Characterization of groundwater flow in porous media using Self-Potential method
Caractérisation et suivi des écoulements hydriques dans les milieux poreux par la méthode du Potentiel Spontané
Résumé
In hydrogeology, the information related to the piezometric surface and hydraulic properties is usually obtained from in situ measurements in a set of piezometers. However, this approach is intrusive and depends on the number of available piezometers. This explains why, in the last decade, research scientists looked for a new geophysical method able to determine the piezometric head variations and the groundwater flow parameters in a non-intrusive way. The self-potential method offers such possibility. Indeed, the flow of groundwater is responsible for a measurable electrical field owing to the electrokinetic coupling between the water flux and the electrical current density. This electrokinetic coupling is one of the sources for the so-called self-potential signals measured passively at the ground surface with non-polarisable electrodes. Field and laboratory experiments were undertaken in order to measure the electric signals of a groundwater flow during pumping and infiltration tests. The field and laboratory results prove the capacity of the self-potential method to follow the groundwater flow in real time. They indicate that the self-potential variations are linearly related, at the first order, to the piezometric head variations. These experiences show the usefulness of the self-potential method to monitor the groundwater flow and to estimate the groundwater flow parameters.
Identifier la géométrie des écoulements souterrains est un objectif majeur de l'hydrologie. L'objectif de ce travail de thèse est de montrer que la méthode du Potentiel Spontané (PS) peut fournir des informations spatialisées sur la géométrie des circulations hydriques et sur les propriétés hydrauliques du sous-sol. La méthode PS est basée sur la mesure du champ électrique naturellement présent dans le sous-sol. Des expériences de terrain ont été menées pour mesurer la signature électrique d'un écoulement hydrique lors d'expériences de pompage et d'infiltration. Pour une meilleure compréhension du problème physique sous-jacent, des simulations de pompage et d'infiltration ont été réalisées dans une cuve en Plexiglas. Les résultats obtenus sur le terrain et en laboratoire démontrent la capacité de la méthode PS pour suivre la progression d'un écoulement et confirment l'intérêt de celle-ci comme outil adapté à la détermination du niveau piézométrique et des propriétés hydrauliques du sous-sol.
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