Une ligne d'électrodes, un courant qui passe, et le sous-sol se dessine en coupe. La tomographie électrique lit la résistivité du terrain pour situer nappes, argiles et vides, sans creuser. Ce qu'elle repère, jusqu'où elle descend, et le budget à prévoir.
Sommaire
Ce qu'est la tomographie électrique
La tomographie électrique, aussi appelée panneau électrique, est une méthode géophysique de surface. Elle envoie un courant dans le sol et mesure la résistivité du terrain, sa façon de résister au passage de ce courant. Le résultat prend la forme d'une coupe en deux dimensions du sous-sol, en largeur et en profondeur.
Son nom complet, celui qu'emploient le Cerema et le BRGM dans leurs rapports, est tomographie de résistivité électrique. L'appareil qui la réalise porte lui aussi un nom précis, le résistivimètre. C'est le boîtier qui envoie le courant et lit la tension.
Elle appartient à la famille des méthodes qui imagent le sous-sol, aux côtés du radar et de la sismique. Ce qui la distingue, c'est la grandeur qu'elle lit : la résistivité, directement liée à l'eau et à l'argile présentes dans le terrain.
Sur le terrain, la mesure suit toujours le même enchaînement.
Injection du courant
Un courant électrique passe dans le sol entre deux électrodes plantées à la surface, espacées le long d'un profil.
Mesure de la tension
Deux autres électrodes lisent la différence de potentiel créée par ce courant dans le terrain.
Résistivité apparente
La tension lue divisée par le courant envoyé, corrigée par un facteur géométrique propre au dispositif d'électrodes, donne une résistivité apparente, la mesure brute avant traitement.
Le panneau
En multipliant les couples d'électrodes et les écartements le long du profil, un logiciel reconstruit une coupe de la résistivité réelle du sous-sol.
Tout le matériel tient dans un véhicule. Sur l'île de Sein, le Cerema a déroulé quatre câbles reliés à 64 électrodes pour ausculter un cordon de galets.
- Le résistivimètre : le boîtier qui injecte le courant et mesure la tension, puis enchaîne seul toutes les combinaisons d'électrodes prévues.
- Les électrodes : des piquets en acier inoxydable enfoncés de quelques centimètres.
- Les flûtes : les câbles multiconducteurs qui relient chaque électrode au résistivimètre.
- Une batterie : elle alimente l'injection du courant.
- Le relevé topographique du profil : il entre dans le calcul final, sans quoi la coupe est décalée par rapport au terrain.
Plus le dispositif s'allonge, plus l'image gagne en largeur et en profondeur. La mesure se fait depuis la surface, sans forage ni terrassement, ce qui range la tomographie électrique parmi les méthodes non destructives.
Ce que la résistivité révèle du sol
La résistivité mesure la capacité d'un terrain à laisser passer le courant. Un sol qui conduit bien affiche une résistivité basse. Un sol qui résiste affiche une résistivité haute. Cette valeur dépend de trois facteurs : la nature du terrain, sa teneur en eau et sa teneur en argile.
C'est ce lien qui rend le panneau lisible. Chaque type de terrain laisse une signature électrique reconnaissable, résumée ci-dessous.
| Terrain | Comportement au courant | Sur le panneau |
|---|---|---|
| Argile humide | Conduit bien le courant | Zone peu résistante |
| Nappe, zone saturée en eau | Conduit le courant | Zone peu résistante |
| Sable sec, graves | Conduit mal le courant | Zone plus résistante |
| Roche compacte, calcaire sain | Résiste au courant | Zone résistante |
| Vide rempli d'air | Ne conduit pas le courant | Zone à forte résistivité |
Ces signatures valent les unes par rapport aux autres, jamais dans l'absolu. Le mot nappe recouvre des valeurs opposées selon le terrain qui la contient et la qualité de l'eau.
La campagne du BRGM sur la nappe du Rhin, détaillée plus bas, le montre bien. Les alluvions saturées d'eau douce y tournent autour de 300 ohm.m et forment un horizon classé résistant. Ce sont les argiles, entre 15 et 50 ohm.m, et l'eau salée, autour de 4 ohm.m, qui apparaissent conductrices. Sur un granite fracturé, une venue d'eau douce peut de la même façon rester plus résistante qu'une argile sèche.
