Academic literature on the topic 'Électricité en géophysique'

Calcul de productibilité en déduisant de l'énergie solaire incidente les différentes pertes énergétiques. Le calcul permet de prévoir l'influence sur la production de la taille, du multiple solaire de l'installation du climat et de modifications technologiques simples

Les mécanismes produisant les signaux observés par la méthode de Polarisation Provoquée (PP) sur une large gamme de fréquences (entre 1 mHz et 20 kHz) ne sont pas encore complètement identifiés. Deux sujets particuliers ont été abordés dans cette thèse. L'origine du signal observé à haute fréquence (>1 kHz) a été analysé en effectuant des mesures de la résistivité complexe sur de l'eau à différentes salinités. Les résultats montrent des écarts sur la phase par rapport à la réponse attendue à haute fréquence. Ils dépendent du type d'électrode de mesures et de la conductivité du milieu. Un modèle basé sur un circuit électrique équivalent a été proposé pour modéliser ces effets. Nous avons aussi exploré le mécanisme responsable de la polarisation en présence de grains semi-conducteurs en analysant la dépendance de temps de relaxation. La réponse spectrale d'un milieu sableux saturé a été étudiée en variant la concentration et le type de l'électrolyte, la taille, le type et la quantité de grains semi-conducteurs insérés. En utilisant la méthode des éléments finis, nous avons entrepris une simulation numérique 2D basée sur la solution des équations de Poisson-Nernst-Planck dans le domaine temporel et spectral. Les résultats expérimentaux sont conformes à ceux issus de la simulation numérique et montrent une décroissance comparable du temps de relaxation avec l'augmentation de la concentration de l'électrolyte. Finalement, une campagne géophysique de terrain sur un site paléo-miniers contenant des grains semi-conducteurs complète l'approche de laboratoire. Des mesures de PP temporelles permettent de délimiter les zones de scories sur le site et d'en estimer le volume
The physical mechanisms responsible for the induced polarization response over the frequency range (from 1 mHz to 20 kHz) are not completely understood. In particular, within the framework of this thesis, two subjects have been addressed. The origin of the signal observed at high frequency (HF) (>1 kHz) was analyzed by carrying out Spectral IP measurements on tap water samples. A phase deviation from the expected response has been observed at HF. The resulted deviation in phase appears to be dependent on the measuring electrode type (potential electrodes) and conductivity of the medium. A model based on an equivalent electrical circuit and designed to represent HF response, has been proposed to correct these effects. The mechanism responsible for the polarization in a medium containing semi-conductor grains has been investigated by analyzing the dependence of the relaxation time. We carried out experimental measurements on a sand medium containing different types of semi-conductors. The spectral response was studied by varying the concentration and type of the electrolyte, the size and content of semi-conductor grains. By using the finite element method, a 2D numerical simulation based on Poisson-Nernst-Planck equations was performed in time and frequency domains. The experimental results are qualitatively in accordance with numerical simulation. It showed a comparable decrease in the relaxation time when increasing the electrolyte concentration. Finally, field measurements on a paleo-mining site containing semi-conductor grains have been acquired. Time-domain IP measurements allowed us to define the zones of slag in the site and led to estimate the slag volume

Le passage de la méso-échelle, échelle des modèles de circulation générale GCM, de l'anglais "General Circulation Models", à la micro-échelle (échelle hydrologique), pour les précipitations, est un exercice assez complexe. Les champs de précipitations comme la plupart des champs géophysiques turbulents obéissent au concept d'invariance d'échelle, qui est une caractéristique principale des champs multifractals. Par ailleurs, il a été prouvé que le transfert d'énergie des grosses structures aux plus petites structures au sein d'un phénomène géophysique turbulent s'effectue de façon multiplicative (Kolmogorov, 1962; Mandelbrot, 1974 ...): un facteur aléatoire déterminant la fraction de flux transmis d'un gros tourbillon à un plus petit. Le travail que nous présentons ici s'inscrit dans le cadre du projet EDF "Prévisions saisonnières et Hydraulicité" dans la gestion de son parc hydroélectrique et a pour objectif la construction d'un modèle de désagrégation basé sur le principe d'invariance d'échelle des champs de précipitation, donc utilisant les propriétés des champs géophysiques mentionnées ci-dessus. Dans un premier temps, nous conduisons une analyse multifractale (Schertzer et Lovejoy , 1991) sur des séries pluviométriques de la France (243 séries pluviométriques au pas de temps de six minutes, constituées sur une dizaine d'années distribuées sur la France métropolitaine), ce qui nous permet de déduire les paramètres multifractals, dans le temps, dans l'espace ou dans le cas spatio-temporel. La seconde étape consiste à construire des cascades multifractales, à partir des valeurs saisonnières de pluies avec les paramètres déterminés dans la première étape. Le principe de cette deuxième partie consiste, à partir d'une prévision mensuelle sur des mailles de dimensions 243km×243km×32jours (correspondant à une anisotropie espace-temps de l'ordre de H=2/3 :x=y=t (3/2) ) voisines de celles des modèles de circulation générale (dimensions de l'ordre de 250km×250km×30jours) et à conduire la cascade multifractale, avec les paramètres multifractals préalablement déterminés, pour atteindre des valeurs de prévision sur des mailles de l'ordre de 1km×1km×1j. Les résultats obtenus devront faire l'objet d'un conditionnement orographique avant d'être comparés avec les valeurs réelles obtenues.

