Review of self-potential methods in hydrogeophysics

The self-potential (SP) method is a passive geophysical method based on the natural occurrence of electrical fields on the Earth's surface. Combined with other geophysical methods, SP surveys are especially useful for localizing and quantifying groundwater flows and pollutant plume spreading, and estimating pertinent hydraulic properties of aquifers (water table, hydraulic conductivity). Laboratory experiments have shown that the involved coupling coefficients mainly depend on the fluid chemistry, conductivity and pH, and on the soil or rock properties. The interpretation of SP observations can be done qualitatively, for instance, by correlation of SP gradients with water fluxes (through electrokinetics) or salt fluxes (through electro-diffusion). In recent years, the interpretation has been improved with the help of modelling or/and inversion of the Poisson equation and endeavours to estimate hydraulic parameters by means of the intensity of electric current sources caused by underground flows.

RésuméLes potentiels spontanés (PS) sont les potentiels électriques mesurés de façon passive à la surface de la terre. En association à d’autres méthodes géophysiques, les relevés PS sont particulièrement utiles pour localiser et quantifier les flux d’eau, les panaches de polluant et pour estimer les propriétés hydrauliques des aquifères. Les études de laboratoire ont montré que les coefficients de couplage en jeu dépendent principalement de la composition de l’eau, de sa conductivité, de son pH et de la surface du sol. L’interprétation des observations PS peut se faire qualitativement, en corrélant les gradients PS avec les flux d’eau (électrocinétique) ou avec les flux de sel (électrodiffusion). Récemment, cette interprétation a été améliorée par la modélisation ou/et l’inversion de l’équation de Poisson et vise à estimer les paramètres hydrauliques en terme d’intensité de source de courant électrique induite par les flux d’eau.