La règle de lecture : un panneau se lit par contraste avec le terrain voisin, pas par valeur absolue. À terrain égal, ce qui retient l'eau et l'argile conduit mieux et ressort moins résistant. Ce qui est sec, compact ou vide résiste et ressort plus clair. C'est ce contraste, et lui seul, que le géophysicien interprète.
Repérer nappes, argiles et cavités
Cette lecture de la résistivité ouvre plusieurs usages concrets. La tomographie électrique sert d'abord en hydrogéologie, pour situer les nappes, et dans la recherche de vides, avant un projet de construction ou d'aménagement.
Ce que le panneau permet de repérer
Pour la détection de cavités, la lecture demande un peu de prudence. Le remplissage du vide change tout.
Le remplissage change la signature : une cavité pleine d'air ressort en forte résistivité, nette sur le panneau. Une cavité noyée ou comblée d'argile conduit le courant et devient plus discrète. Le rapport du BRGM sur la détection de cavités par géophysique le confirme : la réponse électrique dépend du contraste entre le vide et le terrain qui l'entoure.
D'où une règle que tout géophysicien pose d'entrée. Un panneau ne montre pas une cavité, il montre une anomalie de résistivité compatible avec une cavité. Le BRGM est explicite sur ce point dans son rapport sur la nappe d'Alsace : sans étalonnage, le calcul d'inversion n'a pas de solution unique, plusieurs images du sous-sol satisfont le même jeu de mesures. C'est un sondage, un forage ou une observation de terrain qui tranche ensuite.
Jusqu'où descend le panneau
La profondeur d'un panneau n'est pas fixe. Elle dépend de la longueur du dispositif et de l'écartement entre les électrodes. Plus les électrodes sont espacées, plus le courant descend. En contrepartie, la résolution se dégrade vers le fond. Le géophysicien règle donc le dispositif selon sa cible. Le BRGM situe la plage utile entre quelques mètres et plusieurs centaines de mètres.
| Réglage du dispositif | Profondeur atteinte | Résolution | Pour quel objectif |
|---|---|---|---|
| Électrodes rapprochées, profil court | Les premiers mètres | Fine, détaillée | Une couche proche, une petite anomalie |
| Électrodes espacées, profil long | Plusieurs dizaines à plusieurs centaines de mètres | Plus grossière vers le fond | Une nappe profonde, un substratum, un grand vide |
Face au radar, l'avantage de la profondeur : le radar donne une image fine des tout premiers mètres, mais s'arrête vite, surtout dans les terrains argileux qui absorbent son signal. Le panneau électrique traverse ces mêmes argiles et descend plus bas. Quand la cible est profonde, une nappe, une couche d'argile épaisse ou un vide à plusieurs mètres, la tomographie électrique garde la main.
Le choix du dispositif change l'image obtenue
Planter les électrodes ne suffit pas. Le géophysicien choisit aussi l'ordre dans lequel le résistivimètre va les activer, quatre par quatre. Cet ordre porte un nom, le dispositif, et il décide de ce que le panneau montrera.
| Dispositif | Ce qu'il repère le mieux | Profondeur atteinte | Son point faible |
|---|---|---|---|
| Wenner | Les couches horizontales et les contacts entre terrains superposés | Environ la moitié du plus grand écartement entre deux électrodes voisines | Sépare moins bien les structures verticales que le dipôle-dipôle |
| Dipôle-dipôle | Les discontinuités verticales et les terrains proches de la surface | Inférieure au Wenner | Le signal se dégrade vite en descendant |
| Wenner-Schlumberger | Les structures verticales comme horizontales | La plus grande des trois. Relevés BRGM : 80 m sur un profil de 500 m, 150 m sur un profil de 950 m | Résolution moins fine dans les premiers mètres |
En Alsace, le BRGM a passé les deux : le dipôle-dipôle pour détailler les alluvions de surface, le Wenner-Schlumberger pour descendre à 150 mètres. Deux dispositifs sur le même profil, deux lectures qui se complètent.