Les mécanismes produisant les signaux observés par la méthode de Polarisation Provoquée (PP) sur une large gamme de fréquences (entre 1 mHz et 20 kHz) ne sont pas encore complètement identifiés. Deux sujets particuliers ont été abordés dans cette thèse. L'origine du signal observé à haute fréquence (>1 kHz) a été analysé en effectuant des mesures de la résistivité complexe sur de l'eau à différentes salinités. Les résultats montrent des écarts sur la phase par rapport à la réponse attendue à haute fréquence. Ils dépendent du type d'électrode de mesures et de la conductivité du milieu. Un modèle basé sur un circuit électrique équivalent a été proposé pour modéliser ces effets. Nous avons aussi exploré le mécanisme responsable de la polarisation en présence de grains semi-conducteurs en analysant la dépendance de temps de relaxation. La réponse spectrale d'un milieu sableux saturé a été étudiée en variant la concentration et le type de l'électrolyte, la taille, le type et la quantité de grains semi-conducteurs insérés. En utilisant la méthode des éléments finis, nous avons entrepris une simulation numérique 2D basée sur la solution des équations de Poisson-Nernst-Planck dans le domaine temporel et spectral. Les résultats expérimentaux sont conformes à ceux issus de la simulation numérique et montrent une décroissance comparable du temps de relaxation avec l'augmentation de la concentration de l'électrolyte. Finalement, une campagne géophysique de terrain sur un site paléo-miniers contenant des grains semi-conducteurs complète l'approche de laboratoire. Des mesures de PP temporelles permettent de délimiter les zones de scories sur le site et d'en estimer le volume
The physical mechanisms responsible for the induced polarization response over the frequency range (from 1 mHz to 20 kHz) are not completely understood. In particular, within the framework of this thesis, two subjects have been addressed. The origin of the signal observed at high frequency (HF) (>1 kHz) was analyzed by carrying out Spectral IP measurements on tap water samples. A phase deviation from the expected response has been observed at HF. The resulted deviation in phase appears to be dependent on the measuring electrode type (potential electrodes) and conductivity of the medium. A model based on an equivalent electrical circuit and designed to represent HF response, has been proposed to correct these effects. The mechanism responsible for the polarization in a medium containing semi-conductor grains has been investigated by analyzing the dependence of the relaxation time. We carried out experimental measurements on a sand medium containing different types of semi-conductors. The spectral response was studied by varying the concentration and type of the electrolyte, the size and content of semi-conductor grains. By using the finite element method, a 2D numerical simulation based on Poisson-Nernst-Planck equations was performed in time and frequency domains. The experimental results are qualitatively in accordance with numerical simulation. It showed a comparable decrease in the relaxation time when increasing the electrolyte concentration. Finally, field measurements on a paleo-mining site containing semi-conductor grains have been acquired. Time-domain IP measurements allowed us to define the zones of slag in the site and led to estimate the slag volume

Le stockage est la méthode de traitement des déchets non dangereux la plus communément utilisée dans le monde entier car elle est un moyen simple et économique pour leur élimination. Malgré une volonté nationale et européenne pour réduire le stockage de déchets biodégradables, une quantité non négligeable est encore enfouie entrainant la mise en place de modes de gestion spécifique. Autrefois exploitées comme de simples fosses de remplissage, les installations de stockage de déchets non dangereux (ISDND) sont aujourd’hui des ouvrages complexes dont l’objectif est de réduire l’impact environnemental et de valoriser énergétiquement le biogaz produit par la biodégradation de la matière organique. Afin d’accélérer les processus de biodégradation un casier de déchets peut être exploité en mode bioréacteur en réinjectant des lixiviats pour augmenter la teneur en eau des déchets. Le défi des années 2000 était de dimensionner et valider les systèmes de réinjection de lixiviat pour garantir une distribution optimale de la teneur en eau dans les massifs de déchets. Aujourd’hui, la question est de de suivre l’évolution de la biodégradation en tous points d’un massif pour notamment comprendre l’effet de ce mode de gestion. Les méthodes géophysiques en plus d’être non-destructives et spatialisantes sont utilisées depuis des années sur les ISDND et pourraient être sensibles à l’évolution de la biodégradation d’un massif de déchets, comme