FR2845416A1 - Sonde de diagraphie electrique pour la mesure de la resistivite sur la paroi d'un forage - Google Patents

Abstract

Sonde de diagraphie électrique pour la mesure de la résistivité sur la paroi d'un forage non chemisé (24), comportant un support creux (2) pour au moins deux électrodes métalliques distinctes (21), amenées en regard d'une zone interne quelconque de ce forage, ces électrodes étant reliées à l'extérieur du forage à un ensemble de contrôle et de mesure, caractérisée en ce que chacune des électrodes (21) est fixée sur un élément souple et expansible (9, 10), de forme tubulaire, délimitant entre cet élément et le support un espace clos (11, 12) propre à être mis en communication avec une source de fluide sous pression provoquant le gonflage de l'élément souple et l'application étroite des électrodes (21) au contact de la paroi interne du forage (24).

Description

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SONDE DE DIAGRAPHIE ELECTRIQUE POUR LA MESURE DE LA

RESISTIVITE SUR LA PAROI D'UN FORAGE

La présente invention est relative à une sonde de diagraphie géophysique,

destinée à la mesure directe de la résistivité électrique des formations du soussol par contact avec la paroi nue, non chemisée, d'un forage, cette mesure étant en particulier destinée à fournir des renseignements sur les variations de lithologie et sur le contenu en eau du sous-sol, notamment dans la zone 10 superficielle du terrain, non saturée.

Une telle sonde a notamment pour but de permettre des mesures directes de résistivité électrique dans une zone dont l'importance est primordiale pour établir et appréhender les processus d'infiltration de l'eau dans le sol, permettant ainsi de mieux connaître les conditions de restauration ou 15 d'épuisement de la nappe phréatique et de régulation des réserves en eau

souterraines plus profondes.

On connaît déjà de nombreux types de sondes de ce genre, dont le

principe de mise en oeuvre réside dans la création d'un phénomène électrique au voisinage ou contre la paroi du forage et dans la mesure de ses effets sur le 20 sol environnant pour en déduire la valeur de sa résistivité.

Notamment, les sondes les plus classiques assurant la mesure de la résistivité d'une zone donnée du sous-sol, consistent en un appareillage créant l'émission d'un courant électrique qui circule dans le sol à un niveau choisi dans le forage, cet appareillage comportant aussi des moyens pour déterminer 25 la résistivité du terrain à l'aide d'un dispositif de mesure simple, relié à la

sonde. Toutefois, ces appareillages ne fonctionnent en général que lorsque la sonde est immergée et par conséquent plonge dans l'eau de la nappe phréatique présente à la partie inférieure du forage, dans la zone saturée du sol, cette eau assurant le contact galvanique nécessaire entre le terrain et les 30 électrodes appartenant à la sonde elle-même.

Dans la zone non saturée, pour assurer un contact galvanique de telles sondes peuvent comporter des patins ou lamelles métalliques articulées, aptes à être appliqués de façon convenablement répartie contre la paroi du forage en regard, ce qui implique une construction relativement complexe (système électro-hydraulique) et peu pratique à mettre en oeuvre dans des conditions satisfaisantes sur le terrain. Ces sondes sont notamment utilisées dans les domaines pétroliers ou du génie civil, dans un environnement o règnent des 5 conditions de température et de pression sévères, en particulier dans un forage à grande profondeur et o les moyens mis en oeuvre peuvent être relativement sophistiqués. Enfin, on connaît aussi des sondes créant un phénomène d'induction électromagnétique dans le terrain environnant, notamment grâce à un couple 10 de bobines d'induction portées par la sonde fonctionnant en conséquence sans contact d'électrodes ou similaires avec le terrain et pouvant donc en principe

être adaptées à la mesure désirée en zone non saturée.

Mais le signal électromagnétique n'est pas mesurable dès que les valeurs de résistivité mesurées, dépassent 300 Ohms.m, ce qui exclut leur 15 usage dans des conditions satisfaisantes lorsque la résistivité du terrain

dépasse largement cette limite, comme c'est souvent le cas avec des terrains localisés dans des zones proches de la surface du sol, une telle sonde ne permettant pas une discrimination convenable de la résistivité mesurée dans deux zones non saturées voisines dont les résistivités sont supérieures à 300 20 Ohm. m.

A titre indicatif, il est possible de se référer, pour illustrer l'état de l'art en la matière, au brevet français FR-A-2 807 525, ou encore aux demandes de brevet PCT WO 01 183948, WO 02 25317, WO 01 177 711, voire WO 00 41480 ou WO 01 64813, ces deux derniers docuiments décrivant des composition de fluides conducteurs électriques, aptes à être injectés dans un forage en zone non saturée notamment pour y réaliser une diagraphie avec une

sonde classique, normalement utilisable seulement en zone saturée.

