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Estimation du potentiel géothermique de Mayotte :

Phase 2 - Etape 1 Investigations géophysiques par gravimétrie,

magnétisme et panneau de résistivité électrique Rapport intermédiaire

BRGM/RP-56027-FR Décembre 2007

Estimation du potentiel géothermique de Mayotte : Phase 2 - Etape 1

Investigations géophysiques par gravimétrie, magnétisme et panneau de résistivité électrique

Rapport intermédiaire

BRGM/RP-56027-FR Décembre 2007

Étude réalisée dans le cadre du projet de Service public du BRGM 2007 PSP07MAY17

G. Pajot, N. Debeglia et J.-M. Miehé

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Mots clés : Géothermie, Mayotte, Petite Terre, magnétisme, gravimétrie, panneau électrique. En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : G. Pajot, N. Debeglia et J.-M. Miehé (2007) – Estimation du potentiel géothermique de Mayotte : Phase 2- Etape 1. Investigations géophysiques par gravimétrie, magnétisme et panneau de résistivité électrique. Rapport BRGM/RP-56027-FR, 59 p., 27 fig., 2 ann. © BRGM, 2005, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.

Estimation du potentiel géothermique de Mayotte par des méthodes géophysiques - Phase 2

BRGM/RP-56027-FR – Rapport intermédiaire 3

Synthèse

L’évaluation du potentiel géothermique de l’île de Mayotte s’inscrit dans le programme mis en place par le Conseil Général pour valoriser les énergies renouvelables. Une première étude de reconnaissance géologique et géochimique a été menée par le BRGM en 2005 et 2006. Le projet GTHMAY-Ph2 (fiche SP n°07ENEB10), cofinancé par la Collectivité Départementale de Mayotte et le BRGM, poursuit cette phase de reconnaissance. Dans le cadre de la première étape de ce nouveau projet, une campagne de géophysique par trois méthodes d’exploration non destructive (gravimétrie, magnétisme et mesures électriques) a été réalisée en 2007 sur l’île de Mayotte par l’unité ARN/RSC du BRGM afin de mettre en évidence la présence d’une ressource géothermale à l’aplomb de Petite Terre. L’objectif de ces levés est de détecter la présence éventuelle d’intrusions hypovolcaniques ou de chambres magmatiques sous les zones de dégagements gazeux qui avaient été observées au niveau du Lac Dziani et de la plage de l’aéroport lors de la campagne de reconnaissance géothermique de 2005. 113 mesures magnétiques, 117 mesures gravimétriques et 124 mesures électriques, localisées au GPS différentiel, ont été acquises dans le cadre de cette mission, puis traitées et interprétées.

Les résultats du traitement des mesures obtenues par les trois techniques ne mettent pas en évidence d’anomalies traduisant la présence d’un système hydrothermal sous le lac Dziani mais révèlent la présence possible d’une faille le long de laquelle deux intrusions situées entre les édifices volcaniques récents de Dziani et de la Vigie se seraient mises en place, et d’intrusions plus anciennes à l’est de l’île. L’inversion des mesures gravimétriques le long d’un profil Nord-Sud révèle, en revanche, l’existence d’une anomalie lourde superficielle associée à une forte signature magnétique sous la Plage de l’Aéroport, qui pourrait correspondre à la présence d’une intrusion magmatique non affleurante, responsable des dégazages. Dans le cadre de la deuxième étape de ce projet et conformément au cahier des charges correspondant, des investigations complémentaires méritent d’être poursuivies pour mieux caractériser ce site en profondeur. Celles-ci consisteront à approfondir et affiner la reconnaissance géologique et géochimique de ce site ainsi qu’à finaliser la réalisation du panneau électrique vers le Sud, le long du rivage oriental, au moyen d’une méthodologie améliorée par rapport à celle utilisée pendant la première étape du projet. En fonction des résultats obtenus par ces méthodes, il pourra également être envisagé de réaliser la couverture par sondages magnétotelluriques (MT) d’un secteur s’étendant du sud du Lac Dziani, au Nord, à la zone de l’aéroport, au Sud, pour accroître la profondeur d’investigation.


4 BRGM/RP-56027-FR – Rapport intermédiaire



Sommaire

1. Introduction...............................................................................................................9

2. Magnétisme .............................................................................................................11

2.1. ACQUISITION ...................................................................................................11

2.2. COMPILATION ET INTERPRETATION ............................................................12

3. Gravimétrie..............................................................................................................19

3.1. ACQUISITION ...................................................................................................19

3.2. COMPILATION ET INTERPRETATION ............................................................20 3.2.1. Corrections topographiques .....................................................................21 3.2.2. Influence de la densité de correction de Bouguer ....................................24 3.2.3. Interprétation ............................................................................................26

4. Mesures électriques ...............................................................................................31

4.1. ACQUISITION ...................................................................................................31 4.1.1. Principe de la mesure...............................................................................31 4.1.2. Implantation du profil ................................................................................32 4.1.3. Mesures....................................................................................................34

4.2. INTERPRETATION............................................................................................35 4.2.1. Correction du facteur géométrique ...........................................................35 4.2.2. Inversion des mesures .............................................................................35

5. Résultats des tests de sondage MT......................................................................43

6. Conclusions ............................................................................................................47

7. Bibliographie...........................................................................................................49

