La géophysique

Objectifs poursuivis et méthode de travail

Des sondages carottant ont été réalisés sur le site de Bernissart dans le but, d’une part de préciser l’importance du gisement, et d’autre part de mettre en œuvre un certain nombre de techniques dont certaines seront expérimentées pour la première fois dans l’argile plastique.

En effet, en plus des informations que peuvent fournir les carottes des sondages, différentes techniques géophysiques vont être mises en œuvre pour l’investigation d’une zone plus large que le diamètre du trou. Ces mesures géophysiques, qui sont désignées par l’expression de “logging en forage” ou “diagraphies”, serviront à déterminer les propriétés physiques des formations traversées par le sondage, une meilleure connaissance des structures géométriques (poches de remplissage, etc.), et même une estimation des propriétés mécaniques des terrains. On peut envisager notamment de faire des logs électrique, gamma naturel, neutron, sonique, etc. Il est également possible de mettre en œuvre des mesures sismiques destinées à évaluer la forme de certaines structures souterraines.


La campagne de diagraphies

Le but de la campagne de diagraphies était de préparer la future campagne de tomographie sismique. Pour ce faire, il est nécessaire d’avoir une idée précise de la vitesse de propagation des ondes dans le massif et de la densité des terrains traversés. Afin de permettre une localisation précise des sondes sismiques qui seront utilisées pour la tomographie, le levé précis de la trajectoire du forage est également nécessaire. Par ailleurs, la corrélation lithostratigraphique entre forage doit permettre de poser un certain nombre d’hypothèses quant à l’allure des couches qui forment le cran afin de permettre une interprétation plus efficace des données sismiques. Les mesures géophysiques ont été réalisées par la société EGS.

Mesure du rayonnement gamma naturel (pour la détermination de la lithologie et les corrélations avec les autres forages) : le système de mesure est un cristal Nal couplé à un tube photomultiplicateur. Les valeurs du rayonnement gamma naturel sont exprimées en unité API (American Petroleum Institute) et recalculée en cps (coups par secondes).

Caliper (mesure du diamètre du forage et localisation de cavage ou collapse) : la sonde utilisée est une sonde excentrée à un bras palpeur maintenu en contact avec la parois du trou et reliée mécaniquement, via une crémaillère, à un potentiomètre dont la résistance varie en fonction de l’écartement du bras.

Mesure de la densité par sonde gamma-gamma : la sonde de mesure est munie de 2 capteurs de densité situé à 24 cm (HRD) et 48 cm (LSD) de la source de radioactivité gamma. Afin de limiter les perturbations engendrées par par le passage de l’outil et la rugosité du forage, la densité globale (RHOB) est calculée sur base d’une formule fonction des valeurs de densité individuelles correspondant aux deux capteurs, respectivement RHOLSD et RHOHRD. Ces valeurs individuelles de densité sont elles-même calculées par interpolation logarithmique des données en cps selon un étalonnage réalisé sur des matériaux de référence.

Mesure sonique « fullwave » (détermination des vitesses acoustiques des terrains) : à chaque point de mesure (environ tous les 10 cm), la sonde émet une impulsion acoustique. Le signal résultant est enregistré sur des récepteurs plus ou moins éloignés de l’émetteur après passage dans la colonne de fluide et interactions avec les terrains. La vitesses des ondes de compression Vp est calculée à partir du temps de transit pour les premières arrivées.

Trajectométrie (INC/AZ) : un ensemble magnétomètre/inclinomètre permet l’orientation de la sonde par rapport aux champs magnétique et gravitationnel terrestres. Ces données sont transmises à la surface tous les 5 cm, mais une moyenne glissante est calculée sur une fenêtre de 50 cm. Sur base de l’azimut et de l’angle d’inclinaison, on calcule le déplacement résultant en X, Y et Z afin d’obtenir la trajectoire.


La campagne de tomographie sismique

La méthode consiste à donner un choc au massif en un point particulier grâce à un moyen spécifique (explosif, canon à air, marteau, etc.), puis à mesurer à une certaine distance le temps d’arrivée des ondes élastiques provoquées. Les matériaux les plus élastiques possédant des vitesses très élevées, cette méthode permet d’estimer les propriétés élastiques des terrains traversés. Elle peut être mise en œuvre dans un trou de forage soit en plaçant une charge en surface et en prenant la mesure dans le trou à une profondeur variable (méthode descendante), soit en plaçant la charge dans le trou et prenant la mesure en surface (méthode montante). Elle peut également se faire entre 2 trous, la charge étant dans l’un et les capteurs dans l’autre.




Principe de la tomographie sismique en forages

Utilisée de manière appropriée, la sismique permet de faire une tomographie du massif ; c’est-à-dire la reconstruction d’une structure interne du terrain à partir des temps de parcours ou des amplitudes des ondes sismiques. Dans ce deuxième cas, on utilise l’atténuation des ondes pour évaluer les propriétés élastiques du milieu. Pour faire de la tomographie, plusieurs essais doivent être faits avec différents trajets de parcours des ondes. Pour cela plusieurs sources et récepteurs doivent être placés autour de la zone à étudier. Pour un meilleur rapport qualité-prix, nous souhaitons la réalisation de 4 sondages car cela permet de multiplier le nombre de panneaux par 2 (6 panneaux) pour une augmentation marginale d’un sondage (3 sondages ne permettent que 3 panneaux).


Les résultats à attendre

Ces investigations pourraient permettre d’obtenir les résultats suivants :

La délimitation complète du cran : d’après le modèle en trois dimensions construit sur base des informations disponibles à la fin de l’exploitation des charbonnages de Bernissart, le cran est plus ou moins bien délimité au Nord, à l’Ouest et à l’Est entre les niveaux -240 et -359 m. L’extension du cran au Sud est inconnue, ainsi qu’en profondeur la partie comprise entre -180 m et -240 m.

La mise en évidence de la présence des ossements : les carottes de sondage peuvent nous donner des informations dans l’éventualité d’un recoupement des ossements par les sondages. D’autre part, la tomographie pourrait nous permettre de positionner avec plus ou moins de précision les squelettes dans le cran.

La description lithologique complète : cette description permettra de comprendre le fonctionnement de ce puits naturel ainsi que la migration de certains éléments liés à la matière organique dans l’argile.