La présente invention a donc pour objet une sonde de diagraphie électrique, permettant une mesure de résistivité du sous-sol par contact avec 30 la paroi d'un forage, de préférence en zone superficielle non saturée au-dessus de la nappe phréatique, qui soit de conception très simple, moins coteuse à fabriquer que les sondes classiques, et facile à utiliser sans exiger une préparation préalable quelconque du terrain à l'intérieur du forage, cette sonde procurant des mesures fiables et avec en particulier une meilleure gamme de résolution de la résistivité qu'avec les sondes à fonctionnement électromagnétique. A cet effet, la sonde considérée, comportant un support creux 5 notamment tubulaire, pour au moins deux électrodes métalliques distinctes, montées à distance l'une de l'autre à la périphérie du support à l'extérieur de celui-ci, ce support étant propre à être librement introduit et déplacé dans un forage non chemisé ménagé dans le sous-sol, pour être amené en regard d'une zone interne quelconque de ce forage, ces électrodes étant reliées à l'extérieur 10 du forage à un générateur de courant électrique et à un appareil de contrôle et de mesure de résistivité électrique, se caractérise en ce que chacune des électrodes métalliques est fixée extérieurement sur un élément souple, extensible et présentant une élasticité satisfaisante, de forme tubulaire, porté par le support en délimitant entre cet élément et la paroi extérieure de ce 15 support un espace clos propre à être mis en communication, notamment par l'intérieur du support, avec une source de fluide sous pression, provoquant le gonflage de l'élément souple et l'application étroite des électrodes au contact de la paroi interne du forage afin d'autoriser la mesure de la résistivité

électrique du terrain dans la zone en regard, au droit dudit contact.

De préférence, l'espace clos entre le support et l'élément souple est mis en communication avec la source de fluide sous pression provoquant le

gonflage de cet élément, par des orifices ménagés dans la paroi du support.

De préférence également, l'élément souple portant chacune des électrodes de la sonde est constitué par un manchon élastique, entourant 25 extérieurement une partie du support et dont les extrémités sont étroitement appliquées contre la surface externe de celui-ci de manière à fermer l'espace clos mis en communication avec la source de fluide sous pression assurant le

gonflage dudit élément souple.

Avantageusement, les extrémités de chaque élément souple sont fixées 30 sur la surface extérieure du support par des colliers de serrage externes. Ces colliers peuvent être métalliques ou en matière plastique, et sont associés à des moyens de serrage, par exemple à vis ou à leviers, en euxmêmes classiques pour ce type de dispositifs. En variante, les extrémités de chaque

élément souple peuvent comporter un presse-étoupe.

Dans un mode de réalisation préféré de la sonde considérée, chaque électrode est constituée par une série de barrettes métalliques, réparties de 5 façon équidistante sur la surface externe de l'élément souple et extensible, ces barrettes étant disposées selon au moins deux couches superposées et réunies entre elles deux à deux d'une couche à l'autre, au moyen de lamelles à ressort, propres à assurer la liaison mécanique entre ces barrettes respectivement dans les deux couches, ainsi que leur continuité électrique, tout en leur permettant 10 d'accommoder l'accroissement de la circonférence de l'élément souple, consécutivement à son gonflage par le fluide sous pression. Dans un mode de réalisation avantageux, les électrodes sont maintenues latéralement contre la surface externe de l'élément souple par des lanières ou analogues, de

préférence en caoutchouc vulcanisé.

En variante, les électrodes sont constituées par des pastilles ou autres éléments métalliques, collés ou autrement fixés sur la surface externe de l'élément souple et extensible, et répartis circonférentiellement sur cette surface. Selon encore une autre caractéristique, les électrodes métalliques sont 20 réunies au générateur de courant électrique et à l'appareil de contrôle et de mesure à l'extérieur du support tubulaire par des câbles ou fils de liaison, passant par l'intérieur de ce support après traversée des orifices ménagés dans

sa paroi pour le gonflage de l'élément souple portant les électrodes.

De préférence, les câbles ou fils de liaison présentent une longueur au 25 moins égale à la profondeur de pénétration du support à l'intérieur du forage.

Le support tubulaire est fermé à une extrémité et raccordé de façon étanche à l'autre extrémité par un presse-étoupe ou similaire à un tube flexible pour l'alimentation de ce support depuis l'extérieur du forage par la source de

fluide sous pression.

Le tube flexible d'alimentation est réuni à un compresseur par l'intermédiaire d'un manomètre et d'une manette de commande, munie d'une valve de purge. En outre et selon une caractéristique complémentaire avantageuse, le tube flexible enferme les câbles ou fils de liaison des

électrodes avec l'appareil de mesure.

