TITRE : Procédé d’évaluation de la teneur en uranium par spectrométrie gamma dans un forage et dispositif associé

La présente invention concerne tout d’abord un procédé d’évaluation d’une teneur en uranium d’au moins une région d’intérêt d’un sous-sol par spectrométrie gamma, la région d’intérêt étant traversée par un forage.

L’invention concerne également un dispositif d’évaluation de la teneur en uranium d’une région d’intérêt associé.

L’uranium est présent naturellement sous la forme de trois isotopes : l’ ²³⁸ U, l’ ²³⁵ U et l’ ²³⁴ U , ce dernier étant issu de la chaîne de désintégration de |’ ²³⁸ U. L’ ²³⁸ U est très largement majoritaire et représente plus de 99,3 % en fraction massique de l’uranium total.

L’ ²³⁸ U et l’ ²³⁵ U se désintègrent successivement en différents éléments chimiques appelés éléments fils jusqu’à ce que l’élément chimique obtenu soit stable. Chaque désintégration s’accompagne le plus souvent de l’émission de photons de haute énergie encore appelés rayonnements X ou gamma dont le spectre énergétique est typiquement compris entre quelques dizaines de keV et plus de 2000 keV. L’unité de mesure du rayonnement s’exprime en coups par unité de temps, par exemple en coups par seconde.

En exploration minière, il est connu d’utiliser le rayonnement gamma émis par les formations géologiques pour caractériser ces dernières et plus particulièrement la teneur en uranium des formations géologiques du sous-sol. Ce type de mesures est réalisé notamment en forage. Ces mesures permettent typiquement de caractériser le potentiel uranifère d’une région. Lorsqu’un gisement est découvert, les mesures de rayonnement gamma en forage sont également utilisées pour l’estimation des réserves en uranium du gisement. La précision de ces mesures et le traitement qui est fait pour obtenir les teneurs en uranium associées sont par conséquent critiques.

Classiquement, en forage, on mesure le rayonnement gamma total sur l’ensemble du spectre énergétique, sous la forme d’un comptage total, tout le long du forage en déplaçant un détecteur scintillateur. Le détecteur scintillateur comprend, par un exemple un cristal d’iodure de sodium (Nal). Cette méthode fonctionne relativement bien lorsqu’il existe un équilibre entre les différentes chaînes de filiation de l’uranium. Dans ce cas, le rayonnement gamma total est sensiblement proportionnel à la teneur en uranium de la formation. Un coefficient d’étalonnage, propre au détecteur de rayonnement gamma, relie le rayonnement total mesuré et la teneur en uranium de la formation. Le coefficient de calibration est obtenu par simulation ou encore expérimentalement à partir d’échantillons étalons.

Néanmoins, dans le cas d’un déséquilibre des chaînes de filiation de l’uranium, cette méthode conduit à sous-estimer ou à surestimer la teneur en uranium dans les formations géologiques. Un tel déséquilibre est généralement constaté pour les gisements de faible teneur en uranium sujet à des phénomènes de lixiviation différentielle (e.g. gisement d’uranium de type « roll fronts ») entre les groupes « uranium » (haut de la chaine radioactive naturelle de l’ ²³⁸ U) et radium (bas de cette même chaine) qui constituent une part importante des gisements d’uranium exploités dans le monde.

Au lieu d’effectuer une mesure in situ en forage, il est possible d’extraire une carotte de minerai pour quantifier la teneur et le déséquilibre des zones minéralisées en spectrométrie gamma classique. Une mesure de spectrométrie gamma haute résolution est alors effectuée sur la carotte.

L’inconvénient de cette méthode est que la mesure réalisée ne permet pas de caractériser l’ensemble de la zone minéralisée (typiquement plusieurs dizaines de mètres) mais uniquement la carotte extraite. De ce fait, la véritable teneur du gisement peut être biaisée. De plus, l’extraction de la carotte, puis sa mesure in situ voire son envoi dans un laboratoire rendent la mesure plus longue et plus coûteuse qu’une mesure en forage. La mesure de la raie à 1001 keV caractéristique de l’uranium nécessite à elle seule plusieurs heures d’acquisition en cas de faible teneur en uranium (moins de 1000 ppm) et la mesure de la raie du ²³⁴ Th (haut de chaîne), plus rapide, peut cependant être sujette à des phénomènes d’atténuation importants en cas de pépite d’uranium.

Le brevet FR 3 088 445 présente une méthode permettant de quantifier le déséquilibre et la teneur d’un échantillon en uranium par la mesure de deux bandes d’énergie spécifiques sur un spectre énergétique de rayonnement gamma. La première bande d’énergie comprend un signal caractéristique de l’uranium et du radium, la seconde bande d’énergie étant quasiment exclusivement caractéristique du radium.

