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Vue de trois quart arrière de l'avion (Piper Navajo) avec ses trois capteurs du dispositif de mesure du champ magnétique, lors de la campagne de géophysique aéroportée GéoCentre à l'aérodrome d'Aubigny-sur-Nère (Aubigny-sur-Nère, Cher, 2008). © BRGM - José Perrin

Exploitation d’un levé électromagnétique héliporté pour affiner les géométries d’un modèle d’aquifères sédimentaires : application à l’ouest de Vierzon

27.08.2018
Dans le cadre d’un projet de développement propre, intitulé MODPAR pour « Modèles de Paramètres », le BRGM a investigué, en s’appuyant sur la Banque nationale de données de Géophysique aéroportée, l’apport potentiel d’un levé électromagnétique (EM) héliporté pour caractériser les premières centaines de mètres du sous-sol en domaine de bassin sédimentaire, en termes de propriétés lithologiques et de géométrie 3D.

La première phase du projet a consisté à affiner les géométries 3D des aquifères / aquitards du modèle SIGES (Système d’Information pour la Gestion des Eaux Souterraines) de la Région Centre-Val de Loire, en combinant le modèle 3D de résistivité issu d’un levé électromagnétique héliporté, à l’ouest de Vierzon, avec les informations disponibles dans une cinquantaine de forages.

En profondeur, ou dans les zones sans forages, l’imagerie EM héliportée, s’est révélée adaptée à la caractérisation géométrique des hydrosystèmes sédimentaires et ce, jusqu’à 300 m de profondeur environ.

Interfaces 3D des toits et bases des principaux aquifères reconnus, à l’ouest de Vierzon, sur 300 m de profondeur environ. © BRGM

Interfaces 3D des toits et bases des principaux aquifères reconnus, à l’ouest de Vierzon, sur 300 m de profondeur environ. © BRGM

Contexte

Afin d’améliorer la qualité des services rendus aux pouvoirs publics tout en renforçant le continuum entre les actions de recherche et celles d’appui aux politiques publiques, le BRGM investit en recherche propre pour développer des outils innovants d’investigation et de caractérisation du sous-sol. Le projet MODPAR « Modèles de Paramètres », s’inscrit dans cette démarche, en lien avec les activités du BRGM d’appui aux politiques publiques dans le domaine de l’Eau.

Ce projet exploite en particulier une couverture géophysique héliportée de très bonne qualité, réalisée par le BRGM en 2009 avec le concours de la Région Centre et des fonds FEDER, sur une zone à l’ouest de Vierzon (de 40 km x 12 km environ,). Ce levé investigue, sur 300 m de profondeur, cinq grands aquifères aux caractéristiques hydrogéologiques variées, depuis les sables et argiles de Sologne au nord, jusqu’aux calcaires du Jurassique supérieur au sud. Ces hydrosystèmes étaient déjà décrits par des modèles maillés des toits et bases des aquifères réalisés dans le cadre du SIGES à partir de l’interpolation de données géologiques cartographiques et issues de forages.

Objectifs

L’objectif du projet était d’investiguer le potentiel des données géophysiques aéroportées, en particulier des données électromagnétiques (EM), pour caractériser les propriétés et la géométrie 3D d’aquifères sédimentaires.

L’approche traditionnelle de modélisation de la géométrie des aquifères dans le sous-sol est en effet basée sur l’interpolation des limites d’affleurement des formations géologiques aquifères en surface, à partir des points où ces formations sont connues en profondeur grâce à des forages. Dans les zones présentant peu de forages, les géométries interpolées restent donc approximatives, de même qu’en profondeur (au-delà de quelques dizaines de mètres environ), les forages n’atteignant pas ces zones.

Avec une profondeur d’investigation de 300 m environ et une couverture continue du territoire permettant de restituer en 3D la résistivité électrique du sous-sol, qui varie selon la nature des roches (influence notamment de la porosité, de la présence d’argile et de la saturation du milieu), l’EM héliporté semblait donc présenter un certain potentiel afin de compléter l’approche classique.

Programme des travaux

La première phase du projet a consisté à confronter le modèle 3D de résistivité de l’EM héliporté aux géométries géologiques du modèle SIGES pré-existant. Cette confrontation a permis de constater :

  1. la très bonne cohérence d’ensemble des contrastes de résistivité avec les unités géologiques qui portent les aquifères,
  2. un décalage entre les côtes du toit et du mur des « principaux aquifères » du modèle SIGES et celles du modèle de résistivité dans les secteurs où les données des forages étaient en faible quantité ou inexistantes, soit en profondeur et dans les zones sans forage.

Coupe de résistivité issue du levé électromagnétique montrant à gauche, la bonne cohérence des interfaces du SIGES avec la résistivité et à droite, l’interface SIGES (non-contrainte par forage dans cette zone) en décalage avec la résistivité. © BRGM

Coupe de résistivité issue du levé électromagnétique montrant à gauche, la bonne cohérence des interfaces du SIGES avec la résistivité et à droite, l’interface SIGES (non-contrainte par forage dans cette zone) en décalage avec la résistivité. © BRGM

Dans une deuxième phase, un calage de l’interprétation du modèle de résistivité, en termes d’horizons hydrogéologiques, a été réalisé au voisinage des forages disponibles.

Principe du calage de l’interprétation de la résistivité issue de l’EM héliporté, sur un forage géologique. © BRGM

Principe du calage de l’interprétation de la résistivité issue de l’EM héliporté, sur un forage géologique. © BRGM

À l’aide du logiciel Geomodeller®, cette interprétation en cohérence avec les forages a été étendue à l’ensemble du modèle de résistivité 3D, ce qui a permis de restituer, sur l’ensemble de la zone, les géométries des toits et des bases des aquifères et aquitards sur la tranche de profondeur de 0 à 300 mètres.

Résultats obtenus

Un modèle 3D affiné a ainsi été réalisé, sur l’emprise du levé aérogéophysique, en cohérence avec les forages connus et les résistivités issues de l’EM héliporté.

Les phases suivantes du projet ont pour objectifs de valoriser le modèle 3D de résistivité afin d’intégrer au modèle géométrique des paramètres tels que la vitesse sismique, la porosité ou encore la perméabilité.

Partenaires

  • Région Centre-Val de Loire
  • Europe (Fonds FEDER)
BRGM - 3 avenue Claude-Guillemin - BP 36009 45060 Orléans Cedex 2 - France Tél. : +33 (0)2 38 64 34 34