De préférence également, l'extrémité fermée du support est munie d'un lest métallique ou autre, notamment dans le cas le plus usuel d'un forage vertical. La sonde selon l'invention présente encore d'autres caractéristiques avantageuses, aptes à être mises en oeuvre en combinaison ou indépendamment

des précédentes.

Ainsi, l'élément souple constitué par un manchon élastique tubulaire, 10 peut comporter un organe creux rigide, fixé perpendiculairement à l'électrode

métallique associée audit élément et traversant la paroi du support par un des orifices de communication avec l'espace clos entre le support et l'élément, cet organe creux permettant le guidage et la protection à la traversée de la paroi du support des câbles ou fils de liaison entre l'électrode et l'appareil de 15 mesure.

Dans le cas d'un terrain particulièrement sec, chaque électrode peut être

portée par l'élément souple, avec interposition entre eux d'une bande hydrophile mince propre à réaliser l'humidification du sol au droit de l'électrode, cette bande étant disposée entre la paroi extérieure de l'élément 20 souple et la surface en regard de l'électrode.

De préférence, la bande d'humidification est constituée par un manchon circulaire en coton de préférence extensible, présentant une élasticité appropriée ou autre matériau textile similaire, convenablement humecté de manière à dégorger l'eau qu'il renferme sur la surface de l'électrode lors du 25 gonflage de l'élément souple, pour améliorer le contact galvanique de celle-ci

avec le sol.

Enfin et selon le cas, le support tubulaire peut comporter plusieurs électrodes, notamment deux, trois ou quatre, reliées de façon séparée ou commune à l'appareil de mesure pour réaliser diverses configurations dans le 30 montage de ces électrodes, en série ou en parallèle selon les dispositions géométriques classiques utilisées en diagraphie électrique, notamment les dispositifs dits pôle-pôle, pôle-dipôle, Wenner, Schlumberger, monoélectrode, focalisants...

Enfin, on peut utiliser une disposition radiale d'électrodes en pastilles.

Cette disposition permet notamment une mesure de la résistivité limitée à une cote particulière, ce qui est un avantage dans le cas d'un terrain présentant une

stratification fine.

Pour une cote particulière sur la sonde, on peut également utiliser une

disposition d'électrodes en pastilles, reliées en série.

D'autres caractéristiques d'une sonde de diagraphie électrique pour

mesure de la résistivité de la paroi d'un forage non chemisé, apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation et de 10 diverses variantes de celui-ci, donnés à titre indicatif et non limitatif, en

référence aux dessins annexés sur lesquels - la Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un support tubulaire pour la sonde considérée, illustré avant gonflage de ses éléments souples et expansibles portant les électrodes - la Figure 2 illustre également en coupe et en vue extérieure partielle, le support de la Figure 1, monté dans un forage vertical dont la paroi interne n'est pas chemisée, les éléments souples et extensibles étant représentés dans la position o les électrodes portés par ces éléments sont en contact étroit avec cette paroi par suite du gonflage de ces éléments; - la Figure 3 est une vue schématique illustrant le processus de mise en oeuvre de la sonde selon l'invention à l'intérieur du forage, ladite sonde étant représentée dans deux positions différentes, avec à chaque fois ses électrodes respectivement écartées ou en contact avec la paroi de ce dernier - la Figure 4 est une vue extérieure partielle, à plus grande échelle, 25 d'un mode de réalisation particulier des électrodes portées par les éléments souples, extensibles, de la sonde, - les Figures 5 et 6 sont des vues en coupe d'une électrode conforme à la Figure 4, respectivement avant et après extension de l'élément souple associé; - la Figure 7 est une vue schématique en coupe partielle d'une variante 30 de la sonde o l'électrode est associée à une bande d'humidification; la partie gauche de cette Figure 7 correspondant au dispositif humidifié juste avant l'application sur la paroi et la partie droite au dispositif en cours de dégorgement contre cette paroi - les Figures 8a à 8d illustrent une variante de la sonde comportant des électrodes en forme de pastilles: les figures Sa et 8b correspondent à des vues extérieures de la sonde respectivement avant et après gonflage, les figues 8c et

8d sont des vues en coupe des figures Sa et 8b.

Sur la Figure 1, la référence 1 désigne une sonde conforme à l'invention, selon un premier mode de réalisation. Cette sonde comporte principalement un support creux 2, avantageusement constitué d'un élément tubulaire en matière plastique du genre chlorure de polyvinyle (PVC), dont une extrémité, en l'occurrence l'extrémité inférieure lorsque le support est 10 disposé verticalement, est obturée par un bouchon 3, également en PVC ou autre matériau similaire, surmonté d'un bloc métallique 4, en laiton ou autre

matériau inoffensif d'un point de vue chimique, formant lest.