cela a été démontré pour la biodégradation d’autres milieux. Ainsi la problématique de cette thèse est d’évaluer la capacité de certaines méthodes géophysiques pour suivre l’évolution des paramètres bio-physico-chimiques d’un massif de déchets au cours de sa biodégradation. Un premier travail bibliographique a permis d’identifier quatre méthodes électriques parmi les méthodes géophysiques disponibles pour répondre à cette question :• La résistivité électrique• Le potentiel spontané• La polarisation provoquée• La polarisation provoquée spectraleAprès cet état de l’art, le travail de thèse a été séparé en trois parties. La première a été consacrée à la mise en place du suivi de ces quatre méthodes à l’échelle du laboratoire dans des conditions contrôlées, la seconde à analyser le suivi géophysique long terme sur le site industriel de la SAS Les Champs Jouault et la dernière a évaluée les observations à ces deux échelles. Enfin, la conclusion présente le potentiel de la méthode de mesure du potentiel provoquée comme la plus pertinente pour suivre l’évolution de la biodégradation d’un déchet non dangereux au cours du temps et aborde son utilisation dans un cadre industriel
Storage is the most commonly used waste treatment method in the world because it is a simple and economical way to dispose of solid waste. Despite a national and European desire to reduce the storage of biodegradable waste, a significant amount is still buried, leading to the implementation of specific management methods. Formerly exploited as mere filling pits, MSWL are today complex structures whose objective is to reduce the environmental impact and energetically valorize the biogas produced by the biodegradation of organic matter. In order to accelerate biodegradation processes, a waste cell can be operated in bioreactor mode by reinjecting leachates to increase the water content of the waste. The challenge of the 2000s was to size and validate leachate re-injection systems to ensure optimal distribution of water content in the waste mass. Today, the question is to monitor evolution of the biodegradation in all points of a waste mass in particular to understand the effect of this management mode. Geophysical methods in addition to being non-destructive and spatializing have been used for years on MSWLs and could be sensitive to the evolution of a waste mass biodegradation, as has been demonstrated for the biodegradation of others environments. Thus the problematic of this thesis is to evaluate the capacity of certain geophysical methods to monitor the evolution of the bio-physicochemical parameters of a waste mass during its biodegradation. A first bibliographic work identified four electrical methods among the geophysical methods available to answer this question:• Electrical resistivity• Self potential• Time domain induced polarization• Spectral induced polarizationAfter this state of the art, the thesis work was separated into three parts. The first one was devoted to the implementation of the monitoring of these four methods at the laboratory scale under controlled conditions, the second to analyze the long-term geophysical monitoring at the industrial site of SAS Les Champs Jouault and the last one to evaluate the observations at these two scales. Finally, the conclusion presents the potential of time domain induced polarization method as the most relevant to monitor the evolution of a waste mass biodegradation over time and discusses its use in an industrial setting

Les argiles sont répandues dans la proche surface de la Terre, et ont un fort impact sur la perméabilité des formations géologiques. Leur très faible perméabilité fait des formations argileuses des "pièges géologiques" d’intérêt dans divers domaines d’étude des géosciences (notamment pour le pétrole et le gaz, la géothermie, le stockage des déchets nucléaires, entre autres). Les minéraux argileux présentent une charge de surface et une surface spécifique très importantes, ce qui génère le développement d’une double couche électrique particulièrement importante. La polarisation provoquée spectrale (PPS) est une méthode géoélectrique active qui permet d’obtenir de manière non-invasive la conductivité électrique complexe en fonction de la fréquence d’un géo-matériau du mHz au kHz. La conductivité complexe informe sur la capacité du matériau sondé à conduire un courant électrique et sur sa capacité à se polariser (à mobiliser de manière réversible des charges électriques). Cette thèse présente un protocole de laboratoire détaillé pour obtenir des mesures de PPS sur différents types d’argiles à des salinités variables, ainsi que des mélanges hétérogènes artificiels d’illite et demontmorillonite. Les résultats de la première étude montrent que la partie réelle de la conductivité électrique augmente avec la