sédiment pollution contamination
A
Études
Ressources en eau et milieux aquatiques
TSM 11 2019 - Page(s) 33-49

De l’intérêt de coupler méthodes géophysiques et carottages sédimentaires pour l’étude des sédiments fluviaux

The benefits of a combined geophysical and coring approach when studying alluvial sediments

Résumé

Cet article vise à démontrer l’intérêt scientifique et opérationnel de coupler de façon systématique carottages et méthodes géophysiques pour l’étude et la gestion de sédiments fluviaux. Deux techniques géophysiques sont présentées, car particulièrement adaptées au contexte fluvial : le radar géologique ou GPR (ground penetrating radar) est fondé sur l’émission d’ondes électromagnétiques et permet d’obtenir une image des structures sédimentaires superficielles à terre ou en eau peu profonde, tandis que le sondeur de sédiment (ou sub bottom profiler) est une méthode acoustique qui s’utilise en contexte aquatique uniquement, généralement dans des profondeurs d’eau plus importantes que le GPR. La mise en œuvre des méthodes géophysiques demande peu d’efforts logistiques et donne des informations sur la géométrie du sous-sol avec une très bonne résolution, mais ne permet pas une caractérisation des sédiments. Les carottes sédimentaires – prélevées à terre ou en eau – peuvent être échantillonnées et analysées, ce qui permet une caractérisation des sédiments (granulométrie, chimie, teneur en matière organique, datation, etc.) ponctuelle dans l’espace. Les deux approches sont donc complémentaires et leur couplage permet d’étendre la caractérisation des carottes à l’ensemble des structures identifiées par les sondages géophysiques. Pour illustrer ce propos, la démarche est appliquée à un ouvrage hydraulique, où une combinaison de cinq profils GPR et trois carottes sédimentaires suffit pour identifier et représenter en trois dimensions l’ensemble des structures sédimentaires, déterminer la chronologie de remplissage de l’aménagement et calculer et localiser les volumes de sédiments plus ou moins pollués en polychlorobiphényles indicateurs (PCBi).

Abstract

The aim of this paper is to prove that combining sediment cores and geophysical surveys is an optimal methodology when studying or managing alluvial sediments. Two geophysical methods are presented as they are especially relevant in a fluvial context: the Ground Penetrating Radar (GPR) is based on the emission of electromagnetic waves and provides a picture of the underground structures on land or under shallow water, while the Sub Bottom Profler (SBP) is an acoustic method that can only be used underwater, typically at depths more important than for the GPR. Using the geophysical methods requires little effort in terms of logistics and provides information on the underground geometry with a good resolution but lacks in sediment characterization. Sediment cores – sampled either on the ground or underwater – can be analyzed at a high resolution and therefore provide multiple characterizations of the studied sediments (grain-size, geochemistry, organic matter content, sediment age, etc.); however, the information is only retrieved at a few points. Both approaches are therefore = complementary, and their combination allows to expand the characterization of the sediment cores to the structures identified on the geophysical surveys. This procedure is applied to a hydraulic infrastructure, where a combination of 5 GPR surveys and 3 sediment cores is enough to identify and draw in 3 dimensions all the sediment structures, to determine the filling chronology of the infrastructure and to quantify and localize the volumes of sediments associated with different indicator polychlorinated biphenyls concentrations.

Mots clés : carotte sédimentaire, géophysique, radar géologique, sédiments, sondeur de sédiments
Keywords : geophysics, ground penetrating, radar, sediments, sediment core, sud bottom profiler
https://doi.org/10.36904/tsm/201911033

1,2,3 Université de Lyon – CNRS - UMR 5023 – Laboratoire d’écologie des hydrosystèmes naturels et anthropisés (Entpe) – Vaulx-en-Velin

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