La scintillométrie détecte la radioactivité naturelle des roches, tandis que les méthodes électromagnétiques exploitent le phénomène d'induction pour cartographier la conductivité du sous-sol. Deux familles de méthodes complémentaires, l'une passive, l'autre le plus souvent active, largement utilisées en prospection minière et en hydrogéologie.
1. La scintillométrie
Certaines roches contiennent des éléments radioactifs naturels — notamment l'uranium, le thorium et le potassium 40 — dont la désintégration émet un rayonnement gamma détectable en surface. Le scintillomètre mesure ce rayonnement grâce à un cristal scintillant : chaque photon gamma absorbé produit un éclair lumineux, converti en signal électrique proportionnel à l'intensité du rayonnement. Les granites, certains grès et surtout les gisements d'uranium présentent des radioactivités nettement supérieures à celles des roches sédimentaires courantes ou des roches basiques.
La scintillométrie s'utilise essentiellement en prospection minière (uranium notamment) et, de façon complémentaire, en cartographie géologique de surface, car le rayonnement gamma ne provient que des tout premiers centimètres du sol : c'est une méthode de surface, sans pénétration en profondeur, contrairement à la plupart des autres méthodes géophysiques.
2. Principe des méthodes électromagnétiques
Les méthodes électromagnétiques (EM) reposent sur le phénomène d'induction électromagnétique : un émetteur produit un champ magnétique primaire variable dans le temps ; ce champ induit, dans les formations conductrices du sous-sol, des courants de Foucault qui créent à leur tour un champ magnétique secondaire. Un récepteur mesure la combinaison des champs primaire et secondaire ; l'écart au champ primaire seul renseigne sur la conductivité électrique du sous-sol, et donc indirectement sur sa nature (minerai conducteur, eau salée, argile) sans nécessiter, contrairement aux méthodes électriques classiques, de contact galvanique avec le sol.
3. Domaine temporel et domaine fréquentiel
Les dispositifs EM se répartissent en deux familles. Les méthodes en domaine fréquentiel (FDEM) émettent un champ primaire sinusoïdal continu à une ou plusieurs fréquences, et mesurent l'amplitude et le déphasage du champ secondaire induit. Les méthodes en domaine temporel (TDEM) coupent brutalement le courant d'émission et mesurent la décroissance du champ secondaire induit dans le temps qui suit la coupure ; cette décroissance renseigne sur la profondeur et la conductivité des différentes couches, un peu à la manière d'un sondage.
4. Applications
Les méthodes électromagnétiques sont très utilisées en prospection minière (détection de sulfures massifs, très bons conducteurs), en hydrogéologie (localisation de zones argileuses ou salines, cartographie des aquifères), en archéologie (détection de structures enterrées) et en génie civil (cartographie rapide de la conductivité des sols). Leur mise en œuvre aéroportée permet, comme pour le magnétisme, de couvrir rapidement de vastes zones.
Courants électriques induits dans un conducteur par la variation d'un champ magnétique ; en prospection EM, ils apparaissent dans les formations conductrices du sous-sol sous l'effet du champ primaire.
Champ magnétique créé par les courants induits dans le sous-sol conducteur, mesuré par le récepteur en superposition avec le champ primaire de l'émetteur.
| FDEM | TDEM | |
|---|---|---|
| Émission | Signal sinusoïdal continu | Impulsion coupée brutalement |
| Mesure | Amplitude et déphasage | Décroissance temporelle du champ secondaire |
| Information | Conductivité globale | Variation de conductivité avec la profondeur |
Domaine fréquentiel vs domaine temporel en électromagnétisme
- La scintillométrie mesure le rayonnement gamma naturel (uranium, thorium, potassium 40) en surface.
- Les méthodes électromagnétiques exploitent l'induction : champ primaire → courants induits → champ secondaire.
- Pas de contact galvanique nécessaire, contrairement aux méthodes électriques classiques.
- FDEM (fréquence continue) vs TDEM (décroissance après coupure) : deux façons d'exploiter l'induction.
- Applications majeures : sulfures conducteurs, aquifères, structures archéologiques enterrées.
Question fréquente au S6 : expliquer le principe champ primaire / courants de Foucault / champ secondaire, et distinguer FDEM et TDEM. Piège classique : croire que toute méthode électromagnétique nécessite un contact avec le sol comme les méthodes électriques — c'est justement l'inverse qui fait leur intérêt en prospection aéroportée.