Cependant, cette méthode ne permet pas de caractériser toutes les teneurs en uranium pour n’importe quel déséquilibre. En effet, pour de très forts déséquilibres, le signal de l’uranium est noyé dans le signal du radium, ce qui rend son extraction difficile.

L’invention a pour but de pallier ces inconvénients, en proposant un procédé d’évaluation de la teneur en uranium d’au moins une région d’intérêt d’un sous-sol traversé par un forage qui permet d’obtenir des valeurs de teneur en uranium précises, même lorsque ces dernières sont faibles et que le déséquilibre radioactif de l’uranium est important. À cet effet, l’invention concerne un procédé d’évaluation d’une teneur en uranium d’au moins une région d’intérêt d’un sous-sol par spectrométrie gamma, la région d’intérêt étant traversée par un forage, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) acquérir au moins un spectre énergétique de rayonnement gamma associé à la région d’intérêt, le spectre énergétique comprenant au moins une bande de basse énergie, une bande de haute énergie, une contribution du phénomène d’auto-atténuation de l’uranium dans la bande de basse énergie étant supérieure à une contribution du phénomène d’auto-atténuation de l’uranium dans la bande de haute énergie, b) évaluer la teneur en uranium de la région d’intérêt en utilisant l’aire de la bande de basse énergie, l’aire de la bande de haute énergie du spectre énergétique acquis dans la région d’intérêt et au moins deux coefficients de calibration.

Ainsi, le procédé selon l’invention permet d’évaluer de faibles teneurs en uranium des formations du sous-sol en forage de manière fiable notamment en présence de forts déséquilibres radioactifs de l’uranium, typiquement très inférieurs à 1 , et y compris pour des teneurs en uranium faibles.

Suivant des modes de réalisation particuliers, le procédé comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

- la contribution du phénomène d’auto-atténuation de l’uranium dans la bande de basse énergie est la contribution principale dans ladite bande de basse énergie ;

- la contribution du phénomène d’auto-atténuation de l’uranium dans la bande de haute énergie est sensiblement nulle ;

- la bande de basse énergie comprend une borne inférieure et une borne supérieure, la borne inférieure étant supérieure à 98 keV pour éviter une contribution du rayonnement X de fluorescence de l’uranium dans la bande de basse énergie ;

- la bande de basse énergie est sensiblement comprise entre 120 keV et 170 keV et la bande de haute énergie est sensiblement comprise entre 960 keV et 1046 keV ;

- la teneur en uranium de la région d’intérêt est reliée au ratio entre l’aire de la bande de basse énergie et l’aire de la bande de haute énergie par une équation polynomiale du premier degré de la forme C _BE /C _HE = β - α x C _mU ou par une équation polynomiale du deuxième degré de la forme C _BE /C _HE = α' x C _mU ² β' x _mU + γ', C _BE étant l’aire de la bande de basse énergie du spectre énergétique, C _HE étant l’aire de la bande de haute énergie du spectre énergétique, C _mU étant la teneur en uranium, α, β, α', β', γ' étant les coefficients de calibration ;

- le procédé comprend une étape de détermination des coefficients de calibration par modélisation ou à l’aide de blocs d’étalonnage ; - le procédé comprend une étape de détermination des coefficients de calibration en forage, le sous-sol comprenant au moins une première région de calibration et une deuxième région de calibration traversées par le forage, ladite étape de détermination comprenant :

- acquérir au moins un premier et un deuxième spectres énergétiques de rayonnement gamma de calibration respectivement dans les première et deuxième régions de calibration, chacun des spectres énergétiques de calibration comprenant au moins une bande de basse énergie, une bande de haute énergie, et une bande énergétique centrée sur une raie énergétique à 1001 keV du ^234m Pa,

- calculer une première teneur en uranium de la première région de calibration et une deuxième teneur en uranium de la deuxième région de calibration en utilisant la bande énergétique centrée sur la raie énergétique à 1001 keV du ^234m Pa du premier spectre énergétique de rayonnement gamma de calibration et du deuxième spectre énergétique de rayonnement gamma de calibration respectivement,

- calculer au moins un premier ratio et un deuxième ratio entre l’aire de la bande de basse énergie et l’aire de la bande de haute énergie du premier spectre énergétique de calibration et du deuxième spectre énergétique de calibration respectivement, et

- calculer les coefficients de calibration à partir des au moins première et deuxième teneurs en uranium calculées et des au moins premier et deuxième ratios calculés.

