Etude en laboratoire des propriétés électriques d’échantillons de roches volcaniques.

Encadrants : A. Revil (andre.revil@univ-smb.fr) S. Byrdina (Svetlana.Byrdina@univ-smb.fr)

Les méthodes électriques (tomographie de résistivité, potentiel spontané, polarisation provoquée) sont beaucoup utilisées dans les études des systèmes hydrothermaux grâce à leur sensibilité à la présence de fluides salins et thermales qui sont imagé comme structures électriquement conductrices. L’interprétation de la résistivité électrique reste toutefois délicate à cause du nombre de paramètres affectant cette mesure en particulier en contexte volcanique incluant la teneur en eau, la salinité, la température et l’altération (contenu en argiles et minéralogie, e.g., Revil, 2012). La conductivité électrique mesurée dépend d’une conductivité de volume et d’une conductivité de surface (à la surface des grains).
Par exemple, une structure conductrice dans un contexte volcanique peut signifier soit la présence d’eau minéralisée thermale dans les pores, soit une présence de roches altérées, soit une présence de corps magmatiques. Les expériences en laboratoire réalisées dans notre équipe (e.g., Revil et al, 2016a, b) montrent que cette ambiguïté peut être résolue grâce aux mesures de polarisation provoquée. La polarisation secondaire, provoquée par un courant continu injecté dans le milieu poreux, peut être utilisée pour appréhender la conductivité de surface et permet donc de distinguer les effets de l’eau de pores de la conductivité de surface de roches altérées. Nous avons récemment commencé à développer une collection de roches volcaniques comprenant entre autres des roches et des sols volcanique de deux volcans indonésiens très différents : le volcan Mérapi dont l’activité principale consiste d’extrusion de lave et le volcan Papandayan, caractérisé plutôt par activité hydrothermale. Cette collection sera utilisée pour la continuité des travaux méthodologiques sur les applications de polarisation provoquée en volcanologie.
Le but de ce stage de master est de mesurer, pour chaque échantillon, la conductivité électrique complexe dans la bande de fréquence 1 mHz-45 kHz. Cette mesure (la chargeabilité normalisée ou la conductivité en quadrature) est sensible à la surface spécifique ou à la capacité d’échange cationique (CEC qui sera mesuré indépendamment) et donc à l’altération du matériau (Revil, 2013) ainsi qu’à la perméabilité (Revil et al., 2015). Le but du stage de master est d’établir expérimentalement la relation entre la chargeabilité et le CEC, et de comparer avec les résultats obtenus pour les roches sédimentaires. Les résultats de ce stage master nous aiderons à contraindre les propriétés physiques des unités altérées et non-altérées et seront critiques pour obtenir une estimation de l’étendue des zones d’altération hydrothermale sur le terrain.

Références
Revil, A., Spectral induced polarization of shaly sands : Influence of the electrical double layer, Water Resour. Res., 48, W02517, doi:10.1029/2011WR011260, 2012.
Revil, A., Effective conductivity and permittivity of unsaturated porous materials in the frequency range 1 mHz–1GHz, Water Resources Research, 49, 306-327, doi:10.1029/2012WR012700, 2013.
Revil, A., A. Binley, L. Mejus, and P. Kessouri, Predicting permeability from the characteristic relaxation time and intrinsic formation factor of complex conductivity spectra, Water Resour. Res., 51, doi:10.1002/2015WR017074, 2015.
Revil A., M. Le Breton, Q. Niu, E. Wallin, E. Haskins, and D.M. Thomas, Induced polarization of volcanic rocks. 1. Surface versus quadrature conductivity, Geophysical Journal International, 2016a.
Revil A., M. Le Breton, Q. Niu, E. Wallin, E. Haskins, and D.M. Thomas, Induced polarization of volcanic rocks. 2. Influence of pore size and permeability, Geophysical Journal International, 2016b.