figure 2b).

Si on génère (par la spire B1) un champ artificiel dynamique additionnel (Figure 2c), on assiste à la nutation du moment magnétique Mo des protons qui s'inclinent en fonction du champ magnétique terrestre selon un angle qui maintient sa précession à la fréquence de Larmor ωL = 2π fL (Figure 2d).

Figura 2 On observe la relation entre le vecteur du moment magnétique et celui du moment terrestre

Lorsque le champ artificiel B1 est arrêté, les protons reprennent leur position d'équilibre (M0 aligné avec B0) avec une relaxation caractérisée par une amplitude initiale E0 et un temps de décroissance T2*.




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Figura 3: Impulsion du champ magnétique artificiel crée pour exciter les protons et leur réponse

Le champ magnétique terrestre B0 (statique) détermine la fréquence de Larmor des protons de la molécule d'eau.

fL (Hz) = !

"

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.0

B = 0,04258*Bo (nT) ⇒ ω /2πFlarmor

La profondeur d’investigation avec la résonance magnétique dépend

d’une série de facteurs géologiques. Parmi ces facteurs, il faut mentionner la résistivité des roches et le champ géomagnétique.

1) Les formations du sous-sol se comportent comme un conducteur électrique et atténuent le champ électromagnétique par un facteur caractérisé par la “skin depth”. La “skin depth” est proportionnelle à F/

0! , où ρo est la

résistivité du sous-sol et F la fréquence du champ électromagnétique. Cependant, en augmentant la dimension de l’antenne, on parvient à une profondeur plus importante, bien que : pour une fréquence de Larmor de 200Hz, pour des roches d’une conductivité non-excessive de 100 Ωm, pour des configurations d’antenne habituelles de 75X75 ou de 100 m de diamètre, la profondeur d’investigation est inférieure à celle du facteur “skin depth” et la résistivité a peu d’influence sur la profondeur d’investigation, puisque :

Zs = 503 F

0! = 112 m




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Si on veut atteindre des profondeurs supérieures, en augmentant la taille de l'antenne, alors la profondeur investiguée sera supérieure à celle de la “skin depth” et la conductivité électrique aura un effet plus important sur le signal MRS. 2) La fréquence de Larmor utilisée est proportionnelle à la magnitude du champ géomagnétique (fL~B0). En conséquence, là où le champ magnétique est faible (près de l'Equateur), la fréquence est inférieure et l'atténuation provoquée par le sous-sol est également plus faible que là où le champ magnétique est plus élevé (vers les pôles). Cependant la réponse du signal MRS sera également proportionnelle au carré du champ géomagnétique (E0 ~ B0

2), ce qui améliore le rapport signal / bruit.

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