Inversion 3D des mesures de résonance magnétique par méthode de Monte Carlo

Au moyen de multiples boucles de courant émettant un champ magnétique oscillant, la Tomographie par résonance magnétique est une méthode dont le signal mesuré est directement relié à la distribution de l'eau dans le sol. La traduction de ce signal en une distribution de teneur en eau n'est cependant pas unique. Pour contourner ce problème, il est possible de collecter un grand nombre de distribution de teneur en eau, expliquant le signal de manière équivalente, grâce aux méthodes de Monte Carlo. L'image obtenue devient ainsi probabiliste et permet d'éviter d'interpréter à tord une unique solution. A cette fin, l'algorithme de Recuit Simulé est adapté pour l'inversion 3D de données synthétiques avant d'être utilisée sur des données acquises sur le glacier de Tête-Rousse en 2009

Study of the factors affecting the karst volume assessment in the Dead Sea sinkhole problem using microgravity field analysis and 3-D modeling

Thousands of sinkholes have appeared in the Dead Sea (DS) coastal area in Israel and Jordan during two last decades. The sinkhole development is recently associated with the buried evaporation karst at the depth of 25–50 m from earth's surface caused by the drop of the DS level at the rate of 0.8–1.0 m/yr. Drop in the Dead Sea level has changed hydrogeological conditions in the subsurface and caused surface to collapse. The pre-existing cavern was detected using microgravity mapping in the Nahal Hever South site where seven sinkholes of 1–2 m diameter had been opened. About 5000 gravity stations were observed in the area of 200×200 m<sup>2</sup> by the use of Scintrex CG-3M AutoGrav gravimeter. Besides the conventional set of corrections applied in microgravity investigations, a correction for a strong gravity horizontal gradient (DS Transform Zone negative gravity anomaly influence) was inserted. As a result, residual gravity anomaly of –(0.08÷0.14) mGal was revealed. The gravity field analysis was supported by resistivity measurements. We applied the Emigma 7.8 gravity software to create the 3-D physical-geological models of the sinkholes development area. The modeling was confirmed by application of the <i>GSFC</i> program developed especially for 3-D combined gravity-magnetic modeling in complicated environments. Computed numerous gravity models verified an effective applicability of the microgravity technology for detection of karst cavities and estimation of their physical-geological parameters. A volume of the karst was approximately estimated as 35 000 m<sup>3</sup>. The visual analysis of large sinkhole clusters have been forming at the microgravity anomaly site, confirmed the results of microgravity mapping and 3-D modeling

Noise removal in MRS applications: field cases and filtering strategies

International audienceThe usefulness and reliability of magnetic resonance information to characterize water bearing geological structures has been widely demonstrated these last two decades all over the world and many future applications just begin. The main limitation of MRS applicability is its sensitivity to the electromagnetic noise which results in a long and site dependent measuring duration, and generally prove to be impossible in urban conditions. Many improvements have been performed all along the development of MRS technology. Nowadays, numerous mono and multi-channel processing schemes have been published, but efficiency remains site and time dependent. We have reviewed data from various contexts and compared the noise removal efficiency and impact of the filtering on synthetic signal added to real noise data. We also used methods derived from magneto-telluric to study the structure of the noise and present a continuous EM field monitoring during a storm event in mountain where we performed a MRS survey. We observed that the reconstruction of natural noise is a percentage of the ambient noise, the ratio is almost stable. Despite this observation of stable removal performance, it means that when the level of noise is multiplied by 10 to 100 and more… it is better to stop measuring MRS and wait for a quiet period of time

Simulation des variations de stock d'eau et mesures de gravimétrie absolue à Nalohou, Bénin

Dans le cadre du projet ANR GHYRAF (Gravimétrie et HYdRologie en Afrique), trois années de mesures de gravimétrie absolue ont été réalisées en zone de mousson ouest africaine au Bénin. Ces données sont comparées aux variations de stocks d'eau simulées grâce à un modèle numérique contraint par un suivi hydrologique (Sonde à neutrons, piézométrie) et dont la structure est basée sur des données géophysiques (résistivité EM et OC, RMP). La bonne concordance obtenue permet d'évaluer la zone de sensibilité du gravimètre, et d'estimer les contributions relatives de la zone non saturée et de la nappe phréatique dans la variation totale de stock. On montre que la gravimétrie absolue est une source de données indépendantes permettant de contraindre le modèle hydrologique. (Résumé d'auteur

Suivi temporel [2007-2014] par géoradar et résonance magnétique protonique d'une poche d'eau localisée au sein du glacier polythermique de Tête Rousse (massif du Mont Blanc)