Liste des Figures

Figure 1 : Repère géodésique de Pamandzi B............................................................................12



Figure 2 : Anomalies du champ magnétique total brutes sur l’île de Petite Terre superposées à la carte topographique avec indication des zones de dégagements gazeux définies par Traineau et al. (2006).................................................................................. 13 Figure 3 : Anomalie régionale du champ total autour de l’île de Mayotte, intégrant le secteur de détail couvert sur Petite Terre.................................................................................... 14 Figure 4 : Carte de l’anomalie magnétique réduite au pôle dans l’hypothèse d’une aimantation induite....................................................................................................................... 15 Figure 5 : Champ magnétique réduit au pôle avec superposition des édifices volcaniques et indication des principales anomalies magnétiques et de leur polarité. ............... 17 Figure 6 : Base gravimétrique de Dzaoudzi ................................................................................ 19 Figure 7 : Estimation de la précision de l’étude........................................................................... 20 Figure 8 : Anomalie de Bouguer simple. ..................................................................................... 21 Figure 9 : Topographie et bathymétrie de Mayotte. .................................................................... 22 Figure 10 : Corrections topographiques. ..................................................................................... 23 Figure 11 : Anomalie de Bouguer en densité 2,5. ....................................................................... 24 Figure 12 : Corrélation entre l’altitude et les anomalies de Bouguer calculées pour différentes densités de correction................................................................................................ 25 Figure 13 : Anomalie de Bouguer en densité 1,8. ....................................................................... 26 Figure 14 : Carte d’anomalie résiduelle d’ordre 3 calculée par approximation polynomiale à partir de l’anomalie de Bouguer en densité 1,8, avec localisation du profil interprété...................................................................................................................................... 27 Figure 15 : Modélisation du contraste de densité entre les reliefs trachytiques et leur soubassement le long du profil P1, NS. ...................................................................................... 28 Figure 16 : Résultat d’une inversion du profil P1 en contraste de densité avec superposition des principales anomalies magnétiques. .............................................................. 30 Figure 17 : Schéma de la procédure d'acquisition d'un panneau électrique dipôle-dipôle et de présentation sur une pseudo-coupe : les points sont les lieux de représentation des mesures. ............................................................................................................................... 32 Figure 18 : Implantation du profil de mesures électriques et des stations MT............................ 33 Figure 19 : Calcul des résistivités apparentes prenant en considération le déport latéral des électrodes - dispositif de longueur 200 m............................................................................. 37 Figure 20 : Calcul des résistivités apparentes prenant en considération le déport latéral des électrodes - dispositif de longueur 400 m. La légende est identique à celle de la figure 19....................................................................................................................................... 38 Figure 21 : Calcul des résistivités apparentes prenant en considération le déport latéral des électrodes - dispositif de longueur 800 m............................................................................. 39 Figure 22 : Interprétation des résultats d’inversion des mesures électriques. ............................ 41 Figure 23 : Interprétation des résultats de l'inversion avec lissage............................................ 42 Figure 24 : Sondage MT de la zone de l’aéroport, mode XY. De haut en bas : traitement stack global, stack sélectif et en utilisant la référence lointaine. ................................................. 45



Figure a1- 1 : Découpage de la section du modèle en domaines d’inversion. ............................53 Figure a1- 2 : Inversion complémentaire avec structure 2 affleurante. .......................................54 Figure a1- 3 : Inversion complémentaire avec structure 2 à 300 m de profondeur. ....................55

Liste des annexes

Annexe 1 Inversions gravimétriques complémentaires du profil P1 ....................51

Annexe 2 Statistiques sur les mesures électriques................................................57



1. Introduction

L’évaluation du potentiel géothermique de l’île de Mayotte s’inscrit dans le programme mis en place par le Conseil Général pour valoriser les énergies renouvelables. Une première étude de reconnaissance géologique et géochimique a été menée par le BRGM en 2005 et 2006 (Traineau et al., 2006). Le projet GTHMAY-Ph2 (fiche SP n°07ENEB10), cofinancé par la Collectivité Départementale de Mayotte et le BRGM, poursuit cette phase de reconnaissance. Dans le cadre de la première étape de ce nouveau projet, une campagne de géophysique par gravimétrie et magnétisme a été réalisée en mai 2007 puis complétée en juin 2007 par des mesures électriques, sur l’île de Mayotte. Ces levés ont été réalisés par l’unité ARN/RSC du BRGM. L’objectif de ces travaux est de mettre en évidence la présence d’une ressource géothermale à l’aplomb de Petite Terre. La première campagne de reconnaissance géothermique, effectuée en novembre 2005 (Traineau et al., 2006), avait permis d’observer des phénomènes de dégagements gazeux d’origine magmatique sur deux sites, situés au niveau du Lac Dziani et de la plage de l’aéroport. Malgré l’absence d’indices de fluides géothermaux profonds, ces dégazages peuvent être considérés comme un signe de conditions propices au développement d’un réservoir géothermal.

