Potentiel spontané

On appelle potentiel spontané (PS) la mesure passive de la distribution du potentiel électrique à la surface du sol sans injection de courant. Ce potentiel électrique naturel est associé à des mécanismes de polarisation de charges électriques dans le milieu poreux.

Ces mécanismes sont dus à l’existence de gradients de potentiel chimique des porteurs de charges. Ainsi, selon le type de porteur de charges, le phénomène à l’origine du courant source sera de nature différente. 

Les mesures PS peuvent être réalisées avec un équipement très simple constitué d’un voltmètre et deux électrodes passives non polarisables : une des électrodes reste fixe et sert de référence alors que la seconde est déplacée pour chaque mesure.

Schéma de principe de la mesure passive du potentiel spontané entre deux électrodes non polarisables (Naudet 2004).

L’amplitude des signaux électriques mesurés à la surface du sol varie de quelques mV à quelques V en valeur absolue.

Les zones contaminées polluées peuvent créer deux types de phénomènes.

PS : un effet électro-redox dû à la variation du potentiel redox dans la nappe sous l’effet de la dégradation du polluant, et/ou un effet électro-diffusif créé par le gradient de concentration des espèces ioniques. Dans le cas où il existe, l’amplitude du premier effet est largement supérieure à celle du second.

Sur les cartes PS, les zones contaminées sont visibles par des anomalies négatives pouvant aller d’une dizaine de mV à plusieurs volts.

Légende des tableaux 1, 2 et 3 suivants : 

✅ = Technique applicable
❌ = Technique inapplicable

Milieu :

Le tableau 1 ci-dessous indique les milieux pour lesquels la technique de potentiel spontané est applicable ou non :

Type de sol :

Le tableau 2 ci-dessous indique les types de sols pour lesquels la technique de potentiel spontané est applicable ou non :

Hydrogéologie :

Le tableau 3 ci-dessous indique les polluants caractérisables ou non au moyen de la technique de potentiel spontané :

Le tableau 4 ci-dessous indique les polluants caractérisables ou non au moyen de la technique de potentiel spontané :

✅ = Polluant caractérisable
❌ = Polluant incaractérisable

Le tableau 5 ci-dessous indique les étapes aux cours desquelles la technique de potentiel spontané est utilisable ou non :

Légende du tableau : ✅ = technique utilisable ❌ = technique inutilisable

Semi-quantitatif : la méthode du PS permet de repérer et de suivre les polluants qui modifient les propriétés du fluide interstitiel et engendrent des différences de potentiels. 

Avantages :

Le Potentiel spontané présente les avantages suivants :

• Localisation des sources ponctuelles de contamination,
• Mesures PS faciles et rapides à réaliser.

Inconvénients :

Les inconvénients et les facteurs limitants de cette technique sont les suivants :

• Présence des sources de « bruit » électromagnétique,
• Présence de multiples sources de champ électrique qui est difficile à discriminer,
• Opérateur expérimenté requis,
• Sensibilités à de multiples sources d’interférences, y compris les câbles enterrés, les pipelines, les orages magnétiques et l’écoulement des eaux souterraines,
• Mesures indirecte (sans identification directe) et relative (nécessite des investigations complémentaires),
• Interprétation complexe (plusieurs phénomènes peuvent donner le même résultat de mesure).

• Achat : 200 € HT
• Location du matériel : quelques dizaines d’euros 

Technique peu mature : les indicateurs sont développés ou en cours de développement.

Pour assurer la sécurité des techniciens sur le terrain, les EPIs ne sont pas obligatoires lors de l’utilisation de l’appareil mais le port des chasubles est vivement conseillé.

Bibliographie :

Casanova J., Béchu E., Bouzit M., Leroy Ph., Maton L., Pettenati M., (2008)
Appui au projet de Recharge artificielle et Gestion Active des nappes Littorales (REGAL). Rapport intermédiaire BRGM/RP – 56836 – FR, Décembre 2008, 63 pages, 20 illustrations.

Cavalcante Fraga L. H., (2019)
Caractérisation des sols pollués via des méthodes géophysiques - Couplage entre le diagnostic conventionnel et les méthodes géophysiques pour estimer la distribution spatiale des polluants à l’aide du formalisme géostatistique. Thèse de doctorat, Sorbonne Université, 236p.

MTE, INERIS, ADEME, BRGM (nov. 2021)
Guide Fiches techniques innovantes  / v.1 
https://ssp-infoterre-refonte.brgm.fr/fr/guide/fiches-ssp-techniques-innovantes

Naudet V., (2004)
Les méthodes de résistivité électrique et de potentiel spontané appliquées aux sites contaminés. Géophysique [physics.geo-ph]. Université de droit, d’économie et des sciences Aix-Marseille III, 2004. Français. NNT:.tel-00007727