L’invention concerne également un dispositif d’évaluation d’une teneur en uranium d’une région d’intérêt d’un sous-sol par spectrométrie gamma, la région d’intérêt étant traversée par un forage, le dispositif comprenant :

- une sonde spectrométrique comportant un détecteur scintillateur,

- un module d’acquisition connecté à la sonde spectrométrique, le module d’acquisition étant configuré pour acquérir au moins un spectre énergétique de rayonnement gamma associé à la région d’intérêt, le spectre énergétique comprenant au moins une bande de basse énergie, une bande de haute énergie, une contribution du phénomène d’auto-atténuation de l’uranium dans la bande de basse énergie étant supérieure à une contribution du phénomène d’auto-atténuation de l’uranium dans la bande de haute énergie,

- un module d’évaluation de la teneur en uranium configuré pour évaluer la teneur en uranium de la région d’intérêt en utilisant l’aire de la bande de basse énergie, l’aire de la bande de haute énergie du spectre énergétique acquis dans la région d’intérêt et au moins deux coefficients de calibration.

Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend en outre un module de détermination des coefficients de calibration configuré pour déterminer les coefficients de calibration, le sous-sol comprenant au moins une première région de calibration et une deuxième région de calibration traversées par le forage, le module d’acquisition étant configuré pour acquérir au moins un premier spectre énergétique de rayonnement gamma de calibration associé à la première région de calibration, un deuxième spectre de calibration associé à la deuxième région de calibration et un spectre énergétique de rayonnement gamma associé à la région d’intérêt comprenant au moins une bande de basse énergie et une bande de haute énergie, chacun des spectres de calibration comprenant au moins la bande de basse énergie, la bande de haute énergie, et une bande énergétique centrée sur une raie énergétique à 1001 keV du ^234m Pa, le module de détermination des coefficients de calibration comprenant :

- un premier sous-module de calcul pour calculer une première teneur en uranium de la première région de calibration et une deuxième teneur en uranium de la deuxième région de calibration en utilisant respectivement la bande énergétique centrée sur la raie énergétique à 1001 keV du ^234m Pa du premier spectre énergétique de rayonnement gamma de calibration et du deuxième spectre énergétique de rayonnement gamma de calibration,

- un deuxième sous-module de calcul pour calculer au moins un premier ratio et un deuxième ratio entre l’aire de la bande de basse énergie et l’aire de la bande de haute énergie respectivement du premier spectre énergétique de calibration et du deuxième spectre énergétique de calibration,

- un troisième sous-module de calcul pour calculer les coefficients de calibration à partir des au moins première et deuxième teneurs en uranium et des au moins premier ratio et deuxième ratio.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et faite, en référence aux dessins parmi lesquels :

- [Fig 1] la figure 1 est une représentation schématique d’un forage et d’un dispositif selon un premier mode de réalisation de l’invention,

- [Fig 2] la figure 2 est un exemple de spectre de rayonnement gamma acquis par le module d’acquisition du dispositif de la figure 1 ,

- [Fig 3] la figure 3 est une représentation schématique d’un procédé selon un premier mode de réalisation de l’invention, et

- [Fig 4] la figure 4 représente la relation entre le ratio C _BE /C _HE et la teneur en uranium pour différents déséquilibres et en insert un agrandissement pour des teneurs comprises entre 0 et 3000 ppm.

Dans la suite de la description, les termes « teneur massique », « concentration massique », et « teneur » sont considérés comme synonymes. De même, les termes « raie », « raie énergétique », « pic », « pic énergétique » sont également considérés comme synonymes.

Un dispositif 100 d’évaluation de la teneur en uranium d’au moins une région d’intérêt 10 d’un sous-sol 11 traversée par un forage 12 selon un premier mode de réalisation est représenté de manière schématique sur la figure 1 .

Par souci de simplification, le forage 12 est représenté sur la figure 1 vertical, c’est- à-dire avec un pendage égal à 90°. En variante, le forage 12 n’est pas vertical et présente un pendage et un azimut quelconques.

Le forage 12 est réalisé au travers d’une pluralité de formations géologiques 14. Par exemple, le forage 12 est réalisé à des fins d’exploration pour rechercher un éventuel gisement d’uranium 16. En variante, le forage 12 est réalisé à des fins de développement d’un gisement identifié. Les informations collectées dans le forage 12 sont alors utilisées pour l’estimation des réserves d’uranium du gisement 16.

En référence à la figure 1 , le forage 12 traverse notamment au moins une première région 18, appelée première région de calibration, et une deuxième région 20, appelée deuxième région de calibration.

Le forage 12 traverse également au moins une région de référence 21 , par exemple située au-dessus de la première région de calibration 18.