salinité, mais la partie imaginaire augmente jusqu’à un maximum et puis diminue. Cette diminution est due à la coagulation des argiles à hautes salinités. Cette coagulation potentielle des argiles altérerait l’espace poral puis modifierait les mécanismes de polarisation en jeu. Par ailleurs, en comparant le rapport de la conductivité de surface (imaginaire versus réelle) et d’autres données de la littérature, on remarque que ce rapport diminue avec la teneur en argile. Pour la deuxième étude, on observe que la montmorillonite domine la polarisation par rapport à l’illite. Cependant, les deux argiles ont un effet sur la conduction des mélanges. Les lois de mélanges sont une approche efficace pour modéliser ce type de mélange hétérogène d’argiles. Les modèles de réseaux de conductance complexes sont également utiles pour prédire la forme des spectres de polarisation. Les résultats de ce travail de thèse ouvrent de nouvelles perspectives pour la caractérisation des matériaux argileux avec la PPS
Clays are ubiquitously present in the Earth’s near surface and they have a high impact on the permeability of a system. Due to this property, clay formations are used in a variety of geology related applications (oil and gas, geothermal, nuclear waste storage, critical zone research, among others). Clays have a high surface charge and a high specific surface area, this property gives clays a particularly strong electrical double layer (EDL). Spectral induced polarization (SIP) is an active geo-electrical method thatmeasures in a non-invasive manner the frequency-dependent complex conductivity of a geo-material from themHz to the kHz. The complex conductivity informs about the ability the probed material has to conduct an electrical current and the ability to polarize (to reversibly store electrical charges). This thesis presents a detailed laboratory protocol to obtain SIP measurements of different types of clay at varying salinities, as well as an artificial heterogeneous mixture of illite and red montmorillonite with a salinity of around 10¡2 mol L¡1. The results of the first study show that the real part of the electrical conductivity increases with salinity, but the imaginary part increases until a maxima and then decreases. An interpretation of the decrease can come fromthe fact that clays coagulate at high salinities. The potential coagulation of clays would alter the pore space and then alter the polarization mechanisms in play. Furthermore, when comparing the ratio of the surface conductivity (imaginary versus real) of these resultswith other data in the literature, we notice that this ratio decreaseswith clay content. For the second study, we observe that red montmorillonite dominates the polarization with respect to illite. However, both clays effect the conduction of the mixtures. Mixing laws are an effective approach to model the complex conductivity of these heterogeneous mixtures. Complex conductance network models are better at predicting the shape of the polarization spectra. The results of this thesis work open new opportunities for clay characterization using SIP

La précipitation et la dissolution de la calcite sont des processus primordiaux dans les roches carbonatées et le fait de pouvoir les surveiller in situ est un enjeu majeur. Les méthodes hydrogéophysiques sont fondées sur le développement de techniques géophysiques appropriées pour le suivi des processus hydrologiques et biogéochimiques de manière non-intrusive et à faible coût. Parmi les techniques existantes, les méthodes électriques ont déjà prouvé leur capacité à surveiller de tels processus. Pour cette raison, les méthodes du potentiel spontané (PS) et de la polarisation provoquée spectrale (PPS) ont été choisies pour investiguer les processus de dissolution et de précipitation de la calcite. La PS est une technique passive consistant à mesurer le champ électrique naturel généré par les flux d’eau et les gradients de concentration, tandis que la PPS est une méthode active mesurant la conductivité électrique complexe aux basses fréquences (mHz-kHz). Ses composantes réelle et imaginaire peuvent être reliées respectivement à la microstructure et à l’état de surface des minéraux le constituant. Cette thèse présente des développements expérimentaux et théoriques afin d'améliorer l’interprétation des méthodes PS et PPS. Un nouveau modèle de conductivité électrique est développé et montre un bon ajustement avec les résultats numériques de dissolution et de précipitation. Des données PS remarquables ont été obtenues et ont pu être reliées quantitativement grâce à de la modélisation de transport réactif. Les résultats PPS nourrissent la réflexion sur les mécanismes responsables des variations de polarisation engendrés par la réactivité de la calcite