Les dégagements gazeux observés à Petite Terre sont une manifestation de son volcanisme très récent, marqué par la mise en place des appareils volcaniques de Dziani et de La Vigie, situés à l’Est de Petite Terre. On suppose qu’ils proviennent du dégazage d’un magma stocké dans une chambre magmatique profonde et sous forme d’intrusions hypovolcaniques dans les conduits d’alimentation de ces deux appareils volcaniques. Les campagnes de mesures géophysiques sur l’ile de Petite Terre ont donc été menées afin de vérifier l’hypothèse de la présence d’intrusions hypovolcaniques ou de chambres magmatiques sous les zones de dégagements gazeux, qui pourraient être les sources de chaleur d’un éventuel système hydrothermal. Ce rapport présente les résultats obtenus au cours de ces campagnes et donne des recommandations sur les travaux d’exploration à poursuivre.

Des tests d’application de la méthode magnétotellurique (MT) ont, en outre, été réalisés à l’occasion de la campagne de mai-juin 2007 et complété en novembre 2007. Ces tests avaient pour objectif de vérifier la possibilité d’utiliser la méthode dans les conditions de bruit électromagnétique particulièrement difficile de Petite Terre. Les conclusions de ces tests sont également présentées dans ce rapport.



2. Magnétisme

2.1. ACQUISITION

Les mesures magnétiques ont été réalisées du 16 au 31 mai 2007 par F. Dupont avec un magnétomètre Géometrics G858.

113 stations ont été implantées et localisées au GPS différentiel Trimble 4700 et au GPS de poche Magellan. L’origine du levé GPS est le repère IGN 98515B, situé près de l’aéroport de Pamandzi (fig. 1). Ce repère a pour coordonnées, dans le système UTM38 – WGS84 (dans lequel le positionnement initial des stations a été réalisé) :

Est : 530700,82,

Nord : 8584849,58,

Altitude : 9,98 m

Les coordonnées des fichiers terrains ont été ensuite converties dans le système UTM38 Combani50 afin d’être compatibles avec les cartes IGN existantes. Les paramètres utilisés pour cette conversion sont les suivants :

• Ellipsoïde international Hayford 1909 (a=6378388, f=1/297)

• Datum shift par rapport à WGS84 :

o ∆x = -382 m ; ∆y = -59 m ; ∆z = 262 m



Figure 1 : Repère géodésique de Pamandzi B

2.2. COMPILATION ET INTERPRETATION

On dispose des anomalies du champ magnétique total (somme du champ magnétique terrestre moyen et du champ généré par les matériaux proches du capteur), non



corrigées de la variation diurne (perturbation du champ du à l’activité solaire) du fait de la panne de la station d’enregistrement magnétique continu. Les reprises réalisées montrent des écarts allant de -56 nT à +58 nT, vraisemblablement en partie dus à ce défaut de correction. Cette incertitude est cependant faible comparée à l’amplitude de 2000 nT des anomalies mesurées.

Les anomalies ont été interpolées par krigeage à la maille de 100 m par 100 m (rayon de recherche : 1000 m) et contourées (fig. 2).

Figure 2 : Anomalies du champ magnétique total brutes sur l’île de Petite Terre superposées à la carte topographique avec indication des zones de dégagements gazeux définies par

Traineau et al. (2006)

Afin de replacer ces anomalies dans leur contexte régional, ces données ont été ensuite ajoutées à l’ensemble des mesures marines de magnétisme disponibles autour



de l’île de Mayotte, puis interpolées à la maille de 1 km par 1 km et contourées (fig. 3). Les données marines sont issues de la campagne de bathymétrie, gravimétrie et magnétisme Bathy-Mayotte réalisée en janvier 2004 (Audru et al., 2006). Elles ont été relues et traitées par José Perrin avec le logiciel INTREPID en juillet 2004 (Perrin, 2004). En magnétisme, les traitements ont principalement consisté en un débruitage des données suivi d’un contourage. La carte ainsi obtenue est déjà très cohérente et peut être interprétée, quoique la compilation n’ait pas été complètement finalisée. Elle pourrait sans doute être améliorée par le traitement des écarts de mesure aux croisements de trajectoires, et par la réduction de la variation diurne et de la dérive, ce qui ne se justifiait pas dans le cadre du présent projet.

Figure 3 : Anomalie régionale du champ total autour de l’île de Mayotte, intégrant le secteur de détail couvert sur Petite Terre.

Cette carte montre une anomalie magnétique, bipolaire en première approximation, centrée sur l’île de Mayotte et caractérisée par un pôle positif, au nord, et un pôle négatif, au sud. Compte tenu de la latitude magnétique, -44° 40’ Sud, cette disposition indique la présence de corps magnétiques pseudo verticaux, approximativement



centrés sur l’île, et présentant une aimantation principalement induite (parallèle à la direction du champ magnétique actuel). Ces données ont été utilisées pour compléter la carte magnétique de détail levée sur l’île de Petite Terre, ce qui permet, avant le calcul des cartes transformées, d’atténuer les artefacts potentiels liés à la mauvaise connaissance des anomalies en bordure d’étude.

Figure 4 : Carte de l’anomalie magnétique réduite au pôle dans l’hypothèse d’une aimantation induite

L’utilité de la carte d’anomalie réduite au pôle (fig. 4) est de rendre les données plus facilement interprétables en les corrigeant des effets de dissymétrie et de bipolarité liés à la latitude magnétique. La réduction au pôle a pour effet de replacer les anomalies à l’aplomb des structures. En particulier, à l’aplomb d’une structure verticale présentant une aimantation induite, l’anomalie réduite au pôle est particulièrement simple, car positive et symétrique.