Le bouchon 3 comporte un doigt axial 5, l'étanchéité du montage étant réalisée par une coiffe 6 dont une extrémité 7 entoure le support 2 et dont 15 l'autre est maintenue appliquée contre le doigt 5 au moyen d'un collier de serrage 8. En variante, la coiffe 6 peut être remplacée par un bouchon de fond

rigide, par exemple en PVC.

Selon l'invention, le support tubulaire 2 est associé à deux éléments souples et extensibles, présentant une élasticité satisfaisante respectivement 9 20 et 10, de préférence identiques, superposés selon la hauteur du support, notamment en forme de manchons montés sur la sonde de manière à recouvrir partiellement ce support par l'extérieur afin de délimiter entre la surface externe de celui-ci et la paroi interne de chacun de ces éléments souples, un espace clos 11 ou 12, dont le volume peut varier à la demande de l'utilisateur 25 afin de passer d'une valeur sensiblement nulle comme illustré sur la Figure 1 o chaque élément souple 9 et 10 est étroitement appliqué contre la surface externe du support 2, à une autre position o ces éléments 9 et 10 sont écartés du support 2 comme représenté sur la Figure 2, du fait de l'admission dans les

espaces 11 ou 12 d'un fluide de gonflage approprié.

Comme la coiffe inférieure 6, les manchons des éléments souples 9 et 10 sont maintenus étroitement appliqués contre la surface du support 2 au moyen de colliers externes, respectivement 13, 14 et 15, ces colliers, métalliques ou en matière plastique, étant associés à des moyens de serrage à vis ou à levier,

permettant de façon classique d'assurer l'étanchéité des espaces 11 et 12 visà-vis de l'extérieur.

Les colliers de serrage doivent être disposés à une distance suffisante

les uns des autres, pour permettre un gonflement aisé de la membrane.

Dans la paroi du support 2 sont ménagés, au droit des éléments souples

9 et 10, des orifices de passage 16 en regard des espaces clos 11 et 12, mettant en communication chacun de ces espaces avec l'intérieur du support 2, lequel est relié par un tube 17 à une source de fluide sous pression externe, non représentée sur les Figures 1 et 2 mais décrite ci- après en référence à la 10 Figure 3.

Avantageusement, le tube 17 est rendu étanche vis-à-vis de l'extérieur du support au moyen d'une coiffe supérieure 18, maintenue par des bagues collées 19 et un collier de serrage 20, ces dispositions, qui en ellesmêmes n'importent pas directement à l'invention, pouvant être substituées par toute 15 autre solution équivalente assurant l'étanchéité de la coiffe 18 vis à vis du support. Chacun des éléments souples et expansibles 9 et 10 comporte des électrodes métalliques, montées dans sa surface externe, désignées schématiquement sous la référence 21 et dont le détail de la réalisation sera 20 précisé plus loin, ces électrodes étant avantageusement reliées à travers un

organe de guidage et de protection 22 traversant librement la paroi du support 2 par un des orifices de communication 16, à des câbles ou fils de connexion électrique 23, de préférence munis d'une gaine de protection aussi bien électrique que mécanique, ces fils ou câbles s'étendant jusque dans le tube 17 25 à l'extérieur du support 2.

Sur la Figure 3, la sonde conforme aux dispositions illustrées plus en détail sur les Figures 1 et 2 est représentée en deux positions à l'intérieur d'un forage vertical 24, non chemisé, ménagé directement dans le sol par des moyens classiques et dans lequel on souhaite effectuer des mesures de 30 résistivité électrique du terrain, notamment dans la zone superficielle non saturée de ce forage au-dessus de la nappe phréatique 25 qui est présente à

partir d'une certaine profondeur sous la surface.

De préférence, le tube 17, avec les câbles ou fils 23 de connexion électrique des électrodes qu'il contient, sert de moyen de suspension de la sonde dans le forage 24 depuis l'extérieur, de manière à amener celleci à la profondeur souhaitée pour effectuer la mesure de la résistivité du sol au 5 moyen de ces électrodes; bien entendu, des moyens distincts, indépendants du tube d'amenée du fluide de gonflage des éléments souples, peuvent être prévus à cet effet, avec avantageusement des repères de marquage selon la profondeur

du forage à laquelle est descendue la sonde pour la mesure prévue.

