Le programme de radiométrie de la CGC existe depuis 60 ans (Darnley, 1991). La mise au point de l'équipement et de méthodes visant à mesurer la radioactivité naturelle au Canada a débuté en 1930 avec la découverte de radium à Great Bear Lake (T.N.-O.).

Le premier détecteur de rayonnement à avoir été inventé est le «compteur de Geiger». Ce compteur enregistre le nombre total d'impulsions pour toutes les intensités de rayonnement. Les chambres d'ionisation [1] et les compteurs de Geiger ont été adaptés en vue d'être utilisés sur le terrain pour la première fois dans les années 30. Le premier compteur de Geiger-Müller portatif (dont la masse est de 25 kg) a été mis au point à la UBC (University of British Columbia) en 1932. H.V. Ellsworth de la CGC en a assemblé un plus léger et plus pratique en 1934. On a utilisé par la suite le modèle de base pour la prospection de l'uranium pendant de nombreuses années [2]. Au début des années 60, R. Doig a réalisé des études géophysiques à l'aide d'un spectromètre gamma portatif de 10 kg [3] conçu et assemblé à la CGC et à l'Université McGill. Après avoir étalonné adéquatement, le spectromètre permet de déterminer les concentrations chimiques de potassium, d'uranium et de thorium.

Le compteur de Geiger que l'on connaît aujourd'hui est un spectromètre sophistiqué à 256 canaux [4] qui est accordé en vue de mesurer les rayonnements émis par des éléments particuliers. Les géophysiciens s'en servent pour effectuer un suivi au sol sur le site d'anomalies et dans d'autres zones d'intérêt [5] observées sur les cartes produites lors des levés aériens. Dans cette illustration, on se sert d'un spectromètre et d'un récepteur GPS (Global Positioning System) de poche pour déterminer l'emplacement du site [6] et [7].

[1] [2] [3]

[4] [5] [6]

[7]

L'un des pionniers de l'utilisation des capteurs aéroportés pour la prospection des minerais radioactifs fut G.C. Ridland, géophysicien qui travaillait à Port Radium en 1943. En 1947, le premier essai de capteurs aéroportés (chambres d'ionisation et compteurs de Geiger) fut réalisé par Eldorado Mining & Refining, Ltd. (société d'État canadienne). La première demande de brevet relative à un spectromètre gamma portatif fut présentée par les professeurs Pringle, Roulston et Brownell de l'Université du Manitoba en 1949 et, au cours de la même année, ceux-ci effectuèrent des essais au sol et aériens du premier compteur à scintillations portatif dans le nord de la Saskatchewan.

En 1955, la CGC a effectué un premier levé de reconnaissance géophysique aérien longue portée au-dessus de l'archipel Arctique canadien en transportant à bord un magnétomètre et un compteur à scintillations. À la fin des années 50, A.F. Gregory de la CGC a amorcé une série d'expériences qui ont mené, dix ans plus tard, à la mise au point du spectromètre gamma haute sensibilité aéroporté de la CGC. Conçu et assemblé à Énergie atomique du Canada Limitée par une équipe menée par Q. Bristow dans le respect des spécifications de la CGC, l'instrument a révolutionné la spectrométrie gamma aérienne par sa performance remarquable en permettant d'«appliquer la géochimie du haut des airs». Les références d'étalonnage et les procédures de réduction des données qui ont été établies ont été recommandées par la suite en vue d'être utilisées partout dans le monde par l'Agence internationale de l'énergie atomique.

La mise au point du spectromètre gamma au début des années 60 et son utilisation à bord des aéronefs au milieu des années 60 (ayant nécessité une augmentation notable du volume du cristal) ont marqué le début d'une nouvelle ère. En 1967, les premiers levés gamma aériens ont été réalisés à bord d'un hélicoptère Vertol [8]. Les systèmes à spectre continu permettaient de prendre des mesures de certaines «parties» distinctes du spectre des énergies de rayonnement gamma [9] dans le but de déterminer les concentrations de chaque radioélément (notamment K, U et Th) et de cartographier les roches suivant leur signature spectrale.

