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La conductibilité électrique des roches

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La conductibilité électrique des roches

  • Dans un conducteur, le courant électrique peut s'écouler selon deux modes distincts:

    1 La conductibilité solide

    Le passage du courant se fait par déplacement d'électrons. On parle de conductibilité électronique ou métallique car c'est une conductibilité analogue à celle des métaux. Cette conductibilité solide n'est réellement importante que pour certains gisements minéraux tels que :

    * certains sulfures (pyrite, galène)
    * certains oxydes (magnétite , hématite)
    * le graphite, l'or, l'argent, le platine, etc..


    Figure 1.1 Relation entre la résistivité et la quantité de pyrite et de pentlandite présente dans un gabbro (les échantillons proviennent d’un minerai dans le Sud du Maine). Les nombres entre parenthèses indiquent le nombre de mesure qui ont été moyennée et représentée en un seul point.

    La résistivité de ces minéraux conducteurs est de l'ordre de 0,01 ohm.m. Pour que ces minéraux puissent modifier la résistivité de la roche il faut (Figure 2-5):
    * que la quantité soit suffisante (sable aurifère 0,6 g/t, insuffisant)
    * que " l'habitus " soit dendritique, un habitus granulaire a beaucoup moins d'effet ceci à cause du contact imparfait entre les minéraux.
    * que la roche soit sous le niveau hydrostatique surtout lorsque le minéral est dispersé en grains qui ne sont pas jointifs. Dans ces cas là la roche, si elle est sèche, n'est pas affectée par la présence de ces minéraux conducteurs, elle reste infiniment résistante.

    2 La conductibilité liquide électrolytique:
    En fait, pour la plupart des roches, la conductibilité est presque uniquement de type électrolytique. Cela signifie que ce sont les ions qui transportent des charges sous l'effet du champ électrique et que les roches conduisent le courant électrique grâce à l'eau qu'elles contiennent. La résistivité d'une roche va dépendre de:
    * La qualité de l'électrolyte, c'est à dire de la résistivité de l'eau d'imbibitionw et par conséquent de la quantité de sels dissous.
    * de la quantité d'électrolyte contenu dans l'unité de volume de la roche.
    * du mode de distribution de l'électrolyte.

    2.1 La qualité de l’électrolyte
    Quand un sel se dissout dans l'eau, il se dissocie en ions chargés positivement et ions chargés négativement. Lorsque l'on applique un champ électrique, les ions vont se déplacer.
    Ce déplacement est gêné par la viscosité de l'eau et pour un ion donné atteint une vitesse limite appelée la mobilité des ions.

    2.2 La salinité
    La conductibilité d'un électrolyte dépend en fait de la teneur en ions et de la mobilité des différents ions en solution et du degré de dissociation. On peut écrire:



    La mobilité des ions est différente pour chaque ion, par exemple:


    Une eau avec la même concentration en poids de sels dissous aura une résistivité différente selon les ions en présence.

    Du point de vue chimique, on définit le résidu sec, qui représente le total des matières dissoutes. On l'exprime en g/litre.

    l g/litre = 1000 ppm          l mg/litre = 1ppm

    On admet généralement que si ce résidu sec est plus élevé que 8g/litre, 8000 ppm, l'eau est non potable. Cette limite dépend des ressources en eau de la région (Figures 2-6, 2-7, 2-9). En France par exemple le décret de 1989 préconise 1500 ppm.













    Il faut noter qu'une eau peut être non potable pour l'homme, mais utilisable pour le bétail. On parle de salinité équivalente, c'est la salinité en NaCl qui donnerait la même résistivité. Lorsque l’on connaît la composition d’une eau, on peut, grâce à des facteurs de correction pour les différents ions, (Erreur ! Source du renvoi introuvable., Abaque 2) calculer son équivalent NaCl. L’inverse n’est pas vrai, la connaissance de la résistivité d’une eau ne permet que d’obtenir son équivalent NaCl et non pas sa composition. La qualité d'une eau dans une roche va aussi dépendre:
    * de la nature des eaux connées originelles
    * de la solubilité des minéraux de la roche
    * de l'âge de la roche

    D'une manière générale, les roches à grains fins et à pores fins renferment des eaux plus salines, plus conductrices donc, que les roches plus perméables, en effet l'eau ne circule pas et se charge en ions. Ainsi, la moraine argileuse renferme une eau en général beaucoup plus conductrice que celle des graviers. Les roches les plus vieilles présentent des eaux plus chargées en sels.

    2.3 La température
    La résistivité d'un électrolyte dépend aussi de la température. Une augmentation de température diminue la viscosité, la mobilité des ions devient plus grande, par ailleurs, la dissociation augmente, ce qui a pour effet de diminuer la résistivité ou inversement d'augmenter la conductibilité, (Erreur ! Source du renvoi introuvable., Abaque 1).

    En examinant le problème de la qualité de l'électrolyte on remarque tout de suite que la mesure des résistivités peut être une bonne méthode de prospection pour délimiter l'invasion par l'eau salée d'un aquifère d'eau douce, et de même pour surveiller la pollution de la nappe par les hydrocarbures.

    2.4 La quantité d'électrolyte
    La quantité d'eau contenue dans les roches dépend de la porosité Ø, on distingue:

    a) La porosité totale Øt
    La porosité totale ou absolue est le rapport entre le volume des vides et le volume total de la roche C'est un nombre sans unité exprimé en %.


    On distingue la porosité primaire et la porosité secondaire. La porosité primaire, formée pendant le dépôt du sédiment, est de type intergranulaire. Son importance dépend du degré de classement des grains et de leur forme. Elle ne dépend pas de leur taille. La porosité primaire que l'on rencontre surtout dans les roches détritiques diminue généralement avec le temps sous l'effet de la cimentation et de la compaction.

    La porosité secondaire englobe la porosité vacuolaire acquise par dissolution dans les roches d'origine chimique ou biochimique, la porosité de fracture et la porosité due à l'altération.

    b) La porosité efficace ou effective Øe
    Les pores, pour permettre le passage d'un fluide, doivent être connectés. On définit alors:


    Cette porosité effective (ou efficace) peut être très inférieure à la porosité totale (Figure 2-11) lorsque les pores de la roche ne sont pas en communication (pierre ponce) ou que la taille des pores est telle que les fluides ne peuvent pas circuler (silt), ou encore qu'une partie de l'eau est absorbée par les minéraux de la roche (argile) (Figure 2-13).





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