Ces profondeurs sont des relevés de campagne, pas un barème. Sur un autre terrain, le nombre d'électrodes, le pas entre elles, le bruit électrique ambiant et le contraste recherché donneront d'autres valeurs.
Le même appareil produit aussi deux formats de résultat. Des électrodes alignées sur un profil donnent la coupe en deux dimensions que montrent les rapports. Réparties sur une surface, en profils parallèles rapprochés, elles donnent un volume en trois dimensions. Le BRGM emploie les deux termes pour la même méthode, selon la façon dont les électrodes sont déployées au sol.
Ce qui fausse une mesure de résistivité électrique
- Le béton armé, les rails, une canalisation métallique parallèle au profil, une cuve enterrée, un grillage ou une clôture électrique reliée à la terre. Le métal ouvre au courant un chemin plus facile et dessine sur la coupe des anomalies qui n'existent pas dans le sol.
- Un sol couvert d'enrobé ou d'une plateforme béton. Le contact entre l'électrode et le terrain devient difficile à obtenir et impose des adaptations. C'est ce qui rend la méthode peu adaptée au milieu urbain dense.
- Un orage. Aucune mesure ne se fait par temps d'orage.
- Des animaux en pâture. Le courant injecté impose de surveiller les électrodes pendant l'acquisition.
Combien prévoir pour une tomographie électrique
Une tomographie électrique ne se facture pas au mètre carré comme une étude de sol classique. Elle se facture à l'intervention : la préparation, les journées de mesure sur le terrain, puis le traitement des données et le rapport. Terrain et bureau pèsent à parts comparables, le BRGM comptant une journée d'interprétation pour chaque journée passée sur le site.
Plusieurs éléments font varier ce budget.
- Le nombre et la longueur des profils. Un panneau court sur un terrain plat revient bien moins cher qu'un transect de plusieurs profils longs.
- La profondeur visée. Descendre plus bas oblige à espacer les électrodes et à allonger le dispositif, donc à passer plus de temps sur place.
- L'accès au terrain. Un champ dégagé se mesure vite. Une zone urbaine, boisée, en pente ou coupée de réseaux ralentit la pose et impose parfois de décaler les profils.
- Le traitement et l'interprétation. Après le terrain, l'inversion des données et la rédaction du rapport mobilisent un géophysicien pendant plusieurs jours.
- La location du matériel. Résistivimètre, flûtes et électrodes ne sont pas toujours détenus en propre par le bureau d'études. La location apparaît alors comme une ligne du devis.
- Le déplacement. L'amenée du matériel et de l'équipe compte, surtout pour un site éloigné.
Bon à savoir : sur un terrain plat et dégagé, sans végétation ni réseaux enterrés, le BRGM retient un rendement de deux acquisitions de 500 mètres par jour, avec un profil de 96 électrodes espacées de 5 mètres. S'y ajoute une journée de traitement des données par journée passée sur le terrain, avant même la rédaction du rapport. Sur un site contraint par le relief, l'accès ou la présence de réseaux, ce rythme chute. Un panneau électrique mobilise au minimum un ingénieur géophysicien et un opérateur qualifié.
Un point souvent oublié : une tomographie électrique se commande rarement seule. Elle vient en appui d'une reconnaissance plus large, la recherche d'une nappe, le contrôle d'un risque de cavité ou de karst, ou une reconnaissance avant fondations sur un site compliqué. Le panneau électrique apparaît alors comme une ligne du devis, à côté des sondages mécaniques qui servent à caler l'interprétation. Pour donner un ordre d'idée, la campagne du BRGM en Alsace citée plus bas a mobilisé un ingénieur géophysicien et un technicien pendant une semaine, amenée et repli compris, pour trois profils de 950 mètres.
Les tarifs de la géophysique sont rarement affichés et varient fortement selon le contexte. Le seul chiffre fiable vient d'un devis de bureau d'études, calé sur votre terrain, la profondeur visée et le nombre de profils.
Voir un panneau électrique sur des cas réels
Rien ne vaut un vrai rapport pour comprendre ce que donne une tomographie électrique. Voici trois études publiques, signées Cerema ou BRGM, où la méthode répond à trois questions différentes : retrouver le rocher sous une plage, chercher des vides, suivre une eau salée dans une nappe.