La région de référence 21 est une région non minéralisée. Par « région non minéralisée », on entend une région dans laquelle la teneur en uranium est faible, inférieure à un seuil de référence.

Le seuil de référence est par exemple compris entre 10 ppm et 50 ppm.

La première région de calibration 18 présente une première teneur en uranium Cm _U1 . La deuxième région de calibration 20 présente une deuxième teneur en uranium Cm _U2 .

De préférence, la première région de calibration 18 et la deuxième région de calibration 20 sont des régions minéralisées. Par « région minéralisée », on entend une région dans laquelle la teneur en uranium est supérieure au seuil de référence, de préférence supérieure à un multiple du seuil de référence.

Le multiple est par exemple égal à 2, 3, 4 ou 5.

Dans la suite de la description, il est entendu que les teneurs des différentes régions de calibration 18, 20 et/ou région d’intérêt 10 correspondent à des teneurs moyennes en uranium pour lesdites régions considérées.

Le dispositif 100 comprend une sonde spectrométrique 102 agencée pour être insérée dans le forage 12 et une installation 104 de surface permettant de déplacer la sonde spectrométrique 102 le long du forage 12 vers le haut et vers le bas selon la direction du forage. Par exemple, l’installation de surface 104 comprend un treuil 106 et un dispositif 108 adapté pour connaître la position de la sonde spectrométrique à l’intérieur du forage 12, par exemple une roue codeuse. La sonde spectrométrique 102 est reliée par un câble 110 à l’installation de surface 104. Le câble 110 permet à la fois le déplacement de la sonde spectrométrique 102 à l’intérieur du forage 12, l’alimentation électrique de la sonde spectrométrique 102 et le transfert des mesures réalisées par la sonde spectrométrique 102.

La sonde spectrométrique 102 comprend un détecteur scintillateur adapté pour acquérir un spectre énergétique tel que représenté sur la figure 2. Le détecteur scintillateur comprend par exemple un cristal à bromure de lanthane (LaBr ₃ ).

Le dispositif 100 comprend un calculateur 112 pour l’évaluation de la teneur en uranium de la région d’intérêt 10 du forage 12, une unité d’affichage 114 connectée au calculateur 112 pour afficher les résultats fournis par le calculateur et une interface homme machine 116 pour contrôler le dispositif 100.

Le calculateur 112 comprend par exemple une base de données 118.

La base de données 118 est destinée par exemple à enregistrer les résultats fournis par le calculateur 112.

Le calculateur comprend un processeur 120 et une mémoire 122 recevant des modules logiciels. Le processeur 120 est capable d’exécuter les modules logiciels reçus dans la mémoire 122 pour calculer la teneur en uranium de la région d’intérêt 10.

La mémoire comprend un module d’acquisition 124 et un module d’évaluation de la teneur en uranium 132.

Dans le premier mode de réalisation, la mémoire 122 comprend en outre un module de détermination des coefficients de calibration 125. Ledit module 125 comprend un premier sous-module de calcul 126, un deuxième sous-module de calcul 128 et un troisième sous-module de calcul 130.

Le module d’acquisition 124 est configuré pour acquérir au moins un premier spectre énergétique de rayonnement. Plus particulièrement, en utilisant l’installation de surface 104, le module d’acquisition 124 permet d’acquérir un spectre énergétique de rayonnement de la région d’intérêt 10 du forage 12. Dans le premier mode de réalisation, le module d’acquisition 124 est en outre configuré pour acquérir un spectre énergétique de rayonnement de la première région 18 de calibration et de la deuxième région 20 de calibration.

La sonde spectrométrique 102 est connectée au module d’acquisition 124 par le câble 110.

La figure 2 présente un exemple de spectre énergétique 200 acquis par le module d’acquisition 124. Le spectre énergétique 200 représente le comptage gamma en fonction de l’énergie du rayonnement. Le comptage gamma s’exprime généralement en coups par seconde. L’énergie du rayonnement s’exprime généralement en kilo-électron-volts (keV).

Chaque spectre énergétique 200 comprend au moins une bande de basse énergie 202 et une bande de haute énergie 204.

La bande de basse énergie 202 est une bande fortement impactée par le phénomène d’auto-atténuation de l’uranium contrairement à la bande de haute énergie 204 qui est peu ou pas impactée par le phénomène d’auto-atténuation. Dit autrement, la contribution du phénomène d’auto-atténuation de l’uranium dans la bande de basse énergie 202 est supérieure à la contribution du phénomène d’auto-atténuation de l’uranium dans la bande de haute énergie 204.