La localisation des édifices volcaniques connus (Traineau et al., 2006) a été superposée à cette carte magnétique réduite au pôle, sur laquelle ont été également indiquées les polarités (positives et négatives) des principales anomalies (fig. 5) afin de mettre en évidence d’éventuelles aimantations rémanentes . Ce document montre un axe magnétique principal d’orientation N170 qui s’étend de l’aéroport, au sud, jusqu’à la localité de Totorossa, au nord. Le long de cet axe, des anomalies magnétiques sont superposées aux cônes basaltiques connus : Mirandole (M), Totorossa (To), Bahoni (B). Ces anomalies sont généralement positives, et monopolaires, après réduction au pôle, ce qui indiquerait une aimantation principalement induite. Il y a, cependant, deux exceptions caractérisées par une polarité N45 à N70 après réduction au pôle, ce qui pourrait traduire l’existence d’aimantations rémanentes, donc peut-être un autre âge de mise en place. L’une de ces anomalies est située sur la côte nord-ouest, à Mirandole (M), et l’autre sur la plage de l’aéroport (A). Cette dernière anomalie englobe le site de dégagement gazeux.

Les volcans trachytiques plus récents (la Vigie et Dziani) ne semblent, en revanche, pas présenter de signature magnétique importante. On observe, cependant, un anneau magnétique peu intense superposé à l’édifice de Dziani (D). Cette anomalie a une polarité N-S, après réduction au pôle, ce qui indiquerait également la présence d’une aimantation rémanente, mais d’âge ou de nature différente des précédentes.

Entre les deux édifices trachytiques, et au sud de celui de la Vigie, on observe deux anomalies, B1 et B2, disposées sur un axe d’orientation N170, qui pourrait correspondre à un axe magnétique ancien similaire à l’axe basaltique Totorossa-aéroport et qui aurait été ensuite partiellement oblitéré par les intrusions plus récentes. Cet axe pourrait marquer l’une des failles à la faveur desquelles ces intrusions se sont mises en place. Dans cette hypothèse, les structures magnétiques B1 et B2 sont probablement des intrusions anciennes dont la signature a été préservée en dehors des édifices plus récents de la Vigie et de Dziani.



Figure 5 : Champ magnétique réduit au pôle avec superposition des édifices volcaniques et indication des principales anomalies magnétiques et de leur polarité.



3. Gravimétrie

3.1. ACQUISITION

Les mesures gravimétriques ont été réalisées du 21 au 30 mai 2007 par F. Dupont avec le gravimètre SCINTREX CG5-28 du BRGM en 117 stations, implantées et localisées au GPS différentiel selon la même procédure que les stations magnétiques.

La base gravimétrique qui a servi pour les ouvertures et fermetures des programmes de mesure est la base Orstom de Dzaoudzi (fig. 6), située à proximité du port, au secrétariat de la préfecture (anciennement bâtiment du Trésor public). La valeur de g à cette base est 978510,1 mGal.

Figure 6 : Base gravimétrique de Dzaoudzi

Le coefficient d’étalonnage du gravimètre CG5-28 utilisé, déterminé le 3 avril 2007 sur le couple de bases absolues Orléans-Sèvres, est 0,9996637 ± 0,0001494.



Les reprises réalisées dans le cadre de cette étude, à hauteur de 16% du nombre de points, ont permis d’estimer la précision de l’étude gravimétrique (fig. 7) qui serait de l’ordre de 0,1 mGal pour l’anomalie de Bouguer simple (c'est-à-dire avant corrections topographiques).

Figure 7 : Estimation de la précision de l’étude.

3.2. COMPILATION ET INTERPRETATION

Les mesures gravimétriques (mesures de l’accélération de la pesanteur) ont été compilées avec le logiciel MICROGAL qui effectue les corrections gravimétriques habituelles (application du coefficient d’étalonnage, correction de dérive instrumentale, correction de marée et corrections de Bouguer), afin de produire une carte des anomalies de la pesanteur par rapport à un modèle, qui reflètent les hétérogénéités de masse dans le sous-sol. L’anomalie de Bouguer simple ainsi calculée (fig. 8) est visiblement influencée par la topographie de l’île et par la bathymétrie.



Figure 8 : Anomalie de Bouguer simple.

3.2.1. Corrections topographiques

Du fait de la forte topographie de l’île et de la présence de fonds marins profonds à faible distance, les corrections des effets topographiques et bathymétriques ont dues être calculées avec précision. Pour ce faire, on disposait du modèle numérique de terrain (MNT) à la maille de 50 m et d’une grille bathymétrique de même maille acquise lors de la campagne Bathymay 2004 (fig. 9), données communiqués par J-C. Audru et I. Thinon.



Figure 9 : Topographie et bathymétrie de Mayotte.

Les corrections topographiques ont été réalisées en quatre étapes :

• Corrections topographiques proches des effets des reliefs situés à moins de 40 m de la station de mesure, estimées par l’opérateur sur le terrain,

• Corrections topographiques intermédiaires des effets des reliefs situés à plus de 40 m et moins de 1 km de la station de mesure, calculées à partir du MNT par le programme CORTOP (méthode des prismes),

• Corrections topographiques lointaines des effets des reliefs situés à plus de 1 km et moins de 40 km de la station de mesure, calculées à partir du MNT par le programme CORTOP (méthode approchée des lignes de masses),

• Corrections bathymétriques des effets des reliefs sous-marins situés à moins de 40 km de la station de mesure, calculées à partir de la grille bathymétrique, par le programme CORTOP (méthode des lignes de masses),

La correction totale, somme de ces quatre effets, calculée pour une densité des terrains superficiels de 2,5, est présentée sur la figure 10. Cette correction varie de 4 à 14 mGal. L’erreur sur ce calcul est plus importante pour les reliefs proches des stations, mal ou incomplètement évalués, que pour les reliefs lointains. On estime



l’incertitude sur le calcul des corrections de terrain à 25 % de l’amplitude maximale des corrections de terrain moyennes proches (moins de 1 km) et à 10% de l’amplitude maximale des corrections de terrain moyennes lointaines (plus de 1 km). L’incertitude totale serait alors de l’ordre de 1 mGal. L’incertitude sur l’anomalie de Bouguer simple (0,1 mGal) étant faible comparée à cette valeur, l’incertitude sur l’anomalie de Bouguer après corrections topographiques serait également d’environ 1 mGal.

Figure 10 : Corrections topographiques.

Cette correction étant prise en considération, on obtient la carte de l’anomalie de Bouguer corrigée des effets topographiques et bathymétriques (fig. 11), calculée pour la même densité de correction de 2,5.



Figure 11 : Anomalie de Bouguer en densité 2,5.

3.2.2. Influence de la densité de correction de Bouguer

On constate que l’anomalie de Bouguer en densité 2,5 est encore influencée par la topographie. Cette corrélation reste forte quelque soit la densité de correction choisie (fig. 12) et une carte d’anomalie de Bouguer établie pour une densité de 1,8 (fig. 13) présente à peu près les mêmes caractéristiques que celle de la figure 11.

La forte corrélation entre l’anomalie de Bouguer et le relief traduit donc une réelle différence lithologique entre les sommets, plus légers car constitués de ponces et de cendres trachytiques, et le soubassement de ces édifices, plus denses, formé de calcaires coralliens et de basaltes.



Figure 12 : Corrélation entre l’altitude et les anomalies de Bouguer calculées pour différentes densités de correction.



Figure 13 : Anomalie de Bouguer en densité 1,8.

3.2.3. Interprétation

L’effet gravimétrique dominant est un fort gradient gravimétrique qui sépare un compartiment plus léger, à l’Est, d’une zone plus dense, à l’Ouest. Le domaine léger correspond aux reliefs volcaniques les plus récents, alors que le domaine dense est marqué par des intrusions basaltiques plus anciennes.



Afin de déterminer si les effets des reliefs volcaniques légers peuvent expliquer la totalité des anomalies observées, ou sinon de localiser d’éventuelles hétérogénéités de densité profondes, une modélisation quantitative 2D a été réalisée sur un profil P1 Nord-Sud, recoupant les édifices de Dziani et de la Vigie, et s’étendant, vers le sud, jusqu’à la plage de l’aéroport.

Le profil, P1 interprété (x = 531300) est localisé sur la carte d’anomalie résiduelle d’ordre 3 (figure 14) calculée à partir de l’anomalie de Bouguer en densité 1,8, densité mieux adaptée à l’interprétation de la partie est de l’île.

Figure 14 : Carte d’anomalie résiduelle d’ordre 3 calculée par approximation polynomiale à partir de l’anomalie de Bouguer en densité 1,8, avec localisation du profil interprété.



a) Modèle direct

Ce profil a été tout d’abord modélisé par un simple contraste de densité de - 0,6 entre les reliefs trachytiques légers et le soubassement calcaire et basaltique plus dense (fig. 15). Malgré la réalisation des corrections topographiques, cet effet reste dominant, car la distance entre l’interface trachyte/soubassement varie en fonction de la position des stations sur la topographie. Si on attribue à ce soubassement une densité moyenne de 2,4, les reliefs de ponces et scories auraient donc dans ce modèle une densité de 1,8, ce qui est acceptable pour ce type de formation. On constate que ce modèle simple ne permet pas d’expliquer la totalité des anomalies : il reste plusieurs résidus positifs, au sud, au niveau de la Plage de l’Aéroport, dans la partie centrale du profil, sous le cratère du Lac Dziani, et sur la cote nord-est. Ces résidus persistent ou s’accentuent si le contraste de densité entre les trachytes et le soubassement varie. Du fait de l’incertitude sur l’estimation des corrections gravimétriques, seuls les plus importants de ces résidus, ceux qui sont supérieurs à 1 mGal, peuvent cependant être considérés comme significatifs.

Figure 15 : Modélisation du contraste de densité entre les reliefs trachytiques et leur soubassement le long du profil P1, NS.

b) Inversion des mesures gravimétriques

On a réalisé ensuite une inversion du profil gravimétrique P1 afin d’examiner quels types de structures seraient susceptibles d’expliquer ces anomalies résiduelles. Pour



ce faire, la section du modèle a été divisée en plusieurs domaines dans lesquels des contraintes différentes ont été imposées. Du point de vue des densités, on a fixé les bornes suivantes :

• au dessus du niveau de la mer, contrastes de densité entre -0,7 et -0,5, correspondant aux reliefs trachytiques légers, pour lesquels on admet la possibilité de petites variations autour du contraste de -0,6 précédemment fixé,

• dans le soubassement, contrastes de densité pouvant varier de -0,4 à +0,4 ou +0,6, permettant la prise en considération d’hétérogénéités plus denses que le soubassement principalement calcaire, comme des corps basaltiques, ou plus légères, comme des intrusions trachytiques.

Le résultat de cette inversion est représenté par la figure 16. Ce n’est pas la seule solution possible et d’autres répartitions de densité pourraient également expliquer les anomalies. Ce modèle montre cependant une organisation acceptable des masses profondes, avec une masse légère, qui pourrait être une zone d’émission des formations trachytiques située sous le cratère de La Vigie, et plusieurs masses lourdes.

La faible amplitude des anomalies interprétées incite à la prudence quant à l’exploitation du résultat. En effet, la structure légère ne coïncide avec aucune anomalie magnétique. Par ailleurs, la modélisation directe a montré qu’elle n’est pas totalement nécessaire à l’interprétation des anomalies observées qui peuvent être expliquées différemment. Les structures lourdes localisées sous le bord sud du cratère de Dziani et au niveau de la cote nord-est résultent de l’interprétation d’anomalies résiduelles de faible amplitude, 1 à 2 mGal (fig. 15), et ne sont pas non plus corrélées avec des anomalies magnétiques. Seule la masse lourde située sous la plage de l’aéroport, qui correspond à une anomalie résiduelle de 4 mGal, paraît indubitable. Cette masse pourrait correspondre à la présence de formations volcaniques denses probablement non affleurantes, déjà signalées par l’existence des anomalies magnétiques A et éventuellement B2. Il n’est évidemment pas possible de savoir à partir des seules données gravimétriques et magnétiques si cette masse magnétique correspond réellement à une intrusion magmatique et si elle est associée à une anomalie thermique. Plusieurs essais d’inversion ont été réalisés et aboutissent tous à une structure relativement superficielle dont le toit pourrait être situé entre 0 et 300 m de profondeur (ann. 1).



Figure 16 : Résultat d’une inversion du profil P1 en contraste de densité avec superposition des principales anomalies magnétiques.



4. Mesures électriques

4.1. ACQUISITION

La campagne de mesures électriques s’est déroulée du 4 au 30 juin 2007 et a été réalisée par. J.M. Miehé, ingénieur géophysicien du BRGM, aidés de trois manœuvres intérimaires recrutés localement, à l’aide d’un émetteur de courant continu 8 voies VIP4000 (Iris Instruments) alimenté par un groupe électrogène 7 KVA (Atlas Co.), et d’un récepteur 6 voies ELREC6 (Iris Instruments).

4.1.1. Principe de la mesure

Le dispositif de mesure est constitué d’un générateur de courant continu et de deux dipôles, l’un d’émission et l’autre de réception, réalisés grâce à deux paires d’électrodes plantées dans le sol. Un courant électrique continu d’intensité I est injecté dans le sol entre deux électrodes A et B. La résistivité apparente ρa, c'est-à-dire la capacité du sol, supposé homogène et isotrope, à s’opposer au passage d’un courant continu, est alors déduite de la mesure de la différence de potentiel entre VMN entre deux électrodes M et N selon :

IVK MN

a =ρ ,

où le facteur K, appelé coefficient géométrique, dépend des positions respectives des électrodes A, B, M et N. La résistivité s’exprime en ohm.mètre (Ω.m). Il existe plusieurs configurations possibles pour l’implantation des électrodes. Celle employée ici est la configuration dite « dipôle-dipôle », où le dipôle d’injection et le dipôle de mesure prennent successivement les différentes positions d’électrodes le long d’un profil.

Idéalement, les mesures sont réalisées sur un profil rectiligne, et les stations pour l’injection et la réception du courant sur ce profil sont régulièrement espacées d’un intervalle a. On définit alors le rang n du dispositif, nombre entier qui caractérise la distance BM entre les parties émettrice et réceptrice, définie par :

anBM .= .

Un « panneau électrique » est établi en mesurant la différence de potentiel pour différentes combinaisons d’émetteur et de récepteur (fig. 17). Les mesures effectuées avec un écartement entre émetteur et récepteur de une fois l’espacement a sont dites de rang n=1, celles effectuées avec un écartement de 2 espacements sont de rang 2, etc. Les mesures sont présentées sous forme de coupes ou panneaux isovaleurs dont l’axe des abscisses correspond à la position le long du profil, et l’axe des ordonnées correspond au rang n, qui est une fonction de la profondeur (pseudo-profondeur). Ces coupes sont appelées pseudo-coupes de résistivité apparente. La mesure est généralement représentée au milieu du segment émetteur-récepteur. La profondeur



d’investigation augmente avec le rang n (fig. 17). La pseudo-profondeur ne constitue pas une vraie échelle de profondeur. Les pseudo-coupes intègrent des artéfacts liés d’une part au mode de représentation et à la géométrie des dispositifs électriques (chapeaux chinois, branches inclinées à 45°), et d’autre part les effets des à-coups de prise produit par les hétérogénéités superficielles. Cependant, ces à-coups de prise sont parfaitement gérés par le logiciel d’inversion.

L’interprétation de la pseudo-coupe prend en compte l’ensemble des mesures et aboutit à une coupe, distribution continue des résistivités vraies le long du profil et en fonction de la profondeur.

45°45°

5a

a

a3a

n=1n=2

n=3n=4

n=5n=6

n=7n=8

n=9n=10

A B M N M N

A B M N

A B M N

profondeur d'investigation croissante

écartement AB - MN croissant

Figure 17 : Schéma de la procédure d'acquisition d'un panneau électrique dipôle-dipôle et de présentation sur une pseudo-coupe : les points sont les lieux de représentation des mesures.

À espacement et rangs égaux, parmi les configurations de mesure usuelles, la configuration dipôle-dipôle a la plus faible profondeur d’investigation, mais le meilleur pouvoir de résolution.

4.1.2. Implantation du profil

Les stations du profil (fig. 18) ont été positionnées au GPS en x et y, et leur altitude pointée sur la carte IGN au vingt-cinq-millième. La répétition des positionnements au cours de la prestation a permis d’évaluer la précision de ce positionnement en X et Y, dans une fourchette de plus ou moins 5 m. Les stations ont été implantées de manière à éviter autant que possible les passages en zone habitée, le lac de Dziani Dzaha ou les différents ouvrages susceptibles de perturber les mesures (centrale thermique des Badamiers, pylône TDF, pylônes, antennes paraboliques de l’armée). La zone située entre l’extrémité sud du profil et l’aéroport est plus fortement urbanisée. Du fait des conditions difficiles de mesure électrique sur le site de Petite Terre (qui correspondent aux limites de la méthode et des équipements utilisés, voir paragraphe suivant), il n’a pas été possible de poursuivre le profil au Sud avec la même méthodologie. En effet, dans la zone de l’aéroport, la seule zone praticable est la côte Est en bord de mer où



les résistivités seront probablement plus faibles encore que dans la partie Nord du profil et où en conséquence le rapport signal sur bruit est encore plus défavorable.

La zone de dégazage identifiée au nord de l’aéroport, au cours de la reconnaissance géologique et géochimique, n’a donc pas pu, pour l’instant, être recoupée par le profil électrique.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

3000

3260

3400

3600

3800

4000

4200

4400

Profil électriqueStation MT

Figure 18 : Implantation du profil de mesures électriques et des stations MT.



4.1.3. Mesures

Les électrodes ont été implantées selon le profil décrit dans la figure 18, en configuration dipôle-dipôle, avec des dipôles de longueur 200 m, et 400 et 800 m. Au total, 124 mesures ont été effectuées avec une durée d’injection du courant continu d’une seconde.

Les mesures de potentiel ont été réalisées avec des électrodes impolarisables pour tenter d’acquérir, en plus de la résistivité apparente, la polarisation provoquée. Cependant, l’amplitude du signal n’a pas permis de mesurer cette grandeur de façon fiable au-delà du rang n=1. Il faut, en effet, que le signal mesuré soit supérieur à quelques mV pour envisager des mesures de potentiel provoqué fiables. Le contexte géo-électrique de Petite Terre est généralement très conducteur (1 à 42 Ohm.m) dès les premiers rangs de mesure. De ce fait, et malgré la préparation (eau salée + papier aluminium) des points d’injection pour optimiser les résistances de prises, les potentiels mesurés restent faibles (quelques mV pour les mesures de rang 1, moins de 1 mV pour les rangs 2 à 5).

En outre, un certain nombre d’ouvrages situés à proximité du profil étaient à l’origine de courants vagabonds dans le sol. Il s’agit des deux pylônes situés entre les stations 800 et 1000 d’une part, 1600 et 1800 d’autre part, de la centrale thermique des Badamiers à l’ouest de la station 3600 et du pylône TDF à l’ouest de la station 4000. Ces courants vagabonds, périodiques et de 1 à 2 dixièmes de mV d’amplitude, se superposent au potentiel produit par l’injection du courant électrique dans le sol pour les mesures de résistivité apparente. Lorsque le potentiel mesuré est de quelques mV ou de quelques dizaines de mV, le phénomène passe inaperçu. Par contre il devient sensible lorsque les potentiels mesurés sont inférieurs à 1 mV et se traduit par une instabilité des mesures. Il faut dans ces conditions augmenter le nombre d’échantillons pour chaque mesure et répéter chaque mesure pour assurer sa fiabilité.

Une mesure de résistivité apparente est toujours une moyenne sur un certain nombre d’échantillons. Dans les conditions habituelles et normales, une moyenne de mesures est effectuée sur 6 à 8 échantillons, suivant le jugement de l’opérateur, et quelques mesures sont réitérées pour vérifications de la répétitivité. Dans le contexte de Petite Terre, le protocole de mesure suivant a été adopté :

- pour les potentiels supérieurs au mV, la procédure de mesure habituelle a été utilisée

- pour les potentiels inférieurs à 1 mV (72 % des mesures), chaque mesure est moyennée sur 20 à 25 échantillons et répétée 4 à 7 fois.

Ce protocole a permis d’établir une statistique pour chaque mesure et notamment de calculer son écart-type. Ces statistiques, présentées en annexe (fig. a2-1), montrent que la variabilité des mesures est bonne. En effet 90 % des mesures ont un écart type (dispersion autour de la moyenne) inférieur à 20 %, limite généralement admise pour qualifier de fiable une mesure par méthode électrique.