En pied d'un ouvrage de protection du littoral, le Cerema a implanté deux profils, de 94,5 et 126 mètres, pour situer le rocher sous une plage de sable et de galets. Le rapport montre bien le compromis du métier : le profil long descend plus bas, le profil court détaille mieux les premiers mètres. En surface, le sable et les galets ressortent entre 10 et 30 ohm.m, une formation saturée sous les 5 ohm.m. Sur les 18 premiers mètres, aucun niveau rocheux, puis les résistivités remontent, ce qui annonce le substratum.
Ce que vous y voyez : une coupe de résistivité commentée, et comment la longueur d'un profil arbitre entre profondeur et précision.
Ce bilan du BRGM passe en revue les campagnes de 1990 à 2002 et classe, méthode par méthode, ce qui se détecte et ce qui échappe. Il range les panneaux électriques parmi les techniques utiles et rappelle la règle vue plus haut : un vide rempli d'air ressort résistant, un vide noyé ou comblé d'argile conduit le courant et se fond dans le terrain. Une lecture utile avant d'attendre d'une seule méthode qu'elle repère toutes les cavités.
Ce que vous y voyez : pourquoi le remplissage d'un vide change sa signature, et les limites à connaître avant de commander une reconnaissance.
En aval d'anciens terrils de potasse, le BRGM a déroulé trois panneaux électriques de 950 mètres pour suivre le sel dans la nappe du Rhin. Le dispositif compte 96 électrodes espacées de 10 mètres, reliées à un résistivimètre de terrain. L'eau salée, fortement conductrice, dessine des zones sous 5 ohm.m là où la nappe saine tourne autour de 300 ohm.m. Le rapport recoupe ces coupes avec des forages et déduit même la teneur en sel à partir de la résistivité. Bel exemple d'usage en hydrogéologie, avec des profondeurs de 75 à 150 mètres selon le dispositif.
Ce que vous y voyez : comment une eau fortement conductrice trahit le sel dans une nappe, et l'apport des forages pour caler la lecture.
Questions fréquentes
Qu'est-ce que la tomographie électrique ?
Comment fonctionne la tomographie électrique ?
Qu'est-ce qu'un résistivimètre ?
Que mesure la résistivité du sol ?
À quoi sert un panneau électrique en géophysique ?
La tomographie électrique repère-t-elle une nappe ?
La tomographie électrique détecte-t-elle les cavités ?
Qu'est-ce que la résistivité apparente ?
Quelle profondeur atteint la tomographie électrique ?
Pourquoi l'argile apparaît-elle peu résistante ?
La tomographie électrique est-elle non destructive ?
Quelle différence entre tomographie électrique et sismique réfraction ?
À retenir
- La tomographie électrique injecte un courant dans le sol et lit sa résistivité pour dresser un panneau en deux dimensions.
- Son nom complet est tomographie de résistivité électrique. L'appareil qui la réalise est le résistivimètre, relié aux électrodes par des câbles multiconducteurs.
- Un panneau se lit par contraste, jamais en valeur absolue. À terrain égal, l'eau et l'argile conduisent et ressortent peu résistantes, un rocher sec ou un vide résiste. Mais une nappe d'eau douce dans des alluvions peut rester résistante, autour de 300 ohm.m sur la nappe du Rhin.
- La méthode signale des anomalies compatibles avec une nappe, une couche argileuse, une faille ou un vide. Elle ne les prouve pas. Un sondage de contrôle confirme.
- La profondeur va de quelques mètres à plusieurs centaines de mètres selon la longueur du dispositif, l'écartement des électrodes et la configuration choisie, Wenner, dipôle-dipôle ou Wenner-Schlumberger.
- Le métal enterré, l'enrobé et le milieu urbain dense perturbent la mesure. Le contact entre chaque électrode et le sol conditionne la qualité du panneau.
- Le budget se compte en journées d'intervention et d'interprétation, rarement pour une mesure seule mais en appui d'une reconnaissance plus large. Le prix vient d'un devis, calé sur le terrain et la profondeur visée.