Le phénomène d’auto-atténuation de l’uranium d’intérêt pour la présente invention se produit lorsqu’un photon émis par l’uranium ou un ses descendants interagit par diffusion Compton dans la propre matrice du matériau par lequel il est émis puis y est absorbé par effet photoélectrique. Le photon interagit avec les atomes qui se trouvent sur sa trajectoire. Le photon diffusé est alors absorbé avant même d’atteindre le détecteur scintillateur.

De préférence, la bande de basse énergie 202 est choisie de sorte que la contribution du phénomène d’auto-atténuation de l’uranium dans la bande d’énergie considérée soit la contribution principale.

De préférence, la contribution du phénomène d’auto-atténuation de l’uranium dans la deuxième bande de haute énergie 204 est sensiblement nulle. Par « sensiblement nulle », on entend de préférence inférieure à 1%, par exemple inférieure à 0,2%.

La bande de basse énergie 202 comprend une borne inférieure et une borne supérieure. La borne inférieure est supérieure à 98 keV pour éviter une contribution du rayonnement X de fluorescence de l’uranium dans la bande de basse énergie 202 qui viendrait compenser le phénomène d’auto-absorption de l’uranium décrit ci-dessus.

Le rayonnement X de fluorescence de l’uranium correspond à l’émission d’un photon de fluorescence qui se produit à la faveur d’une réorganisation du cortège électronique d’un atome lorsque ce dernier absorbe totalement un photon incident.

Avantageusement, les plages d’énergie des bandes de basse énergie 202 et de haute énergie 204 sont choisies afin que le ratio entre l’aire de la bande de basse énergie C _BE et l’aire de la bande de haute énergie _HE , dénommé indicateur K _APC soit le plus indépendant possible du déséquilibre de l’uranium.

Il est rappelé que l’équilibre séculaire est une situation où l’activité d’un radio-isotope reste constante du fait que son taux de production (dû à la désintégration d’un isotopeparent) est égal à son taux de désintégration. Dans le cas contraire, on parle de déséquilibre radioactif. Dans la présente demande, le déséquilibre radioactif de l’uranium fait référence au déséquilibre moyen observé d’une part entre le radon ²²² Rn et l’uranium ²³⁸ U en raison de la volatilité du radon, et d’autre part entre le radium ²²⁶ Ra (père du radon ²²² Rn) et l’uranium ²³⁸ U dû à la lixiviation différentielle entre l’uranium et le radium.

Par modélisation, les inventeurs ont identifié deux plages d’énergies optimales pour lesquelles la contribution du groupe uranium est identique.

Ainsi, avantageusement, la bande de basse énergie 202 est sensiblement comprise entre 120 keV et 170 keV et la bande de haute énergie 204 est sensiblement comprise entre 960 keV et 1046 keV. Par « sensiblement », on entend que les bornes inférieures et supérieures des bandes d’énergie 202, 204 peuvent varier en fonction de la résolution du détecteur scintillateur qui influence la largeur à mi-hauteur des pics. La variation est par exemple de +/- 1 keV. Dans la suite de la description, l’indicateur K _APC est défini comme suit :

C _BE est l’aire de la bande de basse énergie 202.

CHE est l’aire de la bande de haute énergie 204.

Les aires de la bande de basse énergie C _BE et de la bande de haute énergie C _HE correspondent aux aires brutes sans correction du fond continu Compton.

De préférence, au moins le spectre énergétique de rayonnement dans la première région 18 de calibration, et le spectre énergétique de rayonnement dans la deuxième région 20 de calibration comprennent une bande énergétique 206 centrée sur une raie énergétique à 1001 keV du ^234m Pa. De préférence, chaque spectre énergétique, y compris le spectre de rayonnement de la région d’intérêt 10 comprend la bande énergétique 206 centrée sur la raie énergétique à 1001 keV du ^234m Pa. Cette raie à 1001 keV a l’avantage d’être située en haut de la chaine de l’ ²³⁸ U, et par conséquent d’être indépendante du déséquilibre de la chaine. Néanmoins, l’intensité d’émission de ce rayonnement est de 0,83 %, ce qui, dans les cas de déséquilibre U/Ra et de teneur en uranium faible, peut nécessiter un temps de comptage important, e.g. plusieurs dizaines de minutes ou quelques heures, afin d’être détectée.

Le module d’évaluation de la teneur en uranium 132 est configuré pour évaluer la teneur en uranium de la région d’intérêt 10 en utilisant l’aire C _BE de la bande de basse énergie 202, l’aire C _HE de la bande de haute énergie 204 du spectre acquis dans la région d’intérêt et au moins deux coefficients de calibration, comme nous le verrons plus loin dans la description. Le module de détermination des coefficients de calibration 125 est configuré pour déterminer les coefficients de calibration.