La cartographie gamma aérienne systématique de l'ensemble du Canada au moyen de l'aéronef Skyvan de la CGC a débuté en 1969 [10], CF-GSC. L'aéronef Skyvan a une grande capacité de transport et convient particulièrement aux levés aériens de spectrométrie gamma effectués à des vitesses relativement faibles (~180 km/h) et à basse altitude (~130 m au-dessus du sol). Par ailleurs, la navette spatiale [11] se prête difficilement à cette application.

Le système d'acquisition de données Skyvan (Bristow, 1979) comprend un ordinateur Nova 1220 de Data General [12] et un réseau de 14 capteurs au NaI (volume total: 50 L), dont deux capteurs sont «orientés vers le haut» [13]. En 1995, le système d'acquisition a été remplacé par un spectromètre Exploranium GR820 doté du même réseau de capteurs.

En 1969, on a mis sur pied un programme national de spectrométrie gamma et on a effectué par la suite des levés aériens à bord du Skyvan entre 1968 et 1995. Le programme fédéral-provincial de recherche préliminaire d'uranium (PRPU, 1975-1979) dirigé par A.G. Darnley de la CGC a permis la réalisation de progrès notables en rendant possible la participation d'entrepreneurs commerciaux et en exigeant d'eux qu'ils respectent les nouvelles normes haute sensibilité. Le PRPU assure une couverture de niveau reconnaissance (espacement entre les lignes de vol entre 5 km et 25 km) sur plus du tiers du Bouclier canadien et des Maritimes. Depuis 1979, les levés se poursuivent à un rythme plus lent mais uniforme. Certains levés sont réalisés à contrat au moyen d'aéronefs à voilure fixe ou d'hélicoptères; on peut voir ci-contre des spectromètres étalonnés sur des blocs d'étalonnage transportables [14].

[8] [9] [10]

[11] [12] [13]

[14]

À l'origine, l'utilisation généralisée de la spectrométrie gamma aérienne (SGA) avait pour but premier de faciliter la prospection uranifère, même si on savait dès le début des années 60 qu'elles avaient de nombreuses autres applications possibles. Au fil des ans, on a observé de grands progrès pour ce qui est de la présentation et de l'interprétation des données. Les premiers levés aériens réalisés à l'aide de compteurs à scintillations ne permettaient de créer que des cartes d'isolignes du comptage total brut. Les instruments ne permettaient d'obtenir que la «radioactivité totale» émise par l'ensemble des sources et étaient utilisés principalement dans la prospection uranifère. Dans les années 80, l'affichage couleur des données a rendu possible la production de cartes représentant trois radioéléments à la fois, amélioration sûre au chapitre de la présentation des données se rapportant à la cartographie géologique, à la prospection de minerais renfermant plusieurs éléments et aux études environnementales. Les variations notées dans l'abondance absolue et relative du potassium, de l'uranium et du thorium radioélémentaires sont des indications valables et pertinentes utilisées pour la cartographie du substratum rocheux et des formations en surface et pour la prospection d'une grande diversité de minerais. Dans les années 90, les levés de spectrométrie gamma se sont avérés un outil de prospection minière très efficace et ont permis de découvrir plusieurs gisements de grande valeur sur le plan économique [15] (Gandhi et al, 1996).

La méthode SGA s'applique également à la surveillance environnementale quantitative [16] (Grasty, 1983) et à l'identification des radionucléides lors d'incidents nucléaires. En 1978, un satellite soviétique à propulsion nucléaire s'est écrasé sur terre dans le nord du Canada. Le spectromètre gamma aéroporté de la CGC a fortement contribué au succès de l'Opération Morning Light, entreprise commune Canada/États-Unis ayant pour but de localiser et de récupérer les débris causés par l'accident. La géochimie environnementale est devenue en outre un sujet de préoccupation mondial et la spectrométrie gamma aérienne est un outil essentiel dans cette discipline.

La spectrométrie gamma aérienne est aujourd'hui reconnue comme étant une technique ayant des applications partout dans le monde en cartographie géologique, en prospection minière et en surveillance environnementale.

[15] [16]

Outre les membres actuels de la Section de la géophysique de rayonnement susmentionnés, nous tenons à remercier les personnes ci-dessous pour leur contribution à la mise au point du système, à la collecte, la compilation et la production des données de levés aériens et au sol, ainsi qu'à la mise au point des applications, depuis la fin des années 60: