CONTRIBUTION DE LA GEOPHYSIQUE A LA RECONNAISSANCE …

UNIVERSITE DrsquoANTANANARIVO

DOMAINE SCIENCES ET TECHNOLOGIES

Ecole Doctorale PHYSIQUE ET APPLICATIONS

EAD Physique du Globe de lrsquoEnergie et de lrsquoEnvironnement

Meacutemoire

Habilitation agrave Diriger des Recherches

Volume II Synthegravese des travaux scientifiques

Preacutesenteacute par

RAKOTO Heritiana Andriamananjara

le 12 Feacutevrier 2019

Devant la commission du jury composeacutee de

Preacutesident M RABOANARY Roland

Professeur Titulaire Universiteacute drsquoAntananarivo

Directeur M RATSIMBAZAFY Jean Bruno

Professeur Titulaire Emeacuterite Universiteacute drsquoAntananarivo

Rapporteur interne RANAIVO-NOMENJANAHARY Flavien Noel


Rapporteur externe RASOLOMANANA Eddy Harilala


Examinateur M RAKOTONIAINA Solofoarisoa

Professeur Universiteacute drsquoAntananarivo

Examinateur Mme RAMANANTSIZEHENA Georgette


CONTRIBUTION DE LA GEOPHYSIQUE

A LA RECONNAISSANCE DU SOUS-SOL

ET A LrsquoEVALUATION DE SES RESSOURCES





Meacutemoire






Preacutesident M RABOANARY Roland Professeur Titulaire

Directeur M RATSIMBAZAFY Jean Bruno Professeur Titulaire Emeacuterite

Rapporteur interne M RANAIVO-

NOMENJANAHARY Flavien

Professeur Titulaire

Rapporteur externe M RASOLOMANANA Eddy Professeur Titulaire

Examinateur M RAKOTONIAINA Solofoarisoa Professeur

Examinateur Mme RAMANANTSIZEHENA

Georgette





SOMMAIRE

Remerciements

Liste des acronymes Abreacuteviations

Symboles et Uniteacutes

Liste des figures

Introduction

Geacuteneacuteraliteacutes

I1 Deacutefinition de la geacuteophysique appliqueacutee

I2 Rappel des objectifs

I3 Notion de gisement

I4 Notion de cible et drsquoencaissant

I5 Probleacutematiques

Axes de recherche abordeacutes

II1 Historique des activiteacutes de recherche

II2 Domaines drsquoapplication des recherches

II3 Deacuteveloppement meacutethodologique

Perspectives de recherche

Conclusion

Reacutefeacuterences bibliographiques

Annexe

REMERCIEMENTS

La reacutealisation de ce meacutemoire drsquoHabilitation agrave Diriger des Recherches (HDR) a eacuteteacute possible

gracircce au concours de plusieurs personnes agrave qui je voudrais teacutemoigner toute ma reconnaissance

Je voudrais tout drsquoabord adresser toute ma gratitude au directeur de ce meacutemoire Monsieur

RATSIMBAZAFY Jean Bruno Professeur Titulaire Emeacuterite au sein du Domaine Sciences et

Technologie de lrsquoUniversiteacute drsquoAntananarivo pour sa disponibiliteacute et surtout ses judicieux

conseils qui ont contribueacute agrave alimenter ma reacuteflexion tout au long de ma carriegravere drsquoEnseignant-

Chercheur

Jrsquoadresse ici mes profondes reconnaissances agrave Monsieur RAHERIMANDIMBY Marson

Professeur Titulaire responsable du Domaine Sciences et Technologie et agrave lrsquoeacutequipe drsquoaccueil

de lrsquoEcole Doctorale Physique et Applications (EDPA) de lrsquoUniversiteacute drsquoAntananarivo qui

mrsquoont donneacute lrsquoautorisation et ont accepteacute la preacutesentation de ce preacutesent meacutemoire de synthegravese

Jrsquoexprime mes vifs remerciements agrave Monsieur RABOANARY Roland Professeur Titulaire de

la Faculteacute des Sciences de lrsquoUniversiteacute drsquoAntananarivo drsquoavoir accepteacute de sieacuteger parmi les

membres du Jury en tant que Preacutesident du Jury malgreacute ses nombreuses responsabiliteacutes Je suis

honoreacute de sa preacutesence

Je tiens agrave remercier eacutegalement les membres de Jury de ce travail en particulier les

rapporteurs

- Monsieur RANAIVO-NOMENJANAHARY Flavien Noel Professeur Titulaire de

la Faculteacute des Sciences de lrsquoUniversiteacute drsquoAntananarivo rapporteur interne qui a

apporteacute son point de vue sur la qualiteacute du document de synthegravese et aussi donneacute son

avis sur ma capaciteacute agrave diriger lrsquoeacutequipe de recherche

- Monsieur RASOLOMANANA Eddy Harilala Professeur Titulaire Enseignant-

Chercheur agrave lrsquoEcole Polytechnique de lrsquoUniversiteacute drsquoAntananarivo rapporteur

externe malgreacute leurs multiples occupations qui a accepteacute drsquoapporter son

observation sur les deux documents Synthegravese des travaux de recherches et

Curriculum Vitae

Je remercie eacutegalement les examinateurs de ce travail

- Madame RAMANANTSIZEHENA Georgette Professeur Titulaire de la Faculteacute

des Sciences de lrsquoUniversiteacute drsquoAntananarivo malgreacute ses lourdes taches elle a

accepteacute de sieacuteger comme membre de Jury pour apporter son observation agrave

lrsquoameacutelioration de ce preacutesent meacutemoire

- Monsieur RAKOTONIAINA Solofoarisoa Professeur au sein de la Faculteacute des

Sciences de lrsquoUniversiteacute drsquoAntananarivo et Directeur de lrsquoInstitut et Observatoire

Geacuteophysique drsquoAntananarivo IOGA qui a accepteacute drsquoexaminer ce travail Je lui suis

tregraves reconnaissant

Un grand merci agrave lrsquoeacutequipe de la SGDM tous les chercheurs et personnels de lrsquoIOGA pour les

conseils et les soutiens que vous mrsquoavez apporteacute lors de la reacutealisation des travaux de terrain et

aussi les travaux de mises en forme du document final ils ont grandement faciliteacute mon travail

Je cite particuliegraverement ici Zo Riva Ralay Fara et Onja

Je tiens agrave teacutemoigner toute ma gratitude agrave ma famille pour leur confiance et leur soutien

indeacutefectible

Ho anrsquoi Domohina

Ny Antsa Kaloina ary Herilala

Misaotra betsaka anareo

Liste des acronymesabreacuteviations

1D Une dimension

2D Deux Dimensions

3D Trois Dimensions

AEP Alimentation en Eau Potable

AEPA Approvisionnement en Eau Potable et Assainissement

CORUS Coopeacuteration pour la Recherche Universitaire et Scientifique

DEA Diplocircmes drsquoEacutetudes Approfondies

EM Electromagneacutetique

ERT Electrical Resistivity Tomography

FAD Fonds Africain de Deacuteveloppement

GEOFCAN approche GEOphysique et structurale de lorganisation spatiale et du Fonctionnement

des Couvertures peacutedologiques Anthropiseacutees et Naturelles

GeacuteoPol Geacuteophysique appliqueacutee agrave la caracteacuterisation de zones pollueacutees

HFR High frequency

ICTP International Centre for Theoretical Physics

IGRF International Geomagnetic Reference Field

IOGA Institut et Observatoire de Geacuteophysique drsquoAntananarivo

IP Induced Polarization

ITE Imagerie par Tomographie Electrique

Ji Ra Ma JIro sy RAno MAlagasy

LFR Low FRequency

LGA Laboratoire de Geacuteophysique Appliqueacutee

MAG Magneacutetique

MASW Multi Analysis of Surface Waves

MISEI Master drsquoIngeacutenieurie en Systegraveme Electronique et Informatique

PAEAR Programme drsquoAlimentation en Eau potable et Assainissement en milieu Rural

PAEPAR Programme drsquoAdduction en Eau Potable et Assainissement dans le milieu Rural

PapMad Papeterie de Madagascar

PGRM Projet de gouvernance des ressources miniegraveres

PK Point Kilomeacutetrique

PS Polarisation Spontaneacutee

PP Polarisation Provoqueacutee

RMS Root Mean Square

RN13 Route Nationale numeacutero 13

SGDM Socieacuteteacute Geacuteosciences pour le Deacuteveloppement de Madagascar

SIG Systegraveme drsquoInformation Geacuteographique

SP Self-Potential

UA Universiteacute dAntananarivo

UNICEF United Nations International Childrenrsquos Emergency Fund

UPMC Universiteacute Pierre Marie Curie


EH Potentiel redox

Ohm

Pi = 314159

Th Thorium

U Uranium

A Ampegravere

kg Kilogramme

m Megravetre

Pa Pascal

s seconde

Liste des figures

Figure 1 Image du sous-sol vue par le geacuteophysicien 4

Figure 2Utilisation de la geacuteophysique par domaine 9

Figure 3 Zones drsquointervention drsquoutilisation de la geacuteophysique appliqueacutee 10

Figure 4 Geacuteologie reacutegionale du Bassin de Beloha (source Rakoto et al 2003) 12

Figure 5 Modegravele de densiteacute suivant le profil de mesure (source Rakoto et al 2003) 13

Figure 6 Relation entre conductiviteacute eacutelectrique et morphologie du socle (source Rakoto et al

2003) 14

Figure 7 Localisation des profils geacuteophysiques 17

Figure 8 Coupe geacuteoeacutelectrique du profil PE3 17

Figure 9 Logigramme du traitement 19

Figure 10 Geacuteologie reacutegionale de la zone drsquoeacutetude (source feuille P47 L Laplaine 1963) 19

Figure 11 Photo-interpreacutetation de la zone de Dorodosy 20

Figure 12 Interpreacutetation combineacutee de la geacuteophysique de la lithologie et de la morphotectonique

21

Figure 13 Deacuteploiement de la geacuteophysique 23

Figure 14 Deacutemarche classique de lrsquoestimation volumeacutetrique drsquoune reacuteserve 24

Figure 15 Illustration de lrsquoeacutetape de calcul volumeacutetrique de la reacuteserve 25

Figure 16 (a) - Teacuteleacutedeacutetection (b) ndash Photo-interpreacutetation (c) ndash Observation geacuteologique (d) ndash

Gicirctologie 26

Figure 17 Coupes geacuteophysiques de reacutesistiviteacute eacutelectrique et de vitesse de propagation des ondes

Vs et Vp 27

Figure 18 Synoptique de lrsquoeacutetude structurale utilisant les donneacutees geacuteophysiques 30

Figure 19 Les coupes de module drsquoincompressibiliteacute pour lrsquoeacutetude drsquoun barrage 33

Figure 20 Localisation de la zone drsquoeacutetude et eacutetat des lieux apregraves le passage du cyclone Gafilo 35

Figure 21 La sensibiliteacute pour les dispositifs les plus courants (modifieacute par Dahlin et al 2004) 36

Figure 22 Les coupes geacuteoeacutelectriques 37

Figure 22 Repreacutesentation drsquoun dipocircle magneacutetique 39

Figure 24 Geacuteologie reacutegionale et carte de champ magneacutetique 42

Figure 25Cartographie magneacutetique et prospection eacutelectrique pour localisation des filons

magmatiques 43

Figure 26 Utilisation combineacutee de PS et de coupe geacuteoeacutelectrique 44

Figure 27 Scheacutema drsquoune geacuteobatterie associeacutee agrave une lentille de graphite traversant un gradient de

potentiel reacutedox (Sato et Mooney (1960) et Stoll et al (1995) modifieacute) 45

Figure 28 Repreacutesentation des blocs et des donneacutees de mesure de reacutesistiviteacute apparente 47

Figure 29 Mesure de la chargeabiliteacute partielle agrave partir de la courbe de deacutecroissance 49

Figure 30Coupes geacuteoeacutelectriques de reacutesistiviteacute et de chargeabiliteacute eacutelectriques 52

Synthegravese des travaux scientifiques Introduction

1

INTRODUCTION

La Geacuteophysique ou Physique de la Terre a pour but drsquoeacutetudier les proprieacuteteacutes physiques du

globe terrestre Pour cela le geacuteophysicien se repegravere dans lrsquoespace et le temps Les trois mots cleacutes

qursquoil a toujours agrave lrsquoesprit sont la dynamique la structure et les eacutechelles Geacuteneacuteralement on seacutepare

la Physique du Globe de la Geacuteophysique Appliqueacutee pour des raisons drsquoeacutechelle mais on distingue

aussi ces deux derniegraveres de la Geacuteodynamique qui srsquoattache plutocirct agrave lrsquoeacutetude du fonctionnement dans

le temps et dans lrsquoespace des systegravemes complexes qui interviennent dans la vie de notre planegravete

(Dubois J et al 2011)

La geacuteophysique applique les moyens de la physique agrave lrsquoeacutetude de la structure des terrains Elle

se pratique agrave partir de la surface du sol (geacuteophysique de surface) dans un forage au moyen drsquoune

sonde portant les instruments de mesure (diagraphies) ou entre forages forage et surface forage et

galerie (geacuteophysique de forage)

La geacuteophysique fut pour la premiegravere fois utiliseacutee par les deux fregraveres Conrad et Marcel

Schlumberger en 1919 agrave Pelcherborn en Alsace Ils ont eu lrsquoideacutee de mesurer les proprieacuteteacutes

eacutelectriques drsquoun terrain afin de mieux le caracteacuteriser et qui donnegraverent ainsi naissance agrave la

geacuteophysique

Elle srsquoest deacuteveloppeacutee ensuite en consideacuterant drsquoautres proprieacuteteacutes physiques comme la

conductiviteacute eacutelectrique la vitesse de propagation des ondes la susceptibiliteacute magneacutetique la densiteacute

la radioactiviteacutehellipetc Plusieurs meacutethodes de prospection geacuteophysique ont ainsi vu le jour Il est agrave

noter que chaque meacutethode est lieacutee agrave une proprieacuteteacute physique et elle peut ecirctre appliqueacutee dans plusieurs

domaines de recherche en Sciences de la Terre

Lexploration geacuteophysique fait appel agrave leacutetude de la variation des proprieacuteteacutes physiques des

sols dans lespace mais aussi dans le temps (Dubois et al 2011)

agrave lrsquoeacutechelle du kilomegravetre (recherche peacutetroliegravere et gaziegravere recherche miniegravere geacuteothermie)

agrave lrsquoeacutechelle du centimegravetre agrave la centaine de megravetres (geacutenie civil hydrogeacuteologie geacuteologie

preacutevention des risques archeacuteologie)

Je me suis particuliegraverement inteacuteresseacute agrave lrsquoeacutetude du sol et du sous-sol agrave moins de 300m de

profondeur autrement dit agrave la geacuteophysique de subsurface

La geacuteophysique fait partie actuellement des outils indispensables dans le cadre de


2

lrsquoeacutevaluation et de lrsquoestimation de gisement cacheacute dans le sous-sol en particulier les eaux

souterraines et les mines Dans ce contexte ce meacutemoire deacuteveloppe ce qursquoest laquo la contribution de

la geacuteophysique agrave la reconnaissance du sous-sol et agrave lrsquoeacutevaluation de ses ressources raquo

Les travaux de synthegravese preacutesenteacutes ci-apregraves entrent dans le cadre de lrsquoutilisation des meacutethodes

geacuteophysiques Mais lrsquoapplication drsquoune meacutethode et drsquoune technique geacuteophysiques neacutecessitent la

connaissance au preacutealable du site de mesure et surtout de la structure cible de lrsquoeacutetude

Ce meacutemoire srsquoarticulera autour de trois principaux chapitres

bull le premier deacutecrit les geacuteneacuteraliteacutes

bull le second deacuteveloppe les axes de recherche abordeacutes au cours des quinze anneacutees drsquoactiviteacutes

en geacuteophysique appliqueacutee pendant lesquelles le domaine drsquoapplication a eacuteteacute mentionneacute pour des

cas drsquoeacutetudes reacutealiseacutees agrave Madagascar et le deacuteveloppement meacutethodologique ameacutelioreacute

bull le troisiegraveme annonce les perspectives de recherche

Chapitre I Geacuteneacuteraliteacutes

Synthegravese des travaux Scientifiques Geacuteneacuteraliteacutes

3

GENERALITES


La geacuteophysique appliqueacutee est la discipline qui consiste agrave eacutetudier (observer mesurer) un

champ physique agrave la surface du sol ou dans des caviteacutes creuseacutees dans le sol Ce champ physique

dont lrsquoorigine peut ecirctre naturelle ou provoqueacutee deacutepend drsquoun ou de plusieurs paramegravetres

caracteacuteristiques des mateacuteriaux dont on cherche agrave deacuteterminer la reacutepartition dans le terrain

(Lagabrielle R 1986) On utilise la geacuteophysique pour deacutetecter ou pour deacuteduire la preacutesence et la

position des concentrations de minerais et des reacuteserves utiles dans le sous-sol


Le sous-sol renferme de substances utiles que les geacuteophysiciens appliqueacutes deacutelimitent etou

eacutevaluent en mettant en œuvre lrsquooutil geacuteophysique

Ce travail a pour objectif de mettre en valeur la contribution de la geacuteophysique agrave la

reconnaissance du sous-sol et agrave lrsquoeacutevaluation de ses ressources Dans le cas de la reconnaissance

lrsquoeacutetude se porte en geacuteneacuteral sur la deacutetermination de la formation du sous-sol et se deacutecline en eacutetude

structurale en modeacutelisation geacuteodynamiquehellipetc Par contre lrsquoeacutetude beaucoup plus deacutetailleacutee vise

agrave deacuteterminer les caracteacuteristiques drsquoune substance cible deacutefinie au preacutealable


La notion de gisement srsquoapplique agrave toute concentration mineacuterale contenant une ou plusieurs

substances utiles (mineacuteraux eaux gazhellipetc) exploitable eacuteconomiquement Le terme gicircte possegravede

une signification proche mais il ne contient pas de connotation eacuteconomique (Harcoueumlt V 2005)

Un gisement est selon la deacutefinition de Raguin E (1958) laquo une concentration locale exceptionnelle

de substances qui sont ailleurs diffuses dans lrsquoeacutecorce terrestre agrave faible teneur raquo A la notion de

teneur srsquoajoute par conseacutequent la notion de quantiteacute


Une anomalie geacuteophysique provient du contraste significatif du paramegravetre physique

consideacutereacute entre celui du corps cible et celui du milieu encaissant

Pour le paramegravetre de reacutesistiviteacute la preacutesence de certains corps meacutetalliques (cuivre fer

tuyauterie enfouie etchellip) de graphite et des solutions eacutelectrolytiques donne une anomalie bien

accentueacutee sur une carte ou sur une coupe de reacutesistiviteacute eacutelectrique

On utilise aussi le contraste de densiteacute dans le cas de recherche et de deacutelimitation de corps agrave

masse excessive (chromite agrave densiteacute supeacuterieure agrave 32 docircme de sel les deacutepocircts seacutedimentaire etchellip)

ou drsquoun corps agrave deacutefaut de masse (caviteacute etchellip)


4

Lrsquoexistence drsquoun corps solide laquo indeacuteformable raquo change la caracteacuteristique meacutecanique du sous-

sol et fait varier la vitesse de propagation des ondes meacutecaniques traversant le milieu consideacutereacute

(roches massives sous la couverture lateacuteritique sable indureacute deacutepocircts consolideacutes etchellip) On peut

alors eacutetudier la distribution drsquoun paramegravetre physique donneacute srsquoil preacutesente un contraste significatif

entre la cible et lrsquoencaissante (Figure 1)

Cette notion de laquo cible et formation encaissante raquo est tregraves importante sur le choix de la

meacutethode et de la technique geacuteophysique agrave adopter (Mari J L 1998 Chapellier D 2001)

Figure 1 Image du sous-sol vue par le geacuteophysicien

Le choix de la meacutethode geacuteophysique agrave adopter lors drsquoune campagne de mesures geacuteophysiques

est drsquoautant plus facile si lrsquoeacutecart entre le paramegravetre physique associeacute agrave la cible PCible et celui de la

formation encaissante PEncaissante est suffisamment appreacuteciable


La geacuteophysique est lrsquoun des outils utiliseacutes pour lrsquoeacutetude et lrsquoeacutevaluation des substances utiles

et pour la reconnaissance de la structure du sous-sol Degraves lors plusieurs questions dont les suivantes

se posent

- Comment fait-on pour choisir la meacutethode approprieacutee agrave lrsquoeacutetude du sous-sol

- Quels critegraveres sont agrave prendre en consideacuteration pour la deacutetermination de la technique agrave

mettre en œuvre

- Quels sont le(s) apport(s) et la (les) contribution(s) de la geacuteophysique dans le cas de son

utilisation

Dans le cas de la recherche de point drsquoimplantation de captage drsquoeau souterraine les

hydrogeacuteologues commencent toujours leur eacutetude par le bilan hydrique pour connaitre la recharge

et lrsquoapport en eau de la zone Lrsquoeacutetude du milieu suit immeacutediatement le bilan si le reacutesultat srsquoavegravere

concluant Alors lrsquooutil geacuteophysique nrsquoest adopteacute que si le systegraveme aquifegravere consideacutereacute preacutesente de

la complexiteacute etou les eaux ont des qualiteacutes diffeacuterentes drsquoun milieu agrave un autre (aquifegravere


5

complegravetement heacuteteacuterogegravene eau mineacuteraliseacutee ou contamineacutee dans certains milieux etchellip) La

technique geacuteophysique agrave mettre en œuvre est donc fonction de la situation caracteacuteristique de la

formation cible laquo aquifegravere raquo et de la disponibiliteacute de lrsquoespace de travail

La reacuteussite de lrsquoinvestigation repose sur lrsquoadeacutequation de la reacuteponse aux deux premiegraveres

questions eacutevoqueacutees preacuteceacutedemment Et lrsquoapplication ou non de la geacuteophysique deacutepend de la

pertinence de la troisiegraveme question

Le choix de la meacutethode qui deacutepend en premier lieu du contraste du paramegravetre entre celui

associeacute agrave la cible et celui associeacute agrave la formation encaissante doit ecirctre adapteacute agrave la morphologie du

site agrave la nature des structures agrave deacutetecter ainsi qursquoaux contraintes environnementales

Il existe plusieurs cateacutegories de meacutethode eacutetudiant chacune le comportement drsquoune grandeur

physique particuliegravere dans le sol A chaque cateacutegorie de meacutethode correspond un ou plusieurs

appareillages geacuteophysiques speacutecifiques On utilise le reacutesistivimegravetre pour la meacutethode eacutelectrique le

gravimegravetre pour la meacutethode gravimeacutetrique le magneacutetomegravetre pour la meacutethode magneacutetique etchellip

Le rapport dimension - profondeur et le paramegravetre drsquoeacutechantillonnage de mesure ont

eacutegalement des conseacutequences sur lrsquoefficaciteacute de la technique adopteacutee Cette derniegravere nous introduit

dans la discipline de la geacuteostatistique

Il est neacutecessaire de maicirctriser la proprieacuteteacute du gisement agrave explorer ce qui demande alors des

connaissances de base en geacuteologie Il faut dans ce cas rechercher les minerais dans les zones

favorables geacuteologiquement agrave leurs emplacements On doit ainsi introduire la notion de

meacutetallogeacutenie1 et de gicirctologie2

Certains cas importants font cependant exception les mineacuteraux peuvent ecirctre transporteacutes loin du

lieu de leur formation par transport meacutecanique dans le cas de deacutepocircts de minerai alluvial (cas de

lrsquoor du saphir du Sud de Madagascar etchellip) ou encore par dissolution (cas du gypse du sel etchellip)

En plus de la preacuteceacutedente probleacutematique il existe eacutegalement le problegraveme drsquoexploration propre

agrave la situation de Madagascar Lrsquoicircle est constitueacutee de formations geacuteologiques diverses alors

lrsquoapplication et lrsquoutilisation de lrsquooutil geacuteophysique sont vraiment solliciteacutees dans plusieurs

domaines tant dans la recherche hydrogeacuteologique (Castany 1982) dans la recherche miniegravere et

dans lrsquoeacutetude structurale que dans le diagnostic et test geacuteotechnique (Andrieux P 2007) Il faut dans

ce cas tenir compte de la situation de terrain et adopter la meacutethodologie adeacutequate pouvant donner

de lrsquoanomalie significative

1 Meacutetallogeacutenie moyens drsquoapproche essentiellement mineacuteralogiques et physico-chiques Recherche de conclusions geacuteneacutetique 2 Gicirctologie moyens drsquoapproche laquo naturalistes raquo baseacutes sur lrsquoobservation Recherche de relations spatiales entre la concentration mineacuterale et le contexte geacuteologique


6

Par ailleurs la situation semi-aride (Chaperon et al 1993) preacutevalant dans le Sud de

Madagascar ne fait qursquoasseacutecher les eaux de surface preacutesentes sur le lieu Alors lrsquoeau nrsquoexiste dans

cette zone que dans le sous-sol de mecircme leur qualiteacute est agrave la fois indeacutesirable fortement mineacuteraliseacutee

(Rabemanana 2002 Rakoto H 2003) Le changement climatique et les activiteacutes humaines (feux

de brousse ensablement des cours drsquoeau contaminations des ressources en eau diverseshellipetc) ne

font qursquoempirer cette situation et rendent le domaine de la recherche drsquoeau difficile La demande

de mise en œuvre de lrsquooutil geacuteophysique de prospection ne cesse drsquoaugmenter ces derniers temps

surtout pour la localisation de point de captage drsquoeaux souterraines dans le grand Sud de

Madagascar

Mais on se demande jusqursquoagrave maintenant quelle est la technique drsquoinvestigation la plus

efficace dans le cas de la recherche drsquoeau ou lrsquoeacutetude hydrogeacuteologique Je vais reacutepondre agrave cette

question dans le chapitre suivant par la preacutesentation de cas drsquoeacutetudes

La preacutesence de deux grandes entiteacutes geacuteologiques formation seacutedimentaire et formation

cristalline et lrsquoapparition de divers pheacutenomegravenes geacuteologiques indiquent que le sous-sol malgache

est riche en laquo minerais utiles raquo que ce soit en hydrocarbures qursquoen eacuteleacutements meacutetallifegraveres

Lrsquoapplication de la geacuteophysique est vraiment tregraves diversifieacutee dans le domaine de la recherche

miniegravere La prospection geacuteophysique adopte souvent la meacutethode indirecte faute de contraste de

paramegravetre physique entre laquo lrsquoencaissante raquo et laquo le gisement cible raquo Il faut dans ce cas avoir plus

drsquoinformations avant drsquoentamer la partie interpreacutetation Mecircme si la meacutethode est indirecte le

chapitre suivant donnera des cas drsquoeacutetude complexe permettant drsquoacceacuteder agrave la reacuteussite des travaux

drsquoeacutevaluation de gisement

La reconnaissance geacuteotechnique drsquoun site consiste agrave deacuteterminer la nature et la reacutepartition des

mateacuteriaux dont il est composeacute et agrave deacuteterminer leurs proprieacuteteacutes Ainsi on fait appel agrave la geacuteophysique

pour la reconnaissance du sous-sol pendant la phase drsquoeacutetude avant la construction de lrsquoouvrage

(bacirctiment infrastructure urbaine ou infrastructure de transport barrage)On lrsquoutilise eacutegalement

dans le diagnostic drsquoun ouvrage deacutejagrave en place Ces eacuteleacutements servent agrave preacuteciser lrsquoemplacement ou

le traceacute de lrsquoouvrage agrave construire agrave concevoir ses fondations et agrave deacutecider des proceacutedeacutes de

construction

La prospection geacuteophysique intervient geacuteneacuteralement agrave la troisiegraveme eacutetape du programme

drsquoexploration apregraves la reconnaissance geacuteologique et la prospection hydrogeacuteologique dans le

domaine de la recherche hydrogeacuteologique (G de Marsily 1975 Castany 1982) et apregraves la phase

de gicirctologie preacuteliminaire et la campagne de geacuteochimie geacuteneacuterale (Milos K 1986 P Nicolini 1996)

dans le domaine de la reconnaissance miniegravere La prospection geacuteophysique ne sera recommandeacutee

apregraves ces deux eacutetapes que si son utiliteacute est jugeacutee laquo ineacutevitable raquo autrement dit si elle apporte des

eacuteleacutements nouveaux dans lrsquoeacutetude du sous-sol

Chapitre II - Axes de recherche abordeacutes

Synthegravese des travaux scientifiques Axes de recherche abordeacutes

7

AXES DE RECHERCHE ABORDES

Connaissant les objectifs et les probleacutematiques dans la reconnaissance du sous-sol on

abordera dans le preacutesent chapitre le domaine drsquoapplication des travaux de recherche que meneacutes et

le deacuteveloppement meacutethodologique entrepris dans le cadre de ces activiteacutes de recherche depuis

2003


Les travaux de recherche qursquoon a meneacutes depuis lrsquoobtention du DEA ont eacuteteacute axeacutes sur la

geacuteophysique de subsurface formation situeacutee agrave une profondeur infeacuterieure agrave 300m

Mes activiteacutes de recherche ont eacuteteacute orienteacutees depuis le deacutebut aux deacuteveloppements

meacutethodologiques agrave lrsquoeacutelaboration de logiciels et agrave la technique drsquointerpreacutetation geacuteophysique

Lrsquointituleacute de mon meacutemoire de DEA (Cf Liste des publications [17]) le rapport interne deacuteposeacute agrave

lrsquoICTP (Cf Liste des publications [18])raquo et la communication effectueacutee lors des colloques

scientifiques GEOFCAN (Cf Liste des publications [22]) illustrent mon grand inteacuterecirct agrave ce

domaine

Elles ont eacuteteacute ensuite axeacutees sur lrsquoutilisation des diffeacuterentes meacutethodes dans plusieurs domaines

recherche drsquoeaux souterraines(Cf Liste des publications [1] [3] [4] [6] [9] [12] [14] [16] [17]

[23] [26]) recherche miniegravere (Cf Liste des publications[5] [7] [8] [10] [15] [25])geacutenie civil

(Cf Liste des publications [11] [13]) geacuteologie structurale (Cf Liste des publications [18] [19]

[20] [21] [22])et preacutevention de risques(Cf Liste des publications [2] [24])

Devant le deacuteveloppement de la technique drsquoimagerie geacuteophysique jrsquoai eacuteteacute aussi attireacute par son

utilisation et par la recherche conduisant agrave son ameacutelioration Les travaux drsquoexpertise que jrsquoai meneacutes

par le biais de la SGDM et du LGA mrsquoont permis drsquoacqueacuterir plus drsquoexpeacuteriences dans le domaine

drsquoinvestigation utilisant la meacutethode geacuteophysique et drsquoanalyser la technique approprieacutee agrave chaque

cas drsquoeacutetude

En parallegravele avec la recherche en geacuteophysique appliqueacutee jrsquoai travailleacute en eacutetroite collaboration avec

des eacutequipes drsquoeacutelectronicien et de programmeur de lrsquoIOGA dans le but drsquoeacutelaborer des mateacuteriels

drsquoeacutequipement geacuteophysique simple Je deacutevelopperai cette activiteacute dans la partie laquo Perspectives de

recherche raquo

Jrsquoai profiteacute par lrsquointermeacutediaire de lrsquoenseignement qursquoon mrsquoa confieacute au sein de lrsquoIOGA de

lrsquoUniversiteacute drsquoAntananarivo de monter une eacutequipe de recherche au sein de notre laboratoire LGA

Les reacutesultats de ces recherches sont publieacutes dans les meacutemoires et thegraveses (cf Volume I) dont jrsquoeacutetais


8

plusieurs fois encadreur peacutedagogique et ou professionnel

Apregraves onze anneacutees de recherche en geacuteophysique appliqueacutee (depuis 1994) on mrsquoa deacutesigneacute en

2005 Responsable du LGA Alors jrsquoai participeacute intensivement agrave lrsquoanimation des activiteacutes de

recherche drsquoenseignement et de formation effectueacutees dans ce laboratoire

II2 Domaines drsquoapplication de recherche

Les travaux de recherche que jrsquoai meneacutes ont eacuteteacute axeacutes principalement sur la geacuteophysique

appliqueacutee en particulier sur la geacuteophysique de subsurface Lrsquooutil geacuteophysique a eacuteteacute mis en œuvre

dans les domaines de recherche suivants par ordre drsquoutilisation

1 hydrogeacuteologie

2 eacutevaluation miniegravere

3 reconnaissance structurale

4 geacuteotechnique

5 deacutetection et localisation drsquoobjet particulier

Ces travaux de recherche ont abouti agrave la reacutedaction de plus drsquoune centaine de rapports et une

vingtaine de publications

Comme on ne tient compte pour lrsquoobtention de laquo lrsquoHabilitation agrave Diriger des Recherches raquo que des

travaux apregraves lrsquoobtention du Doctorat de Troisiegraveme Cycle jrsquoai publieacute depuis Janvier 2003 peacuteriode

drsquoobtention de mon diplocircme de Doctorat quatre-vingt-douze (92) rapports douze (12) articles

scientifiques et quatre (04) communications avec actes (cf Volume I)

En geacuteneacuteral les recherches entreprises indiqueacutees ci-dessus portent sur la recherche appliqueacutee

agrave lrsquoapport drsquoune technique geacuteophysique sur une eacutetude bien deacutefinie et sur la recherche

meacutethodologique par ameacutelioration et adaptation drsquoune technique classique

Nous avons la reacutepartition ci-dessous de point de vue application de la meacutethode geacuteophysique agrave

lrsquoeacutetude et agrave lrsquoauscultation du sous-sol (Figure 2)


9

Utilisation agrave la recherche hydrogeacuteologique

Recherche miniegravere

Etude structurale

Diagnostic et auscultation geacuteotechnique

Localisation drsquoun objet particulier

46

24

8

16

6

Figure 2Utilisation de la geacuteophysique par domaine

On peut dire ainsi que la zone prospecteacutee par la geacuteophysique couvre presque la totaliteacute du

territoire Malagasy (Figure 3) Mon apport dans le domaine drsquoinvestigation du sous-sol a eacuteteacute aussi

solliciteacute agrave lrsquoexteacuterieur de Madagascar Iles des Comores Cocircte drsquoIvoire Reacutepublique de Congo

Gabon

Lrsquoutilisation de la geacuteophysique dans lrsquoinvestigation du sous-sol est beaucoup plus orienteacutee

dans la recherche hydrogeacuteologique Elle tient plus de 46 de la totaliteacute de mes activiteacutes de

recherche (cf Figure 3)

On a traverseacute presque la totaliteacute de Madagascar en utilisant la geacuteophysique appliqueacutee sur ce

domaine On peut citer dans ce cas le projet 1250 forages positifs 3 dans huit reacutegions de

Madagascar Sava Diana Sofia Betsiboka Melaky Atsimo Andrefana Anosy et Androy

(PAEAR 2008 ndash 2010) le Projet laquo 700 forages positifs dans le grand Sud de Madagascar Districts

Iakora Vohibe Ihosy et Betroka raquo (AEPA 2005 ndash 2007) le Projet laquo 500 forages positifs dans les

reacutegions Androy et Atsimo-Andrefana raquo ( PAEPAR 2001 ndash 2004) le Projet laquo 100 forages positifs

dans les deux reacutegions Betsiboka et Melaky raquo (PAEAR 2016 ndash 2017) et le Projet laquo 100 forages dans

le cadre de lrsquourgence nutritionnelle dans les reacutegions Androy et Anosy raquo (UNICEF - 2009)

Lrsquoutilisation de la geacuteophysique dans lrsquoeacutevaluation et la recherche miniegravere est tregraves limiteacutee

Seules les grandes mines neacutecessitant des financements et des lignes de creacutedit speacutecifique utilisent

lrsquoinvestigation geacuteophysique (Cas des gisements drsquoilmeacutenite de Fort-dauphin et de Ranobe cas des

graphites de lrsquoEst de Brickaville drsquoAndramasinahellipetc cas de gisement drsquoor de Dabolava et

drsquoAnalasarotra et cas de terres rares drsquoAmpasindavahellipetc)

3 Le terme laquo positifs raquo indique qursquoon doit avoir 1250 points drsquoeau exploitable selon le Terme de reacutefeacuterence (qualiteacute de lrsquoeau profondeur et eacuteloignement de point par rapport au village etchellip)


10

On utilise parfois lrsquooutil geacuteophysique dans le cas de lrsquoexploitation artisanale et des petites mines

cependant on a constateacute que les reacutesultats obtenus nrsquoeacutetaient pas satisfaisants Cet eacutechec est lieacute agrave

lrsquoabsence de meacutethode directe permettant la deacutetection de la cible (Nicolini P 1990) ou agrave

lrsquoinadeacutequation de la meacutethode appliqueacutee

Lrsquooutil geacuteophysique est beaucoup plus solliciteacute ces derniers temps dans lrsquoeacutetude et dans le test

geacuteotechnique drsquoun terrain Cette demande est lieacutee au deacuteveloppement de la construction (route

bacirctiments usine de transformation barragehellipetc) actuellement agrave Madagascar La meacutethode

sismique et la technique de lrsquoimagerie eacutelectrique sont les meacutethodes les plus utiliseacutees dans ce

domaine (Kelly W E 1993)

Figure 3 Zones drsquointervention drsquoutilisation de la geacuteophysique appliqueacutee


11

II21 Geacuteophysique appliqueacutee agrave la recherche hydrogeacuteologique

Conscient de lrsquoimportance de lrsquoaccegraves agrave lrsquoeau pour le deacuteveloppement drsquoun pays et en sachant

que la chance de la trouver de meilleure qualiteacute et en quantiteacute suffisante dans des projets

drsquoAdduction en Eau Potable (AEP) est incertaine jrsquoai consideacutereacute comme prioritaire dans mes

travaux de recherche la geacuteophysique appliqueacutee agrave lrsquohydrogeacuteologie

Ma participation agrave plusieurs projets drsquoAEP et de recherche hydrogeacuteologique prouve mon

inteacuterecirct particulier agrave ce domaine Cette participation a les proportions suivantes selon les activiteacutes

consideacutereacutees 55 des eacutetudes ont neacutecessiteacute des rapports techniques 45 sur les travaux de

recherche ont abouti aux publications drsquoarticle scientifique et aux communications scientifiques

tout en speacutecifiant engagement total a eacuteteacute reacuteserveacute aux projets de recherche entrepris par le LGA

(Laboratoire de Geacuteophysique Appliqueacutee)

Selon Kelly et al 1993 lrsquoinvestigation hydrogeacuteologique est souvent axeacutee sur

1- la localisation drsquoune nouvelle ressource en eaux souterraines

2- le deacuteveloppement de strateacutegie drsquoutilisation de la ressource existante

3- la proposition des mesures de protection de qualiteacute et de quantiteacute comprenant la

modification des caracteacuteristiques hydrogeacuteologiques (modification de lrsquoeacutecoulement

souterrain hellipetc)

4- la proposition de mesure efficace contre la pollution et le tarissement de lrsquoeau

souterraine

Selon les objectifs deacutecrits ci-dessus lrsquoutilisation de lrsquooutil geacuteophysique apporte beaucoup agrave la

gestion durable des ressources en eau parce qursquoelle permet drsquoimager la structure de lrsquoaquifegravere

(BURGEAP 1986 les rapports drsquoeacutetudes en AEP partie II) Elle donne des informations sur le

systegraveme eau-aquifegravere-eacutecoulement (Astier J L 1971 G De Marsily 1975 Castany 1982)

II211 Apport sur la reconnaissance de lrsquoeacutecoulement drsquoeau souterraine

Lrsquoeacutetroite relation entre la conductiviteacute eacutelectrique de lrsquoeau et la morphologie de mur de

lrsquoaquifegravere de ma zone de thegravese mrsquoa conduit agrave entreprendre un nouveau thegraveme de recherche qui est

axeacute sur lrsquoutilisation de la gravimeacutetrie dans lrsquoeacutetude hydrogeacuteologique Le reacutesultat donnant la

correacutelation entre la circulation de lrsquoeau souterraine et la morphologie du socle formeacute de roches

volcaniques et cristalline est publieacute dans la revue agrave Comiteacute de lecture internationale journal

laquo Comptes rendus Geacuteosciences raquo drsquoElsevier

La zone de Beloha agrave lrsquoextrecircme Sud de Madagascar qui est la zone inteacuteresseacutee par notre eacutetude

vit dans la situation drsquoinsuffisance en eau potable La ressource en eau de surface tarit pendant la

peacuteriode segraveche La plupart des eaux souterraines rencontreacutees par les forages de reconnaissance sont

mineacuteraliseacutees (Rakoto H 2003)


12

La zone est localiseacutee sur le deacutepocirct seacutedimentaire du Sud de Madagascar bassin semi-profond

agrave seacutedimentation post-basaltique qui repose sur le socle preacutecambrien et la roche basaltique par

endroit

La couverture dunaire est relativement mince au Nord de village de Beloha Le deacutepocirct seacutedimentaire

allant de lrsquoEocegravene agrave lrsquoactuel couvre le substratum rocheux qui affleure sur quelques zones du

littoral (Besairie 1963)

De point de vue lithologique le Neacuteogegravene continental est constitueacute de gregraves argileux drsquoargiles de

gregraves tendres sableux jaunacirctres ou rougeacirctres Il est recouvert par des formations dunaires

quaternaires (Figure 4) Son eacutepaisseur est de lrsquoordre de 300m aux environs du fosseacute de Saraondry

(Beacutesairie 1963)

Figure 4 Geacuteologie reacutegionale du Bassin de Beloha (source Rakoto et al 2003)

Drsquoune maniegravere geacuteneacuterale la meacutethode eacutelectrique est souvent adopteacutee dans la recherche

hydrogeacuteologique du fait de la correspondance de la reacutesistiviteacute eacutelectrique de lrsquoeau et de la reacutesistiviteacute

du milieu (Loi drsquoArchie 1942) Cependant la complexiteacute de la situation hydrogeacuteologique comme

dans les cas de lrsquoaquifegravere poreux plus ou moins argileux de lrsquoeau drsquoimbibition mineacuteraliseacutee

(Rabemanana 2002 Rajaobelison 2003) de la preacutesence de plusieurs nappes agrave plusieurs niveaux

(Aurouze 1959 Rakotondrainibe H 1976 Rakoto H 2003) nous a ameneacute agrave introduire la


13

meacutethode indirecte non conventionnelle dans le domaine de la recherche drsquoeau

La meacutethode eacutelectrique seule ne nous permet pas de faire la modeacutelisation de la circulation de lrsquoeau

souterraine profonde agrave cause de la mineacuteralisation de lrsquoeau (conductiviteacute eacutelectrique de lrsquoeau eacuteleveacutee)

et la dominance des argiles dans la zone

Alors la meacutethode gravimeacutetrique a eacuteteacute utiliseacutee pour modeacuteliser le toit des socles (Figure 5)

formeacute de roches meacutetamorphiques et volcaniques en consideacuterant cinq formations couverture

seacutedimentaire non consolideacutee de densiteacute d=188 deacutepocircts seacutedimentaires consolideacutes de d = 218

formations volcaniques de densiteacute d entre 308 et 328 et le substratum cristallin de densiteacute d=248

Figure 5 Modegravele de densiteacute suivant le profil de mesure (source Rakoto et al 2003)

Plusieurs profils ont fait lrsquoobjet de leveacute gravimeacutetrique suivant les pistes existantes et la route

nationale RN13

La combinaison de plusieurs coupes nous donne ensuite la carte du toit du socle Cette carte

apregraves transformation donne la morphologie du socle que nous consideacuterons comme le mur de

lrsquoaquifegravere poreux (Figure 6)

En se basant sur la proprieacuteteacute laquo interaction eau ndash aquifegravere raquo plus le seacutejour de lrsquoeau dans

lrsquoaquifegravere est long plus elle acquiert de la mineacuteralisation (Freeze 1979 Appelo 1999) La loi

fondamentale de lrsquohydrodynamique deacutenommeacutee loi de Darcy en 1856 indique que la diminution

de la section drsquoeacutecoulement entraine la perte de charge hydraulique crsquoest-agrave-dire la diminution de la

vitesse drsquoeacutecoulement drsquoeau En conseacutequence cette diminution ralentit lrsquoeacutecoulement de lrsquoeau et

augmente le temps de seacutejour de celle-ci dans le milieu aquifegravere

La comparaison faite sur les deux paramegravetres conductiviteacute eacutelectrique et morphologie du


14

socle a montreacute que les eaux sont beaucoup plus conductrices mineacuteraliseacutees dans la zone ougrave le mur

de lrsquoaquifegravere a le pendage contre la direction de lrsquoeacutecoulement

Figure 6 Relation entre conductiviteacute eacutelectrique et morphologie du socle (source Rakoto et al 2003)

Lrsquoeacutetude effectueacutee sur lrsquoaquifegravere poreux de lrsquoextrecircme Sud de Madagascar zone semi-aride

vient de confirmer la correacutelation entre la conductiviteacute eacutelectrique et la morphologie du mur

drsquoaquifegravere

La connaissance de lrsquoallure de toit du substratum drsquoun aquifegravere poreux est un apport

inteacuteressant dans la compreacutehension de la circulation de lrsquoeau souterraine qui peut compleacuteter et

confirmer les informations sur lrsquohydrodynamique et lrsquohydrochimie drsquoune zone Elle peut donner

des informations a priori sur la qualiteacute probable drsquoeau

Ce thegraveme de recherche abordeacute dans les zones agrave topographie relativement plane et constitueacutees

drsquoun milieu poreux agrave conductiviteacute eacutelectrique eacuteleveacutee au-dessus drsquoun socle impermeacuteable mrsquoa conduit

agrave la conclusion suivante lrsquoapplication de la geacuteophysique en particulier de la gravimeacutetrie donne de

bons reacutesultats dans la recherche hydrogeacuteologique La contribution de la geacuteophysique est consideacutereacutee

comme non neacutegligeable dans la caracteacuterisation drsquoun systegraveme hydrogeacuteologique compliqueacute agrave faible


15

recharge et agrave systegraveme aquifegravere multi-couches cas du Sud de Madagascar

II212 Evaluation de la potentialiteacute en eaux souterraines

On va consideacuterer dans ce qui suit la plaine drsquoAntananarivo ougrave la qualiteacute et la quantiteacute de lrsquoeau

souterraine sont variables

II2121 Estimation de la qualiteacute de lrsquoeau par la geacuteophysique

Lrsquoagglomeacuteration de la ville drsquoAntananarivo est entoureacutee de plaines Cette plaine est en

permanente relation avec les riviegraveres Sisaony et Ikopa qui lrsquoalimentent et la drainent selon la saison

Elle est aussi exposeacutee aux contaminations que ce soit organique qursquoionique Ainsi plusieurs thegravemes

de recherche se sont pencheacutes sur lrsquoeacutetude lieacutee agrave la contamination drsquoeaux souterraines de cette plaine

projet CORUS (2003 ndash 2006) laquo Analyse de la durabiliteacute de lrsquoagriculture dans lrsquoagglomeacuteration

drsquoAntananarivo raquo projet CORUS (2004 ndash 2007) laquo Prospections eacutelectrique et eacutelectromagneacutetique

appliqueacutees aux problegravemes de pollution des ressources en eaux potables poseacutes par les deacutechets

industriels et meacutenagers dans la ville dAntananarivo et de ses environs raquo (rapport de fin de projet

CORUS Rasolomanana et al 2011 projet GeacuteoPol (2016) laquo Geacuteophysique appliqueacutee agrave la

caracteacuterisation des zones pollueacutees raquo (Rajaonarivelo S 2016 Gnonnoue P 2016)

En se reacutefeacuterant agrave la proprieacuteteacute eacutelectrique de lrsquoaquifegravere il est possible drsquoestimer la qualiteacute de

lrsquoeau celle-ci en consideacuterant une zone de reacutefeacuterence en dehors de la zone drsquoinfluence des rejets

Alors en utilisant cette approche comparative on peut indiquer le type de contaminant que ce soit

par hydrocarbure que par polluant ionique (Rakoto et al 2018) Lrsquoanalyse statistique diffeacuterencie

bien lrsquoeacutevegravenement par les valeurs de reacutesistiviteacute eacutelectrique et de chargeabiliteacute eacutelectrique

preacutedominantes

On va se reacutefeacuterer agrave la loi expeacuterimentale drsquoArchie 1942 pour la reacutesistiviteacute eacutelectrique Cette loi

montre que la reacutesistiviteacute eacutelectrique drsquoun milieu est fonction lineacuteaire de la reacutesistiviteacute de son eau

drsquoimbibition

a = w a -m S-n (1)

Ougrave a est la reacutesistiviteacute eacutelectrique du milieu poreux en (m) w est la reacutesistiviteacute eacutelectrique de

lrsquoeau drsquoimbibition en (m) est la porositeacute efficace S repreacutesente la saturation m le facteur de

cimentation n lrsquoexposant de saturation deacutependant de la formation a le coefficient de saturation

fonction de la lithologie

La diminution de w due agrave lrsquoaugmentation des ions dans lrsquoeau diminue eacutegalement la valeur de la

reacutesistiviteacute du milieu poreux Alors lrsquoaugmentation de la concentration en ions libres de lrsquoeau dans

lrsquoaquifegravere ne fait que diminuer la valeur de la reacutesistiviteacute eacutelectrique de ce milieu


16

Concernant le milieu pollueacute en hydrocarbures il est geacuteneacuteralement consideacutereacute comme un bon isolant

eacutelectrique (Bocard C 2006 Atekwana et Atekwana 2010) dans le cas ougrave lrsquohydrocarbure est non

deacutegradeacute Alors les hydrocarbures non deacutegradeacutes que ce soit mouillants ou non mouillants preacutesents

dans lrsquoaquifegravere augmentent la valeur de reacutesistiviteacute eacutelectrique de celui-ci

Les travaux de recherche effectueacutes par Blondel A en 2014 ont montreacute que la chargeabiliteacute

eacutelectrique des hydrocarbures non deacutegradeacutes et la conductiviteacute en quadrature augmentent avec la

teneur en hydrocarbure de lrsquoeau pollueacutee

La dilution de la solution ionique dans le systegraveme aquifegravere augmente le nombre drsquoions de lrsquoeau

Ainsi les ions creacuteent le systegraveme de double couche qui preacutesente des effets capacitifs lorsqursquoun

courant le traverse (Bocard C 2006 Gourry et al 2002) Le temps de reacutearrangement de la charge

avant drsquoatteindre lrsquoeacutequilibre augmente Ce qui signifie que la polarisation provoqueacutee est aussi

importante si le nombre des ions libres augmente

Il est agrave noter que ces variations sont difficiles agrave deacutetecter par lrsquoobservation simple de la coupe

geacuteoeacutelectrique du fait qursquoelles sont relativement faibles drsquoougrave lrsquoutilisation de lrsquoapproche statistique

Une zone se trouvant aux alentours agrave proximiteacute de deux sources de pollution a eacuteteacute prise

comme site expeacuterimental bas-fonds drsquoAmbohimanambola (Figure 7) Deux socieacuteteacutes la PapMad

et la JiRaMa envoient respectivement leurs restes de colorant utiliseacutes dans la coloration des

papiers et leurs deacutechets drsquohydrocarbures huile de vidange des groupes geacuteneacuterateurs drsquoeacutelectriciteacute de

la JiRaMa dans des bassins de reacutetention drsquoeau

Les tests geacuteoeacutelectriques faits agrave proximiteacute immeacutediate des deux sites montrent que la conductiviteacute

eacutelectrique du milieu aquifegravere augmente aux alentours de PapMad et elle diminue aux environs de

la JiRaMa (Tableau I) Cette variation est noteacutee par rapport agrave la conductiviteacute eacutelectrique observeacutee

sur le site de reacutefeacuterence (Rajaonarivelo S 2016 Rakoto et al 2018) La reacutesistiviteacute eacutelectrique nrsquoest

autre que lrsquoinverse de la conductiviteacute eacutelectrique

Lrsquoanalyse statistique des chargeabiliteacutes de la zone aquifegravere donne des valeurs preacutepondeacuterantes (agrave

reacutepeacutetitiviteacute eacuteleveacutee) beaucoup plus eacuteleveacutees dans les sites contamineacutes que celle sur le site de

reacutefeacuterence


17

Figure 7 Localisation des profils geacuteophysiques

Figure 8 Coupe geacuteoeacutelectrique du profil PE3


18

Tableau I Les caracteacuteristiques geacuteoeacutelectriques des sites

Le reacutesultat montre bien que la preacutesence des pollutions dans le milieu aquifegravere change le

comportement eacutelectrique de ce milieu (Tableau I) Les valeurs sont en bleu si elles sont infeacuterieures

agrave la valeur de reacutefeacuterence normale (140 m pour la reacutesistiviteacute eacutelectrique et 3 ms pour la chargeabiliteacute)

et elles sont en rouges si elles sont supeacuterieures agrave la valeur de reacutefeacuterence (Cf Tableau I)

Le traitement statistique des donneacutees de reacutesistiviteacute et de chargeabiliteacute eacutelectriques de ce milieu

aquifegravere a faciliteacute la vision des valeurs preacutepondeacuterantes et il a beaucoup plus exprimeacute la variation

de la valeur qui est relativement faible de ces deux paramegravetres (Figure 8)

On peut dans lrsquoavenir utiliser cette approche pour connaitre si une nappe est contamineacutee ou

non

II2122 Localisation de lrsquoemplacement de captage drsquoeau souterraine

On va voir dans ce qui suit lrsquoutilisation de la geacuteophysique agrave la localisation de la zone agrave

puissante nappe aquifegravere On va prendre encore comme zone drsquoapplication la plaine

drsquoAntananarivo

De point de vue hydrogeacuteologique la plaine preacutesente une potentialiteacute non neacutegligeable de

ressources en eaux souterraines (Rasolomanana et al 2011) Elle fait lrsquoobjet drsquoeacutevaluation et de

recherche de nappe productive cas drsquoeacutetude hydrologique et reconnaissance hydrogeacuteologique dans

la plaine alluviale de lrsquoIkopa situeacute agrave Dorodosy Une note syntheacutetisant la technique de modeacutelisation

geacuteophysique 2D et le reacutesultat de lrsquoeacutetude a eacuteteacute publieacute dans lrsquoarticle de Rakoto et al en 2017

La deacutemarche suivie pour sortir le modegravele hydrogeacuteologique du sous-sol dans le cadre de cette

eacutetude est donneacutee dans le logigramme de la figure 9 ci-apregraves

Profil Reacutesistiviteacute (m) Chargeabiliteacute (ms)

PE0 140 3

PE1 120 53

PE2 72 5

PE3 160 73

PE4 160 42


19

Figure 9 Logigramme du traitement

La zone se trouve sur le bas-fond de la plaine alluviale drsquoAntananarivo Le substratum formeacute

de roches cristallines est constitueacute de granite migmatitique et de gneiss (Figure 10)

Figure 100 Geacuteologie reacutegionale de la zone drsquoeacutetude (source feuille P47 L Laplaine 1963)


20

Figure 10

La photographie aeacuterienne a mis en eacutevidence les trois principales directions N0deg N60deg et

N120deg de lineacuteament caracteacuterisant les lignes tectoniques majeures des Hautes Terres de

Madagascar (Bertil et al 1998) Il est agrave noter que ces lineacuteaments caracteacuterisent la direction

privileacutegie de lrsquoeacutecoulement drsquoeau souterraine dans les milieux fissureacute et fractureacute

Figure 111 Photo-interpreacutetation de la zone de Dorodosy

Les lignes eacutelectriques ont eacuteteacute eacutetaleacutees dans la direction coupant les lineacuteaments observeacutes

(Figure 12) dans le but de mettre en eacutevidence le passage de lineacuteament visible sur la photographie

aeacuterienne et drsquoen deacuteduire sa nature (fracture fissuration ou schistositeacute)

La coupe geacuteophysique en particulier la coupe geacuteoeacutelectrique et la coupe de forage preacutesentent


21

une meilleure coheacuterence (Figure 12) On a utiliseacute cette coheacuterence drsquoabord pour la cartographie

eacutelectrique de bas-fonds eacutetudieacute et ensuite pour deacuteduire le modegravele de circulation drsquoeau souterraine de

la zone


La coupe geacuteoeacutelectrique en accord avec la coupe lithologique montre que le systegraveme

hydrogeacuteologique du milieu est formeacute de nappe agrave multi-couches nappe percheacutee nappe semi-

captive de lrsquoalteacuteration et la nappe de fissuration du socle La litteacuterature disponible sur le systegraveme

aquifegravere des bas-fonds du haut plateau de Madagascar y compris la plaine drsquoAntananarivo avance

ce modegravele (Grillot 1992 Dussarat 1993 et 1994)

La cartographie du mur4de la nappe percheacutee (premiegravere nappe libre) par lrsquointermeacutediaire de la

coupe geacuteoeacutelectrique a permis de deacuteduire lrsquoeacutecoulement de la nappe libre On peut deacuteterminer le lieu

4base impermeacuteable soutenant la nappe aquifegravere


22

le plus favorable agrave lrsquoimplantation de lrsquoouvrage de captage drsquoeau souterraine (Zone ougrave lrsquoaquifegravere est

eacutepais) en utilisant la carte du mur de lrsquoaquifegravere

La geacuteophysique a conduit agrave lrsquoeacutelaboration de modegravele drsquoeacutecoulement drsquoeau souterraine en

utilisant les autres disciplines comme la photo-interpreacutetation la reconnaissance geacuteologique du lieu

et le forage test La deacutemarche technique utiliseacutee et le reacutesultat obtenu peuvent ecirctre interpoleacutes sur les

autres zones de la plaine alluviale de lrsquoIkopa appeleacute plaine Betsimitatatra en aval

II22 Evaluation miniegravere

Les travaux exeacutecuteacutes dans le cadre de lrsquoeacutevaluation miniegravere peuvent ecirctre classeacutes en deux

grandes cateacutegories la premiegravere par estimation volumeacutetrique directe et la deuxiegraveme par

deacutelimitation et localisation drsquoun indice indiquant la preacutesence de minerai cible cas de localisation

des poches de mineacuteralisation de tourmaline (Rakotomalala P N J 2011 Rakoto H 2012)

deacutelimitation de lrsquoextension de gisement drsquoapatite (Rakoto et al 2015 Ramahatafandry V N 2015)

II221 Estimation volumeacutetrique drsquoun gisement

Il existe plusieurs approches possibles dans le cadre drsquoune eacutetude et drsquoune eacutevaluation de

gisement minier donneacute Mon eacutequipe et moi-mecircme lors de lrsquoeacutetude et de recherche entreprises

neacutecessitant le calcul volumeacutetrique avons utiliseacute souvent la modeacutelisation agrave 3D (rapport des travaux

sur estimation volumeacutetrique Partie II Ada H N 2006 et 2008)

Il y a trois deacutemarches possibles pour obtenir le modegravele agrave trois dimensions (3D)

1 la mesure par maillage reacutegulier suivi de lrsquoinversion en utilisant lrsquoalgorithme respectant la

relation entre donneacutees observables et le modegravele vrai de terrain exemple de lrsquoeacutevaluation de

reacuteserve de chromite faite par Rasolomanana E en 1999

2 les leveacutes sur plusieurs profils suivis de lrsquoinversion en coupe et ensuite lrsquoutilisation de la

cartographie par maillage et interpolation sur chaque niveau pour aboutir agrave un modegravele 3D

cas de calcul de reacuteserve faite par la SGDM sur les roches drsquoempierrement se trouvant

proche de la RN2 et sur la roche massive de Kingele 2 Gabon (travaux drsquoexpertise)

3 des investigations verticales sur plusieurs stations suivis de modeacutelisation en une dimension

(1D) et enfin la cartographie par maillage et interpolation de chaque niveau pour donner le

modegravele 3D

La preacutecision obtenue sur chaque deacutemarche deacutepend de lrsquoeacutechantillonnage de mesure adopteacutee

Jrsquoai eacuteviteacute autant que possible lrsquoutilisation de leveacute agrave maillage reacutegulier agrave cause de la lourdeur

des calculs theacuteoriques qui ne reflegravetent pas souvent le cas reacuteel du terrain (variation irreacuteguliegravere des

paramegravetres physique et geacuteomeacutetrique du sous-sol) de lrsquoabsence de modegravele matheacutematique preacutecis sur

le calcul drsquoinversion (utilisation des reacutesolutions asymptotiques dans le cas de la prospection


23

eacutelectromagneacutetique (Oristalgio et al 1998) pheacutenomegravene de non uniciteacute de reacutesultat et pheacutenomegravene de

disparition en prospection eacutelectrique (Zhdanov et al 1998 Chapellier D 2000 Chouteau M 2001)

et de la difficulteacute de sa mise en œuvre sur le terrain Nous lrsquoavons utiliseacute seulement dans le cas de

modegravele simple de terrain et de forme classique de la cible (spheacuterique cubique paralleacuteleacutepipeacutedique

et cylindrique)

Il faut bien preacuteciser que les donneacutees geacuteophysiques sont mieux interpreacuteteacutees avec lrsquointeacutegration eacutetroite

des donneacutees geacuteologiques Ainsi on a souvent adopteacute les deux derniegraveres deacutemarches indiqueacutees ci-

dessus soit les leveacutes sur profils soit lrsquoinvestigation verticale en plusieurs stations Il est aussi

possible qursquoon a utiliseacute les deux deacutemarches agrave la fois Ces deacutemarches sont adopteacutees dans le but de

donner plus de pondeacuteration agrave la structure reacuteelle du sous-sol pendant le processus laquo drsquoimagerie raquo et

drsquointerpreacutetation geacuteophysique

Figure 13 Deacuteploiement de la geacuteophysique

Leacutegende

Deacutelimitation probable du gisement

Ligne geacuteophysique pour des leveacutes 2D

On a appliqueacute en geacuteneacuteral la technique drsquooptimisation des informations autrement dit

augmenter le nombre drsquoeacutechantillonnage dans la zone ougrave la variation se fait sentir zone de

discontinuiteacute (Figure 13) La lecture des diffeacuterents indices sur le terrain aide beaucoup agrave

lrsquoimplantation des stations geacuteophysiques Cette derniegravere a eacuteteacute souvent adopteacutee dans lrsquoeacutevaluation

des carriegraveres de roches massives deacutelimitation de lrsquoextension de filon etchellip

La deacutemarche suivie dans la plus part de lrsquoeacutevaluation volumeacutetrique des gisements est comme

deacutecrit ci-dessous (Figure 14)


24

Figure 14 Deacutemarche classique de lrsquoestimation volumeacutetrique drsquoune reacuteserve

Une fois que lrsquohypothegravese de modegravele geacuteologique est confirmeacutee par les mesures geacuteophysiques on

modeacutelise le toit du gisement en introduisant la topographie sur le reacutesultat de la geacuteophysique

Le volume de gisement peut ecirctre enfin calculeacute par la diffeacuterence entre le toit du gisement et le niveau

de reacutefeacuterence drsquoexploitation (Niveau de reacutefeacuterence) (Figure 15)


25

Figure 15 Illustration de lrsquoeacutetape de calcul volumeacutetrique de la reacuteserve

La geacuteophysique a permis drsquoeacutevaluer avec une certaine preacutecision le volume exploitable de la

reacuteserve On peut de mecircme agrave partir de cette modeacutelisation geacuteophysique calculer le volume de mort-

terrain et deacuteduire la technique drsquoexploitation agrave mettre en œuvre

Ainsi en partant des simples leveacutes de surface on peut imager le gisement du sous-sol

II222 Localisation drsquoindice de minerai cible

Ce travail de recherche neacutecessite le support drsquoune autre discipline consideacutereacutee comme

fondamentale Parce qursquoon doit dans ce cas introduire comme contrainte forte les informations

provenant des autres leveacutes et des traitements (Figure 16((a) (b) (c) et (d))) (geacuteologie photo-

interpreacutetation traitement drsquoimage satellitaire hellipetc)


26

Figure 16 (a) - Teacuteleacutedeacutetection (b) ndash Photo-interpreacutetation (c) ndash Observation geacuteologique (d) ndash Gicirctologie

La prospection geacuteophysique ne sert qursquoagrave deacutetecter lrsquoanomalie provoqueacutee par la variation de

proprieacuteteacute physique dans ce cas drsquoeacutetude (Figure 17) (Rakotomalala P 2011 Rakoto et al 2012)

On va prendre le cas de la localisation des poches de mineacuteralisation de tourmaline La

formation cible est encaisseacutee dans la pegmatite compacte Lrsquoencaissant devient beaucoup plus

molle au niveau de la poche de mineacuteralisation et elle y est aussi leacutegegraverement boueuse Les deux

proprieacuteteacutes physiques donnant les contrastes (de) vitesse sismique et (de) reacutesistiviteacute eacutelectrique

amegravenent agrave adopter deux meacutethodes compleacutementaires la sismique et lrsquoeacutelectrique en courant continu

Les coupes de profil traversant les zones de contact de structure observeacutees et mises en eacutevidence

par la teacuteleacutedeacutetection ont mis en eacutevidence des lobes drsquoanomalies eacutelectriques et sismiques (Figure

17) Les informations convergent et semblent indiquer la preacutesence de corps agrave caracteacuteristiques

physiques diffeacuterentes de celles des encaissants Ainsi on a proposeacute ces lieux pour la fouille de

veacuterification


27

Figure 17 Coupes geacuteophysiques de reacutesistiviteacute eacutelectrique et de vitesse de propagation des ondes Vs et Vp

Le reacutesultat de fouilles effectueacutees juste apregraves lrsquoeacutetude a montreacute que lrsquoanomalie mise en eacutevidence

par la geacuteophysique est formeacutee de poches plus ou moins visqueuses qui abritent les lentilles de

tourmaline rechercheacutees La production a subi une hausse consideacuterable apregraves lrsquoutilisation de

lrsquoinvestigation geacuteophysique

En outre on a essayeacute drsquoappliquer la mecircme technique sur un autre gisement de tourmaline

Cependant les anomalies de vitesse et de reacutesistiviteacute eacutelectrique trouveacutees ne proviennent pas de

poches de mineacuteralisation rechercheacutee cas de gisement de tourmaline dans le bas-fond Ambositra

Elles sont produites par le changement drsquoautre proprieacuteteacute physique (Teneur en argile)


28

On a aussi utiliseacute dans le cas de la localisation de lrsquoindice indiquant la preacutesence de

mineacuteralisation la meacutethode de reconnaissance simple comme la cartographie magneacutetique (cas de

lrsquoeacutetude du gisement drsquoor de Dabolava drsquoAndimaka et drsquoAnalasarotra en 2005 2007 et 2008

rapport de la SGDM) la cartographie gravimeacutetrique la cartographie de potentiel naturel (cas de

reconnaissance et deacutelimitation des graphites zone Brickaville 2016 et 2017) (Rakoto et al 2018)

Ce travail a neacutecessiteacute lrsquoappui de la geacuteologie qui guide la mise en place et le choix du pas de mesure

en geacuteophysique Une fois que la carte a eacuteteacute eacutetablie la veacuterification des diffeacuterentes gammes de valeur

mises en eacutevidence a eacuteteacute fortement conseilleacutee avant toute interpreacutetation de structure de la cible

La geacuteophysique a beaucoup faciliteacute la localisation de la zone de mineacuteralisation tant en forme

filonienne qursquoen forme de poche La geacuteophysique a eacuteteacute efficace et preacutecise dans ce cas drsquoeacutetude

drsquoextension de filon de mineacuteralisation et elle a eacuteteacute souvent mise agrave lrsquoeacutepreuve Et pourtant son

utilisation a eacuteteacute beaucoup plus deacutelicate dans le cas drsquoune poche parce qursquoon y a atteint souvent la

limite de reacutesolution de meacutethode (profondeur assez grande devant la dimension de la cible)

II23 Reconnaissance structurale

Devant lrsquoavanceacutee de la technologie de traitement de donneacutees la reconnaissance structurale

fait intervenir des eacutetudes multidisciplinaires Les donneacutees geacuteophysiques sont souvent aeacuteroporteacutees

agrave deacutefaut de donneacutees satellitaires Elles sont utiliseacutees en appui agrave la cartographie des structures

geacuteologiques et des accidents qui les affectent ou pour deacutetecter des concentrations de mineacuteraux

particuliers

Les interpreacutetations des donneacutees magneacutetiques gravimeacutetriques de spectromeacutetrie gamma et de

teacuteleacutedeacutetection satellitaire contraintes par les observations de terrain ont prouveacute leur efficaciteacute pour

deacutechiffrer la hieacuterarchie des cadres litho-structuraux reacutegionaux des terrains (Thomas E 2002) De

faccedilon similaire lrsquointeacutegration des donneacutees geacuteophysiques aeacuteroporteacutees (aeacuteromagneacutetique et

spectromeacutetrie) a eacuteteacute appliqueacutee lors de renouvellement de la cartographie geacuteologique de

Madagascar dans le cadre du projet PGRM

Jrsquoai utiliseacute eacutegalement ces donneacutees aeacuteromagneacutetiques et radiomeacutetriques lors de mes travaux de

recherche intituleacutes respectivement Eacutetude de 32 parcelles miniegraveres et Etude structurale et eacutevaluation

miniegravere de la zone aurifegravere des feuilles Tsaratanana (P41) Tampoketsa Bevoromay (Q41)

Betrandraka (P42) et Ambatobe (Q42) en 2008 Les donneacutees utiliseacutees lors de cette eacutetude

proviennent du leveacute de projet PGRM

La prospection aeacuteromagneacutetique a pour objet la mesure des variations du champ magneacutetique

terrestre causeacutees par des modifications des proprieacuteteacutes magneacutetiques des structures et des formations


29

geacuteologiques de subsurface Lrsquoaimantation drsquoune roche peut avoir eacuteteacute acquise lors de sa creacuteation ou

lors des eacutevolutions qursquoelle a subies sous lrsquoinfluence drsquoun champ magneacutetique ancien (aimantation

reacutemanente) ou induit par le champ actuel

119867119903119900119888ℎ119890 = 119867119894119899119889119906119894119905

+ 119868 (2)

119867119903119900119888ℎ119890 vecteur de Champ magneacutetique de roche

119867119894119899119889119906119894119905 = alefsym 119867119875

vecteur de Champ induit avec alefsym Susceptibiliteacute magneacutetique et 119867119875 le

vecteur de champ principal

119868 vecteur drsquoAimantation reacutemanente

La radiomeacutetrie spectrale permet drsquoeacutevaluer le contraste des concentrations des radioeacuteleacutements

(Uranium Thorium et Potassium) les plus freacutequents dans les sols et les formations geacuteologiques

affleurantes Ces contrastes sont ensuite interpreacuteteacutes en termes de lithologie du socle et de

caracteacuterisation des formations superficielles et de lrsquoalteacuteration

Un leveacute radiomeacutetrique aeacuteroporteacute permet drsquoobtenir rapidement une cartographie geacuteochimique

du sous-sol Comme les autres techniques de geacuteochimie du sol cette meacutethode donne accegraves agrave la

composition des mateacuteriaux de surface

Les effets de lrsquoalteacuteration et du meacutetamorphisme modifient fortement la teneur en

radioeacuteleacutements

- oxydation et lessivage des granites qui se deacuteposent ensuite dans des formations

seacutedimentaires eacuteloigneacutees tandis que le Thorium qui nrsquoa pas de forme soluble se deacuteplace

peu drsquoougrave une diminution de rapport UTh

- transport du potassium par lrsquoeau sous forme colloiumldale et deacutepocircts dans des seacutediments

argileux

- enrichissement en potassium des formations acides sous lrsquoeffet du meacutetamorphisme et de

lrsquoalteacuteration

- concentration en eacuteleacutements radioactifs dans certaines formations deacutetritiques

(concentration en mineacuteraux lourds - enrichissement en thorium en mica ou en feldspath

- enrichissement en potassium)

Enfin lrsquoutilisation de la geacuteophysique dans lrsquoeacutetude structurale permet lrsquoidentification drsquoun

certain nombre de faits geacuteologiques connus pour certains drsquoentre eux depuis les observations de

terrain Il srsquoagit principalement de zonations geacuteochimiques et plus principalement de la zonation

de lrsquoendroit agrave potentialiteacute miniegravere eacuteleveacutee

La compilation des donneacutees aeacuteroporteacutees et satellitaires conduit agrave lrsquoeacutelaboration des cartes


30

structurales et geacuteologiques Le modegravele numeacuterique de terrain aide agrave lrsquoeacutetablissement des lignes

morphostructurales existant dans la zone drsquoeacutetude

La Figure 18 ci-apregraves donne le scheacutema synoptique de lrsquoeacutelaboration de carte structurale agrave partir

des donneacutees geacuteophysiques aeacuteroporteacutees et satellitaires On utilise lrsquoapproche multidisciplinaire

faisant intervenir la geacuteophysique le plus souvent aeacuteroporteacutee la teacuteleacutedeacutetection et la geacuteomorphologie

pour faire sortir les cartes structurales et geacuteologiques Les reacutesultats de modeacutelisation et de

cartographie seront ensuite compileacutes en utilisant le Systegraveme drsquoInformation Geacuteographique SIG Il

est agrave noter que les reacutesultats issus du SIG neacutecessitent la veacuterification et la validation sur terrain avant

drsquoecirctre adopteacutes

Figure 18 Synoptique de lrsquoeacutetude structurale utilisant les donneacutees geacuteophysiques

En conclusion lrsquoapproche utilisant la meacutethode geacuteophysique a permis lrsquoobtention drsquoun

scheacutema structural coheacuterent dans lrsquoensemble avec les donneacutees de la geacuteologie classique Elle a permis

en outre de mettre en eacutevidence des structures profondes non affleurantes (mais) dont le rocircle dans

lrsquohistoire geacuteologique drsquoune reacutegion peut-ecirctre primordial Elles ont enfin permis de diffeacuterencier assez

aiseacutement les diffeacuterentes uniteacutes geacuteologiques et faciliter les diffeacuterentiations (spectromeacutetrie) au sein

drsquoune mecircme uniteacute Ces outils ont ainsi pu servir de support majeur notamment dans les reacutegions ougrave


31

la connaissance geacuteologique est reacuteduite

II24 Geacuteotechnique et structure meacutecanique du sous-sol

La reconnaissance au preacutealable de terrain drsquoimplantation drsquoun grand ouvrage est une eacutetape

ineacutevitable avant toute construction Cette reconnaissance guide aux dimensionnements des

diffeacuterentes uniteacutes agrave mettre en place

La geacuteophysique intervient dans la reconnaissance des caracteacuteristiques meacutecaniques (Mari J-

L 1998) et de la disponibiliteacute en eau souterraine du lieu drsquoimplantation Elle intervient parfois dans

la deacutetermination de lrsquoeacutetat zeacutero ou eacutetat initial drsquoun lieu dans le cas drsquoeacutetude drsquoimpact environnemental

drsquoun projet

Dans le cas de lrsquoeacutetude drsquoun traceacute de tunnel que ce soit pour un barrage hydroeacutelectrique que

pour la voie drsquoaccegraves la geacuteophysique a pour objet de deacutefinir lrsquoeacutetat du socle rocheux sous-jacent La

stabiliteacute et le dimensionnement de lrsquoouvrage agrave mettre en place deacutepend de cet eacutetat

La reacutesolution de lrsquoeacutequation diffeacuterentielle reliant les lois de Newton 1687 et la loi de Hooke

1678 (Telford et al 1990) donne la solution suivante pour les vitesses des ondes de propagation

des vibrations meacutecaniques

119933119927 = radic120640 + 120784120641

120646 et 119933119930 = radic

120641

120646(3)

Ougrave Vp et Vs sont les vitesses des ondes longitudinales et transversales ou cisaillements (en

ms)

est le premier coefficient de Lameacute et est le module de cisaillement (en Pa)

masse volumique (en Kgm 3)

Comme les ondes transversales donnant Vs arrivent apregraves les ondes longitudinales de vitesse

Vp alors il est difficile drsquoidentifier lrsquoarriveacutee des ondes transversales dans le sismogramme Cette

technique drsquoidentification permet de deacutefinir directement la vitesse Vs

Suite au deacuteveloppement de lrsquoeacutetude des ondes de surface lrsquoutilisation de lrsquoanalyse en multicanaux

des ondes de surface MASW qui est axeacutee sur lrsquoeacutetude des ondes de type Rayleigh (Park et al

1999) nous permet de deacuteduire les variations de vitesse des ondes de cisaillement Vs Lrsquoalgorithme

de calcul est deacuteveloppeacute par Park et al en 1999

On peut deacutefinir les proprieacuteteacutes meacutecaniques du sous-sol drsquoapregraves les relations reliant la contrainte et


32

la deacuteformation de la loi de Hooke agrave partir des vitesses des ondes longitudinales par lrsquointermeacutediaire

de pointage des ondes des premiegraveres arriveacutees et des vitesses des ondes transversales en utilisant

lrsquoanalyse multicanal des ondes de surface ou Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW)

On utilise souvent dans le cas drsquoeacutetude de stabiliteacute drsquoun terrain le paramegravetre module

drsquoincompressibiliteacute ou module drsquoeacutelasticiteacute isostatique K qui traduit la variation de volume drsquoun

corps donneacute suite agrave lrsquoapplication drsquoune pression hydrostatique

119896 = 120582 +2

3120583(4)

K module drsquoincompressibiliteacute en (Pa)

coefficient de Lameacute ou module de cisaillement ou module de rigiditeacute en (Pa)

constate de Lameacute en (Pa)

On peut calculer ce paramegravetre en connaissant les deux vitesses Vp Vs et masse volumique

119896 = 120588( 1198811198752 minus

4

3119881119878

2) (5)

On a mis en œuvre cette technique lors de la reconnaissance de la stabiliteacute du sol qui va

recevoir une centrale hydroeacutelectrique agrave Bevory (Rakotonirina et al 2018 rapport drsquoexpertises de

la SGDM)

Le lieu est situeacute sur un terrain ougrave la geacuteologie est relativement complexe Le terrain y est formeacute

des migmatites rubaneacutees agrave amphibole et biotite de gneiss agrave amphibole de granite migmatitique

de migmatite granitoiumlde de migmatite dioritique ou syeacutenitique agrave facies malgachitique (Besairie

1964) Crsquoest une zone meacutetamorphique ougrave les roches se sont deacuteposeacutees en nappe drsquoextension

globalement Nord-Sud (Figure 19a) Lrsquoeacutepaisseur des couvertures lateacuteritiques est diffeacuterente drsquoune

formation agrave une autre et lrsquoeacutetat meacutecanique de substratum rocheux sous-jacent est variable drsquoun

endroit agrave un autre

En conseacutequence la reconnaissance deacutetailleacutee de la structure de terrain a eacuteteacute recommandeacutee

Elle a eacuteteacute axeacutee plus particuliegraverement agrave la deacutetermination des proprieacuteteacutes meacutecaniques du sol et du

sous-sol dans les zones drsquoimplantation drsquoimportantes uniteacutes de la centrale (barrage de reacutetention et

uniteacute de transformation (turbine))

Des profils sismiques coupant le prolongement des formations ont eacuteteacute implanteacutes le premier

dans la zone drsquoAmboahangibe ougrave le barrage de reacutetention drsquoeau sera implanteacute et les trois autres dans

la zone de Nosimparihy lieu drsquoimplantation de lrsquousine de transformation


33

Les coupes de module drsquoincompressibiliteacute volumique (Figure 19(c1 et c2)) ont mis en

eacutevidence des discontinuiteacutes de structure qui se manifestent en variation brusque de lrsquoeacutepaisseur de

couche de couverture

La ligne 1 traversant la formation de gneiss agrave amphibole et la nappe de granite agrave micas a

rencontreacute deux discontinuiteacutes (1) et (2) qui mateacuterialisent la zone de contact entre le gneiss

encaissant et la nappe

La ligne 2 a rencontreacute une discontinuiteacute de formation qui se manifeste comme lineacuteament en

surface

Figure 19 Les coupes de module drsquoincompressibiliteacute pour lrsquoeacutetude drsquoun barrage

La geacuteophysique a permis de localiser avec preacutecision la zone de discontinuiteacute due au contact de

formation Elle a apporteacute des informations eacutegalement sur la caracteacuteristique meacutecanique (dureteacute


34

relative) de chaque formation La zone ougrave la couverture est relativement eacutepaisse zone entre les

deux discontinuiteacutes (1) et (2) pour la coupe c1 et la partie Sud-Ouest pour la coupe c2 (Figure 19)

est moins reacutesistante que celle ougrave la couverture est relativement mince

Alors ces lieux de discontinuiteacutes neacutecessitent (de) lrsquoattention particuliegravere pour lrsquoinstallation de

future uniteacute de la centrale hydro-eacutelectrique

Dans ce mecircme domaine des eacutetudes ont eacuteteacute meneacutees par notre eacutequipe en trois sites

drsquoimplantation drsquousine de transformation drsquoeacutethanol agrave Madagascar dont un agrave Namakia un agrave

Ambilobe et un agrave Brickaville Lrsquoobjectif de notre intervention a eacuteteacute drsquoeacutetudier au preacutealable les

caracteacuteristiques meacutecaniques de terrain de reacuteception de ce projet surtout de connaitre la disponibiliteacute

en eau des sites parce que lrsquoopeacuteration de transformation neacutecessite beaucoup drsquoeau (Rapports des

projets et expertises entrepris au titre de la SGDM et du LGA paragraphe 43324 du Volume I)

Des modifications ont eacuteteacute apporteacutees dans le but drsquooptimiser lrsquoexploitation du terrain

drsquoimplantation sur le plan de disposition de chaque uniteacute de transformation apregraves notre

intervention

En bref la reconnaissance et la prospection geacuteophysiques contribuent beaucoup agrave la reacuteussite

de projet drsquoinstallation de grand ouvrage de geacutenie civil

Le diagnostic et le test utilisant lrsquooutil geacuteophysique sont vraiment neacutecessaires agrave lrsquoeacutetude drsquoun

terrain de reacuteception drsquoouvrage de geacutenie civil La geacuteophysique du fait qursquoelle est non destructive

est facile et rapide aussi agrave mettre en œuvre Parfois on lrsquoutilise pour avoir de lrsquoinformation

indirectement (cas de corrosiviteacute cas de stabiliteacute dans lrsquoeacutetude de ripabiliteacutehellipetc)

II25 Deacutetection et localisation drsquoun objet particulier

Lrsquoefficaciteacute et la reacutesolution drsquoune meacutethode deacutependent essentiellement du contraste de

paramegravetre physique consideacutereacute entre lrsquoencaissante et la cible et du pas de lrsquoeacutechantillonnage

On risque de rater la cible si le pas de mesure est large On doit tenir compte dans ce cas de

la forme et de la profondeur du corps cible

On va prendre comme cas drsquoeacutetude ici la localisation des caviteacutes sous le boulevard Poincareacute

le fameux Bord de Mahajanga (Figure 20)

Lors de passage du cyclone Gafilo la mer a inondeacute la chausseacute du boulevard Poincareacute Lors

de sa reacutegression elle a emporteacute les mateacuteriaux fins constituant le remblai sous lrsquoasphalte Ce

mouvement de mateacuteriaux a creacuteeacute des vides sous la chausseacutee


35

Figure 20 Localisation de la zone drsquoeacutetude et eacutetat des lieux apregraves le passage du cyclone Gafilo

Seule la reconnaissance geacuteophysique peut deacuteterminer les diffeacuterentes zones contenant des

caviteacutes souterraines sans recourir au deacutecapage systeacutematique de toutes les chausseacutees

Les meacutethodes geacuteophysiques utiliseacutees pour le diagnostic du sous-sol doivent reacutepondre aux

impeacuteratifs suivants dans ce cas

1 deacutetecter les variations spatiales de la structure du remblai se trouvant juste sous

lrsquoasphalte

2 avoir une bonne reacutesolution lateacuterale et verticale et dans la mesure du possible deacutetecter

et localiser les caviteacutes

3 rendre compte des variations eacuteventuelles de la nature physique du corps cible la

caviteacute est eacutelectriquement reacutesistante agrave mareacutee basse et elle devient conductrice agrave mareacutee

haute

4 srsquoadapter agrave un environnement urbain extrecircmement dense et srsquoexeacutecuter dans un temps

tregraves bref

Ces impeacuteratifs nous ont ameneacute agrave adopter la meacutethode drsquoimagerie par tomographie eacutelectrique


36

permettant drsquoeacutetablir la coupe geacuteoeacutelectrique du sous-sol et dont la mise en station est vraiment

commode dans un environnement urbain

Il est agrave noter que le changement de caracteacuteristique eacutelectrique du corps cible a poseacute des problegravemes

drsquointerpreacutetation au deacutebut et on a effectueacute seulement les mesures pendant la mareacutee basse

Pour avoir la meilleure reacutesolution on a ducirc revoir la notion de sensibiliteacute des dispositifs eacutelectriques

pour la technique drsquoimagerie La fonction de sensibiliteacute permet de se faire une ideacutee dans quelle

mesure les variations de reacutesistiviteacute du terrain influenccedilaient la mesure de la diffeacuterence de potentiel

Plus la valeur de cette fonction est eacuteleveacutee agrave proximiteacute des eacutelectrodes plus elle influence la mesure

de la diffeacuterence de potentiel

La sensibiliteacute varie selon le dispositif employeacute (Figure 21) De faccedilon geacuteneacuterale la sensibiliteacute

a une valeur eacuteleveacutee agrave proximiteacute des eacutelectrodes ce qui signifie qursquoun objet situeacute agrave proximiteacute de

celles-ci aura un impact important sur les mesures de potentiel Avec lrsquoeacutecartement des eacutelectrodes

les diffeacuterences de sensibiliteacute srsquoamplifient entre les diffeacuterents dispositifs Wenner Wenner

Schlumberger Dipocircle-dipocircle hellipetc

Figure 21 La sensibiliteacute pour les dispositifs les plus courants (modifieacute par Dahlin et al 2004)

La contribution drsquoun eacuteleacutement de volume de terrain homogegravene agrave la diffeacuterence de potentiel est donneacutee

par Roy et Apparao (1971)La fonction de distribution de potentiel deacuteveloppeacutee par Roy permet

ainsi de se rendre compte de linfluence dun volume unitaire sur la mesure de la diffeacuterence de

potentiel En linteacutegrant en fonction de la profondeur on peut calculer les coefficients (Edwards

1977) qui permettent eux aussi dinverser les pseudo- coupes et dobtenir des coupes 2D du sous-


37

sol en reacutesistiviteacute et profondeur

La preacutesentation de la fonction de sensibiliteacute eacutelaboreacutee agrave partir de lrsquoeacutequation formuleacutee par Roy et

Apparao en 1971 a eacuteteacute modifieacutee par Dahlin et al en 2004 pour plus de lisibiliteacute Ils ont seacutepareacute avec

des signes neacutegatifs et positifs les zones plus et moins sensibles (Figure 21)

La zone positive indique que le gradient de la diffeacuterence de potentiel mesureacutee est eacuteleveacute si le corps

cible y est localiseacute et inversement

En tenant compte de la sensibiliteacute du dispositif dipocircle-dipocircle pour les structures verticales on a

adopteacute ce dispositif en utilisant la distance inter-eacutelectrodes de 1m (Famantanantsoa N M 2004

Rakoto et al 2005)

Figure 22 Les coupes geacuteoeacutelectriques

Les coupes geacuteoeacutelectriques ont mis en eacutevidence des structures reacutesistantes arrondies situeacutees

entre 025m et 2m de profondeur (Figure 22) Ces structures repreacutesentent des caviteacutes sous la


38

chausseacutee On a eacutegalement noteacute la preacutesence drsquoune anomalie beaucoup plus large sous le profil PV1

Cette anomalie est visible sur le Profil1a qui se trouve beaucoup plus eacuteloigneacutee du bord de la mer

Le deacutecapage effectueacute juste apregraves la prospection geacuteophysique a confirmeacute qursquoil existe bien une caviteacute

souterraine de diamegravetre environ 3m agrave ce lieu La preacutesence des buses drsquoeacutevacuation drsquoeau

drsquoassainissement qui sont deacutejagrave deacutefectueuses a favoriseacute lrsquoeffondrement des remblais dans ce secteur


Lrsquoutilisation de la geacuteophysique rencontre parfois des difficulteacutes soit de point de vue

meacutethodologie (la meacutethode a atteint sa limite de reacutesolution) soit sur lrsquoapplication drsquoune meacutethode ou

drsquoune technique sur une situation compliqueacutee (problegraveme drsquoespace ou accessibiliteacute quasi-

impossible) Dans ce cas les praticiens doivent trouver des astuces pour surmonter ces difficulteacutes

Jrsquoai utiliseacute dans les deux cas deacuteveloppeacutes ci-apregraves certaines proprieacuteteacutes matheacutematiques et

physiques pour mettre en eacutevidence des anomalies provoqueacutees par des sources difficiles agrave deacutetecter

(signaux agrave faible amplitude agrave cause de sa forme etou de sa structure)

II31 Meacutethode magneacutetique par deacuterivation verticale

II311 Les anomalies du champ magneacutetique

En geacuteophysique lrsquoanomalie est deacutefinie comme la diffeacuterence entre la valeur de la grandeur

mesureacutee et celle de la valeur de reacutefeacuterence La valeur de reacutefeacuterence est donneacutee par lrsquoIGRF

(International Geomagnetic Field Reference) en prospection magneacutetique (Blakely 1995)

C = B - R (6)

Avec B vecteur champ magneacutetique terrestre R Vecteur de champ de reacutefeacuterence apregraves un modegravele

de (Blakely 1995) C vecteur anomalie du champ magneacutetique

II312 Anomalie de lrsquointensiteacute de champ magneacutetique

On mesure dans la pratique lrsquointensiteacute du champ magneacutetique noteacute F Comme indiqueacutee ci-

dessus on est inteacuteresseacute particuliegraverement agrave lrsquoaimantation induite produite par la source du champ

principal qui est celui de la Terre On va alors deacutefinir lrsquoanomalie de lrsquointensiteacute magneacutetique qui

repreacutesente ce champ induit deacutenommeacute classiquement de faccedilon plus succincte laquo anomalie du champ

total raquo

F = = radic rArr F = + 119862 - R (7)

en faisant intervenir le produit scalaire

+ 119862 = radic1198772 + 2119888119900119904119886119877119862 + 1198622 = 119877 radic1 + 2119888119900119904119886119862

119877 +

119862

1198772

2(8)


39

Avec angle entre R et C

Lrsquointensiteacute de lrsquoanomalie est souvent tregraves faible devant le champ principal La diffeacuterence nous

amegravene agrave lrsquointroduction de deacuteveloppement limiteacute

On peut eacutecrire +119862

119877= (1 + 2119888119900119904119886

119862

119877 +

119862

1198772

2)1

2 (9)

On peut calculer ici le deacuteveloppement limiteacute de la racine et on obtient F1 lrsquointensiteacute

drsquoanomalie magneacutetique drsquoordre 1

F1 = C cos

Geacuteomeacutetriquement le terme F1 nrsquoest que la projection du champ drsquoanomalie dans la direction

du vecteur champ de reacutefeacuterence

Lrsquoanalyse vectoriel montre que 119862 = 119903119900119905 119860

119860 Potentiel vecteur du vecteur champ magneacutetique

Figure 23 Repreacutesentation drsquoun dipocircle magneacutetique

Drsquoapregraves le calcul on obtient A (119875) =12058301198980 ⋀119906119903

41205871199032 or minus 119906119903

1199032 = nabla (1

119903)

A (119875)= 1205830

4120587nabla (

1

119903)⋀1198980 (10)

A (119875) Potentiel vecteur drsquoun champ dipolaire 1198980 en un point P de lrsquoespace

0 permeacuteabiliteacute magneacutetique du vide 4 π 10-7kgmA-2s-2

1198980 champ dipolaire creacuteeacute par une boucle de courant drsquointensiteacute I0 (Figure 22)

1198980 = I0δ = 1198980 119903119904 avec 1198980 = I01205871198772 en 1200081198982

Hors des charges et des boucles de courant on a lrsquoeacutequationnabla119862 = 0 ce qui signifie qursquoil

existe un potentiel scalaire associeacute au 119862 On va noter U ce potentiel scalaire


40

U(119875)=minus1205830

41205871198980 nabla (

1

119903) (11)

nabla est lrsquoopeacuterateur gradient dans le repegravere choisi on deacutefinit alors lrsquoopeacuterateur de deacuterivation

oblique dans la direction de lrsquoaimantation par nabla120583= 120583 nabla Cet opeacuterateur revient agrave projeter le

gradient dans la direction de 1198980 U(P) devient alors

U(119875)= minus1205830

41205871198980 nabla120583 (

1

119903) (12)

En posant 1198980= 12058301198980

4120587 on peut exprimer le potentiel sous forme

U(119875)= minus 1198980nabla120583 (1

119903)(13)

Si le dipocircle est repeacutereacute par 1199030 = (1199090 1199100 1199110) il suffit de convoluer le potentiel agrave lrsquoorigine par la

distribution de Dirac

U(119875)= minus 1198980δ(119903 minus 1199030 ) lowast nabla120583 (1

119903) (14)

() est un produit de convolution

Soit 119862 (119875) le champ magneacutetique au point P geacuteneacutereacute par le dipocircle sachant qursquoil nrsquoy a pas de

courant hors de la boucle alors 119903119900119905 119862 = 0 On peut deacuteduire qursquoil existe un potentiel scalaire dans

ce cas on a (10)

119862 (119875) = minus 1198980nabla (nabla1205831

119903) (15)

Si le dipocircle est repeacutereacute par 1199030 = (1199090 1199100 1199110) dans ce cas on peut exprimer C (119875)sous forme

C (119875)= minus 1198980δ(119903 minus 1199030 ) lowast nabla (nabla1205831

119903) (16)


On a vu que F1 est la projection de lrsquoanomalie dans la direction du vecteur champ de

reacutefeacuterence Soit 120588 le vecteur unitaire de cette direction

1198651 = 120588 119862 (119875) soit nabla120588= 120588 nabla dans ce cas F1= minus 1198980δ(119903 minus 1199030 ) lowast (nabla120588nabla1205831

119903) (17)

II313 Deacuteriveacutee drsquoAnomalie drsquoIntensiteacute du Champ Magneacutetique

On va utiliser dans ce qui suit la deacuteriveacutee verticale de F1

120597

120597119911F1= minus

120597

120597119911(1198980δ(119903 minus 1199030 ) lowast (nabla120588nabla120583

1

119903)) (18)

En geacuteophysique les donneacutees des leveacutes sont toujours reacuteduites agrave une altitude constante z=h

Cette reacuteduction nous amegravene agrave travailler dans un plan 2D


41

Pour rendre lrsquoeacutequation de la deacuterivation verticale beaucoup plus facile on va travailler par la suite

dans le domaine spectral On va utiliser la transformation de Fourrier

En utilisant la proprieacuteteacute de la transformation de Fourrier on a

TF(120597

1205971199111198651) =

120597

120597119911119879119865(1198651) soit 1198651 la transformeacutee de Fourrier de 1198651

On a enfin

119906 119890119905 119907 sont successivement les pulsations angulaires associeacutees agrave x et y

ℎ est le niveau du leveacute

Avec 1198651(119906 119907 ℎ) = 1198980

2120587119904119890minus|ℎminus1199110|119904(119894119871119906 + 119894119872119907 minus 119873119904)(119894119897119906 + 119894119898119907 minus 119899119904)119878119889(119906 119907)

119904 = radic1199062 + 1199072

119878119889(119906 119907) = 119879119865(120575(119909 minus 1199090 119910 minus 1199100) = 1

21205872 (119890minus119894119906119909119890minus119894119907119910)

119879119865 (nabla120588) = (119894119871119906 + 119894119872119907 minus 119873119904)

119879119865 (nabla120583) = (119894119897119906 + 119894119898119907 minus 119899119904)

En 2D 1

119903=

1

radic1199092+ 1199102+(ℎminus1199110)2h est lrsquoaltitude du plan de mesure et (x0 y0 z0) est les

coordonneacutees du point de la source dipolaire

119879119865 (1

119903) = 119879119865 (

1

radic1199092 + 1199102 + (ℎ minus 1199110)2) =

1

2120587

119890minus|ℎminus1199110|119904

radic1199062 + 1199072

Le terme radic1199062 + 1199072 augmente lrsquoamplitude de la transformeacutee de Fourrier des signaux agrave courte

longueur drsquoonde

Dans la pratique surtout dans les donneacutees aeacuteroporteacutees plusieurs structures peuvent ecirctre imbriqueacutees

lrsquoune dans lrsquoautre et pourtant ne geacuteneacuterer qursquoune seule anomalie Ainsi lrsquoopeacuterateur de deacuterivation

introduit agrave lrsquoeacutequation reacutesultante association des diffeacuterentes sources permet drsquoindividualiser les

signaux provenant des sources proches Il amplifie les courtes longueurs drsquoonde au deacutetriment des

grandes longueurs drsquoonde

Il est agrave noter que cet opeacuterateur peut aussi ecirctre employeacute pour distinguer les anomalies de

proche surface masqueacutees par le signal du socle

TF(120597

1205971199111198651) = radic1199062 + 11990721198651(119906 119907 ℎ) (19)


42

II314 Application dans la zone volcanique de lrsquoEst de Madagascar

Le problegraveme se pose souvent dans la deacutelimitation des filons de roche magmatique se trouvant

dans une zone meacutetamorphique agrave caracteacuteristique magneacutetique Les anomalies produites par les roches

magmatiques sont cacheacutees agrave lrsquointeacuterieur de lrsquoanomalie reacutegionale (effet de roche encaissante)

La zone drsquoeacutetude se trouve dans le systegraveme de Vohibory de lrsquoEst de Madagascar formeacute

essentiellement de micaschiste de gneiss et de migmatite (Figure 24a) Les roches sont

caracteacuteriseacutees par des corps ultrabasiques intrusifs complexes en filons et en lentilles notamment

les basaltes agrave faciegraves doleacuteritiques et les microgranites appartenant agrave la famille de roches filoniennes

Ces filons reacutesultent du remplissage des fractures reacutecentes du socle qursquoils occupent avec une

direction globalement Nord Sud Ces roches filoniennes nous ont inteacuteresseacute parce qursquoelles sont utiles

comme mateacuteriaux de construction (roches drsquoempierrement) Leurs localisations neacutecessitent le

deacuteploiement de techniques pouvant donner des preacutecisions

Figure 24 Geacuteologie reacutegionale et carte de champ magneacutetique

Un filon de microgranite et trois filons de doleacuterite longent la partie Ouest de la zone drsquoeacutetude

En utilisant la proprieacuteteacute de la deacuteriveacutee verticale deacuteveloppeacutee preacuteceacutedemment on a eacutetabli la carte de

gradient vertical du champ magneacutetique provenant drsquoun programme de leveacute aeacuteroporteacute (Figure 25c)


43

Le gradient vertical a mis en eacutevidence trois lignes agrave gradient eacuteleveacute La superposition de la carte de

gradient avec la carte geacuteologique confirme que les anomalies de gradient proviennent des filons de

roches magmatiques (Figure 25c)

Figure 25Cartographie magneacutetique et prospection eacutelectrique pour localisation des filons magmatiques

La carte de deacuteriveacutee verticale a donneacute des anomalies aux environs des emplacements des filons

de roche magmatique indiqueacutes par la carte geacuteologique

On a besoin dans le cadre drsquoune eacutetude deacutetailleacutee de preacutecision sur lrsquoemplacement exact de ces

filons Ainsi des lignes eacutelectriques utilisant la technique drsquoimagerie par tomographie eacutelectrique ont

eacuteteacute tireacutees pour bien localiser les contacts laquo roches magmatiques filoniennes roches

meacutetamorphiques encaissantes raquo

La coupe a seacutepareacute les diffeacuterentes formations traverseacutees aussi bien la doleacuterite que le microgranite

(Figure 25) On voit bien avec plus de preacutecision la seacuteparation entre les roches migmatitiques et les

intrusions magmatiques


44

II32 Meacutethode combineacutee de polarisation spontaneacutee et coupe geacuteoeacutelectrique

La plupart des ouvrages scientifiques montrent que la technique drsquoinvestigation par

polarisation spontaneacutee est bien efficace pour un gisement de type concentreacute et non pas disseacutemineacute

(modegravele de Sato et Mooney 1960) Et pourtant le minerai cible se trouve dans une zone lateacuteritique

ougrave les pheacutenomegravenes drsquoinduction sont gecircnants agrave cause de la preacutepondeacuterance des corps

ferromagneacutetiques et ferrimagneacutetiques On a mis en œuvre la meacutethode de polarisation spontaneacutee sur

le gisement de graphite disseacutemineacute qui peut eacutegalement geacuteneacuterer un potentiel naturel eacuteleveacute

La cartographie de polarisation spontaneacutee nrsquoa donneacute que la deacutelimitation spatiale du gisement en x

et y En conseacutequence on a ducirc adopter une technique permettant de suivre lrsquoeacutepaisseur de gisement

dans la zone mineacuteraliseacutee On a utiliseacute lrsquoimagerie de la reacutesistiviteacute et de la polarisation provoqueacutee par

tomographie La cartographie permet de deacutelimiter lrsquoextension en surface de la reacuteserve tandis que

les coupes geacuteoeacutelectriques donnent la variation de lrsquoeacutepaisseur de la zone de mineacuteralisation (Figure

26)

Figure 26 Utilisation combineacutee de PS et de coupe geacuteoeacutelectrique

II321 Base meacutethodologique de potentiel de mineacuteralisation

La meacutethode de polarisation spontaneacutee (PS) consiste agrave mesurer les diffeacuterences de potentiel

eacutelectrique geacuteneacutereacute naturellement dans les sols Les potentiels naturels du sol peuvent se scinder en

deux composantes une composante constante et unidirectionnelle aussi appeleacutee potentiel mineacuteral


45

et une composante variant avec le temps ducirce entre autres agrave des processus eacutelectrocineacutetiques et

eacutelectrochimiques (Reynolds 1997)

La preacutesence drsquoun corps conducteur seacuteparant deux zones de potentiels reacutedox (EH) diffeacuterents

constitue une cellule eacutelectrochimique appeleacutee geacuteobatterie (Sato et Mooney 1960 Timm et Moumlller

2001) (Figure 26) Cette geacuteobatterie est responsable drsquoun champ eacutelectrique mesurable agrave la surface

du sol (Stoll et al 1995 Lile 1996 Bigalke et Grabner 1997) Prenons le cas drsquoun filon

meacutetallifegravere (pyrite cobalt magneacutetite graphite) qui traverse le niveau pieacutezomeacutetrique drsquoun aquifegravere


potentiel reacutedox (Sato et Mooney (1960) et Stoll et al (1995) modifieacute)

La partie supeacuterieure du filon (situeacutee au-dessus du niveau pieacutezomeacutetrique) est oxydeacutee (EHgt 0) alors

que la partie infeacuterieure (situeacutee sous le niveau pieacutezomeacutetrique) est reacuteduite (EHlt 0)

Un transfert drsquoeacutelectrons de la partie anaeacuterobie (en profondeur) agrave la partie aeacuterobie (plus

superficielle) est alors geacuteneacutereacute par le biais du minerai meacutetallique eacutelectroniquement conducteur

Simultaneacutement un flux drsquoions est produit dans la formation geacuteologique afin de conserver la

neutraliteacute des charges Une densiteacute nette de charge se creacuteeacute et est responsable drsquoun courant eacutelectrique

dont la signature eacutelectrique est mesurable en surface sous la forme drsquoanomalies neacutegatives de PS


46

Ce processus se passe uniquement dans la zone agrave charge eacutelectrique comme la graphite ou zone

meacutetallifegravere Ainsi on peut utiliser la technique de PS pour deacutelimiter lrsquoextension de la

mineacuteralisation

Des tentatives ont eacuteteacute faites pour inverser les donneacutees de potentiel afin drsquoavoir le modegravele agrave 3D de

la source (Jardani et al 2007 2008 Mendonccedila 2008 Minsley et al 2007a Woodruff et al

2010) Dans tous les cas il est essentiel didentifier les sources de SP Cependant elles sont souvent

inconnues et geacutenegraverent des erreurs dans lrsquoinversion (Jackson 2015)

Alors lrsquoinversion directe des donneacutees de potentiel nrsquoest pas encore tout agrave fait au point crsquoest

pourquoi jrsquoai utiliseacute drsquoautres meacutethodes compleacutementaires pour sortir la structure en 3D de

gisement

II322 Imagerie par tomographie eacutelectrique

On va deacutevelopper dans ce paragraphe les principes des meacutethodes eacutelectriques (Imagerie par

Tomographie Electrique (ITE) et de chargeabiliteacute) En geacuteneacuteral toutes les meacutethodes eacutelectriques

eacutetudient la distribution du potentiel (pendant lrsquoinjection ERT apregraves lrsquoinjection PP et sans injection

PS) dans le milieu pour le caracteacuteriser (Abdul Samad F 2017)

Dans un milieu 3D isotrope ougrave la distribution de conductiviteacute eacutelectrique (r) le potentiel

V (en V) agrave un point quelconque agrave distance r (en m) drsquoune source ponctuelle de courant eacutelectrique

est deacutefinie par lrsquoeacutequation de Poisson (Binley et Kemna 2005)

nabla(120590nabla(119881)) = minus119868120575(119903) (20)

En imposant certaines conditions (milieu semi-infini potentiel nul agrave la surface 120597119881

120597119899= 0 avec est

la fonction de Dirac et n est le normal le calcul du potentiel se reacuteduit agrave lrsquoeacutequation suivante

119881(119903) = 120588119868

2120587119903 (21)

est la reacutesistiviteacute eacutelectrique du milieu (m) I intensiteacute de courant injecteacute (A) et r la distance entre

le point drsquoinjection de courant et le point consideacutereacute (m)

Dans un milieu heacuteteacuterogegravene le potentiel est une fonction plus compliqueacutee Avec les dispositifs de

mesure on introduit la notion de la reacutesistiviteacute apparente avec

120588119886 = 119870∆V

119868 (22)

a la reacutesistiviteacute apparente K le coefficient geacuteomeacutetrique de dispositif de mesure V la diffeacuterence

de potentiel entre les deux eacutelectrodes de mesure I le courant injecteacute


47

Il existe plusieurs algorithmes dans le calcul des modegraveles qui sont responsables de la reacutesistiviteacute

apparente mesureacutee en 1D (Ghosh 1971) en 2D et 3D (Loke et Barker 1996 etchellip)

Jrsquoai utiliseacute le logiciel drsquoinversion RES2DINV de Loke pour deacuteterminer les reacutesistiviteacutes

eacutelectriques vraies agrave partir de la pseudo-section obtenue sur le terrain La meacutethode appliqueacutee par ce

logiciel est baseacutee sur lrsquooptimisation par moindres carreacutes geacuteneacuteraliseacutes La pseudo-section obtenue

avec les donneacutees de terrain est diviseacutee en un certain nombre de blocs rectangulaires dont la taille

augmente avec la profondeur (Figure 28) Cette augmentation est geacuteneacuteralement de10 agrave 25 selon

le type drsquoacquisition (Wenner Schlumberger dipocircle-dipocircle pocircle-dipocircle pocircle-pocircle )

Figure 28 Repreacutesentation des blocs et des donneacutees de mesure de reacutesistiviteacute apparente

A chaque bloc est associeacutee une valeur de reacutesistiviteacute apparente calculeacutee agrave partir de lrsquoeacutequation (22)

De faccedilon iteacuterative en ajustant la reacutesistiviteacute vraie de chaque bloc du modegravele le logiciel drsquoinversion

tente de minimiser une fonction coucirct baseacutee sur lrsquoeacutecart entre les valeurs calculeacutees et mesureacutees de

reacutesistiviteacute apparente Cette minimisation peut se faire selon une norme L1 ou L2 Lrsquoerreur RMS

(Root-Mean-Square) donne une estimation de cette diffeacuterence Ce paramegravetre est une bonne

indication de la qualiteacute drsquoun profil cependant ce nrsquoest pas lrsquoiteacuteration qui preacutesente une valeur RMS

la plus faible qui donne le modegravele le plus juste Quatre agrave six iteacuterations suffisent habituellement pour

converger vers le modegravele de reacutesistiviteacute eacutelectrique vrai qui rend le mieux compte des observations

de terrain

Cette technique est la plus utiliseacutee en inversion des donneacutees de panneau eacutelectrique que ce soit

en mode reacutesistiviteacute qursquoen mode polarisation provoqueacutee

II323 Polarisation provoqueacutee

Le pheacutenomegravene de polarisation provoqueacutee a eacuteteacute constateacute et deacutecrit par Conrad Schlumberger

vers 1913 (Seigel 1959 Seigel 2007 Kemna et al 2012) Il a constateacute que la diffeacuterence de

potentiel mesureacutee entre deux eacutelectrodes ne revenait pas toujours instantaneacutement agrave zeacutero lors de la


48

coupure drsquoun courant eacutelectrique initialement appliqueacute Le potentiel deacutecroissait progressivement

vers zeacutero pendant un certain temps Schlumberger a publieacute une monographie en 1920 (re-eacutediteacutee agrave

lrsquoidentique en 1930 (Schlumberger 1930) sur les meacutethodes de prospection eacutelectrique dans laquelle

il associe dans un court chapitre le pheacutenomegravene de deacutecroissance lente agrave une polarisation du sous-

sol

Lorsqursquoun courant alternatif ou en creacuteneaux est appliqueacute les charges (ions eacutelectronshellip) preacutesentes

dans le milieu reacuteagissent en se deacuteplaccedilant ou en se reacuteorientant Lrsquoensemble des charges preacutesentent

une deacutependance agrave la freacutequence (1) les charges ont davantage de difficulteacutes agrave suivre des variations

rapides du champ eacutelectrique que des variations lentes (2) plus la charge a une masse importante

plus sa freacutequence de polarisation est basse Pour chaque type de charge correspond un processus

de polarisation qui intervient agrave une freacutequence donneacutee caracteacuteristique du temps de relaxation du

processus

On va deacutetailler dans le paragraphe dessous lrsquoutilisation de la meacutethode de Polarisation

Provoqueacutee (PP) agrave lrsquoeacutetude drsquoun gisement de graphite disseacutemineacutee de Brickaville zone Est de

Madagascar Comme la zone de mineacuteralisation se trouve dans la partie alteacutereacutee qui contient des

argiles la polarisation provient alors des deux pheacutenomegravenes la polarisation associeacutee agrave la preacutesence

des mineacuteraux meacutetalliques et la polarisation lieacutee agrave la preacutesence drsquoargiles

De nombreux paramegravetres influencent significativement les mesures de PP entre autre la nature et

la teneur volumique en mineacuteraux meacutetalliques (Pelton et al 1978 Mansoor et Slater 2007) et la

nature et la teneur volumique en mineacuteraux argileux (Telford et al 1990 Vinegar et Waxman

1984)

Il est agrave noter que les mesures de polarisation provoqueacutee peuvent ecirctre reacutealiseacutees dans les deux

domaines temporel et freacutequentiel (spectral) Les paramegravetres mesureacutes sont diffeacuterents drsquoun domaine

agrave lrsquoautre (mais ils sont lieacutes par les transformations de Fourier ou de Laplace)

En ce qui me concerne jrsquoai toujours travailleacute dans le domaine temporel agrave deacutefaut de drsquoappareil

de mesure Dans ce domaine la polarisation du milieu se manifeste par une tension secondaire

transitoire apregraves lrsquointerruption du courant injecteacute Pour faire ces mesures un courant pseudo-

continu en creacuteneaux rectangulaire (+I 0-I 0) est injecteacute pendant un certaine dureacutee (suffisamment

longue pour mieux saturer le milieu) et on mesure la diffeacuterence de potentiel

A la coupure brusque de courant le potentiel ne devient pas instantaneacutement zeacutero mais il srsquoeacutetablit

un temps de relaxation Cette deacutecroissance est enregistreacutee pour calculer la chargeabiliteacute apparente

du milieu

M =VS

VP (23)


49

Ougrave VS est le voltage secondaire mesureacute apregraves la coupure de courant agrave un instant t et VPest le

voltage primaire mesureacute juste avant la coupure

Il est pratiquement difficile de mesurer preacuteciseacutement VS au moment de la coupure de courant car

les effets eacutelectromagneacutetiques produisent une perturbation transitoire de la commutation

(Chouteau et al 2006) Cependant il est possible de mesurer VS agrave des moments preacutecis apregraves la

coupure

La chargeabiliteacute apparente est donneacutee par la formule

m119886 =1

VPint Vt(t)dt

b

a (24)

Drsquoapregraves Seigel en 1959 la chargeabiliteacute est obtenue agrave partir des chargeabiliteacutes partielles mi de

la reacutesistiviteacute apparente ρa et de la reacutesistiviteacute partielleρi

m asymp sum mipartlogρa

partlogρii (25)

Figure 29 Mesure de la chargeabiliteacute partielle agrave partir de la courbe de deacutecroissance

En theacuteorie Vs devrait ecirctre mesureacute au temps-zeacutero de coupure de courant mais crsquoest difficile

agrave reacutealiser agrave cause du deacutefaut mateacuteriel lieacute au signal transitoire geacuteneacutereacute dans lrsquoappareil de mesure au

moment de la coupure de courant (Figure 29) Dans la pratique les mesures de potentiel secondaire

commencent apregraves un certain temps Mdly (The Delay time en anglais)

II324 Application agrave lrsquoeacutetude drsquoun gisement de graphite

Le gisement de graphite de lrsquoEst de Madagascar se trouve dans une zone migmatitique

affecteacutee par des intrusions magmatiques Ces intrusions se manifestent en zones agrave induction

magneacutetique eacuteleveacutee qui perturberaient la mesure eacutelectromagneacutetique De ce fait jrsquoai tenteacute lrsquoutilisation

de la meacutethode PS combineacutee avec lrsquoimagerie par tomographie eacutelectrique de reacutesistiviteacute et de

polarisation provoqueacutee (ITE)


50

La situation geacuteologique semble indiquer que la prospection eacutelectromagneacutetique ne serait pas

capable de donner des reacutesultats satisfaisants agrave cause des bruits des argiles et drsquoautres structures

magneacutetiques Le test fait par une socieacuteteacute drsquoexploitation miniegravere en 2015 confirme cette

inadeacutequation La prospection EM utilisant le mateacuteriel Beep-Mat 8 est faite sur un site de gisement

de graphite de lrsquoEst On mrsquoa confieacute le retraitement de ces donneacutees EM

Les donneacutees ont montreacute la preacutesence de zones agrave induction magneacutetique eacuteleveacutee zone ougrave le Ratio est

nul et le rapport LFRMAG neacutegatif (drsquoapregraves le manuel drsquoutilisation de Beep-Mat 8) Dans ces zones

lrsquointerpreacutetation des donneacutees EM ne serait pas possible agrave cause des bruits

Alors jrsquoai ducirc filtrer les donneacutees avant le traitement pour en obtenir des reacutesultats interpreacutetables Le

traitement et lrsquointerpreacutetation des donneacutees obtenues lors de cette campagne nrsquoeacutetaient pas concluants

La veacuterification par carottage geacuteologique a eacuteteacute faite et les reacutesultats nrsquoont donneacute aucune coheacuterence

Ainsi seule lrsquoutilisation combineacutee de la Polarisation spontaneacutee la polarisation provoqueacutee et la

reacutesistiviteacute eacutelectrique a donneacute le reacutesultat approchant la reacutealiteacute sur les deacutepocircts de graphite disseacutemineacute

Figure 30Carte de potentiel naturel sur une zone agrave filon de graphite agrave lrsquoEst de Madagascar


51

Par ailleurs trois sites ont fait lrsquoobjet de test dans ce secteur Deux sites ont eacuteteacute deacutejagrave veacuterifieacutes

avec des carottages et puits pour la modeacutelisation 3D La coheacuterence entre la geacuteologie et le reacutesultat

geacuteophysique est remarquable drsquoougrave la mise agrave publication de la technique utiliseacutee dans une revue

internationale en cours de correction actuellement

Les puits et les trancheacutees ont montreacute la preacutesence de graphites dans la zone drsquoanomalie neacutegative de

PS valeurs infeacuterieures agrave - 100 mV (Figure 30)

La carte PS a bien montreacute la deacutelimitation du gisement (zone hachureacutee sur la figure 30) On doit

noter ici que le choix de la reacutefeacuterence lors de lrsquoexeacutecution des mesures et le traitement des donneacutees

sont primordiaux La zone de reacutefeacuterence ougrave lrsquoeacutelectrode fixe est implanteacutee a ducirc ecirctre localiseacutee agrave

lrsquoexteacuterieur de la zone mineacuteraliseacutee autrement dit en dehors des zones drsquoanomalie Elle a donneacute la

valeur de reacutefeacuterence agrave potentiel nul pour toute la zone drsquoeacutetude

Ainsi pour avoir de lrsquoinformation sur la puissance et lrsquoeacutepaisseur du gisement jrsquoai utiliseacute la meacutethode

ITE de reacutesistiviteacute et de polarisation provoqueacutee

Il est agrave noter qursquoil y a interfeacuterence entre le graphite et les argiles pour les paramegravetres mesureacutees

reacutesistiviteacute eacutelectrique et chargeabiliteacute eacutelectrique Les deux formations sont conductrices et elles ont

des chargeabiliteacutes eacutelectriques eacuteleveacutees La preacutesence de mineacuteraux de graphite creacutee une conductibiliteacute

suppleacutementaire tregraves importante en surface pouvant srsquoexpliquer par la preacutesence de polarisation

meacutetallique La zone mineacuteraliseacutee se distingue alors par sa conductiviteacute et sa chargeabiliteacute beaucoup

plus eacuteleveacutees

On a ducirc tenir compte des deux critegraveres ci-apregraves dans lrsquoeacutevaluation de lrsquoeacutepaisseur de gisement de

graphite

- les valeurs de reacutesistiviteacute eacutelectrique sont relativement faibles et les valeurs de chargeabiliteacute

eacutelectrique sont relativement eacuteleveacutees dans la zone ougrave la mineacuteralisation est importante

- lrsquoextension lateacuterale ne deacutepasse pas la zone deacutefinie avec la PS

Les deux coupes prises comme exemples montrent bien que la preacutesence de graphite change la

gamme de valeurs de reacutesistiviteacute et de chargeabiliteacute eacutelectrique de la zone mineacuteraliseacutee

On va prendre le profil 5 (Line 05) pour illustrer la deacutelimitation faite sur les coupes

geacuteoeacutelectriques


52

Figure 30Coupes geacuteoeacutelectriques de reacutesistiviteacute et de chargeabiliteacute eacutelectriques

Les zones mineacuteraliseacutees sont hachureacutees sur les deux coupes de reacutesistiviteacute et de chargeabiliteacute (Figure

30) La coupe de chargeabiliteacute a montreacute que la zone agrave graphite est bien limiteacutee aux deux filons

donnant lrsquoanomalie de potentiel naturel (PS)

La combinaison des deux meacutethodes PS et coupes geacuteoeacutelectriques a permis de connaitre la

potentialiteacute du gisement La PS a donneacute lrsquoextension lateacuterale des filons mineacuteraliseacutes et les coupes

geacuteoeacutelectriques ont renseigneacute sur la puissance (profondeur) de la couche mineacuteraliseacutee

Chapitre III Perspectives de recherche

Synthegravese des travaux scientifiques Perspectives de recherche

53

PERSPECTIVES DE RECHERCHE

Jrsquoai constateacute lors de la reacutealisation des projets drsquoAEP dans les zones de socle de Madagascar

que lrsquoITE ou Imagerie par Tomographie Electrique est souvent incapable de deacutetecter les fractures

de faible extension affectant le substratum rocheux alors que ces structures sont inteacuteressantes du

point de vue exploitation On atteint dans ce cas la limite de reacutesolution de la meacutethode (Apparao et

al 1997 Dahlin et al 2004) On a ducirc agrave chaque fois avoir recours agrave lrsquoutilisation de sondages

eacutelectriques verticaux et de traineacutes eacutelectriques classiques Un axe de recherche sur la question de

reacutesolution en technique drsquoinversion des donneacutees de panneau eacutelectrique est ainsi neacutecessaire pour

deacuteterminer cette limite

Les avanceacutees des techniques de prospection surtout celles de la teacuteleacutedeacutetection et du SIG

permettent drsquoavoir plus drsquoinformations sur les zones agrave systegraveme hydrogeacuteologique complexe On

peut agrave mon avis grouper une eacutequipe multidisciplinaire pour eacutetudier ces terrains (cas de lrsquoextrecircme

Sud de Madagascar projet en cours avec lrsquoUNICEF et IOGA) On ne doit pas se contenter de

lrsquoutilisation de meacutethodes classiques (meacutethode eacutelectrique et eacutelectromagneacutetique) qui nrsquoont pas donneacute

systeacutematiquement de reacutesultats satisfaisants (cas drsquoune zone ougrave lrsquoaquifegravere et lrsquoaquitard ont mecircme

proprieacuteteacute eacutelectrique (conducteur)) On peut tester les autres meacutethodes pour lrsquoapproche geacuteophysique

comme la gravimeacutetrie et la sismique entrant dans la modeacutelisation de systegraveme hydrogeacuteologique

comme la localisation des fractures dans le cas de lrsquoeacutetude de lrsquoaquifegravere discontinu la modeacutelisation

de mur de lrsquoaquifegravere (Rakoto et al 2003) etchellip Le modegravele de reacuteservoir hydrogeacuteologique deacuteduit

de lrsquoimagerie geacuteophysique aiderait sucircrement les hydrogeacuteologues agrave expliquer certains problegravemes

comme la saliniteacute et lrsquoabsence des eaux souterraines de certaines zones de Madagascar

Lrsquoapplication et lrsquoutilisation de la geacuteophysique neacutecessitent la connaissance au preacutealable des

proprieacuteteacutes de la cible On doit dans ce cas exploiter le changement ou la variation de paramegravetre

mesurable creacuteeacute par la cible Si lrsquoanomalie creacuteeacutee par la cible nrsquoest pas preacutepondeacuterante un recours agrave

drsquoautres meacutethodes ou agrave une combinaison de meacutethodes est ineacutevitable Lrsquointerpreacutetation conjointe des

reacutesultats provenant de lrsquoapplication des deux meacutethodes neacutecessite alors une nouvelle approche que

ce soit matheacutematique (inversion conjointe des deux meacutethodes) que ce soit meacutethodologique

(exploitation des proprieacuteteacutes de deacuterivation et analyse statistique des reacutesultats de lrsquoinversion (Rakoto

et al 2018) Cette derniegravere requiert une recherche beaucoup plus approfondie pour qursquoelle soit

accepteacutee et adopteacutee par la communauteacute scientifique Il est agrave noter que lrsquoapplication de la proprieacuteteacute

deacuterivation a eacuteteacute mise agrave lrsquoeacutepreuve lors des travaux drsquoexpertise effectueacutes (cas de recherche drsquoor zone

Dabolava (2005) cas drsquoeacutevaluation des gisements de graphite (meacutemoire de fin drsquoeacutetude


54

2017)hellipetc et elle a donneacute des reacutesultats satisfaisants et a permis de deacutetecter certains traits

invisibles (filons de faible extension lateacuterale) avec le traitement classique Le traitement statistique

des reacutesultats a eacuteteacute utiliseacute plusieurs fois comme dans lrsquoeacutetude utilisant lrsquoapproche bayeacutesienne

(Rakoto et al 1994 1997) lrsquoeacutetude de la distribution statistique des donneacutees de reacutesistiviteacute eacutelectrique

et de la chargeabiliteacute de lrsquoaquifegravere satureacute en eau contamineacutee (Rakoto et al 2018)

Dans le cadre de la recherche meneacutee par des eacutequipes multidisciplinaires de lrsquoIOGA sur

lrsquoeacutelaboration de mateacuteriels et des eacutequipements de mesures geacuteophysiques les eacutequipes en geacuteophysique

appliqueacutee travaillent en eacutetroite collaboration avec des eacutelectroniciens de lrsquoeacutequipe de maintenance

eacutelectronique de lrsquoInstitut IOGA

Alors plusieurs projets de recherche et de construction drsquoeacutequipements de mesure geacuteophysique sont

en cours comme le capteur et enregistreur automatique des donneacutees de potentiel naturel

(Razafiarisera R 2019) le reacutesistivimegravetre multifreacutequences pour la mesure de reacutesistiviteacute utiles agrave la

polarisation provoqueacutee dans le domaine freacutequentiel(Rasoanaivo C 2018) le capteur magneacutetique

(meacutemoire de Master II IMESI de Ravalomanana E H 2016 Randriamiharisoa D F 2016 ) et le

suivi de la deacutecharge eacutelectrique utilisant un capteur de haute freacutequence (meacutemoire de Master II IMESI

de Rakotomanana S 2016 Andriamisaina T 2016)Le domaine de conception et drsquoameacutelioration

des eacutequipements de mesures geacuteophysiques est tregraves utile dans un pays comme Madagascar qui

gagnerait agrave deacutevelopper lrsquoexploitation de ses reacuteserves souterraines Ainsi lrsquoeacutequipe engageacutee dans ce

domaine de conception drsquooutils geacuteophysiques simples et que je dirige reccediloit mes chaleureux

encouragements

Comme le sous-sol malagasy dispose de plusieurs pierres drsquoorigine pegmatitique (beacuteryl

tourmaline topaze grenat apatite hellipetc) la localisation avec preacutecision des poches de ces pierres

neacutecessite la prospection geacuteophysique Alors la recherche de la technique efficace agrave lrsquoexploration

de ces richesses est encore ouverte aux chercheurs malagasy Les tests que jrsquoai reacutealiseacutes ne sont pas

tous satisfaisants parfois on obtient des reacutesultats positifs parfois crsquoest une perte de temps

Synthegravese des travaux scientifiques Conclusion

55

CONCLUSION

Les travaux que jrsquoai meneacutes ont eacuteteacute orienteacutes beaucoup plus agrave lrsquoutilisation de lrsquooutil

geacuteophysique agrave lrsquoexploration et agrave lrsquoeacutetude du sous-sol Lrsquoexpeacuterience obtenue sur plus de centaines de

cas drsquoeacutetude mrsquoa procureacute plus drsquoexpeacuterience sur lrsquoadoption de la meacutethode geacuteophysique pour la

reacutesolution drsquoun problegraveme poseacute Jrsquoai dirigeacute des eacutequipes de recherche lors de ces activiteacutes

La majoriteacute des travaux de recherche que jrsquoai entrepris porte sur la reconnaissance

hydrogeacuteologique en termes de qualiteacute et quantiteacute Jrsquoai eacuteteacute souvent appeleacute pour apporter mon

expertise sur presque tous les projets drsquoAEP agrave Madagascar

Les eacutetudes que jrsquoai entreprises depuis lrsquoobtention de mon DEA en 1994 permettent de

deacutegager la contribution de lrsquooutil geacuteophysique dans le domaine des Sciences de la Terre

La prospection geacuteophysique des eaux souterraines a permis de localiser le point le plus

favorable agrave lrsquoexploitation drsquoeau souterraine qui se manifeste en anomalie de reacutesistiviteacute eacutelectrique

On a pu eacutevaluer en consideacuterant une zone de reacutefeacuterence les zones affecteacutees par les pollutions en ions

et hydrocarbures et voir lrsquoeffet de ces contaminants sur les proprieacuteteacutes geacuteoeacutelectriques de lrsquoaquifegravere

Les techniques utiliseacutees lors de la reconnaissance et de lrsquoeacutetude preacutesenteacutees dans cet ouvrage ont

montreacute que les apports des autres disciplines comme la geacuteologie la photo-interpreacutetation la

teacuteleacutedeacutetection la geacuteochimiehellipsont loin drsquoecirctre neacutegligeables

La geacuteophysique agrave elle seule ne peut pas donner de bons reacutesultats Dans le cas de la recherche

miniegravere la geacuteophysique a permis drsquoeacutevaluer et de deacutefinir la potentialiteacute drsquoun gisement Les modegraveles

3D reacutesultats des modeacutelisations geacuteophysiques ont aideacute agrave la planification de lrsquoexploitation Jrsquoai

montreacute que la modeacutelisation 3D nrsquoa pas besoin de deacuteploiement de maillage reacutegulier systeacutematique

mais il suffit drsquoaugmenter le nombre drsquoeacutechantillonnage ou de mesure dans la zone preacutesentant une

importante variation de structure Le choix de la technique agrave adopter a eacuteteacute fonction de la situation

(forme information geacuteologique difficile agrave explorer extension limiteacutee devant lrsquoencaissantehellipetc)

du gisement Au cas ougrave la formation cible preacutesente des informations lisibles agrave la surface la

geacuteophysique nrsquoa fait que confirmer certaines hypothegraveses Le calcul de la reacuteserve a utiliseacute la

technique drsquointerpolation qui fait intervenir les informations provenant de la lecture directe des

affleurements

Lrsquoeacutetude structurale a fait appel souvent agrave des donneacutees aeacuteroporteacutees celle-ci agrave cause de son

eacutetendue La prospection geacuteophysique a chercheacute ici les informations indiqueacutees comme probables

(extension drsquoune structure ou drsquoune formation couverte) La compilation des donneacutees aeacuteroporteacutee

et satellitaire a permis drsquoeacutetendre et de voir lrsquoextension drsquoune formation donnant des signatures


56

physiques visibles Toutefois les reacutesultats du traitement doivent ecirctre valideacutes par la veacuterification

terrain avant interpreacutetation

Du point de vue meacutethodologique jrsquoai montreacute que lrsquoutilisation de la polarisation spontaneacutee

combineacutee agrave lrsquoimagerie geacuteoeacutelectrique donne des reacutesultats significatifs agrave lrsquoeacutevaluation de gisement de

graphite disseacutemineacute Neacuteanmoins les ouvrages scientifiques indiquent que la meacutethode de potentiel

naturel (PS) nrsquoest pas efficace que si le gisement est en bloc

Lrsquointerpreacutetation des donneacutees magneacutetiques pose souvent des problegravemes dans le cas de

localisation drsquoune anomalie de faible amplitude dans une zone agrave champ magneacutetique eacuteleveacute On a ducirc

recourir ici agrave la deacuterivation verticale pour deacuteceler le faible effet de la variation de champ magneacutetique

Cette situation srsquoest preacutesenteacutee lors de lrsquoeacutetude drsquoune zone volcanique (cas de lrsquoEst de Madagascar)

Les perspectives deacutegageacutees par mes travaux concernent principalement lrsquoameacutelioration des

techniques de traitement et drsquointerpreacutetation des donneacutees geacuteophysiques dans le cas drsquoinversion des

donneacutees de panneau eacutelectrique Je propose eacutegalement de revoir les caracteacuteristiques statistiques et

les formes des signaux (par lrsquoutilisation des proprieacuteteacutes de deacuterivation) Devant la capaciteacute de notre

eacutequipe de chercheurs je suis attireacute par lrsquoeacutelaboration drsquoeacutequipements geacuteophysiques simples et

facilement maniables La reacutealisation de tels eacutequipements auront certainement des impacts non

neacutegligeables en recherche utilisant lrsquoapproche ou lrsquooutil geacuteophysique surtout dans les pays en

deacuteveloppement comme le nocirctre

57

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RATSIMBAZAFY J B RAKOTO H 2018 Groundwater quality assessment around Sub-urban

zone Antananarivo area in using hydrochemical approach IJIRSET Vol 7 Issue 5 ISSN 2347-6710

pp 6131 ndash 6141

C R Geoscience 335 (2003) 355ndash363

Geacuteophysique interne

La prospection gravimeacutetrique dans la modeacutelisation drsquounsubstratum sous formation seacutedimentaire apport agrave lrsquohydrogeacuteologie

drsquoune zone semi-aride du Sud de MadagascarHeritiana Rakotoablowast Pierre Andrieuxc Jean-Bruno Ratsimbazafya Vittorio Iliceto d