Le premier sous-module de calcul 126 est configuré pour calculer une première teneur en uranium Cm _U1 de la première région de calibration 18 et une deuxième teneur en uranium Cm _U2 de la deuxième région de calibration 20 en utilisant la bande énergétique 206 centrée sur la raie énergétique à 1001 keV du ^234m Pa du premier spectre énergétique de rayonnement gamma de calibration et du deuxième spectre énergétique de rayonnement gamma de calibration respectivement.

Le deuxième sous-module de calcul 128 est configuré pour calculer au moins un premier ratio C _BE1 /C _HE1 et un deuxième ratio C _BE2 /C _HE2 entre l’aire de la bande de basse énergie C _BE1 , C _BE2 et l’aire de la bande de haute énergie C _HE1 , C _HE2 respectivement du premier spectre énergétique de calibration et du deuxième spectre énergétique de calibration.

Le troisième sous-module de calcul 130 est configuré pour calculer un premier coefficient a et un deuxième coefficient β à partir des au moins première et deuxième teneurs en uranium Cm _U1 , Cm _U2 et des au moins premier ratio C _BE1 /C _HE1 et deuxième ratio

C _BE2 /C _HE2 .

Les modules et sous-modules 124, 125, 126, 128, 130, 132 sont programmés pour mettre en oeuvre le procédé selon l’invention, décrit dans ce qui suit.

La figure 3 présente les étapes d’un procédé d’évaluation 300 de la teneur en uranium d’au moins une région d’intérêt 10 d’un sous-sol 11 par un forage 12 selon un premier mode de réalisation de l’invention.

Le procédée 300 comprend une étape d’acquisition 350 d’au moins un spectre énergétique de rayonnement gamma associé à la région d’intérêt 10. Le spectre énergétique comprend au moins la bande de basse énergie 202 et la bande de haute énergie 204.

Les bandes de basse énergie 202 et de haute énergie 204 sont choisies comme expliquées plus haut.

De préférence, le procédé 300 comprend l’acquisition 350 d’une pluralité de spectres énergétiques de rayonnement gamma tout le long du forage 12. Par exemple, le procédé 300 comprend l’acquisition d’un spectre énergétique dans une pluralité de régions d’intérêt 10 espacées par un pas prédéterminé. Le pas prédéterminé est par exemple compris entre 50 cm et 2 m.

Le procédé comprend ensuite une étape d’évaluation 360 de la teneur en uranium de la région d’intérêt 10 en utilisant l’aire de la bande de basse énergie 202, l’aire de la bande de haute énergie 204 du spectre énergétique acquis dans la région d’intérêt 10 et au moins deux coefficients de calibration.

De préférence, le procédé 300 comprend une étape 370 de détermination des coefficients de calibration.

Dans l’exemple de la figure 3, l’étape de détermination des coefficients 370 est effectuée avant l’étape d’acquisition 350 du spectre énergétique dans la région d’intérêt 10. Cependant, en variante, l’étape de détermination des coefficients 370 peut être effectuée après l’étape d’acquisition 350 du spectre énergétique dans la région d’intérêt 10.

Dans le premier mode de réalisation, l’étape de détermination des coefficients de calibration 370 s’effectue en forage et en particulier dans le forage 12 traversant la région d’intérêt 10.

Dans l’exemple illustré, l’étape de détermination des coefficients de calibration 370 comprend tout d’abord une étape d’acquisition 310 en utilisant l’installation 104 et le module d’acquisition 124 d’au moins un premier et un deuxième spectres énergétiques de rayonnement gamma de calibration respectivement dans la première et la deuxième régions 18, 20 de calibration du forage 12.

Chacun des premier et deuxième spectres énergétiques de rayonnement gamma de calibration comprend au moins la bande de basse énergie 202, la bande de haute énergie 204, et la bande énergétique 206 centrée sur la raie énergétique à 1001 keV, telles que représentées par exemple sur la figure 2.

Les bandes de basse énergie 202 et de haute énergie 204 sont choisies comme expliquées plus haut.

De préférence, le temps d’acquisition du premier et du deuxième spectres énergétiques est compris entre quelques dizaines de minutes et plusieurs heures, par exemple, selon la teneur en uranium et le temps nécessaire pour détecter la raie à 1001 keV.

Avantageusement, les première et deuxième régions 18, 20 de calibration sont identifiées lors d’une étape préliminaire d’identification des première et deuxième région 18, 20 de calibration.