National audienceWe present Ground Penetrating radar and Surface Nuclear magnetic resonance investigations of an englacial water pocket embedded in the polythermal glacier of Tête Rousse. Besides glacier bed and crevasses characterization, these data allowed the monitoring of the cavity whose geometry changed after artificial water drainages were performed. Introduction Le régime thermique des glaciers tempérés dépend de plusieurs facteurs climatiques et locaux, parmi lesquels l'altitude, l'accumulation de neige, l'exposition et la géométrie 3D (Gilbert et al., 2012). Dans ce contexte, la présence de lacs supra-glaciaires, pro-glaciaires ou intra-glacaires génère un risque important pour les infrastructures et les habitants localisés dans les vallées en aval, notamment en cas de drainage abrupt et soudain de ces lacs. Parmi ceux-ci, les lacs intra-glaciaires posent un problème crucial car ils sont invisibles depuis la surface et donc difficiles à détecter. Un cas emblématique s'est produit en 1892 à Saint-Gervais (Alpes françaises), où une vague composée de plusieurs centaines de milliers de m 3 d'un mélange d'eau, de boue et de blocs rocheux a atteint la ville quelques minutes après la rupture d'une cavité remplie d'eau au sein du glacier de Tête Rousse (Vincent et al., 2010), faisant 175 victimes. Le cas présenté ci-après détaille les investigations géophysiques réalisées au sein du glacier de Tête Rousse à partir de 2007, originellement dédiées à l'évaluation du maintien de la maintenance d'une galerie drainante creusée en 1905. En 2007, les investigations géoradar ont révélé la présence d'une forte réflectivité localisée à 40 mètres de profondeur au sein du glacier, qui potentiellement pouvait être due à une cavité remplie d'eau. Des campagnes additionnelles basées sur les méthodes de Résonance Magnétique Protonique (RMP) et géoradar ont permis entre 2009 et 2010 de valider l'hypothèse d'une cavité remplie d'eau, hypothèse définitivement confirmée par 11 forages de reconnaissance réalisés en juillet 2010 (Vincent et al., 2010). Cette découverte a conduit les autorités en charge de la gestion du risque à décider d'un drainage de la poche, opération réalisée en 2010 et renouvelée en 2011 et 2012, et d'un suivi temporel notamment géophysique (Figure 1). De nombreuses mesures météorologiques, hydrologiques et géophysiques ont été combinées afin de comprendre la formation et l'évolution de la poche suite aux drainages. Ces travaux ont fait l'objet de nombreuses publications portées sur l'étude de la formation de la poche d'eau et de son évolution (Vincent et al., 2012, 2015), sur les données RMP (Legchenko et al., 2011, 2014) et sur les données géoradar (Garambois et al., 2015). Nous proposons ici de revenir sur ces reconnaissances géophysiques et de leurs apports et limites respectives, depuis la découverte de la poche d'eau en 2007 jusqu'aux reconnaissances effectués jusqu'en 2014

Suivi des variations spatio-temporelles du stock d'eau près d'une mare endoréique au Sahel par résonance magnétique des protons et par gravimétrie

L'infiltration profonde sous les mares temporaires est la principale source de recharge des aquifères libres au Sahel. Au Niger semi-aride, une tomographie et un suivi RMP (résonance magnétique protonique) ainsi que plusieurs campagnes de mesures de gravimétrie absolue et relative ont été réalisés entre 2008 et 2010 pour étudier la sensibilité des deux méthodes géophysiques aux variations spatio-temporelles du stock d'eau souterrain à proximité d'une mare. Les résultats montrent une bonne cohérence et une complémentarité des méthodes, les sondages RMP étant davantage précis pour caractériser les variations verticales et horizontales du stock d'eau et la gravimétrie étant plus performante pour l'estimation des variations temporelles et/ou superficielles. (Résumé d'auteur

Monitoring water accumulation in a glacier using time lapse magnetic resonance surveys

International audienceSince the catastrophic subglacial lake outburst flood in 1892, the risk of a new event in the glacier of Tête Rousse, in the Alps (close to the Mont Blanc) has been thoroughly studied until now (Vincent et al., 2010, 2012). In the last 5 years, the combination of several geophysical technics has provided valuable input for the glaciologists to better understand the structure and the evolution of sub-glacial liquid water (Garambois et al, 2015). Ground penetrating radar which has proven for long to be a very efficient tool in glacial environment has been used here, providing fine imaging of internal structures, bed rock depth estimate, crevasses and the top of the main cavity. In addition, Magnetic resonance has been performed in 2009, confirming the existence of the liquid water volume, and applied in 2010 along a tight array of loops to provide a 3 D image and an estimate of the total water volume. Indeed, this latter parameter is of major importance to evaluate the level of risk