Eddy Rasolomananaa Louis Pastorc Gian Maria Zuppiba Institut et observatoire de geacuteophysique drsquoAntananarivo (IOGA) BP 3843 101 Antananarivo Madagascar

b Universitagrave Cagrave Foscari di Venezia Calle Larga Santa Marta Dorsoduro 2137 30123 Venezia Italyc Deacutepartement de geacuteophysique appliqueacutee universiteacute Paris-6 4 place Jussieu 75252 Paris cedex 05 France

d Dipartimento di Geologia Paleontologia e Geofisica Universitagrave degli Studi di Padova via Giotto 1 35137 Padova Italy

Reccedilu le 24 juillet 2002 accepteacute le 3 mars 2003

Preacutesenteacute par Jean-Paul Poirier

Reacutesumeacute

La meacutethode gravimeacutetrique a eacuteteacute utiliseacutee dans le bassin seacutedimentaire de la zone semi-aride du Sud de Madagascarpour deacuteterminer la morphologie du toit du substratum qui est constitueacute de roches cristallines et volcaniques La structuremorphologique du substratum influe sur lrsquohydrogeacuteologie et la dynamique de lrsquoeau souterraine de la zone La correacutelation entrela reacutepartition de la conductiviteacute eacutelectrique de lrsquoeau et la morphostructure du substratum (forme et lineacuteament) confirme lrsquoeacutetroitedeacutependance des deux paramegravetres et permet par la suite de deacutelimiter la zone favorable agrave lrsquoexploitation future de lrsquoeauPour citercet article H Rakoto et al C R Geoscience 335 (2003) 2003 Acadeacutemie des sciences Publieacute par Eacuteditions scientifiques et meacutedicales Elsevier SAS Tous droits reacuteserveacutes

Abstract

A gravimetric survey to map the top of the bedrock under sedimentary formations a contribution to the hydrogeologyof the semi-arid southern area of Madagascar A gravimetric survey has been carried out in a sedimentary basin southof Madagascar in order to define the bedrock morphology The bedrock is made up of crystalline and volcanic rocks Theobjective of the survey was to demonstrate whether a relationship could be established between bedrock morphology andgroundwater mineralisation Indeed bedrock morphology has been successfully mapped and it is confirmed that most of thelow mineralisation wells are located in areas where the slope of the bedrock is trending to the south-west which ensures ahigher hydraulic conductivity ie a faster water flow than in the other parts of the survey areaTo cite this article H Rakotoet al C R Geoscience 335 (2003) 2003 Acadeacutemie des sciences Publieacute par Eacuteditions scientifiques et meacutedicales Elsevier SAS Tous droits reacuteserveacutes

Mots-cleacutes gravimeacutetrie bassin seacutedimentaire Sud de Madagascar substratum hydrogeacuteologie mineacuteralisation semi-aride

Keywordsgravimetry sedimentary basin South of Madagascar bedrock hydrogeology mineralisation semi-arid

Auteur correspondantAdresse e-mail h_rakotohotmailcom (H Rakoto)

1631-071303$ ndash see front matter 2003 Acadeacutemie des sciences Publieacute par Eacuteditions scientifiques et meacutedicales Elsevier SAS Tous droitsreacuteserveacutesdoi101016S1631-0713(03)00060-9

356 H Rakoto et al C R Geoscience 335 (2003) 355ndash363

Abridged English version

A gravimetric survey has been carried in a southernbasin of Madagascar in order to determine its base-ment morphology in the framework of a hydrogeo-logical study The area extends over 5100 km2 andis centred around 2510prime211primeprime southern latitude and4503prime311primeprime eastern longitude The basin is boundto the south by coastal dunes to the west by theMenarandra River to the east by the ManambovoRiver and to the north by crystalline metamorphic andintrusive formations [45] (Fig 1) The area is a pene-plain gently sloping to the south It is made up of amultitude of closed basins within the plateau areas aswell as within the dune zone Post-Eocene sedimentscover most of it [349] bedrock outcrops are rareFew drillholes within the area enables to have a soundknowledge of the geological sequence

The climate is semi-arid with an average annualrainfall equal to 525 mm while potential evapotran-spiration is equal to 1250 mm [7]

Both Menarandra and Manambovo Rivers are ephe-meral with strong floods in summertime [14] Rechar-ge is ensured partly by rainfall and partly by drainancefrom crystalline bedrock The water table is assumedto be continuous starting from weathered bedrock tothe northeast through continental Neogene down tothe sea after it has crossed the coastal part or the allu-vium of the river banks (Fig 1) [2] The groundwaterflow is generally trending from the northeast down tothe southwest During recharge and residence ground-water gets mineralised It is characterised by high elec-trical conductivities (greater than 2000 microS cmminus1) re-lated to high concentrations of dissolved salts (NaCl)[214] Water electrical conductivity distribution how-ever appears to be random and thus cannot be ex-plained by local geology Besides drilling logs tendto show different lithological origins for groundwaterat the various sites (Fig 2)

Both surface and underground waters are rare in thearea Lack of hydrogeological and hydrochemical in-formation has led to a low drilling success rate As-suming the bedrock to be impermeable it is inferredthat the geometry of the aquifer and that its rechargingthrough the porous sedimentary medium will highlydepend on the topography of the basement [11] andon its tectonic history which may have an effect onthe flow and thus on the hydrodynamic transit rate [6]

Morphological information regarding the bedrock willthus contribute to the knowledge of the local hydroge-ology and to the groundwater flow system of the areaThis is the reason why a gravimetric survey has beencarried out in order to map the structure of the base-ment thought to affect the groundwater flow pattern

Two gravimetric datasets are available for the areaThe first one was collected many years ago by oneIRD (lsquoInstitut de recherche pour le deacuteveloppementrsquoformerly ORSTOM France) team [13] with a largespacing between stations of the order of 2 km 72stations were recorded within the study area Thesecond one was collected by the IOGA (lsquoInstitutet Observatoire geacuteophysique drsquoAntananarivorsquo) teamspecifically for this detailed survey with an averagespacing of 200 m along roads and trails 347 stationswere surveyed A total of 419 gravimetric stations isthus available

The base values were extracted from the IRDdataset [13] Since the area shows no topographic fea-tures the technique proposed by Parasnis [12] wasused to determine the average density to be introducedinto the Bouguer corrections This technique assumesthat the Bouguer anomaly is a random function overthe whole area [1012] the value of the density isthus equal to the slope of the average linear relation-ship between the free air anomaly and the altitudein the study area it is found equal to 248 The re-gional Bouguer anomaly was then computed from theIRD data using a second order polynomial surfaceModelling of the residual gravimetric anomaly was atlast performed using the software Grav2dc V20 byGRJ Cooper (1996) along each profile Five differ-ent formations with their specific density were intro-duced referring to the known geological situation [18] the light sedimentary cover (d = 188) the aver-age sedimentary formation (d = 218) the crystallinebasement (d = 248) the heavy volcanic (d = 328)and intrusive formations (d = 308)

A general northeastsouthwest dip of the basementis clearly shown besides three major depressions aremapped (Fig 3)

In order to enhance the rather small altitude varia-tions of the basement to show the extreme and possi-ble lineaments the first and second horizontal deriva-tives of the altitudes were also computed (Fig 4) Thewater electrical conductivity values measured at eachwell are shown on the map of the dip changes of the

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basement (Fig 4) It can be seen that eight wells outof 10 with conductivities lower than 4500 microS cmminus1are located in areas where the basement is dipping to-wards the south which favours the flow In other areasthe water resides during longer periods of time so thatmineralisation tends to increase

It can thus be concluded that there is a fair correla-tion between the basement morphology and the waterquality so that gravity in this example appears to be agreat help to locate positive water wells

1 Introduction

Le bassin seacutedimentaire de lrsquoextrecircme Sud de Mada-gascar srsquoeacutetend sur une superficie de 5100 km2 (Fig 1)environ centreacute sur 2510prime211primeprime de latitude sud et4503prime311primeprime de longitude est

Le bassin est limiteacute au sud par le couloir littoralde dunes qui se deacuteveloppe entre la grande falaiseprolongement de la faille de Tuleacutear et le canal deMozambique agrave lrsquoouest par le fleuve Menarandraagrave lrsquoest par le fleuve Manambovo et au nord parla formation cristalline de type meacutetamorphique etintrusif [45]

Le bassin seacutedimentaire formeacute drsquoune peacuteneacuteplaineinclineacutee leacutegegraverement vers la mer de 250 agrave 130 mdrsquoaltitude est constitueacute de plusieurs cuvettes fermeacuteesde diffeacuterentes dimensions drsquoune part dans les zonestabulaires drsquoautre part dans les reacutegions dunaires

La reacutegion se caracteacuterise par une preacutecipitation moy-enne annuelle de 525 mm reacutepartie sur la peacuteriodeoctobrendashmars et une eacutevapotranspiration potentielle de1250 mm [7]

Les deux fleuves Menarandra et Manambovoont un reacutegime irreacutegulier Les orages ou les pluiesde forte intensiteacute engendrent des crues relativementimportantes dont le tarissement est rapide [7] Lereacuteseau hydrographique secondaire est rare et nrsquoest paspeacuterenne [714]

Les eaux y sont rares tant de surface que souter-raines Beaucoup de forages de reconnaissance drsquoeausouterraine reacutealiseacutes ont eacuteteacute des eacutechecs agrave cause de lrsquoin-suffisance des connaissances de lrsquohydrogeacuteologie reacute-gionale

La modeacutelisation du toit du substratum par tech-nique gravimeacutetrique a eacuteteacute reacutealiseacutee dans le but de suivrela morphologie du substratum impermeacuteable constitueacute

de roches cristallines et volcaniques Cette informa-tion devrait contribuer agrave une meilleure connaissancede lrsquohydrogeacuteologie de la zone

2 Contextes geacuteologique et hydrogeacuteologiquedonneacutees gravimeacutetriques

Le bassin seacutedimentaire est formeacute de deacutepocircts terri-gegravenes allant de lrsquoEacuteocegravene agrave lrsquoActuel [349] Les affleu-rements y sont rares (Fig 1) Les quelques forages dereconnaissance geacuteologique reacutealiseacutes ont permis drsquoobte-nir des informations sur la succession des formationsgeacuteologiques du bassin

ndash des alluvions reacutecentes dans les valleacutees des fleuveset riviegraveres

ndash des sables eacuteventuellement dunaires et des gregravessur quelques dizaines de megravetres

ndash des calcaires quaternaires et calcaires marneuxsur une eacutepaisseur drsquoenviron 40 m des gregraves neacuteo-gegravenes continentaux drsquoune eacutepaisseur pouvant at-teindre 300 m (ces formations dont les permeacutea-biliteacutes sont drsquoenviron 10minus5 m sminus1 [2] constituentlrsquoaquifegravere principal)

ndash enfin le socle impermeacuteable constitueacute de rochesgranitiques et leptynitiques au nord et basaltiquesau sud-ouest

Du point de vue hydrogeacuteologique la continuiteacutedu niveau statique conforte lrsquohypothegravese drsquoune nappegeacuteneacuterale qui se raccorde aux eaux marines sur lelittoral et aux nappes alluviales dans les valleacutees desgrands fleuves (Fig 1) La circulation souterraine deseaux se ferait du nord-est vers le sud-ouest (Fig 1)

Les nappes percheacutees discontinues se positionnentsur les zones de recharge preacutefeacuterentielles en correspon-dance avec les cuvettes fermeacutees

Les eaux souterraines ont une conductiviteacute eacutelec-trique eacuteleveacutee en geacuteneacuteral supeacuterieure agrave 2000 microS cmminus1qui est en relation avec les teneurs eacuteleveacutees en sels et enparticulier en chlorures [214] Une carte de conducti-viteacute a eacuteteacute dresseacutee malgreacute la mauvaise reacutepartition desforages et lrsquoinsuffisance de donneacutees sur les caracteacuteris-tiques physique et chimique de lrsquoeau souterraine Lesconnaissances geacuteologiques sont insuffisantes pour ex-pliquer les variations de la conductiviteacute eacutelectrique delrsquoeau (Fig 2)


Fig 1 Situation de la zone drsquoeacutetude1 Alluvions 2 sables et dunes 3 gregraves 4 carapace calcaire 5 Neacuteogegravene continental 6 Calcairesmarneux 7 Eacuteocegravene calcaire 8 basaltes 9 leptinite 10 granitique a cote pieacutezomegravetrique (m) b direction de lrsquoeacutecoulement geacuteneacuteral c zone couverte par la geacuteophysique

Fig 1 Location of the survey area1 Alluvium 2 sands and dunes3 sandstones4 limestone shales5 continental Neogene6 marlcalcareous7 Eocene limestone8 basalt9 leptynite10 granitea water level (m asl)b regional groundwater flowc study area

Les venues drsquoeau peuvent provenir drsquoaquifegraveres detype lithologique diffeacuterents drsquoun forage agrave un autre(Fig 2) ce qui complique la compreacutehension de la cir-culation et de la mineacuteralisation de lrsquoeau souterraine etla deacutelimitation des zones favorables pour son exploita-tion

La zone a fait lrsquoobjet de deux campagnes de pros-pection gravimeacutetrique La premiegravere a eacuteteacute reacutealiseacutee parRechenmann et lrsquoeacutequipe de lrsquoIRD (ex-Orstom) [13]

avec un pas de mesure de 2 km la seconde a eacuteteacute reacutea-liseacutee par lrsquoeacutequipe de lrsquoIOGA avec un pas de 200 m

Les mesures ont eacuteteacute faites sur les pistes existantes(Fig 3b) 72 ont eacuteteacute reacutealiseacutees lors de lrsquoeacutetude delrsquoIRD [13] et 347 lors de lrsquoeacutetude deacutetailleacutee Les donneacuteesde deacutetail nrsquoont pas couvert la totaliteacute de la zoneseacutedimentaire de lrsquoextrecircme Sud elles ont eacuteteacute acquisessur les zones estimeacutees les plus inteacuteressantes (zoneagrave importante anomalie de Bouguer de la premiegravere


Fig 2 Carte de conductiviteacute eacutelectrique de lrsquoeau Type lithologique des aquifegraveres1 Alluvions 2 Quaternaire ancien 3 Neacuteogegravene 4 soclefissureacute A Conductiviteacute eacutelectrique de lrsquoeau (microS cmminus1)

Fig 2 Electrical conductivity of water Aquifer lithology1 Alluvial deposits2 Quaternary3 Neogene4 fractured basementA waterelectrical conductivity (microS cmminus1)

campagne lineacuteament morphologique zones agrave forteprobabiliteacute drsquoeau souterraine)

3 Preacutesentation et objectif de lrsquoeacutetude

En prenant lrsquohypothegravese drsquoun substratum granitiqueleptynitique et volcanique impermeacuteable la circulationde lrsquoeau dans le milieu poreux devrait ecirctre fonctionde la topographie et de la morphologie du substratumimpermeacuteable [11]

En outre les accidents tectoniques pourraient jouerle rocircle de zones agrave transfert hydrodynamique rapide [6]La morphostructure du substratum impermeacuteable in-

fluerait ainsi sur la circulation de lrsquoeau souterraine Lareconstruction de cette structure par la gravimeacutetrie etla comparaison entre la topographie du substratum etla conductiviteacute eacutelectrique de lrsquoeau devraient permettrede comprendre lrsquohydrodynamique de la reacutegion

4 Traitement des donneacutees gravimeacutetriques et leurmodeacutelisation

41 Traitement de donneacutees

Les donneacutees gravimeacutetriques de la deuxiegraveme cam-pagne ont eacuteteacute reacuteduites [8] en seacutelectionnant comme sta-


Fig 3 Cartes drsquoanomalies carte de la cote du toit de substratum et modegravele de densiteacute le long drsquoun profil (a) Carte de lrsquoanomalie de Bouguer(mGal) (b) carte de lrsquoanomalie reacutesiduelle (mGal) (c) cote de toit du substratum (m) ndashc1 forage ndash (d) modegravele de densiteacute ndashd1 valeursobserveacutees d2 valeurs calculeacutees d3 densiteacuted4 barre drsquoerreur

Fig 3 Bouguer anomalies basement top level and density cross-section (a) Bouguer anomaly (mGal) (b) residual anomaly (mGal)(c) basement top level (m asl) ndashc1 drilling ndash (d) density model ndashd1 observed valuesd2 calculated valuesd3 densityd4 misfit


tions de base des stations particuliegraveres de lrsquoIRD (ex-Orstom) [13]

Le systegraveme de calcul du champ gravimeacutetriquetheacuteorique utiliseacute dans le calcul de lrsquoanomalie deBouguer (Fig 3a) est pour des raisons faciles agravecomprendre celui utiliseacute par lrsquoIRD lors de la premiegraverephase Crsquoest donc la formule de Postdam 1967 qui aeacuteteacute appliqueacutee

En ce qui concerne le calcul de la densiteacute dela plaque de Bouguer et de la correction de reliefcompte tenu de la topographie relativement plane sansaccident topographique majeur crsquoest la meacutethode deParasnis qui a eacuteteacute utiliseacutee En accord avec la deacutefinitionde lrsquoanomalie de Bouguer cette meacutethode postule quelrsquoanomalie de Bouguer est statistiquement nulle surlrsquoensemble drsquoune zone drsquoeacutetude dont la surface esthorizontale [1012]

Cette condition srsquoexprime sous la forme suivante sum

(00419ρ hi minus 03086hi + ρ Ti

+ gthi minus gmi ) = 0

ougrave hi est lrsquoaltitude ρ est la densiteacute et lesg sontsuccessivement les champs de pesanteur theacuteorique etcalculeacute Pour une topographie neacutegligeableT asymp 0drsquoougrave sum

(gmi minus gthi + 03086hi) minus (00419ρ hi) = 0

Par conseacutequent les points repreacutesentatifs des varia-tions de lrsquoanomalie agrave lrsquoair libre en fonction de lrsquoalti-tude sont distribueacutes aleacuteatoirement autour drsquoune droitedont la pente est eacutegale agrave la densiteacute moyenne de correc-tion agrave appliquer pour que cette eacutequation soit veacuterifieacuteeLa valeur moyenne de la pente obtenue sur notre zonedrsquoeacutetude conduit agrave une densiteacute eacutegale agrave 248 La preacuteci-sion sur lrsquoanomalie agrave lrsquoair libre et sur lrsquoanomalie deBouguer deacutepend bien entendu de la qualiteacute du nivelle-ment Dans notre zone drsquoeacutetude lrsquoerreur sur lrsquoaltitudeest infeacuterieure agrave 3 m pour les donneacutees de lrsquoIRD [13] etinfeacuterieure agrave 1 m pour les donneacutees de lrsquoIOGA Lrsquoerreursur lrsquoanomalie de Bouguer ainsi calculeacutee est alors infeacute-rieure agrave 07 mGal Le relief de la reacutegion eacutetant tregraves peuaccentueacute (entre 130 et 250 m) les corrections de reliefeacutetaient de lrsquoordre de 01 mGal ce qui justifie qursquoellesaient eacuteteacute neacutegligeacutees

Enfin compte tenu des longueurs drsquoonde spatialedes anomalies reacutesiduelles rechercheacutees lrsquoanomalie reacute-gionale [8] a eacuteteacute calculeacutee agrave partir des donneacutees de lrsquoIRD(1981) agrave lrsquoaide drsquoune surface polynomiale de degreacute 2

42 Modeacutelisation gravimeacutetrique

La modeacutelisation est faite agrave lrsquoaide drsquoun programmede modeacutelisation directe 25D baseacutee sur des prismesde section polygonale et drsquoallongement limiteacute dans ladirection perpendiculaire au profil

Elle postule lrsquoexistence de cinq formations dedensiteacutes diffeacuterentes agrave partir de la geacuteologie reacutegionaleet des connaissances geacuteneacuterales sur les formations [18]

ndash la couverture seacutedimentaire constitueacutee des forma-tions sableuses et dunaires de densiteacuted = 188

ndash la formation moyennement dense est repreacutesenteacuteeagrave la fois par les calcaires et les gregraves neacuteogegravenes dedensiteacute 218

ndash le substratum constitueacute de leptynites de densiteacute308 etou les formations granitiques de densiteacute248 (Fig 3d) et enfin les formations basaltiquesde densiteacute 328

La carte du toit du substratum a eacuteteacute traceacutee agravepartir des reacutesultats des modeacutelisations des sept profils(Fig 3b)

5 Reacutesultats et discussion

Outre le pendage geacuteneacuteral de direction nord-estndashsud-ouest du toit du substratum le modegravele preacutesentetrois zones de deacutepression (Fig 3c) la premiegraverese situe agrave lrsquointeacuterieur de lrsquoalignement du fosseacute deSaraondry (Fig 1) la seconde se trouve juste agrave lrsquoestde Vohipa ougrave le basalte et le socle cristallin affleurentet la troisiegraveme est situeacutee au sud-ouest de Kirimosa

Afin de mieux mettre en eacutevidence les variationsdrsquoaltitude de faible amplitude du toit du substratumil nous a paru inteacuteressant de preacutesenter les cartes desdeacuteriveacutees horizontales premiegravere et seconde calculeacutees agravepartir de la carte preacutesenteacutee ci-dessus (Fig 3c)

Les points hauts et bas du toit du substratum corres-pondent aux points ougrave la deacuteriveacutee premiegravere srsquoannuleLa direction du pendage est celle de la direction dugradient horizontal La deacuteriveacutee seconde caracteacuterise lesvariations des pentes ses valeurs nulles indiquent leslieux de rupture de pente

En examinant simultaneacutement la carte des valeurs dela conductiviteacute eacutelectrique de lrsquoeau mesureacutee dans les fo-


Fig 4 Carte de la direction de pendage du toit de substratum et points de forage1 Pendage vers le sud-ouest 2 pendage vers le sud-est 3 pendage vers le nord-est 4 pendage vers le nord-ouest 5 direction de lrsquoeacutecoulement de lrsquoeau 6 niveau pieacutezomeacutetrique (m) 7 forage ougravela CE de lrsquoeau est infeacuterieure agrave 4500 microS cmminus1 8 forage ougrave la CE de lrsquoeau est supeacuterieure agrave 4500 microS cmminus1

Fig 4 Dipping of the basement and conductivity of water1 Dipping towards the southwest2 dipping towards the southeast3dipping towards the northeast4 dipping towards the northwest5 groundwater-flow direction6 water-table level (m)7 borehole withWEClt 4500 microS cmminus1 8 borehole with WECgt 4500 microS cmminus1

rages la carte de la direction du pendage et la carte dela deacuteriveacutee de lrsquoaltitude du toit du substratum (Fig 4)nous pouvons formuler les remarques suivantes

ndash huit points drsquoeau sur dix qui ont une conductiviteacuterelativement faible se trouvent dans la zone ougravele toit du substratum preacutesente un pendage vers lesud-ouest et sept points drsquoeau sur onze qui ontune conductiviteacute relativement eacuteleveacutee se situentdans la zone ougrave le toit du substratum a un pendagenord-est et nord-ouest

ndash la conductiviteacute eacutelectrique de lrsquoeau augmente neacutean-moins progressivement en allant vers le sud-ouest

On est donc tenteacute de conclure que le substratumjoue un rocircle important dans la circulation de lrsquoeau il ralentit le mouvement de lrsquoeau quand il preacutesente un

pendage vers le nord-ouest et le nord-est et favorise sacirculation dans le cas contraire La faible circulationde lrsquoeau se traduit par une augmentation de son tempsde seacutejour au sein de lrsquoaquifegravere et par conseacutequent parune augmentation de sa mineacuteralisation donc de saconductiviteacute eacutelectrique

6 Conclusions

La connaissance de lrsquoallure du toit du substratumdrsquoun aquifegravere poreux est un apport inteacuteressant dansla compreacutehension de la circulation de lrsquoeau souter-raine qui peut compleacuteter et confirmer les informa-tions hydrodynamiques et hydrochimiques Elle peutdonner en outre des informations a priori sur la qua-liteacute probable drsquoeau comme lrsquoa montreacute dans notre


zone drsquoeacutetude la correacutelation avec la conductiviteacute eacutelec-trique

En effet la remarquable correacutelation entre les don-neacutees de conductiviteacute eacutelectrique de lrsquoeau et celles dela morphologie du toit du substratum permet de deacuteli-miter la zone drsquoalimentation et la (ou les) zone(s) dedrainage de cette reacutegion semi-aride de Madagascar

En conclusion dans les zones agrave topographie re-lativement plane et constitueacutees drsquoun milieu poreuxagrave conductiviteacute eacutelectrique eacuteleveacutee au-dessus drsquoun socleimpermeacuteable lrsquoapplication de la geacuteophysique en par-ticulier de la gravimeacutetrie donne de bons reacutesultats dupoint de vue de la recherche hydrogeacuteologique

Remerciements

Mes remerciements vont particuliegraverement agrave MY Al-bouy (IRD) pour ses critiques constructives et agravelrsquoIOGA au projet Campus et agrave lrsquoICTP (InternationalCenter of Theoretical Physics) qui ont faciliteacute la reacuteali-sation de ce travail

Reacutefeacuterences

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ISSN(Online) 2319-8753 ISSN (Print) 2347-6710

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Vol 7 Issue 3 March 2018

Copyright to IJIRSET DOI1015680IJIRSET20180703026 2136

Electrical Resistivity And Induced Polarization Used On Investigation Of Ionic

And Hydrocarbon Pollutants Contaminated A Shallow Area Ambohimanambola Site

Rakoto Heritiana A1 Rajaomahefasoa Riva 2 Rajaonarivelo S 3

DoctorDepartment of Physics and Application University of Antananarivo Madagascar1

Research Engineer Geophysical Institute and Observatory of Antananarivo University of Antananarivo Madagascar2

Doctorate Department of Physics and Application University of Antananarivo Madagascar3

ABSTRACTBased on the electrical resistivity and the Induced Polarization (Chargeability) properties we have displayed on three sites the ERT techniques to see if the presence of ionic solute and hydrocarbon pollutants change the geoelectrical response of the aquifer medium We have taken as an experimental site the Ambohimanambola area upstream of Antananarivo plain We have considered a reference zone in order to have a reference value of the aquifer resistivity and chargeability without pollutant The studies area are located near the retention lake where the ionic solute from the colorant product are dumped and downstream of the current generator that spills theirs waste oil on shallow area The geoelectrical section result of the ERT show that the pollutants change the electrical resistivity of the aquifer medium and their chargeability This change is so obvious in using the statistical tools histogram of resistivity and chargeability values KEYWORDSElectrical Resistivity Tomography (ERT) Electrical resistivity Induced polarization chargeability aquifer pollutant ionic hydrocarbon statistic

I INTRODUCTION Agglomeration of Antananarivo as well as the alluvial flat around the hilly area are so favourable on reception both industrial and household wastes Cause of the pollutant discharged the groundwater is exposed on contamination Antananarivo plain known under ldquoBetsimitatatra plainrdquo name can be divided into two areas upstream and downstream if we refer into the river which drains and crosses it [1] However the presence of manufactory which discharged dumped theirs wastes inside the basin without adequate protection active the contamination of the plain groundwater Under this study we take particularly an upstream area where the groundwater is again in its initial state without contamination Also to highlight the effect of both ionic and hydrocarbon wastes on geophysical parameters that we consider the Ambohimanambola area where the current generator of JiRaMa Company sent its hydrocarbon waste (photo1) and the paper mill of PapMad manufactory dumped theirs colorants residues waste on shallow zone (Photo 2)




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(Photo 1)

(Photo 2)

Photo 1 Hydrocarbon residue Photo 2 Retention Lake of colorant

II RELATED WORK Location of survey area

The survey area is located at the East of Antananarivo The Ikopa River drain the ground and surface water on our zone This River delineate the area at its West part Three sites one reference and two contaminated are considered under this study The distance between reference and contaminated areas is about 23km (see fig 1)

Fig 1 Location of survey areas




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Geological setting Each site is situated on the shallow zone where the alluvium deposit cover the weathered and crystalline rock (Fig 2) The underground rock is formed by old metamorphic rock of Antananarivo block The hilly area is covered by weathered rock especially constitute by migmatitic mica schist granitoiumld and gneiss The plain is covered by alluvium deposit Two areas affected by the pollution are located on downstream of retention pond and the reference area is out of any groundwater contaminant influence The drilling done on the shallow zone paddy field gives us the section of the superposed layer deposed one crystalline zone (see fig 2) This alluvium deposit has about 20m thick it is constituted by fine and medium sand and clay Some isolated peat are sometime found and hit in some layer The successive alluvium is lied on the weathered rock formed by series of laterite clayed sandy and boulders [1] [3] [4] [5] The bedrock is constituted by migmatite

Fig 2 Regional geological map and lithological section see on borehole

Hydrology and hydrogeological settings In order to have a same aquifer system on reference zone and on two contaminated zones that we have chosen the upstream of Ikopa River where contamination from the human activities is so delimited again The Ikopa River receive on its right bank Varahina and Ivovoka rivers after taken its source on Tsiazompaniry Lake The river cross its bed in sixty kilometers distance before reaching the Betsimitatatra plain (see Fig 3)




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The multi-layer aquifers develop on this alluvial plain unconfined (phreatic aquifer) and confined aquifers [4] They are constituted by two types of media a) porous and b) fissured or fractured media The porous medium is found on lateritic and alluvium areas and the fissured medium is developed on the crystalline rock The groundwater system are drained by the river during the drought season and they are recharged by the river on flood season [7]

Fig 3 Hydrography of Betsimitatatra plain

III METHODS

Notion of pollutants Dispersions of liquid industrial pollutants are characterized by a great diversity depending on the use of water during its process As a good solvent the water receive and dissolve the waste from the human activity such as organic materials greases (food industry) hydrocarbons (refinery) acids bases various chemicals (chemical industry and synthesis) metals (surface treatment metallurgy)

Electrical resistivity and Induced polarization The electrical resistivity is depending on lithology formation [8] on water content [9] [10] on electrical charge nature [11] [12] [13] on nature and metal quantity [14] or on temperature [15] [16] We are interesting especially on the electrical charge nature on this work The hydrocarbons pollutants are completely different with the ionic solution pollutant Considering Archiersquos law [17] 1942 aquifer resistivity is proportional with electrical resistivity of its brine The hydrocarbons are electrically resistive but the ionic solutes are conductive The electrical effect of their pollutants is so obvious on aquifer electrical properties the hydrocarbons increase but the ionic solute decrease the aquifer electrical resistivity value

a = w a -m S-n(1)




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Here adenotes electrical resistivity of fluid saturated rock in (m)welectrical resistivity of the brine in (m) is the porosity S presents brine saturation m is the cementation exponents of rock n is the saturation exponents and a is the tortuosity factor The following parameters have a significate effect on induced polarization response of rock

- Nature and bulk (volumetric) metallic mineral [14] [18] - Ionic content of solute [19] - Nature and bulk (volumetric) clayey mineral [20] [21] - Water saturation [22] [10] - Petrophysics properties porosity permeability pore size [23] [24][12] - Temperature [16]

Based on this induced polarization properties both hydrocarbons and ionic presented in aquifer change successively its petrophysics properties and its water ionic content In fact its IP value increase according to reference zone IP value Note that the induced polarization is characterized by the chargeability parameter It presents the relaxation time of rock after cutting current injection

퐦 = ퟏ퐕퐏int 퐕퐭(퐭)퐝퐭퐛퐚 (2)

Here m denotes chargeability in (ms or mVV) Vp is current potential just before its cutting of Vt(t) presents potential in t time

As the measurement of the Vt(t) is physically impossible After Seigel [25] in 1959 the chargeability can be obtained through the partial chargeability mi the apparent resistivity a and the partial resistivity i

퐦 asymp sum 퐦퐢훛퐥퐨퐠훒퐚훛퐥퐨퐠훒퐢퐢 (3)

We are carried out the electrical method the Electrical Resistivity Tomography (ERT) using resistivity and chargeability parameters The Wenner was adopted on theirs three sites

IV RESULTS AND DISCUSSIONS

Location of geophysical lines Four geophysical lines were displayed on alluvial area where the aquifer unconfined and sustained by direct vertical and lateral flows is formed by sand gravel The phreatic aquifer is exposed on the pollutant which can changed its geoelectrical properties The reference is placed upstream at about 23 km from the survey area affected by pollutants (see Fig 4)




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Fig 4 Location of geophysical lines

Reference geoelectrical section PE0 The line is displayed on East West direction The adopted inter electrode distance is a = 5m which reach 25m depth

Fig 5 Geoelectrical section and histograms of resistivity and chargeability of PE0 line

The statistical analysis of the true resistivity and the chargeability from the apparent resistivity and apparent chargeability inversions in using the res2inv software shows that the resistivity of aquifer is about 140 m and its chargeability is around 3 ms (see Fig 5) Theirs values are the most repetitive on the unconfined aquifer zone




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Geoelectrical sections PE1 and PE2 The two lines were displayed near the PapMad manufactory which send the ionic solute on retention basin The unconfined aquifer is contaminated with this ionic solute cause of direct vertical percolation and the lateral recharge PE1 line was installed on the way which lead to JiRaMa current generator The profile was done with inter-electrode distance a = 5m The geoelectrical section shows that the unconfined aquifer characterized by the low value of electrical resistivity (less than 200 m) is about 25m thick The weathered zone is so deep and it is not reach with the installed spread The chargeability section shows that the chargeability value vary from 05 ms to 12ms The statistical analysis of the geoelectrical value resistivity and chargeability of the aquifer zone gives us likely value 120 m for electrical resistivity and 53 ms for chargeability


PE2 line was displayed on the shallow zone paddy field and it was installed with inter-electrode distance 3m which gives an investigation depth 15m The statistical analysis of aquifer geoelectrical parameters gives the following likely values the electrical resistivity is about 72 m and the chargeability is around 5ms According to the geoelectrical properties of aquifer on reference zone the result shows that the resistivity value on PE1 and on PE2 is less than resistivity value on PE0 The ionic solute dissolved in the groundwater and added the free charge inside its This phenomenon decrease considerably the resistivity value of the brine consequently the aquifer zone The change of ionic content in aquifer zone conduct on raise of chargeability value




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Geoelectrical sections PE3 and PE4 ERT PE3 and PE4 are implanted near the hydrocarbon waste dump by JiRaMa on shallow zone PE3 followed the direction West East and displayed along the pouring and reached the shallow zone covered by alluvium formation


The geoelectrical section bring out two resistivityrsquos layers conductive zone at East on flat area and resistive formation at West on lateritic area




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The comparison of the electrical resistivity from reference zone and the PE3 sections shows that the resistivity value is so high on PE3 than on PE0 Also the chargeability is much higher on PE3 section after the statistical analysis result (see Fig 8) The PE4 line is displayed on North South direction North part of line is installed on the lateritic area and the rest on the alluvium As on PE3 section the separation of lateritic couverture and the alluvium deposit is highlighted with its electrical resistivity formation The resistivity value is less than 200 m in alluvium zone The alluvial deposit has a 15m thick at south near the Ikopa River


The statistical analysis of the resistivity model shows that the likely resistivity value of PE4 section is around 160 m This resistivity is much higher than we see on reference zone The chargeability shows also this slight value increase Its value is about 4ms under PE4 line

V CONCLUSION

The using of the ERT on three sites one on reference zone (away of the pollutant source) and two sites successively polluted by ionic solute and hydrocarbon waste dump shows the difference of theirs geoelectrical properties The study area is located on alluvial plain of Antananarivo and we are interested particularly on the unconfined aquifer which has a direct relation with the pollutant by vertical and horizontal flows According to the electrical resistivity of aquifer medium the ionic solute increase the electrical charge (ion) inside the water and decrease the electrical resistivity value of aquifer The comparison of the likely resistivity value in aquifer medium bring out this effect The electrical resistivity of the aquifer on reference zone under PE0 line is around 140m this value decrease on 120 m under PE1 displayed on the way near the Ikopa River it is 72 m on flat area near the retention lake under PE2 The resistivity value is less and less weak in approaching the lakeCause of the ionic content increase the chargeability value is also growthThe hydrocarbon pollutant has an effect to increase the electrical resistivity and the chargeability value So the two pollutants are really marked by the change of the geoelectrical properties decrease of resistivity value and grow of chargeability value for the ionic solute increase of the resistivity and chargeability for the hydrocarbon pollutant




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ACKNOWLEDGMENTS I would like to thank Dr Camerlynk C of UPMC for the KIT Master Project that we was undertaken together Without this project the data collecting processed under this article are not possible Irsquod like also to address our sincere thanks to all teams of GARE UPMC Paris VI our discussion during my scientific visit at you laboratory is very helpful

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Vol 7 Issue 5 May 2018


Groundwater Quality Assessment around Sub-Urban Zone Antananarivo Area In

Using Hydrochemical Approach Rajaomahefasoa R E1 Rakotomandrindra P F1 Randriambololona T1 Ratsimbazafy J B3 Rakoto H2

Engineer Researcher Institute and Observatory of Geophysics in Antananarivo University of Antananarivo

Madagascar1

Doctor and Senior Researcher Mention Physics and Application University of Antananarivo Madagascar2

Hyghly skilled full professor Senior Researcher Mention Physics and Application University of Antananarivo

Madagascar3

ABSTRACT The study area is located in Madagascar High land precisely at Analamanga region including a large plain culminate on the elevation around1250 m About sixty percent of its peoples do not have access on drinking water distributed by the water supply company Most of their population use wells as water supply system However the wells are highly exposed on pollutants because of its location situated inside the residential area and close to the anthropic activity and household waste

The hydrochemical analysis was carried out on the water sample from the well Measurement of major ions were performed at JIRAMArsquos laboratory where the Ca2+ and Mg2+concentrationsare obtained through the volumetric titration method in using solution EDTA the HCO3

- through alkalinity titration and complete alkalinity titration Cl- in using the acid titrationSO4

2-concentration is defined with barium ethanoate organic matter was measured in using permanganate oxidisability Na+ concentration is determined through the electrical conductivity method and the colorimetric titration method was used to determinate iron ammonium nitrate and nitrite concentration in solution Some Radionuclide elements (U and Th) and barium concentration analysis were also done The test was done in using ICP- MS method (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)

Water TDS test give the concentration value range between 10mg L to 1200 mg L Waters are slightly acid with low pH included to 44 and 687 Also the observation done on water temperature at two seasons winter and summer show that it change and follow the ambient temperature The chemical analysis gives high rate of nitrate cation which is in balance with both chloride and sodium concentrations Approximately 10 of the 31 monitored wells had nitrate concentrations above the WHO standard and more than 50 had a TDS above 135 mg L The result analysis done under this study conduct us to consider that the water resources inside the sub-urban zone are vulnerable on human activities household waste animal and human defections and industrials discharges

KEYWORDS Sub-urban Antananarivo groundwater cation anion hydrochemistry

I INTRODUCTION

In front of the water drinkable demand increase caused by the population increase and the urbanization development the water potentiality assessment is unavoidable under the water sustainable management The present study is done in order to understanding chemical quality change of groundwater in sub-urban site around Antananarivo area The study area is included in the Highland of Madagascar the soil is constituted by metamorphic crystalline rock and the alluvium at the lowlands part [5] The map showed that the lowlands areas




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located on the alluvial deposits (Betsimitatatra plain) are most vulnerable of pollutants than the weathered area situated in interfluve zone Ralaimaro in 2004 [6] studied the hydrochemical setting in the crystalline aquifer of Highlands in Ambohitrakoho site out of urban area The groundwater mineralization is considerably low even in lowland cover by flat and alluvial deposits Groundwater electrical conductivities are between 15μScm and 60μScm at the mountain background and they are less than 120 μScm for the altered aquifer of interfluve system There are three types of chemical groundwater sodium magnesium for water spring located on the mountain base sodium bicarbonate for the water from the altered aquifer zone and calcium bicarbonate and magnesium in the arena aquifer zone [7] The effect of industry activity on the groundwater and surface water were studied

Also we are done the groundwater sampling for the chemical analysis of major ions and some radionuclide elements in 31 wells located around Antananarivo urban area (see figure 1) The process and the interpretation of the analysis results conduct us on groundwater quality assessment and to see the vulnerability degree of this resource in sub-urban area

II GEOMORPHOLOGICAL AND GEOLOGICAL SETTING

The study area belongs to the Centre Highland part of Madagascar It is formed by the succession of lateritic hills valley and alluvial plains in lowlands zone Antananarivo is surrounded by the alluvial plain composed of lacustrine deposit during the quaternary Three rivers crossed this plain Ikopa Sisaony and Mamba They follow generally the South-East North-West direction (see Figure 1)

The old towns are installed on isolate hills surrounding by the Bestimitatatra plain which is before transformed to paddy field and occupied progressively by the habitation The elevation varies from 1240m to 1540m

Weathered zones are lithologically heterogeneous Its types were depended on rock nature [7] The lateritic layer may reach 40m depth in some area [8]

Figure 1 Sampling points and geomorphologic setting of the study area




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The regional geological setting conducts us on the differentiation of the aquifer type The study area is formed principally by two types of rocks granitic and schist Some schist composed by the graphite series is associated with gneiss Weathered formation from the two types of rock are completely different also the aquifer system inside these layers

The lateritic rocks are crossed by depressions and formed the valleys and shallows covered by alluvial deposit These lower zones drained the regional water such as surface than underground which joined after the river network [9]

Figure 2 Geological setting of the study area and drilling sampling points Main River Some litho-stratigraphic sections deduced from the drilling done one Antananarivo plain North West of

Antananarivo town drive us on the identification of the different potential aquifers and the impermeable layer which limit the aquifers We can deduce from the four successive interest layers from top to bottom hydrogeologically thin sandy layer form the perched aquifer confined aquifer form by sand isolate from the upper aquifers by an argillaceous layer micaceous-clay arena constitute the aquifer in weathered zone and the fracture and fissured aquifer of basement( Figure 3)




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Legend Terre argileuse - Clayed soil Argile - Sand sable - Silt limon - Peat Tourbe - Lateritic clay

Argile lateacuteritique - Sandy clayed - Sable argileuxndash Figure3 Drilling in flat area and alluvial plains of the study area

III MATERIALS AND METHODS

Physico-chemical analyses was done on the 31 waters samples from the well and spring located around Antananarivo town (figures 1 and 2) Samples were filtered in using the 02μm paper pores and stored in polyethylene bottles 15 litters volume The samples were immediately brought to the laboratory and then analysed as soon as possible in order to minimize the change in the hydrochemical properties

Note that the measure of the pH temperature electrical conductivity and TDS were done with multi-parameter HANNA high-precision in-situ before the sampling The variation of pH and TDS may be interpreted as existence of contamination

The standard procedure APHA 1995 was followed during the chemical analysis of major and minor ions For the alkalinity HCO3- and CO32- titration the standard sulphuric acid (002N) were used in using phenolphthalein and methyl orange indicator paper Also the titration of radionuclide elements (U and Th) and barium was done with ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) method

Increase of water mineralization is result of either rock chemical elements dissolution or anthropological pollutant After the analysis and determination of the mineralization types that we can define the mineralization origin

IV RESULTS AND DISCUSSION Results Groundwaters chemistry

TDS and pH are the parameters which allow controlling easily physical and chemical characteristics of waters Their variation translates contamination of the water resources (FEPS)

The results reveal that all samples are slightly acid The pH range between 44 during wet season and 687 for dry season The mean pH is 56

The TDS value is 13 mgL for the minimum corresponding to dry season and 1295 mgL for wet season TDS for wells corresponding to samples 3 29 and 30 indicate a poor quality of water according to the WHO standard value

Organic maters (OM) are results of urban sewer discharge and pollutants from food industry or slaughterhouse [10] [11]




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The mean values of OM from the two seasons is 128 mgL and 025 mgL Samples number 12 and 4 present concentrations equal to 5 mgL and 4mgL in dry season These values do not exceed the WHO standard level However the presence of OM in the groundwater means interaction of water with a peaty formation under the surface and which is diluted during wet season The mean value of the electrical conductivity of the samples is 211microScm and 246microScm The malagasy standard is fixed a maximum of 3000 microScm and the rainwater have electrical conductivity equal 90 microScm [12]

Ammonium concentration is less than 1mgL for all samples except the sample 3 where the value is 431 mgL in dry season This is probably due to home wastewater discharge Presence of nitrates in groundwater is an indice of pollution from agriculture urban or industry In this study the samples 3 4 7 and 16 have respectively nitrate concentrations equal to 19924 mgL 7048 mgL 8139 mgL 14436 mgL et 5301 mgL

Nitrate concentrations range between 0042 mgL agrave 0035 mgL Samples 3 13 15 22 30 et 31 exceed the maximum content level of the malagasy standard value

Discussion a)- Nitrate

Table 1 shows statistic description of major ions and TDS

Table 1 Descriptive Statistics N Minimum Maximum Mean Std Deviation Calcium 31 80 8200 134710 1677185 Magnesium 31 122 4350 72052 933783 Sodium 31 115 14426 239298 3210368 Bicarbonates 31 488 13542 216058 2779029 Sulfates 31 00 2017 35623 500131 Chlorites 31 177 22001 372548 4961129 Nitrates 31 00 19924 186223 3848656 TDS 31 1300 119800 2564516 30358742

Nitrate concentration in groundwater is defined as follow [13] [14] - nitrate concentration less than 09 mgL indicate a natural value or background noise - nitrate concentration between 09 mgL and 135 mgL correspond to transitional stage - nitrate concentration above 135 mgL shows a possible influence of the resources

The results shows that 2580 of the water samples have nitrate concentrations that exceed 135 mgL during dry season and 516 during wet season Among them 375 in dry season and 25 in wet season exceed the maximum content level acceptable for WHO and Malagasy standard level (50 mgL)

Consequently we can resume that pollutions of the groundwater for the study area came from anthropic activities Pollutants like nitrate in water may come from latrine infiltration or leaching from waste storage in the surface The increases of contaminant concentration after rainy season confirm this observation Table 2 give correlation matrix between major ions and TDS




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Table 2 Correlation matrix of major ions and TDS (Red for dry season and blue for wet season)

Ca++ Mg++ Na+ HCO3- SO4-- Cl- NO3- TDS Ca++ 1 528() 541() 0162 434() 563() 0314 594() Mg2+ 613() 1 778() 0111 497() 823() 686() 864() Na+ 584() 646() 1 0032 601() 974() 785() 876()

HCO3- 0298 0227 0161 1 -0055 0034 -0214 0153 SO4-- 752() 379() 384() 603() 1 623() 728() 500()

Cl- 578() 645() 995() 0122 356() 1 788() 927() NO3- 0192 0152 623() -0169 0171 604() 1 654() TDS 668() 768() 953() 0141 416() 956() 499() 1

Correlation is significant at the 001 level (2-tailed) Correlation is significant at the 005 level (2-tailed)

Figure 4 shows that higher the nitrate concentration and chlorites and sodium concentration increase This may indicates that water quality is influenced by human and animal wastes [15]




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Figure 4 Chlorites Vs Nitrate and Sodium Vs nitrate in water for wet and dry season

Three groups of groundwater types are identified Cl-SO4-Na water Cl-CaSO4-Mg water and CaHCO3-Mg water Figure 5 shows piper diagramme for the 31 analysed groundwater

(A)

(B)

Figure 5 Piper diagram in dry season(A) and wet season (B)

Figure 6 shows the situation of the well of the sample 3 which had the highest concentration of nitrate

chlorites and sodium




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Figure 6 Profile view of the well in sample 3

b)-Total Dissolves Salt (TDS)

About 13 of the waters samples have TDS higher than 600 mgL When mineralization is high pH is low In this case dissolution of the pollutants from the surface throw the infiltration of the rainwater take control of the total mineralization The Cl-SO4-Na and Cl-CaSO4-Mg water types highlight this situation Figure 7 show that higher the TDS and the pollution from human activities influence the groundwater quality Indeed table 2 shows significant correlation between TDS and Cl- Na+ and NO3

- A random distribution of Ca2+ Mg2+ HCO3-and SO4

2- according to the TDS (figure 7) verify also this hypothesis




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(a) (b) (c)

Figures always reflect the high correlation between TDS and major elements especialy for Ma2+ and Cl- and Mg2+

(d) (e) (f) (g)

Figure 7 Plots of Ca2+ Mg2+ HCO3- and SO4

2- Vs TDS




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The mean temperature of the waters range from 179 to 216degC The variation of the Tdeg according to the altitude is high (37degC for only 30 meters) In 2005 Antonio Jorge de Lima Gomes and Valiya Mannathal Hamza found a variation of the geothermal energy between 16 to 24degCKm [16] It means that the aquifer is vulnerable to the variation of the temperature and to the climate change Figure 8 shows the variation of the temperature between rainy and dry season

Figure 8 Variation of the temperature of the groundwater from winter time to summer time

c)-Uranium and Barium

According to the WHO standard for drinking water uranium concentrations are relatively low (002 agrave 016 ppb) Barium concentration is low as well except one sample from the north parts of the study area where the barium concentration is equal to 3223 ppb It means that the groundwater resources for the study area do not present risk of exposure to uranium radioactivity At high concentrations barium causes vasoconstriction by its direct stimulation of arterial muscle peristalsis as a result of the violent stimulation of smooth muscles and convulsions and paralysis following stimulation of the central nervous system [17] [18] For the case of the study area the maximum concentration of barium recorded is largely low than the mean daily intake of barium from food water and air (estimated to be slightly more than 1 mgday) It is then considered as to be not yet a risk However it is interesting to make a study on this subject and to better understand the evolution of the barium in groundwater of the study area

V CONCLUSION

Thirty one water samples from wells or sources were analyzed to study the groundwater quality Among the 31 samples only three have nitrate concentration more than the maximum contaminate level (50mgL) of the WHO for the both two seasons However the aquifer is vulnerable to pollutants from human activities in the surface TDS range from 13 to 1198 mgl More than 50 of the water samples have low mineralization Waters are slightly acid (pH range from 44 to 687) Concentration of nitrate chloride and sodium is correlated that means that the contamination from human activities in the surface is significant (latrine animal wastes storage of domestic wastes) High concentration of Barium (3223 ppb) is recorded and concentration of uranium is low




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REFERENCES

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Meacutemoire






Preacutesident M RABOANARY Roland Professeur Titulaire

Directeur M RATSIMBAZAFY Jean Bruno Professeur Titulaire Emeacuterite

Rapporteur interne M RANAIVO-

NOMENJANAHARY Flavien


Rapporteur externe M RASOLOMANANA Eddy Professeur Titulaire

Examinateur M RAKOTONIAINA Solofoarisoa Professeur

Examinateur Mme RAMANANTSIZEHENA

Georgette





SOMMAIRE

Remerciements



Liste des figures

Introduction












Conclusion


Annexe

REMERCIEMENTS







Chercheur










rapporteurs









Curriculum Vitae















indeacutefectible





1D Une dimension

2D Deux Dimensions

3D Trois Dimensions











HFR High frequency







LFR Low FRequency


MAG Magneacutetique














SP Self-Potential





EH Potentiel redox

Ohm

Pi = 314159

Th Thorium

U Uranium

A Ampegravere

kg Kilogramme

m Megravetre

Pa Pascal

s seconde

Liste des figures







2003) 14







21





Gicirctologie 26


Vs et Vp 27









magmatiques 43








1

INTRODUCTION















geacuteophysique















2















3

GENERALITES

































4















se posent



mettre en œuvre


utilisation







5

































6









Madagascar



















construction










7





2003









domaine














recherche raquo





8












4 geacuteotechnique














9



Etude structurale



46

24

8

16

6





Gabon



















10












11



















souterraine

















12



endroit
















13











nationale RN13












14






drsquoaquifegravere











15





















preacutedominantes



drsquoimbibition

a = w a -m S-n (1)









16



























reacutefeacuterence


17




18










non




drsquoAntananarivo









PE0 140 3

PE1 120 53

PE2 72 5

PE3 160 73

PE4 160 42


19






20

Figure 10











21



la zone











22




























modegravele 3D







23





et cylindrique)








Leacutegende











24







25












26













veacuterification


27











28



















particuliers















29




119867119903119900119888ℎ119890 = 119867119894119899119889119906119894119905

+ 119868 (2)


119867119894119899119889119906119894119905 = alefsym 119867119875

















argileux












30


















31









drsquoun projet







119933119927 = radic120640 + 120784120641

120646 et 119933119930 = radic

120641

120646(3)


ms)












32







119896 = 120582 +2

3120583(4)





119896 = 120588( 1198811198752 minus

4

3119881119878

2) (5)



la SGDM)
















33








surface





34














intervention


















35







lrsquoasphalte





haute


tregraves bref



36






















37









Rakoto et al 2005)





38



















C = B - R (6)








total raquo

F = = radic rArr F = + 119862 - R (7)


+ 119862 = radic1198772 + 2119888119900119904119886119877119862 + 1198622 = 119877 radic1 + 2119888119900119904119886119862

119877 +

119862

1198772

2(8)


39





119877= (1 + 2119888119900119904119886

119862

119877 +

119862

1198772

2)1

2 (9)



F1 = C cos







41205871199032 or minus 119906119903

1199032 = nabla (1

119903)

A (119875)= 1205830

4120587nabla (

1

119903)⋀1198980 (10)




1198980 = I0δ = 1198980 119903119904 avec 1198980 = I01205871198772 en 1200081198982




40

U(119875)=minus1205830

41205871198980 nabla (

1

119903) (11)




U(119875)= minus1205830

41205871198980 nabla120583 (

1

119903) (12)

En posant 1198980= 12058301198980


U(119875)= minus 1198980nabla120583 (1

119903)(13)




119903) (14)




ce cas on a (10)


119903) (15)



119903) (16)





119903) (17)



120597

120597119911F1= minus

120597


1

119903)) (18)




41




TF(120597

1205971199111198651) =

120597


On a enfin



Avec 1198651(119906 119907 ℎ) = 1198980


119904 = radic1199062 + 1199072

119878119889(119906 119907) = 119879119865(120575(119909 minus 1199090 119910 minus 1199100) = 1

21205872 (119890minus119894119906119909119890minus119894119907119910)

119879119865 (nabla120588) = (119894119871119906 + 119894119872119907 minus 119873119904)

119879119865 (nabla120583) = (119894119897119906 + 119894119898119907 minus 119899119904)

En 2D 1

119903=

1



119879119865 (1

119903) = 119879119865 (

1

radic1199092 + 1199102 + (ℎ minus 1199110)2) =

1

2120587

119890minus|ℎminus1199110|119904

radic1199062 + 1199072


longueur drsquoonde








TF(120597

1205971199111198651) = radic1199062 + 11990721198651(119906 119907 ℎ) (19)


42


















43















44













26)







45


















46



mineacuteralisation







gisement











120597119899= 0 avec est


119881(119903) = 120588119868

2120587119903 (21)





120588119886 = 119870∆V

119868 (22)




47


















de terrain








48





sol







processus









1984)











du milieu

M =VS

VP (23)


49






coupure


m119886 =1

VPint Vt(t)dt

b

a (24)




partlogρii (25)













50
















51





















graphite









52










53


































54




















encouragements







55

CONCLUSION



























affleurements






56



















57



































de Montaigne p244




58





44 583ndash601















Masson Paris











Geophysics 42 (5) 1020-1036



drsquoAntananarivo

59


07632



ndash 775












Elsevier pp261-293




















60























148





drsquoAntananarivo




146p




recherche MESRES

61











2018


















Madamines Vol 2










62


Wiley amp Sons 796P


36 (5)pp 943-959




















49(8) 1267ndash1287



International 183



ANNEXE






363







pp 6131 ndash 6141










Reacutesumeacute


Abstract




















1 Introduction






































































6 Conclusions






Remerciements





















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(Photo 1)

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III METHODS



a = w a -m S-n(1)




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V CONCLUSION





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Madagascar1



Madagascar3







I INTRODUCTION





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HCO3- 0298 0227 0161 1 -0055 0034 -0214 0153 SO4-- 752() 379() 384() 603() 1 623() 728() 500()

Cl- 578() 645() 995() 0122 356() 1 788() 927() NO3- 0192 0152 623() -0169 0171 604() 1 654() TDS 668() 768() 953() 0141 416() 956() 499() 1






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(A)

(B)







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(a) (b) (c)


(d) (e) (f) (g)


2- Vs TDS




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V CONCLUSION





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REFERENCES


SOMMAIRE

Remerciements



Liste des figures

Introduction












Conclusion


Annexe

REMERCIEMENTS







Chercheur










rapporteurs









Curriculum Vitae















indeacutefectible





1D Une dimension

2D Deux Dimensions

3D Trois Dimensions











HFR High frequency







LFR Low FRequency


MAG Magneacutetique














SP Self-Potential





EH Potentiel redox

Ohm

Pi = 314159

Th Thorium

U Uranium

A Ampegravere

kg Kilogramme

m Megravetre

Pa Pascal

s seconde

Liste des figures







2003) 14







21





Gicirctologie 26


Vs et Vp 27









magmatiques 43








1

INTRODUCTION















geacuteophysique















2















3

GENERALITES

































4















se posent



mettre en œuvre


utilisation







5

































6









Madagascar



















construction










7





2003









domaine














recherche raquo





8












4 geacuteotechnique














9



Etude structurale



46

24

8

16

6





Gabon



















10












11



















souterraine

















12



endroit
















13











nationale RN13












14






drsquoaquifegravere











15





















preacutedominantes



drsquoimbibition

a = w a -m S-n (1)









16



























reacutefeacuterence


17




18










non




drsquoAntananarivo









PE0 140 3

PE1 120 53

PE2 72 5

PE3 160 73

PE4 160 42


19






20

Figure 10











21



la zone











22




























modegravele 3D







23





et cylindrique)








Leacutegende











24







25












26













veacuterification


27











28



















particuliers















29




119867119903119900119888ℎ119890 = 119867119894119899119889119906119894119905

+ 119868 (2)


119867119894119899119889119906119894119905 = alefsym 119867119875

















argileux












30


















31









drsquoun projet







119933119927 = radic120640 + 120784120641

120646 et 119933119930 = radic

120641

120646(3)


ms)












32







119896 = 120582 +2

3120583(4)





119896 = 120588( 1198811198752 minus

4

3119881119878

2) (5)



la SGDM)
















33








surface





34














intervention


















35







lrsquoasphalte





haute


tregraves bref



36






















37









Rakoto et al 2005)





38



















C = B - R (6)








total raquo

F = = radic rArr F = + 119862 - R (7)


+ 119862 = radic1198772 + 2119888119900119904119886119877119862 + 1198622 = 119877 radic1 + 2119888119900119904119886119862

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119862

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39





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119862

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2)1

2 (9)



F1 = C cos







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119903)

A (119875)= 1205830

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1

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1198980 = I0δ = 1198980 119903119904 avec 1198980 = I01205871198772 en 1200081198982




40

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1

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1

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En posant 1198980= 12058301198980


U(119875)= minus 1198980nabla120583 (1

119903)(13)




119903) (14)




ce cas on a (10)


119903) (15)



119903) (16)





119903) (17)



120597

120597119911F1= minus

120597


1

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41




TF(120597

1205971199111198651) =

120597


On a enfin



Avec 1198651(119906 119907 ℎ) = 1198980


119904 = radic1199062 + 1199072

119878119889(119906 119907) = 119879119865(120575(119909 minus 1199090 119910 minus 1199100) = 1

21205872 (119890minus119894119906119909119890minus119894119907119910)

119879119865 (nabla120588) = (119894119871119906 + 119894119872119907 minus 119873119904)

119879119865 (nabla120583) = (119894119897119906 + 119894119898119907 minus 119899119904)

En 2D 1

119903=

1



119879119865 (1

119903) = 119879119865 (

1

radic1199092 + 1199102 + (ℎ minus 1199110)2) =

1

2120587

119890minus|ℎminus1199110|119904

radic1199062 + 1199072


longueur drsquoonde








TF(120597

1205971199111198651) = radic1199062 + 11990721198651(119906 119907 ℎ) (19)


42


















43















44













26)







45


















46



mineacuteralisation







gisement











120597119899= 0 avec est


119881(119903) = 120588119868

2120587119903 (21)





120588119886 = 119870∆V

119868 (22)




47


















de terrain








48





sol







processus









1984)











du milieu

M =VS

VP (23)


49






coupure


m119886 =1

VPint Vt(t)dt

b

a (24)




partlogρii (25)













50
















51





















graphite









52










53


































54




















encouragements







55

CONCLUSION



























affleurements






56



















57



































de Montaigne p244




58





44 583ndash601















Masson Paris











Geophysics 42 (5) 1020-1036



drsquoAntananarivo

59


07632



ndash 775












Elsevier pp261-293




















60























148





drsquoAntananarivo




146p




recherche MESRES

61











2018


















Madamines Vol 2










62


Wiley amp Sons 796P


36 (5)pp 943-959




















49(8) 1267ndash1287



International 183



ANNEXE






363







pp 6131 ndash 6141










Reacutesumeacute


Abstract




















1 Introduction






































































6 Conclusions






Remerciements





















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HCO3- 0298 0227 0161 1 -0055 0034 -0214 0153 SO4-- 752() 379() 384() 603() 1 623() 728() 500()

Cl- 578() 645() 995() 0122 356() 1 788() 927() NO3- 0192 0152 623() -0169 0171 604() 1 654() TDS 668() 768() 953() 0141 416() 956() 499() 1






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(A)

(B)







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(a) (b) (c)


(d) (e) (f) (g)


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REMERCIEMENTS







Chercheur










rapporteurs









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indeacutefectible





1D Une dimension

2D Deux Dimensions

3D Trois Dimensions











HFR High frequency







LFR Low FRequency


MAG Magneacutetique














SP Self-Potential





EH Potentiel redox

Ohm

Pi = 314159

Th Thorium

U Uranium

A Ampegravere

kg Kilogramme

m Megravetre

Pa Pascal

s seconde

Liste des figures







2003) 14







21





Gicirctologie 26


Vs et Vp 27









magmatiques 43








1

INTRODUCTION















geacuteophysique















2















3

GENERALITES

































4















se posent



mettre en œuvre


utilisation







5

































6









Madagascar



















construction










7





2003









domaine














recherche raquo





8












4 geacuteotechnique














9



Etude structurale



46

24

8

16

6





Gabon



















10












11



















souterraine

















12



endroit
















13











nationale RN13












14






drsquoaquifegravere











15





















preacutedominantes



drsquoimbibition

a = w a -m S-n (1)









16



























reacutefeacuterence


17




18










non




drsquoAntananarivo









PE0 140 3

PE1 120 53

PE2 72 5

PE3 160 73

PE4 160 42


19






20

Figure 10











21



la zone











22




























modegravele 3D







23





et cylindrique)








Leacutegende











24







25












26













veacuterification


27











28



















particuliers















29




119867119903119900119888ℎ119890 = 119867119894119899119889119906119894119905

+ 119868 (2)


119867119894119899119889119906119894119905 = alefsym 119867119875

















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30


















31









drsquoun projet







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120646 et 119933119930 = radic

120641

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ms)












32







119896 = 120582 +2

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119896 = 120588( 1198811198752 minus

4

3119881119878

2) (5)



la SGDM)
















33








surface





34














intervention


















35







lrsquoasphalte





haute


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36






















37









Rakoto et al 2005)





38



















C = B - R (6)








total raquo

F = = radic rArr F = + 119862 - R (7)


+ 119862 = radic1198772 + 2119888119900119904119886119877119862 + 1198622 = 119877 radic1 + 2119888119900119904119886119862

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119862

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39





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F1 = C cos







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1199032 = nabla (1

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A (119875)= 1205830

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1

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1198980 = I0δ = 1198980 119903119904 avec 1198980 = I01205871198772 en 1200081198982




40

U(119875)=minus1205830

41205871198980 nabla (

1

119903) (11)




U(119875)= minus1205830

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1

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En posant 1198980= 12058301198980


U(119875)= minus 1198980nabla120583 (1

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119903) (15)



119903) (16)





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120597

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120597


1

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41




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1205971199111198651) =

120597


On a enfin



Avec 1198651(119906 119907 ℎ) = 1198980


119904 = radic1199062 + 1199072

119878119889(119906 119907) = 119879119865(120575(119909 minus 1199090 119910 minus 1199100) = 1

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119879119865 (nabla120588) = (119894119871119906 + 119894119872119907 minus 119873119904)

119879119865 (nabla120583) = (119894119897119906 + 119894119898119907 minus 119899119904)

En 2D 1

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1



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1

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1

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longueur drsquoonde








TF(120597

1205971199111198651) = radic1199062 + 11990721198651(119906 119907 ℎ) (19)


42


















43















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26)







45


















46



mineacuteralisation







gisement











120597119899= 0 avec est


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120588119886 = 119870∆V

119868 (22)




47


















de terrain








48





sol







processus









1984)











du milieu

M =VS

VP (23)


49






coupure


m119886 =1

VPint Vt(t)dt

b

a (24)




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50
















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graphite









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encouragements







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CONCLUSION



























affleurements






56



















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de Montaigne p244




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44 583ndash601















Masson Paris











Geophysics 42 (5) 1020-1036



drsquoAntananarivo

59


07632



ndash 775












Elsevier pp261-293




















60























148





drsquoAntananarivo




146p




recherche MESRES

61











2018


















Madamines Vol 2










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Wiley amp Sons 796P


36 (5)pp 943-959




















49(8) 1267ndash1287



International 183



ANNEXE






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pp 6131 ndash 6141










Reacutesumeacute


Abstract




















1 Introduction






































































6 Conclusions






Remerciements





















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(Photo 1)

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III METHODS



a = w a -m S-n(1)




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V CONCLUSION





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Madagascar1



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I INTRODUCTION





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HCO3- 0298 0227 0161 1 -0055 0034 -0214 0153 SO4-- 752() 379() 384() 603() 1 623() 728() 500()

Cl- 578() 645() 995() 0122 356() 1 788() 927() NO3- 0192 0152 623() -0169 0171 604() 1 654() TDS 668() 768() 953() 0141 416() 956() 499() 1






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(A)

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(a) (b) (c)


(d) (e) (f) (g)


2- Vs TDS




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1D Une dimension

2D Deux Dimensions

3D Trois Dimensions











HFR High frequency







LFR Low FRequency


MAG Magneacutetique














SP Self-Potential





EH Potentiel redox

Ohm

Pi = 314159

Th Thorium

U Uranium

A Ampegravere

kg Kilogramme

m Megravetre

Pa Pascal

s seconde

Liste des figures







2003) 14







21





Gicirctologie 26


Vs et Vp 27









magmatiques 43








1

INTRODUCTION















geacuteophysique















2















3

GENERALITES

































4















se posent



mettre en œuvre


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5

































6









Madagascar



















construction










7





2003









domaine














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8












4 geacuteotechnique














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Etude structurale



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Gabon



















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16



























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17




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drsquoAntananarivo









PE0 140 3

PE1 120 53

PE2 72 5

PE3 160 73

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19






20

Figure 10











21



la zone











22




























modegravele 3D







23





et cylindrique)








Leacutegende











24







25












26













veacuterification


27











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particuliers















29




119867119903119900119888ℎ119890 = 119867119894119899119889119906119894119905

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119867119894119899119889119906119894119905 = alefsym 119867119875

















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30


















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drsquoun projet







119933119927 = radic120640 + 120784120641

120646 et 119933119930 = radic

120641

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119896 = 120582 +2

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119896 = 120588( 1198811198752 minus

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2) (5)



la SGDM)
















33








surface





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lrsquoasphalte





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Rakoto et al 2005)





38



















C = B - R (6)








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F = = radic rArr F = + 119862 - R (7)


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120597


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119904 = radic1199062 + 1199072

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1205971199111198651) = radic1199062 + 11990721198651(119906 119907 ℎ) (19)


42


















43















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45


















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gisement











120597119899= 0 avec est


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2120587119903 (21)





120588119886 = 119870∆V

119868 (22)




47


















de terrain








48





sol







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1984)











du milieu

M =VS

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49






coupure


m119886 =1

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b

a (24)




partlogρii (25)













50
















51





















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52










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55

CONCLUSION



























affleurements






56



















57



































de Montaigne p244




58





44 583ndash601















Masson Paris











Geophysics 42 (5) 1020-1036



drsquoAntananarivo

59


07632



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Elsevier pp261-293




















60























148





drsquoAntananarivo




146p




recherche MESRES

61











2018


















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62


Wiley amp Sons 796P


36 (5)pp 943-959




















49(8) 1267ndash1287



International 183



ANNEXE






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Reacutesumeacute


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1 Introduction






































































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a = w a -m S-n(1)




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HCO3- 0298 0227 0161 1 -0055 0034 -0214 0153 SO4-- 752() 379() 384() 603() 1 623() 728() 500()

Cl- 578() 645() 995() 0122 356() 1 788() 927() NO3- 0192 0152 623() -0169 0171 604() 1 654() TDS 668() 768() 953() 0141 416() 956() 499() 1






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(A)

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2- Vs TDS




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SP Self-Potential





EH Potentiel redox

Ohm

Pi = 314159

Th Thorium

U Uranium

A Ampegravere

kg Kilogramme

m Megravetre

Pa Pascal

s seconde

Liste des figures







2003) 14







21





Gicirctologie 26


Vs et Vp 27









magmatiques 43








1

INTRODUCTION















geacuteophysique















2















3

GENERALITES

































4















se posent



mettre en œuvre


utilisation







5

































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Madagascar



















construction










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2003









domaine














recherche raquo





8












4 geacuteotechnique














9



Etude structurale



46

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Gabon



















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a = w a -m S-n (1)









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non




drsquoAntananarivo









PE0 140 3

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19






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Figure 10











21



la zone











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modegravele 3D







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et cylindrique)








Leacutegende











24







25












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veacuterification


27











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particuliers















29




119867119903119900119888ℎ119890 = 119867119894119899119889119906119894119905

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drsquoun projet







119933119927 = radic120640 + 120784120641

120646 et 119933119930 = radic

120641

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32







119896 = 120582 +2

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119896 = 120588( 1198811198752 minus

4

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2) (5)



la SGDM)
















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surface





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intervention


















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lrsquoasphalte





haute


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Rakoto et al 2005)





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C = B - R (6)








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F = = radic rArr F = + 119862 - R (7)


+ 119862 = radic1198772 + 2119888119900119904119886119877119862 + 1198622 = 119877 radic1 + 2119888119900119904119886119862

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F1 = C cos







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1199032 = nabla (1

119903)

A (119875)= 1205830

4120587nabla (

1

119903)⋀1198980 (10)




1198980 = I0δ = 1198980 119903119904 avec 1198980 = I01205871198772 en 1200081198982




40

U(119875)=minus1205830

41205871198980 nabla (

1

119903) (11)




U(119875)= minus1205830

41205871198980 nabla120583 (

1

119903) (12)

En posant 1198980= 12058301198980


U(119875)= minus 1198980nabla120583 (1

119903)(13)




119903) (14)




ce cas on a (10)


119903) (15)



119903) (16)





119903) (17)



120597

120597119911F1= minus

120597


1

119903)) (18)




41




TF(120597

1205971199111198651) =

120597


On a enfin



Avec 1198651(119906 119907 ℎ) = 1198980


119904 = radic1199062 + 1199072

119878119889(119906 119907) = 119879119865(120575(119909 minus 1199090 119910 minus 1199100) = 1

21205872 (119890minus119894119906119909119890minus119894119907119910)

119879119865 (nabla120588) = (119894119871119906 + 119894119872119907 minus 119873119904)

119879119865 (nabla120583) = (119894119897119906 + 119894119898119907 minus 119899119904)

En 2D 1

119903=

1



119879119865 (1

119903) = 119879119865 (

1

radic1199092 + 1199102 + (ℎ minus 1199110)2) =

1

2120587

119890minus|ℎminus1199110|119904

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longueur drsquoonde








TF(120597

1205971199111198651) = radic1199062 + 11990721198651(119906 119907 ℎ) (19)


42


















43















44













26)







45


















46



mineacuteralisation







gisement











120597119899= 0 avec est


119881(119903) = 120588119868

2120587119903 (21)





120588119886 = 119870∆V

119868 (22)




47


















de terrain








48





sol







processus









1984)











du milieu

M =VS

VP (23)


49






coupure


m119886 =1

VPint Vt(t)dt

b

a (24)




partlogρii (25)













50
















51





















graphite









52










53


































54




















encouragements







55

CONCLUSION



























affleurements






56



















57



































de Montaigne p244




58





44 583ndash601















Masson Paris











Geophysics 42 (5) 1020-1036



drsquoAntananarivo

59


07632



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Elsevier pp261-293




















60























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drsquoAntananarivo




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recherche MESRES

61











2018


















Madamines Vol 2










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Wiley amp Sons 796P


36 (5)pp 943-959




















49(8) 1267ndash1287



International 183



ANNEXE






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pp 6131 ndash 6141










Reacutesumeacute


Abstract




















1 Introduction






































































6 Conclusions






Remerciements





















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(Photo 1)

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III METHODS



a = w a -m S-n(1)




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V CONCLUSION





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Madagascar1



Madagascar3







I INTRODUCTION





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HCO3- 0298 0227 0161 1 -0055 0034 -0214 0153 SO4-- 752() 379() 384() 603() 1 623() 728() 500()

Cl- 578() 645() 995() 0122 356() 1 788() 927() NO3- 0192 0152 623() -0169 0171 604() 1 654() TDS 668() 768() 953() 0141 416() 956() 499() 1






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(A)

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(a) (b) (c)


(d) (e) (f) (g)


2- Vs TDS




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V CONCLUSION





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Liste des figures







2003) 14







21





Gicirctologie 26


Vs et Vp 27









magmatiques 43








1

INTRODUCTION















geacuteophysique















2















3

GENERALITES

































4















se posent



mettre en œuvre


utilisation







5

































6









Madagascar



















construction










7





2003









domaine














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8












4 geacuteotechnique














9



Etude structurale



46

24

8

16

6





Gabon



















10












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souterraine

















12



endroit
















13











nationale RN13












14






drsquoaquifegravere











15





















preacutedominantes



drsquoimbibition

a = w a -m S-n (1)









16



























reacutefeacuterence


17




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non




drsquoAntananarivo









PE0 140 3

PE1 120 53

PE2 72 5

PE3 160 73

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19






20

Figure 10











21



la zone











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modegravele 3D







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et cylindrique)








Leacutegende











24







25












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veacuterification


27











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particuliers















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119867119903119900119888ℎ119890 = 119867119894119899119889119906119894119905

+ 119868 (2)


119867119894119899119889119906119894119905 = alefsym 119867119875

















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30


















31









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120646 et 119933119930 = radic

120641

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ms)












32







119896 = 120582 +2

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119896 = 120588( 1198811198752 minus

4

3119881119878

2) (5)



la SGDM)
















33








surface





34














intervention


















35







lrsquoasphalte





haute


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36






















37









Rakoto et al 2005)





38



















C = B - R (6)








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119877 +

119862

1198772

2(8)


39





119877= (1 + 2119888119900119904119886

119862

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119903)

A (119875)= 1205830

4120587nabla (

1

119903)⋀1198980 (10)




1198980 = I0δ = 1198980 119903119904 avec 1198980 = I01205871198772 en 1200081198982




40

U(119875)=minus1205830

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1

119903) (11)




U(119875)= minus1205830

41205871198980 nabla120583 (

1

119903) (12)

En posant 1198980= 12058301198980


U(119875)= minus 1198980nabla120583 (1

119903)(13)




119903) (14)




ce cas on a (10)


119903) (15)



119903) (16)





119903) (17)



120597

120597119911F1= minus

120597


1

119903)) (18)




41




TF(120597

1205971199111198651) =

120597


On a enfin



Avec 1198651(119906 119907 ℎ) = 1198980


119904 = radic1199062 + 1199072

119878119889(119906 119907) = 119879119865(120575(119909 minus 1199090 119910 minus 1199100) = 1

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119879119865 (nabla120588) = (119894119871119906 + 119894119872119907 minus 119873119904)

119879119865 (nabla120583) = (119894119897119906 + 119894119898119907 minus 119899119904)

En 2D 1

119903=

1



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1

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1

2120587

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TF(120597

1205971199111198651) = radic1199062 + 11990721198651(119906 119907 ℎ) (19)


42


















43















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26)







45


















46



mineacuteralisation







gisement











120597119899= 0 avec est


119881(119903) = 120588119868

2120587119903 (21)





120588119886 = 119870∆V

119868 (22)




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de terrain








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sol







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1984)











du milieu

M =VS

VP (23)


49






coupure


m119886 =1

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b

a (24)




partlogρii (25)













50
















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graphite









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drsquoAntananarivo

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drsquoAntananarivo




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1 Introduction






































































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HCO3- 0298 0227 0161 1 -0055 0034 -0214 0153 SO4-- 752() 379() 384() 603() 1 623() 728() 500()

Cl- 578() 645() 995() 0122 356() 1 788() 927() NO3- 0192 0152 623() -0169 0171 604() 1 654() TDS 668() 768() 953() 0141 416() 956() 499() 1






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(a) (b) (c)


(d) (e) (f) (g)


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1

INTRODUCTION















geacuteophysique















2















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GENERALITES

































4















se posent



mettre en œuvre


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Madagascar



















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2003









domaine














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4 geacuteotechnique














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Etude structurale



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Gabon



















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16



























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drsquoAntananarivo









PE0 140 3

PE1 120 53

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PE3 160 73

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Figure 10











21



la zone











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modegravele 3D







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Leacutegende











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veacuterification


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119867119903119900119888ℎ119890 = 119867119894119899119889119906119894119905

+ 119868 (2)


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119896 = 120582 +2

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119896 = 120588( 1198811198752 minus

4

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la SGDM)
















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surface





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lrsquoasphalte





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Rakoto et al 2005)





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119862

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F1 = C cos







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U(119875)= minus1205830

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En posant 1198980= 12058301198980


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On a enfin



Avec 1198651(119906 119907 ℎ) = 1198980


119904 = radic1199062 + 1199072

119878119889(119906 119907) = 119879119865(120575(119909 minus 1199090 119910 minus 1199100) = 1

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En 2D 1

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119881(119903) = 120588119868

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120588119886 = 119870∆V

119868 (22)




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sol







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M =VS

VP (23)


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coupure


m119886 =1

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Elsevier pp261-293




















60























148





drsquoAntananarivo




146p




recherche MESRES

61











2018


















Madamines Vol 2










62


Wiley amp Sons 796P


36 (5)pp 943-959




















49(8) 1267ndash1287



International 183



ANNEXE






363







pp 6131 ndash 6141










Reacutesumeacute


Abstract




















1 Introduction






































































6 Conclusions






Remerciements





















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(Photo 1)

(Photo 2)








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III METHODS



a = w a -m S-n(1)




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V CONCLUSION





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REFERENCES

























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Madagascar1



Madagascar3







I INTRODUCTION





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HCO3- 0298 0227 0161 1 -0055 0034 -0214 0153 SO4-- 752() 379() 384() 603() 1 623() 728() 500()

Cl- 578() 645() 995() 0122 356() 1 788() 927() NO3- 0192 0152 623() -0169 0171 604() 1 654() TDS 668() 768() 953() 0141 416() 956() 499() 1






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(A)

(B)







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(a) (b) (c)


(d) (e) (f) (g)


2- Vs TDS




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V CONCLUSION





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REFERENCES


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