Il y a cent ans, la première prospection géophysique

Conrad Schlumberger (1878-1936)

Été 1912. Conrad Schlumberger passe ses vacances dans la propriété familiale du Val Richer en Pays d’Auge (Calvados). Professeur de physique à l’École des Mines de Paris, il profite de ses congés pour appliquer sur le terrain les recherches qu’il mène en laboratoire depuis plusieurs mois. L’objectif de son expérience est de tenter de cartographier les propriétés électriques du sous-sol pour ensuite être capable de détecter la présence de masses conductrices (gisements métallifères par exemple).

Des expériences similaires ont déjà été tentées depuis 1900 notamment aux États-Unis et en Suède, mais se sont révélées infructueuses. Les propriétés électriques des matériaux sont déjà connues depuis le XIX^e siècle et on sait mesurer sur des échantillons leur résistivité électrique, c’est-à-dire leur capacité à résister au passage d’un courant, mais la détection de ces matériaux dans le sous-sol en utilisant ces mêmes propriétés reste problématique. Associant une solide formation théorique à une grande expérience du terrain, C. Schlumberger va chercher à résoudre les problèmes rencontrés par ses collègues, tout d’abord en prenant en compte la manière dont circule le courant injecté dans le sol entre deux électrodes métalliques. Il observe ainsi que ce dernier cherche le chemin le plus facile, le plus conducteur, pour se propager, suivant la nature des matériaux et leur teneur en eau.

Son protocole de reconnaissance consiste donc à « suivre » les lignes équipotentielles dont la forme, qui est liée à la manière dont circule le courant dans le sol, va varier suivant la résistivité du terrain. Il procède un peu comme un topographe suivrait les irrégularités du terrain en restant à la même altitude pour tracer une courbe de niveau.

C. Schlumberger en cours de prospection au Val Richer en 1912.

Sur cette photo, C. Schlumberger est en train de prospecter dans la propriété familiale durant ce fameux été 1912. Le terrain argileux et homogène du Val Richer est favorable à une première expérimentation et constitue un cas simple de terrain. Il porte des écouteurs sur les oreilles car il est en train de tester la technique dite « du téléphone » que certains pensent prometteuse. Alors que deux électrodes fixes d’injection de courant sont plantées dans le sol à plusieurs dizaines de mètres de distance, il essaie, avec deux électrodes supplémentaires, de suivre une par une les courbes équipotentielles : si l’appareil émet une sonnerie, cela signifie que le potentiel entre les deux électrodes est différent, s’il est silencieux alors celles-ci sont bien sur la même équipotentielle. Il avance ainsi une par une ses deux électrodes jusqu’à dessiner l’ensemble de la courbe. Mais la technique du téléphone s’avère peu fiable et C. Schlumberger l’abandonne très rapidement au profit de l’utilisation d’autres appareils de mesure (potentiomètres ou galvanomètres) tout en procédant ensuite de la même manière. Durant ces essais, il testera d’ailleurs toutes sortes de matériel : différents types de fils électriques avec des épaisseurs variables, de piquets métalliques pour les électrodes et bien sûr d’appareils de mesure de différentes marques qui existent à l’époque.

Carte de prospection électrique du Val Richer. (cliquer sur l’image pour agrandir)

L’ensemble de son expérience est consignée dans ce document étonnant qui est parvenu jusqu’à nous. Il a dessiné la carte de résistivité électrique, la première connue, qu’il a obtenue à partir des mesures réalisées et noté l’ensemble de ses observations de terrain. Il livre aussi une interprétation de ces premiers résultats. Les endroits où les courbes sont « rondes » et « régulières » correspondent aux endroits parfaitement plans, les resserrements ou les écartements entre les équipotentielles sont pour lui dus soit au relief, soit à la présence plus ou moins importante d’eau dans certaines parties du jardin : ces deux paramètres ont une influence sur la « densité de courant » dans le sol et donc sur la forme des courbes.

Détail de la prospection électrique. Le protocole d’analyse inventé par C. Schlumberger, basé sur l’utilisation de 4 électrodes, annonce les dispositifs quadripôles utilisés aujourd’hui pour mesurer la résistivité électrique apparente. (cliquer sur l’image pour agrandir)

Ces résultats sont bien entendu encore limités et une telle méthode ne peut s’appliquer que sur des cas de terrain relativement simples ou dont on connaît partiellement la composition ; mais la méthode marche et C. Schlumberger dépose un brevet le 27 septembre 1912. Dans les années qui suivent, il continue à améliorer son dispositif qu’il va appliquer avec succès au domaine minier pour la recherche de minerai métallifère. Il fait aussi des avancées significatives sur la connaissance des propriétés électriques du sol. En 1919, il crée une entreprise avec son frère Marcel ; en 1927, ils mettent au point la méthode de diagraphie électrique qui permet d’effectuer des mesures de résistivité à l’intérieur de forages et de déterminer ainsi les couches du sous-sol les plus riches en hydrocarbures. Avec cette découverte, ils accèdent à la reconnaissance et l’exploitation du pétrole, qui est alors en plein essor, fera leur fortune. L’exploration du sous-sol au moyen des méthodes géophysiques est alors lancée, mais il faudra attendre 1938 pour assister aux premiers essais dans le domaine de l’archéologie…

Laissons le mot de la fin au professeur en vacances : « La prospection électrique rentre dans cette catégorie d’études mixtes qui s’appuient sur des notions très variées, ne sont ni chair ni poisson et déplaisent aux chercheurs sagement spécialisés dans un classique compartiment scientifique. En effet, il faut être un ingénieur mathématico-physico-technico-géologue, avec le goût de l’expérimentation et du grand air pour aborder volontiers le problème. Le hasard qui m’a chargé d’un cours de physique dans une École des Mines m’a logiquement presque forcé à rechercher, pendant les longues vacances de l’ancien régime, les applications de la physique à l’art des mines en général et à la prospection en particulier. C’est ainsi que je me suis engagé, en 1912, sur ces sentiers peu battus et que j’y ai progressivement entraîné plusieurs collaborateurs, qui partagent aujourd’hui, avec moi, la bonne et la mauvaise chance. » (Schlumberger 1921, Revue des anciens élèves de l’École des Mines).

Pour en savoir plus :

Schlumberger C. 1920. Étude sur la prospection électrique du sous-sol, Paris, Gauthier-Villars.

(la version anglaise de l’ouvrage, malheureusement sans les figures, est disponible sur Internet Archive à l’adresse suivante : https://archive.org/details/studyofundergrou00schlrich).

Une série de notes biographiques et de photos d’archive sont disponibles sur le site des Annales de l’École des Mines : http://annales.org/archives/x/schlum.html.

Delacour J. 2003. Une technique de prospection minière et pétrolière née en Pays d’Auge, Bulletin de la Sabix, 34 | 2003, http://sabix.revues.org/423.

Robin C. 2003. Conrad et Marcel Schlumberger : une aventure industrielle originale, Bulletin de la Sabix, 34 | 2003, http://sabix.revues.org/422.

L’auteur :
Christophe Benech est Chargé de Recherche au CNRS.
Spécialiste en géophysique appliquée à l’archéologie.
UMR 5133-Archéorient, MSH Maison de l’Orient et de la Méditerranée, Lyon.