Three-dimensional magnetic resonance imaging for groundwater

International audienceThe surface nuclear magnetic resonance method (SNMR) is an established geophysical tool routinely used for investigating one-dimensional (1D) and sometimes 2D subsurface water-saturated formations. We have expanded the tool by developing a 3D application. 3D-SNMR is a large-scale method that allows magnetic resonance imaging of groundwater down to about 80 m. Similar to most surface geophysical methods, 3D-SNMR has limited resolution, but it is effective for investigating water-saturated geological formations larger than several tens of meters. Because the performance of the method depends on variable survey conditions, we cannot estimate it in general. For demonstration purposes, we present an example of numerical modeling under fixed conditions. Results show that under certain conditions it is possible to detect a water volume as small as 500 m(3) and the detection threshold depends on the ambient electromagnetic noise magnitude and on the location of the target volume relative to the SNMR loops. The 3D-SNMR method was used to investigate accumulated water within the Tete Rousse glacier (French Alps). Inversion of the field measurements made it possible to locate the principal reservoir in the central part of the glacier and estimate the volume of accumulated water. These results were verified by 20 boreholes installed after the 3D-SNMR results were obtained and by pumping water out of the glacier. Very good correspondence between the 3D-SNMR and borehole results was observed

Suivi temporel [2007-2014] par géoradar et résonance magnétique protonique d'une poche d'eau localisée au sein du glacier polythermique de Tête Rousse (massif du Mont Blanc)

National audienceWe present Ground Penetrating radar and Surface Nuclear magnetic resonance investigations of an englacial water pocket embedded in the polythermal glacier of Tête Rousse. Besides glacier bed and crevasses characterization, these data allowed the monitoring of the cavity whose geometry changed after artificial water drainages were performed. Introduction Le régime thermique des glaciers tempérés dépend de plusieurs facteurs climatiques et locaux, parmi lesquels l'altitude, l'accumulation de neige, l'exposition et la géométrie 3D (Gilbert et al., 2012). Dans ce contexte, la présence de lacs supra-glaciaires, pro-glaciaires ou intra-glacaires génère un risque important pour les infrastructures et les habitants localisés dans les vallées en aval, notamment en cas de drainage abrupt et soudain de ces lacs. Parmi ceux-ci, les lacs intra-glaciaires posent un problème crucial car ils sont invisibles depuis la surface et donc difficiles à détecter. Un cas emblématique s'est produit en 1892 à Saint-Gervais (Alpes françaises), où une vague composée de plusieurs centaines de milliers de m 3 d'un mélange d'eau, de boue et de blocs rocheux a atteint la ville quelques minutes après la rupture d'une cavité remplie d'eau au sein du glacier de Tête Rousse (Vincent et al., 2010), faisant 175 victimes. Le cas présenté ci-après détaille les investigations géophysiques réalisées au sein du glacier de Tête Rousse à partir de 2007, originellement dédiées à l'évaluation du maintien de la maintenance d'une galerie drainante creusée en 1905. En 2007, les investigations géoradar ont révélé la présence d'une forte réflectivité localisée à 40 mètres de profondeur au sein du glacier, qui potentiellement pouvait être due à une cavité remplie d'eau. Des campagnes additionnelles basées sur les méthodes de Résonance Magnétique Protonique (RMP) et géoradar ont permis entre 2009 et 2010 de valider l'hypothèse d'une cavité remplie d'eau, hypothèse définitivement confirmée par 11 forages de reconnaissance réalisés en juillet 2010 (Vincent et al., 2010). Cette découverte a conduit les autorités en charge de la gestion du risque à décider d'un drainage de la poche, opération réalisée en 2010 et renouvelée en 2011 et 2012, et d'un suivi temporel notamment géophysique (Figure 1). De nombreuses mesures météorologiques, hydrologiques et géophysiques ont été combinées afin de comprendre la formation et l'évolution de la poche suite aux drainages. Ces travaux ont fait l'objet de nombreuses publications portées sur l'étude de la formation de la poche d'eau et de son évolution (Vincent et al., 2012, 2015), sur les données RMP (Legchenko et al., 2011, 2014) et sur les données géoradar (Garambois et al., 2015). Nous proposons ici de revenir sur ces reconnaissances géophysiques et de leurs apports et limites respectives, depuis la découverte de la poche d'eau en 2007 jusqu'aux reconnaissances effectués jusqu'en 2014