Precipitation and dissolution of calcite are key processes in carbonate rocks and being able to monitor them in situ is a major issue. Hydrogeophysical methods are based on the development of appropriate geophysical techniques for monitoring hydrological and biogeochemical processes in a non-intrusive and low-cost manner. Among the existing techniques, electrical methods have already proven their ability to monitor such processes. For this reason, the methods of self-potential (SP) and spectral induced polarization (SIP) were chosen to investigate the processes of dissolution and precipitation of calcite. SP is a passive technique consisting in measuring the natural electric field generated by water flows and concentration gradients, while SIP is an active method measuring the complex electrical conductivity at low frequencies (mHz-kHz). Its real and imaginary components can be related respectively to the microstructure and surface state of the minerals constituting it. This thesis presents experimental and theoretical developments in order to improve the interpretation of SP and SIP methods. A new electrical conductivity model is developed and shows a good fit with the numerical results of dissolution and precipitation. Remarkable SP data have been obtained and could be quantitatively linked through reactive transport modeling. The SIP results provide further insights into the mechanisms responsible for the polarization variations caused by the reactivity of calcite

La biodégradation stimulée est une méthode de dépollution in situ utilisée pour dégrader des hydrocarbures. Son suivi se fait actuellement via des forages coûteux et trop peu nombreux. Ce travail de thèse propose d’améliorer le suivi d’une biodégradation en combinant des méthodes géophysiques électriques (polarisation provoquée) et des analyses de CO2 (flux en surface et isotopie du carbone). Ces outils ont été testés à l’échelle du laboratoire, puis mis en œuvre sur un site pilote en cours de dépollution. La dégradation aérobie du toluène en colonnes par une souche bactérienne connue (Rhodococcus wratislaviensis) a été caractérisée par une production de CO2, un fractionnement isotopique du carbone, et par une évolution de la résistivité électrique complexe du milieu poreux, en corrélation avec les analyses microbiologiques et géochimiques. Ces résultats ont permis de mettre en place un suivi à l’échelle du terrain. Le site est une station-service où des fuites d’essences et de gasoil ont eu lieu il y a une quinzaine d’années. Une tranchée apporte de l’oxygène à la nappe pour stimuler les processus bactériens aérobies. Des campagnes géophysiques ainsi que des analyses de CO 2ont été réalisées à partir de février 2014. Les premiers résultats montrent une zone plus conductrice et plus chargeable qui correspond à la zone polluée définie par les analyses géochimiques en forages. De plus, au niveau de cette zone, de fortes émissions de CO2 ont été mesurées avec une signature isotopique caractéristique d’une biodégradation d’hydrocarbures. Ces résultats montrent l’intérêt de combiner des méthodes géophysiques avec des analyses de gaz pour surveiller des zones de biodégradation et d’ores-et-déjà, permettent de fournir une méthodologie non destructrice et originale de monitoring in situ
Stimulated biodegradation is a depollution technique used to degrade hydrocarbons. Its monitoring is currently done thanks to very few expensive wells. This PhD research work proposes to improve bioremediation monitoring by combining geophysical electrical methods (induced polarization) and CO2 analyses (surface emissions and carbon isotopic ratio). These tools were tested at laboratory scale and then implemented on a pilot site under decontamination. Aerobic degradation of toluene in columns by a known bacterial strain (Rhodococcus wratislaviensis) was characterized by CO2 production, carbon isotopic fractionation and by an evolution of electrical complex resistivity of porous media, in correlation with microbiological and geochemical analyses. These results allowed to implement a monitoring at the site scale. The site is a gas station where gasoline and diesel leaked fifteen years ago. A trench supply oxygen to the water table in order to stimulate aerobic bacterial processes. Geophysical campaigns and CO2 analyses have been carried out since February 2014. The first results show a more conductive and chargeable area which corresponds to the contaminated zone defined by geochemical analyses in wells. Moreover in this area CO2 emissions have been measured with an isotopic signature typical of hydrocarbon biodegradation. These results show the interest of combining geophysical methods with gas analyses to monitor biodegradation and they have already allowed to provide a non-destructive and new methodology for in situ monitoring