Principe
La polarisation provoquée (PP) consiste à injecter un courant électrique dans les terrains et à mesurer leur effet capacitif (ou chargeabilité), en mesurant la relaxation électrique de ceux-ci après arrêt de l’injection,
Cette mesure peut être réalisée de deux manières principales : dans le domaine temporel (PPT), ou dans le domaine fréquentiel (PPF),
D’un point de vue pratique cette mesure est réalisée, comme la mesure de résistivité, à l’aide de quatre électrodes reliées à un résistivimètre. Il est nécessaire que l’émetteur puisse créer un courant électrique « 50% duty-cycle » c’est-à-dire avec une coupure franche du courant pendant une durée fixée par l’opérateur. La seconde contrainte technique est un récepteur sensible capable de mesurer des tensions de l’ordre de quelques micro-volts.
Description
La polarisation provoquée est une technique géophysique qui complète la méthode de résistivité électrique. Elle participe à la description géologique et hydrogéologique. Elle caractérise la capacité du milieu à se polariser sous l’effet d’un champ électrique. En d’autres termes, elle mesure l’effet capacitif d’un milieu géologique.
L’effet de polarisation provoquée peut être paramétrisé par l’impédance électrique complexe d’un matériau, ou par la chargeabilité électrique (les deux notions étant équivalentes. La différence vient du mode de mesure). Elle est principalement utile pour détecter des éléments métalliques. Elle permet également de détecter la présence de certains polluants et de suivre l’activité de biodégradation. En effet, la présence des biofilms crée une polarisation du milieu pendant l’injection d’un courant.
Applicabilité
Légende des tableaux 1, 2 et 3 suivants :
✅ = Technique applicable
❌ = Technique inapplicable
Milieu :
Le tableau 1 ci-dessous indique les milieux pour lesquels la polarisation provoquée est applicable ou non :
| Milieu concerné | Application |
|---|---|
| Sol | ✅ |
| Gaz du sol | ❌ |
| Eau souterraine | ❌ |
Type de sol :
Le tableau 2 ci-dessous indique les types de sols pour lesquels la polarisation provoquée est applicable ou non :
| Type de sol | Applicabilité |
|---|---|
| Sableux | ✅ |
| Limoneux | ✅ |
| Graveleux | ✅ |
| Argileux | ❌ |
| Roches et terrain indurés | ✅ |
Hydrogéologie :
Le tableau 3 ci-dessous indique les conditions hydrogéologiques dans lesquelles la polarisation provoquée est applicable ou non :
| Zone saturée et non saturée | Applicabilité |
|---|---|
| Perméable | ✅ |
| Semi-perméable | ✅ |
| Imperméable | ❌ |
Polluants caractérisés
Le tableau 4 ci-dessous indique les polluants caractérisables ou non au moyen de la polarisation provoquée :
Légende du tableau 4 :
✅ = polluant caractérisable
❌ = polluant incaractérisable
| Polluants | Sols | Gaz du sol | Eau souterraine |
|---|---|---|---|
| BTEX | ✅ | ❌ | ❌ |
| HAP | ✅ | ❌ | ❌ |
| HCT (C5-C10) | ✅ | ❌ | ❌ |
| HCT (C10-C40) | ✅ | ❌ | ❌ |
| Solvants chlorés | ✅ | ❌ | ❌ |
| PCB | ❌ | ❌ | ❌ |
| Métaux lourds | ❌ | ❌ | ❌ |
| Phénols | ✅ | ❌ | ❌ |
Etapes d'utilisation
Le tableau 5 ci-dessous indique les étapes aux cours desquelles la polarisation provoquée est utilisable ou non :
Légende du tableau 5 :
✅ = Technique utilisable
❌ = Technique inutilisable
| Etapes | Utilisation |
|---|---|
| Diagnostic rapide (screening) | ✅ |
| Diagnostic avancé (caractérisation du site) | ❌ |
| Suivi de la dépollution | ❌ |
| Surveillance environnementale | ✅ |
Types de résultats
Semi-quantitatif : ces résultats sous forme de profils, coupes et cartes de chargeabilité sont utilisés pour délimiter les zones contaminées et pour le suivi des panaches de pollution.
Avantages et inconvénients
Avantages :
La Polarisation provoquée présente les avantages suivants :
- Technique intégratrice et non destructive,
- Technique sensible à la nature et à l’état d’un sol,
- Mise en œuvre simple,
- Rapidité d’acquisition,
- Grande profondeur d’investigation,
- Bonne couverture en suivi temporel.
Inconvénients :
Les inconvénients et les facteurs limitants de cette technique sont les suivants :
- Investigations physiques (fouilles, forages) complémentaires obligatoires pour l’interprétation,
- Influence de nombreux paramètres : nature et teneur en minéraux métalliques et argileux, degré de saturation en eau, température, propriétés pétrophysiques (porosité, perméabilité, surface spécifique),
- Opérateur expérimenté requis.
Coûts
Location : +/- 1000 € HT par semaine.
Maturité
Techniques éprouvée : la polarisation provoquée disposant d’une R&D aboutie, elle est utilisée sur le terrain.
Mesures de sécurité
Les EPIs ne sont pas obligatoires lors de l’utilisation de l’appareil mais le port des chasubles est conseillé en fonction de la localisation des analyses (sites privés, au bord des routes, champs, etc.).
Références bibliographiques et sites ressources
Bibliographie :
Amélie Blondel.
Développement des méthodes géophysiques électriques pour la caractérisation des sites et sols pollués aux hydrocarbures. Sciences de la Terre. Université Michel de Montaigne -Bordeaux III, 2014. Français. NNT : 2014BOR30001. tel-00988260
Ayada A. & Chihani M., (2020)
Le résistivimètre, Mémoire de master, Université Larbi Tebessi – Tebessa, 58 p.
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 / v.1 – (nov. 2021)
Guide Fiches techniques innovantes
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.