Etude géophysique et hydrogéologique en milieu fissuré

GENERALITES SUR LES METHODES GEOPHYSIQUES UTILISEES ET LA FORA TI ONS REALISEE 

ETUDE HYDROGEOLOGIQUE 

Recherche bibliographique 

Les documents disponibles que sont les cartes géologiques et hydrogéologiques, les photos aériennes et les anciens rapports portant sur la zone d’étude (forages déjà réalisés sur place ou étude géophysique antérieure) ont été consultés pour identifier les indices morphologiques de présence d’eau. Les structures linéaires indiquent généralement des failles qui, en milieu discontinu, sont les principales zones de présence d’eau. Une fois ces points déterminés, l’azimut et la distance par rapport à un point de repère visible (centre du village, croisement de route, bute … ).

Reconnaissance de terrain Cette phase consiste en des enquêtes et des observations sur le terrain pour un repérage des points d’eau et des indices (arbres, oueds, linéaments), les mesures de niveau statique, de salinité et de débit ont été également calculées. L’étape ultime de cette phase est l’ identification les sites de prospections géophysiques. 

PROSPECTION GEOPHYSIQUE

 La prospection géophysique est une phase primaire indispensable pour la réalisation d’un forage en milieu fissuré. Elle permet de déterminer les propriétés de sous-sol selon la méthode utilisée (sismique, électrique, magnétique, électromagnétique … ). La prospection permet de prédéterminer des informations sur la structure et l’état du sous-sol de façon relativement précise. Dans ce mémoire nous nous limitons à la description des méthodes électromagnétique et électrique qui sont utilisées. 

 Méthode électromagnétique 

Principe 

Cette méthode permet de créer un champ électrique qui sera transformé dans la boucle de l’émetteur en champ magnétique. Le champ magnétique sera injecté dans le sous-sol, à la rencontre d’un corps conducteur, qui crée des champs secondaires, qui vont être détectés par le récepteur sous forme de conductivité électrique. 11 Figure 8: Principe de la méthode électromagnétique. a) Profondeur de pénétration La profondeur de pénétration d’un champ électromagnétique dépend de sa fréquence et de la conductivité électrique du milieu dans lequel il s’est propagé. L’amplitude des champs électromagnétiques dans le sol décroît exponentiellement avec la profondeur. Ah = Aoe- 1 et h = 503, S(a.f).-112 Où h est la profondeur en mètres, a la conductivité en S.m -l et fla fréquence du champ en Hz. (Jacques et al, 2011 ). La méthode électromagnétique utilisée est de catégorie émetteur mobile EM Vertical et/ou EM Horizontal par l’appareil EM 34. b) Conductimètre EM 34 L’EM34 est un appareil de mesure de la conductivité du sous-sol selon deux positions du champ électrique horizontal ou vertical par rapport au sol (figure 9 et 1 0). Il se compose par : Deux appareils d’émission et de mesure qui sont respectivement reliés à une bobine du récepteur et à une autre de l’émetteur par deux câbles. Un câble de la référence. 12 Figure 9: Conductimètre EM 34 Con toit (pottH 5Ur ln ~·Uit du dtlllfmt OP4’111Ntl Appareil de Figure 10: Composantes du conductimètre EM34 c) Profondeur d’ investigation La profondeur d’investigation du conductimètre EM 34 dépend de l’écartement entre l’émetteur et le récepteur. Le tableau ci-dessous montre que la profondeur d’investigation de dipôle horizontale ou verticale, du conductimètre EM34, est proportionnelle avec la longueur du câble de référence qui sépare l’émetteur du récepteur. 13 Tableau 1: Variation de profondeur d’investigation de conductimètre EM34 St:·paration (pas l’ntn· l’ l-metteu r l’t rt:·ccpteu r en mi.·tn:) 10 20 40 d) Interprétations de données Profondeur (m) d’im l’stigation ( l>ipiill· lwritontal) 7,5 15 30 Profondeur (rn) d’inHstigation ( l>ipÏlll· ‘erticale) 15 30 60 L’interprétation des résultats de la méthode électromagnétique par Je conductimètre EM34 est basée sur le contraste de la conductivité mesurée. La méthode électromagnétique permet entre autres de : ./ déterminer les changements dans la structure du sous-sol dues aux changements de porosité; ./ discerner des variations de résistivité entre des aquifères d’eau douce ou salée; ./ de localiser des structures géologiques favorables à l’accumulation ou à la circulation de l’eau souterraine, telles que failles, fractures ou les cavités (Jibril, 2008). L’interprétation se fait par représentation des résultats de profils électromagnétiques avec Je logiciel Excel pour évaluer les variations horizontales et verticales des conductivités mesurées (horizontal et vertical) en fonction de la distance en mètre. 

 Méthode électrique 

La prospection électrique est la méthode la plus utilisée dans le domaine de l’eau. Elle vise, par la mesure de résistivité apparente, la détermination de l’anomalie qui peut être synchronisée à la présence éventuelle de l’eau et d’estimer les nombres des couches géo-électriques selon leurs épaisseurs. 

Principe 

Les méthodes électriques permettent d’étudier les variations latérales (traînés électriques) ou verticales (sondage électrique) de la résistivité apparente du sous-sol, à l’aide d’ injections de courant continu. Elles sont toutes basées sur le même principe (figure 1 1) : 14 1 \ .. ‘ surface equipotentielle lignes de courant Figure 11: Principe de la méthode géoélectrique (IGEOTEST, 1997) Un courant (J) est envoyé dans le sol par l’intermédiaire de deux électrodes émettrices (notées A et B), Le courant crée une distribution d’équipotentielles permettant de mesurer une différence de potentiel (V) entre deux électrodes réceptrices (notées Met N), v La résistivité (p) est alors définie par p = K.- 1 K (facteur géométrique) dépend uniquement de la position des électrodes sur le terrain et . 1 1 . . K 27r s’expnme par a re atlon su1vante: :;::; 1 1 1 1 (AM – -AN- -BM- +BN-) 

 Profils électriques (traîné électrique)

Un profil de résistivité fournit pour des stations alignées et régulièrement espacées, la valeur de la résistivité apparente mesurée à l’aide d’un dispositif pour lequel la distance AB est constante. Il met donc en évidence les variations latérales de la résistivité apparente pour une certaine profondeur d’ investigation, convenablement choisie (en fonction de AB). Le dispositif utilisé pour les profils de traîné est un dispositif de type « Schlumberger »où les distances entre les électrodes émettrices AB et réceptrices MN sont constantes (figure 12). Cette configuration permet d’étudier les variations de résistivité à profondeur fixe. 15 A 1\1 Mut N B x ~ t\fl/2 ~ MN/l_~ ,. x / Figure 12: Configuration Profil Schlumberger Interprétation de trainé électrique Afin d’analyser les données obtenues, les valeurs de résistivité sont reportées sur un papier semilogarithmique qui montre les variations de résistivité en fonction de la distance. Les profils présentent généralement une allure en dents de scie (bruit de fond) liée aux hétérogénéités de surface. Une anomalie caractéristique devra donc affecter plusieurs stations de mesure avec des résistivités apparentes nettement inférieures ou supérieures à la moyenne. Deux types d’anomalies principales peuvent être observés : ~ les contacts entre deux unités géologiques : l’anomalie est étroite et un changement général de résistivité est observé ; ~ les zones fracturées: l’anomalie est plus étendue ; elle peut être positive si la fracture est injectée de matériaux très résistants ou négative si la fracture est aquifère (figure 13). C’est bien entendu ce type d’anomalie qui est intéressant dans le cas de notre étude.