Sur la Figure 3, la sonde 1 est représentée positionnée à deux niveaux 10 différents, l'un au voisinage immédiat de la nappe phréatique 25, l'autre à une

profondeur moins grande à l'intérieur du forage 24, avec les électrodes 21 portées par les éléments souples 9 et 10 respectivement écartées de la paroi interne de celui-ci ou au contraire en contact avec cette paroi, du fait de l'expansion de ces éléments par admission dans les espaces 11 et 12 délimités 15 entre ceux-ci et le support du fluide sous pression.

Le tube 17, dans lequel passent de préférence les câbles ou fils de connexion électrique 23 des électrodes 21, est relié à l'extérieur du forage 24 à un manomètre 26 et à une valve de purge 27, dont la sortie est raccordée à un compresseur de fluide 28 alimenté sous faible tension, propre à délivrer à 20 l'intérieur de ce tube le fluide sous pression assurant le gonflage des éléments 9 et 10 et l'application des électrodes 21 contre la surface interne de la paroi du forage 24 de la manière indiquée ci-dessus. Selon un autre mode de réalisation avantageux, les câbles ou fils de connexion sont fixés à l'extérieur

du tube 17.

Les câbles ou fils électriques 23 sont réunis à un ensemble de contrôle 29, comportant une batterie d'alimentation et un dispositif de mesure de

résistivité classique.

Les Figures 4 à 6 illustrent un mode de réalisation particulier des

électrodes 21 portées par chacun des éléments souples et expansibles 9 ou 10, 30 montés sur la surface externe du support 2.

De préférence et dans l'exemple ainsi représenté, ces électrodes 21 sont constituées au moyen de barrettes métalliques ou similaires, respectivement 30 et 31, réparties selon deux couches superposées sur la surface externe de l'élément souple correspondant, et aménagées entre elles à la manière d'un bracelet montre extensible, ces barrettes étant reliées entre elles d'une couche à l'autre au moyen de ressorts plats 32 qui leur permettent d'accompagner l'expansion sous l'effet du gonflage des éléments souples 9 (ou 10) qui 5 supportent ces électrodes, sans rompre la continuité mécanique et la liaison électrique entre ces barrettes sur la périphérie de ces éléments au cours de la

variation de diamètre de ces derniers.

Dans ce mode de réalisation, chaque élément souple 9 (ou 10) est ainsi associé à une électrode unique 21 qui s'étend sur toute la périphérie extérieure 10 de cet élément, autour du support 2, de sorte qu'un seul câble ou fil de liaison 23, passant par l'intérieur de l'organe de guidage 22, est nécessaire pour relier

cette électrode à l'appareil de mesure 29, disposé à l'extérieur du forage 24.

Chaque électrode 21 réalisée conformément à l'exemple décrit cidessus, se présente de manière analogue à un bracelet montre extensible bien 15 entendu adapté respectivement au diamètre du support 2 et à celui du forage 24, pour lui permettre de prendre l'une ou l'autre des deux positions illustrées

sur la Figure 3.

Ainsi, pour un support constitué par un tube en polychlorure de vinyle (PVC) de 50 mm de diamètre, recouvert d'un élément souple formé d'un 20 manchon ou d'une membrane de 1 mm d'épaisseur, en caoutchouc ou autre matériau expansible approprié, l'électrode sera constitué au repos d'un bracelet présentant une longueur d'environ 163 mm, capable de s'étirer sous l'effet du fluide sous pression dans l'espace clos 11 (ou 12) pour atteindre une longueur développée de l'ordre de 300 mm, lui permettant de s'appliquer 25 contre la paroi interne d'un forage présentant un diamètre un peu inférieur à mm, ce qui représente un facteur d'accroissement de la longueur du

bracelet de l'ordre de 1,9.

Bien entendu, ces valeurs ne sont précisées qu'à titre indicatif, chaque

forage donnant lieu à une adaptation immédiate du diamètre de la sonde et de 30 la longueur des bracelets constituant les électrodes en conséquence.

Il va également de soi que la structure des électrodes, correspondant comme dans l'exemple précédent à un bracelet extensible, n'a aucun caractère obligatoire, même s'il s'agit là d'une disposition incontestablement préférée et

en elle-même la plus avantageuse.

Notamment, on peut prévoir de munir chaque élément souple 9 ou 10, non pas d'une électrode 21 unique qui s'étend selon la circonférence 5 extérieure du support 2, mais d'une série d'électrodes distinctes et séparées

les unes des autres, réparties sur la surface externe de l'élément, ces électrodes individuelles, en forme de pastilles ou de lamelles plates, étant collées ou autrement fixées sur cette surface et dans ce cas reliées chacune en parallèle à l'appareil de mesure de l'ensemble de contrôle 29, à l'extérieur du 10 forage 24.

En variante, ces électrodes distinctes peuvent être mises en série d'un point de vue électrique et reliées ensemble par des fils de liaison assurant leur connexion de l'une à l'autre à l'intérieur de l'espace clos 11 ou 12 correspondant, ces fils de liaison présentant seulement une longueur suffisante 15 pour accompagner sans risque de tension excessive ou de rupture l'expansion

des éléments souples les amenant au contact-de la paroi interne du forage.

On réalise ainsi une sonde de mesure de résistivité électrique sur la.

paroi d'un forage, de conception très simple et qui se révèle, non seulement d'une fabrication très facile, mais d'un usage particulièrement bien adapté à 20 une telle mesure dans un forage non chemisé et surtout dans une zone non

saturée, au-dessus de la nappe phréatique.

Bien entendu, cette sonde peut permettre également de procéder à des

mesures similaires à l'intérieur de cette nappe en zone immergée, le lest dont est munie la partie inférieure du support, permettant sans difficulté de 25 l'amener au niveau souhaité.

Un des avantages particulièrement remarquables de la sonde considérée réside dans son très faible cot et dans sa faculté à pouvoir être fabriquée éventuellement de façon tout à fait artisanale, notamment pour un usage dans

des pays ne possédant pas d'infrastructures industrielles suffisantes.

Ainsi, on peut envisager de constituer les éléments souples et expansibles 9 et 10 assurant le gonflage de la sonde et l'application sur la paroi du forage 24 des électrodes de mesure 21 au moyen de simples membranes tubulaires en caoutchouc, du genre chambres à air, coupées à la dimension satisfaisante, notamment au droit et de part et d'autre de leur valve de gonflage, laquelle peut être directement utilisée, une fois la membrane retournée sur elle-même, pour constituer l'organe de guidage 22 des fils ou câbles électriques 23 de liaison avec les électrodes 21 par l'intérieur des espaces clos 1 1 (ou 12). De même, le compresseur 28 peut être alimenté par une simple batterie d'accumulateurs fournissant une tension de 12 volts et 20 A/h, du type de ceux utilisés pour le gonflage d'un pneumatique de véhicule automobile à partir de la prise d'allume- cigares de celui-ci. L'appareil de mesure de l'ensemble de 10 contrôle 29 peut par ailleurs être un résistivimètre classique, qui constitue un équipement de base, robuste et d'une mise en oeuvre très simple, pour toute opération de prospection géophysique et dont le prix - est lui-même

relativement peu élevé.

Comme déjà souligné, la sonde selon l'invention présente l'avantage 15 essentiel d'autoriser des mesures de résistivité en zone superficielle non saturée du sol jusqu'au niveau de la nappe phréatique, mesures qui ne sont généralement envisagées qu'avec des sondes électromagnétiques dont les

inconvénients ont été déjà évoqués.

Notamment, la sonde considérée permet de réaliser les mesures avec une 20 dynamique largement supérieure, en relevant des valeurs qui peuvent s'échelonner entre 0,1 et 100 000 Ohm.m, ces dernières valeurs étant très élevées et rencontrées notamment dans les zones proches de la surface du sol, alors qu'une sonde électromagnétique ne peut mesurer que des résistivités

dont la valeur est comprise entre 0,1 et 300 Ohm.m seulement.

Au delà de 300 Ohm.m, le rapport signal/bruitdevient trop faible pour

permettre une mesure convenable.

De plus, la sonde proposée peut aisément être réalisée avec des configurations largement variables ou modulables, notamment avec deux, trois ou quatre électrodes réparties à des niveaux distincts selon la hauteur du 30 support et des schémas différents pour la liaison électrique de ces électrodes

avec le dispositif de mesure. De même, la géométrie annulaire des électrodes dans l'exemple de

réalisation plus spécialement décrit précédemment, permet de bien distribuer les densités du courant injecté dans la paroi du forage, ce qui assure la représentativité de la mesure, concernant un volume de terrain centré sur l'axe du forage. Notamment, lorsque ce dernier présente un diamètre important, supérieur à 10 cm et avec un écartement des électrodes selon deux niveaux 5 successifs sur le support qui reste relativement faible, inférieur à 30 cm, la structure de la sonde permet la détection d'anomalies latérales limitées dans

un secteur d'angle donné.

La caractéristique essentielle de la sonde selon l'invention, avec les électrodes portées avec un élément souple et expansible susceptible d'être 10 gonflé sous l'effet d'un fluide sous pression, présente en outre l'avantage décisif par rapport à des électrodes "patins" d'une amélioration significative du contact entre l'électrode et la paroi du sol en regard, la résistance de contact restant souvent inférieure à 10 000 Ohms, notamment grâce à une plus grande surface offerte à ce contact et à une meilleure application de 15 l'électrode contre la paroi du fait de la pression exercée, ce qui favorise la

réalisation de mesures de résistivités faibles.

A noter de plus que l'application de l'électrode de façon non brutale et

surtout perpendiculairement à la paroi du forage, n'altère pas celle-ci et, bien que ce forage ne soit pas chemisé, limite fortement les risques d'éboulement 20 dans les terrains meubles ou friables, notamment sableux.

En revanche et dans un sol particulièrement sec, il est cependant

possible que la résistance de contact précitée soit trop élevée, les électrodes 21 de la sonde pouvant alors être aménagées de la manière illustrée sur la Figure 7, o chacune d'elles est associée à une bande 33 eniforme de manchon, 25 montée entre l'électrode et la surface externe de l'élément souple 9 (ou 10).

Cette bande réalisée en coton ou autre matériau textile similaire, pouvant être aisément humidifiée, de sorte que lorsque l'électrode est appliquée contre la paroi interne du forage 24, l'eau qu'elle contient puisse être expulsée par la pression exercée et venir mouiller le terrain en regard, en 30 améliorant le contact galvanique de la paroi avec l'électrode et par suite la mesure réalisée. On peut noter que la quantité d'eau ainsi libérée reste néanmoins très faible et ne modifie pas de façon significative l'état hydrique

du terrain.

Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas aux exemples

plus spécialement envisagés dans la description qui précède, mais qu'elle en embrasse toutes les variantes. En particulier, aucune sujétion n'est imposée quant aux diamètres relatifs du support de la sonde d'une part et du forage 5 d'autre part, sauf en fonction des possibilités d'extension des éléments souples utilisés, ces diamètres pouvant être aisément choisis pour éviter tout risque de

blocage de la sonde lors de sa descente dans ce forage.

De même, la structure des électrodes telle que prévue dans les exemples n'est pas limitative, d'autres formes pouvant être aussi bien envisagées en 10 combinaison avec l'élément souple et extensible qui est mis en oeuvre dans toutes ces variantes. Ainsi, et comme illustré sur la Figure 8, on peut prévoir d'utiliser des électrodes sous forme de pastilles 34 réparties -sur la surface extérieure de l'élément souple 9, ces pastilles étant réunies individuellement à des câbles ou fils de liaison électriques 35 avec l'appareil de mesure externe. 15 Les figures 8A et8B montrent la sonde ainsi équipée de telles pastilles 34 avant et après extension de l'élément souple 9. Les figures 8C et 8D sont des

coupes qui montrent la disposition et la répartition des fils de liaison 35.

De plus et si ces exemples ont été plus spécialement décrits en relation avec l'utilisation de la sonde dans un forage vertical, l'invention ne se limite 20 pas à cette seule éventualité, la sonde pouvant tout aussi bien être mise en

oeuvre dans des forages d'inclinaisons variées, grâce à l'usage, pour substituer le tube de support flexible, de tiges rigides étanches au fluide sous pression et emboîtables, en matière plastique ou en autre matériau non conducteur de l'électricité pour éviter de fausser la mesure si ces tiges rencontrent 25 accidentellement la paroi.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Sonde de diagraphie électrique pour la mesure de la résistivité sur la paroi d'un forage, comportant un support creux (2) notamment tubulaire, pour 5 au moins deux électrodes métalliques distinctes (21), montées à distance l'une de l'autre à la périphérie du support à l'extérieur de celui-ci, ce support étant propre à être librement introduit et déplacé dans un forage non chemisé (24) ménagé dans le sol d'un terrain, pour être amené en regard d'une zone interne quelconque de ce forage, ces électrodes étant reliées à l'extérieur du forage à 10 un ensemble de contrôle (29) comportant un générateur de courant électrique et un appareil de mesure de résistivité électrique, caractérisée en ce que chacune des électrodes métalliques (21) est fixée extérieurement sur un élément souple, extensible et présentant une élasticité satisfaisante (9, 10), de forme tubulaire, porté par le support (2) en délimitant entre cet élément et la 15 paroi extérieure de ce support un espace clos (1l, 12) propre à être mis en

communication, notamment par l'intérieur du support, avec une source de fluide sous pression (28), provoquant le gonflage de l'élément souple et l'application étroite des électrodes (21) au contact de la paroi interne du forage (24) afin d'autoriser la mesure de la résistivité électrique du terrain 20 dans la zone en regard, au droit dudit contact.

2. Sonde de diagraphie électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'espace clos (11, 12) entre le support (2) et l'élément souple et extensible (9, 10) est mis en communication avec la source de fluide sous 25 pression (28) provoquant le gonflage de cet élément, par des orifices (16)

ménagés dans la paroi du support.