Par exemple, le procédé 300 comprend une étape préliminaire d’identification par mesure du comptage total de rayonnement gamma le long du forage 12. Pour ce faire, une sonde radiométrique de mesure par comptage total du rayonnement gamma est déplacé dans le forage 12.

Plus particulièrement, cette étape préliminaire comprend l’identification d’une région de référence 21 non minéralisée présentant un teneur en uranium inférieure au seuil de référence. La région de référence 21 présente un comptage gamma de référence. La première région 18 de calibration et la deuxième région 20 de calibration sont ensuite identifiées comme des régions présentant un taux de comptage gamma significativement supérieur au comptage gamma de référence, c’est-à-dire supérieur à un multiple du comptage gamma de référence.

La première région 18 de calibration et la deuxième région 20 de calibration sont de préférence choisies de manière à ce qu’elles présentent un indicateur K _APC différent, c’est- à-dire un ratio différent entre l’aire C _BE de la bande basse énergie 202 et l’aire C _HE de la bande de haute énergie 204.

L’étape de détermination des coefficients comprend ensuite une étape 320 de calcul d’une première teneur en uranium Cm _U1 de la première région de calibration 18 et d’une deuxième teneur en uranium Cm _U2 de la deuxième région de calibration 20 en utilisant la bande énergétique centrée 206 sur la raie énergétique à 1001 keV du ^234m Pa du premier spectre énergétique de rayonnement gamma de calibration et du deuxième spectre énergétique de rayonnement gamma de calibration acquis respectivement dans les première et deuxième régions de calibration 18, 20.

En particulier, la teneur en uranium, notée Cm _U , est exprimée à partir de l’aire nette de la raie à 1001 keV, notée S ₁₀₀₁ par l’équation suivante :

K ₁₀₀₁ est un coefficient d’étalonnage permettant de passer d’une valeur d’air nette à 1001 keV à la teneur en uranium. Il dépend notamment du détecteur scintillateur et est obtenu par simulation numérique, expérimentalement en utilisant des blocs étalons ou en puits de référence. η est la fraction massique ²³⁵ U/ ²³⁸ U dans l’uranium naturel (=0,72). est la masse molaire de l’ ²³⁸ U. est la période radioactive de l’ ²³⁸ U. Ɲa est la constante d’Avogadro.

Eƒƒ _1001keV est l’efficacité du détecteur scintillateur à 1001 keV. est l’intensité d’émission du ^234m Pa à 1001 keV.

Tc est le temps de comptage.

M _ech est la masse de l’échantillon.

Les aires nettes sont obtenues après soustraction du fond continu Compton, par exemple effectuée en utilisant un logiciel de traitement de spectres énergétiques.

L’étape de détermination des coefficients de calibration 370 comprend alors le calcul 330 d’au moins un premier ratio C _BE1 /C _HE1 et un deuxième ratio C _BE2 /C _HE2 entre l’aire C _BE1 , C _BE2 de la bande de basse énergie 202 et l’aire C _HE1 , C _HE2 de la bande de haute énergie 204 respectivement du premier spectre énergétique de calibration et du deuxième spectre énergétique de calibration.

La figure 4 montre une modélisation de la variation du ratio C _BE /C _HE en fonction de la teneur en uranium Cm _U , et pour différents déséquilibres. On constate que le ratio est indépendant du déséquilibre. Dès lors, pour des teneurs en uranium inférieures à 5000 ppm, la teneur en uranium est reliée au ratio entre l’aire de la bande de basse énergie et l’aire de la bande de haute énergie par une équation polynomiale du premier degré de la forme suivante : α et β sont deux coefficients de calibration.

Ainsi, l’étape de détermination des coefficients de calibration 370 consiste à partir des aires C _BE et C _HE de chacun des premier et deuxième spectres énergétiques et des teneurs en uranium correspondantes Cm _U1 et Cm _U2 calculées précédemment, à calculer 340 les valeurs des coefficients α et β.

Dans l’exemple, cela conduit à résoudre un système de deux équations à deux inconnues α et β.

La teneur en uranium Cm _U dans la région d’intérêt 10 est calculée en utilisant l’aire C _BE de la bande de basse énergie 202 et l’aire C _HE de la bande de haute énergie 204 du spectre énergétique acquis dans la région d’intérêt 10, le premier et le deuxième coefficients calculés α, β. La teneur en uranium Cm _B est calculée en particulier avec l’équation : avec

Selon un mode de réalisation particulier, le procédé 300 comprend l’acquisition d’un troisième spectre énergétique de rayonnement gamma dans une troisième région 22 de calibration du forage 12.

Par exemple, la troisième région 22 de calibration est une région minéralisée distincte de la première région 18 de calibration et de la deuxième région 20 de calibration.

