Localization and quantification of leakage in dams and embankments by self potential method
Localisation et quantification des zones de fuites dans les digues et les barrages par la méthode du potentiel spontané
Résumé
The self-potential method is (to the exception of temperature) the only geophysical method that is directly sensitive to the flow of the ground water. The flow of ground water produces indeed an electrical field which can be detected at the ground surface. The goal of this work is to show the usefulness of this method to detect and quantify seepage velocities in dams and embankments. The simplicity of implementation of the self-potential method allows fast investigation and direct diagnostic of leakage. This work applies this approach to dams and embankments. In the present work, we have developed the physics of the relationship between self-potential signals and ground water flow, forward numerical modeling with Comsol multiphysics 3.3 and inverse modeling with a truncated SVD approach. We use this modeling to estimate the flow rate on earth dam by coupling self-potential data and resistivity information. In addition, we automatized the treatment of the self-potential data to develop the self-potential methods along embankment dams.
La méthode du potentiel spontané est l'une des seules méthodes géophysiques (avec les mesures de température) à être directement sensible aux écoulements en milieu poreux. En effet, un écoulement de fluide en milieu poreux génère un champ électrique qu'il est possible de mesurer en surface (on parle de phénomène électrocinétique). L'objectif de ce travail de thèse est de montrer l'intérêt et l'utilité de cette méthode dans la détection des fuites ainsi que dans l'estimation des débits de fuite au sein des ouvrages hydrauliques que constituent les digues et les barrages. La simplicité de mise en oeuvre de cette méthode permet une investigation rapide des ouvrages hydrauliques et un diagnostic direct de la présence de fuites. Le travail présenté ici met en application cette méthode de potentiel spontané, aussi bien sur des ouvrages longs (les digues) que sur des ouvrages plus petits en termes d'extension horizontale (les barrages). Dans le cadre de ce travail, différentes investigations ont été réalisées, et de nouvelles techniques ont été développées, basées sur le principe de la mesure de potentiel électrique issu du phénomène électrocinétique, ont été développées dans le but de faciliter la détection, la quantification de zones de fuites éventuelles, ainsi que le rendement des mesures. Nous avons pu, par ailleurs, estimer le débit de fuite d'une digue en terre par méthode inverse à l'aide d'un couplage entre informations sur le potentiel spontané (cartographie) et sur la résistivité électrique (coupe). Le développement de la méthode inverse pour les digues s'est finalisé par l'élaboration d'un système d'inversion automatisé des signaux de potentiel spontané. Les résultats obtenus au cours de cette thèse permettent de valider l'intérêt de la méthode de potentiel spontané pour la localisation et de la détection des zones d'écoulements préférentiels dans les digues et les barrages.