3. Sonde de diagraphie électrique selon l'une des revendications 1 ou 2,

caractérisée en ce que l'élément souple (9, 10) portant chacune des électrodes 30 (21) est constitué par un manchon élastique, entourant extérieurement une partie du support (2) et dont les extrémités sont étroitement appliquées contre la surface externe de celui-ci de manière à fermer l'espace clos (11, 12) mis en communication avec la source de fluide sous pression (28) assurant le

gonflage dudit élément souple.

4. Sonde de diagraphie électrique selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les extrémités de chaque élément souple (9, 10) sont fixées sur la surface extérieure du support (2) par des

colliers de serrage externes (13, 14, 15).

5. Sonde de diagraphie électrique selon la revendication 4, caractérisée 10 en ce que les colliers (13, 14, 15) sont métalliques ou réalisés en matière

plastique, et sont associés à des moyens de serrage à vis ou à leviers.

6. Sonde de diagraphie électrique selon l'une quelconque des

revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chaque électrode (21) est 15 constituée par une série de barrettes métalliques (30, 31), réparties de façon

équidistante sur la surface externe de l'élément souple et extensible (9, 10), ces barrettes étant disposées selon au moins deux couches superposées et réunies entre elles deux à deux d'une couche à l'autre, au moyen de lamelles à ressort (32), propres à assurer la liaison mécanique entre ces barrettes 20 respectivement dans les deux couches ainsi que leur continuité électrique.

7. Sonde de diagraphie électrique selon l'une quelconque des

revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les électrodes (21) sont constituées par des pastilles ou autres éléments métalliques, collés ou 25 autrement fixés sur la surface externe de l'élément souple et extensible (9,

), et répartis circonférentiellement sur cette surface.

8. Sonde de diagraphie électrique selon l'une quelconque des

revendications 2 à 7, caractérisée en ce que les électrodes métalliques (21) 30 sont réunies au générateur de courant électrique et à l'appareil de mesure de

l'ensemble de contrôle (29) à l'extérieur du support tubulaire (2) par des câbles ou fils de liaison (23), passant par l'intérieur de ce support après

traversée des orifices (16) ménagés dans sa paroi.

9. Sonde de diagraphie électrique selon la revendication 8, caractérisée en ce que les câbles ou fils de liaison (23) présentent une longueur au moins

égale à la profondeur de pénétration du support à l'intérieur du forage (24).

10. Sonde de diagraphie électrique selon l'une quelconque des

revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le support tubulaire (2) est fermé à une extrémité et raccordé de façon étanche à l'autre à un tube flexible (17) pour l'alimentation du support, depuis l'extérieur du forage (24) avec la 10 source de fluide sous pression (28).

11. Sonde de diagraphie électrique selon la revendication 10,

caractérisée en ce que le tube flexible d'alimentation (17) est réuni à un compresseur (28) par l'intermédiaire d'un manomètre (26) et d'une manette de 15 commande, munie d'une valve de purge (27).

12. Sonde de diagraphie électrique selon l'une quelconque des

revendications 10 ou 11, caractérisée en ce que le tube flexible (17) enferme ou supporte les câbles ou fils de liaison (23) des électrodes (21) avec 20 l'appareil de mesure.

13. Sonde de diagraphie électrique selon l'une quelconque des

revendications 10 à 12, caractérisée en ce que l'extrémité fermée du support (2), à l'opposé de sa liaison avec le tube flexible (17), est munie d'un lest (4), 25 métallique ou autre, dans le cas d'un forage (24) vertical.

14. Sonde de diagraphie électrique selon l'une quelconque des

revendications 2 à 13, caractérisée en ce que l'élément souple (9, 10) comporte un organe creux rigide (22), fixé perpendiculairement à l'électrode 30 métallique (21) associée audit élément et traversant la paroi du support (2) par

un des orifices de communication (16) avec l'espace clos (11, 12).

15. Sonde de diagraphie électrique selon l'une quelconque des

revendications 1 à 14, caractérisée en ce que chaque électrode (21) est portée par l'élément souple et extensible (9, 10) avec interposition entre eux d'une bande mince (33) propre à réaliser l'humidification du sol au droit de

l'électrode.

16. Sonde de diagraphie électrique selon la revendication 15,

caractérisée en ce que la bande d'humidification (33) est constituée par un manchon circulaire en coton hydrophile extensible et présentant une élasticité 10 appropriée ou autre matériau textile similaire.

17. Sonde de diagraphie électrique selon l'une quelconque des

revendications 1 à 16, caractérisée en ce que le support tubulaire (2) comporte plusieurs électrodes (21), notamment, deux, trois ou quatre reliées de façon 15 séparée ou commune à l'ensemble de contrôle (29).