La troisième région 22 de calibration est de préférence sélectionnée de manière similaire à la première région 18 de calibration et à la deuxième région 20 de calibration. Par exemple, la première région 18 de calibration est située au-dessus de la deuxième région 20 de calibration selon la direction du forage 12. La troisième région 22 de calibration est située en-dessous de la deuxième région 20 de calibration.

Le procédé 300 comprend alors l’acquisition d’un troisième spectre énergétique de rayonnement gamma dans la troisième région 22 de calibration et le calcul de la teneur en uranium Cm _U3 dans cette troisième région 22 en utilisant l’aire nette de la bande énergétique 206 centrée sur la raie énergétique à 1001 keV du ^234m Pa du spectre, comme expliqué plus haut.

Le procédé 300 comprend alors également le calcul d’au moins un troisième ratio C _BE3 /C _HE3 entre l’aire C _BE3 de la bande de basse énergie 202 et l’aire C _HE3 de la bande de haute énergie 204 du troisième spectre énergétique de calibration.

A partir des teneurs en uranium calculées Cm _U1 , Cm _U2 , Cm _U3 pour chacune des régions de calibration 18, 20, 22 et des aires C _BE1 , C _BE2 , C _BE3 des bandes de basse énergie 202 et de haute énergie 204, et en particulier des ratios C _BE1 /C _HE1 , C _BE2 /C _HE2 , C _BE3 /C _HE3 de chacun des premier, deuxième et troisième spectres énergétiques, les coefficients α et β sont calculés.

De préférence, le premier coefficient α et le deuxième coefficient β sont calculés par régression linéaire des au moins premier, deuxième et troisième ratios calculés C _BE1 /C _HE1 , ^C BE2/ ^C HE2 , ^C BE3/ ^C HE3 et des au moins premier, deuxième et troisième teneurs en uranium calculées Cm _U1 , Cm _U2 , Cm _U3 .

En variante encore, le procédé 300 comprend l’acquisition de spectres énergétiques de calibration dans un nombre quelconque de régions de calibration.

En complément ou en variante, dans chacune des régions de calibration 18, 20, 22, une pluralité de spectres énergétiques de calibration est acquise et les étapes 320 et 330 sont effectuées sur chacun desdits spectres de calibration.

Ceci permet d’évaluer une incertitude associée à la ou les teneurs en uranium dans la ou les régions d’intérêt par le procédé 300 en traçant une courbe d’étalonnage représentant les multiples couples (C _i ; C _BEi C _HEi ) à partir desquels il est possible d’estimer l’incertitude sur les coefficients a et p de la régression linéaire.

En variante, la teneur en uranium de la région d’intérêt 10 est reliée au ratio entre l’aire de la bande de basse énergie 202 et l’aire de la bande de haute énergie 204 par une équation polynomiale du deuxième degré de la forme C _BE /C _HE = α' x C _mU ² - β' x C _mU + γ'. En effet, sur la figure 4, on observe pour des teneurs en uranium supérieures à 5000 ppm un écart à la linéarité qui peut être modélisé par une équation du deuxième degré. Les coefficients de calibration α', β' et γ' sont par exemple déterminés à partir de spectres énergétiques acquis dans au moins trois régions de calibration 18, 20 ,22 et par régression polynomiale.

Selon un deuxième mode de réalisation (non représenté), l’étape de détermination des coefficients de calibration 370 (équation polynomiale du premier ou du deuxième ordre) s’effectue par modélisation en utilisant par exemple un code modélisant les interactions entre la matière et les différents rayonnements. Le code utilisé est par exemple le code Monte-Carlo N-Particle (MCNP) [MCNP6TM, User’s manual - Version 1.0 - LA-CP-13- 00634, Rev. 0 - May 2013 - Denise B. Pelowitz, editor Los Alamos National Laboratory],

En variante, l’étape de détermination des coefficients de calibration 370 s’effectue en utilisant des blocs d’étalonnage. Les blocs d’étalonnage sont des blocs, par exemple des blocs de béton, dont la teneur en uranium est connue. Pour déterminer les coefficients de calibration, on insère la sonde spectrométrique 102 dans différents blocs d’étalonnage, on acquiert au moins un spectre énergétique de rayonnement gamma dans chacun des blocs d’étalonnage et on détermine les coefficients de calibration de manière similaire à ce qui est fait dans le premier mode de réalisation.

Ainsi, le procédé 300 selon l’invention permet d’évaluer de faibles teneurs en uranium des formations du sous-sol en forage de manière fiable notamment en présence de forts déséquilibres radioactifs U/Ra de l’uranium, typiquement très inférieurs à 1.