Ce résultat est confirmé par les écarts aux reprises. Vingt-deux mesures ont été répétées, notamment quand un dispositif nécessitait plusieurs jours de mesure. Les écarts relevés (fig. a2-2 en annexe) s’échelonnent de 0 à 16 %, avec une répétitivité moyenne de 5 %, valeur satisfaisante compte tenu des conditions de bruit électrique. A



titre de comparaison, en l’absence totale de perturbations externes, la répétitivité des mesures de résistivité apparente est généralement de 3 %.

Les signaux mesurés au-delà du rang 1 sont, toutefois, très faibles. Avec 72 % des mesures inférieures à 1 mV et 15% des mesures inférieures à 0,1 mV, soit des valeurs de l’ordre de grandeur ou inférieures aux potentiels perturbateurs créés par les installations anthropiques, ce travail correspond aux limites de performance de la méthode et du matériel utilisé. Sa mise en œuvre a ainsi été beaucoup plus longue et difficile que prévue.

4.2. INTERPRETATION

4.2.1. Correction du facteur géométrique

Les pseudo-coupes mesurées avec les dispositifs D= 200, 400 et 800 m le long du profil de la figure 18 sont représentées sur les figures 19, 20 et 21, respectivement. Sur ces trois figures, les pseudo-coupes (a) représentent les résistivités apparentes calculées par le résistivimètre, avec un paramétrage (géométrie des quadripôles de mesure) qui suppose un profil rectiligne, des électrodes régulièrement espacées et un relief uniforme. Les pseudo-coupes (b) représentent les résistivités apparentes déterminées en tenant compte de la position réelle (X, Y, Z) des électrodes dans le calcul du coefficient géométrique K. La différence entre résistivité apparente mesurée et résistivité corrigée de la position (X, Y, Z) des électrodes est représentée sur les pseudo-coupes (c). Les variations relatives sont de -16,5 à +16,3 % et sont d’autant plus faibles que la longueur des dipôles est grande, c.à.d. que les écarts de positionnement des électrodes sont faibles devant la dimension des dispositifs. Les pseudo-coupes (d) représentent la différence entre résistivité apparente mesurée et résistivité corrigée de la position (X, Y) des électrodes. Les écarts relatifs dus au déport latéral des électrodes varient de -18,2 à 14,9 %.

4.2.2. Inversion des mesures

Les pseudo-coupes ont été interprétées par inversion avec le logiciel RES2DINV (Loke & Barker, 1996). L’inversion permet d’établir une coupe de résistivité vraie en fonction de la profondeur directement interprétable en termes de formations géologiques.

Le fichier en entrée du logiciel RES2DINV comprend d’une part les mesures de résistivité apparente le long d’un profil rectiligne, d’autre part les altitudes des électrodes. Pour atténuer l’effet géométrique du déport latéral des électrodes sur les mesures, les résistivités apparentes inversées sont celles corrigées de la position (X, Y) des électrodes (relevés GPS), en recalculant le coefficient géométrique des quadripôles. Le coefficient K est recalculé sans prendre en compte la topographie, puisque dans le processus d’inversion l’effet de la topographie est calculé et corrigé par le logiciel.

Le logiciel d’inversion 2D découpe l’espace en blocs rectangulaires dans le plan (x, z). L’inversion consiste à ajuster la résistivité de chaque bloc afin de minimiser la différence entre les pseudo-coupes calculées et mesurées. Une estimation de cette



différence est donnée par l’erreur quadratique moyenne (RMS), paramètre utilisé pour évaluer la qualité de l’inversion à chaque itération. Celle-ci est réputée satisfaisante lorsque, pour deux itérations successives, la RMS ne varie pas de façon significative. Chaque bloc est affecté d’une sensibilité, valeur qui quantifie la qualité de l’information contenu dans un bloc élémentaire. Plus la sensibilité d’un bloc élémentaire est élevée, plus sa valeur de résistivité dans le modèle sera fiable. En règle générale, les blocs proches de la surface ont une sensibilité élevée car la fonction de sensibilité est élevée près des électrodes. Les blocs en bordure du modèle (sur les côtés et vers le bas) ont également une sensibilité élevée en raison de leurs plus grandes dimensions.



29.214.8

10.9

31.2

9.4

21.4

8.3

14.6

34.3

8.7

25.2

13.6

41.9

6.4

22.0

8.3

37.8

4.4

11.8

5.0

24.2

7.7

6.7

5.6

9.6

18.4

5.9

12.5

7.7

30.0

6.4

7.5

6.1

6.6

7.1

7.5

5.5

6.7

12.5

11.8

9.1

11.512.5

19.1

8.7

9.17.4

22.85.0

5.2

3.9

3.1

5.5

3.5

4.0

2.7

2.13.5

1.2

3.4

2.3

1.7

2.8

3.63.5

2.7

2.7

3.919.2

4.34.1

5.25.1

9.0

3.82.62.6

3.3

(b) - Résistivité apparente corrigée de la position (X, Y GPS) des éléctrodes et de la topographie.

GR tour de Mayotteroute CCD9

route CCD9

route de Moya CCD9 sentier géologique sentier géologique

Lac Dziani DzahaSud Nord

0400

8001200 1600

2000 2400 2800 3260 3600 4000 4400

n = 1 -n = 2 -

n = 3 -n = 4 -

n = 5 -

28.5

14.7

10.5

31.8

9.4

21.4

8.4

15.1

34.0

9.1

25.8

13.9

42.9

6.5

22.2

8.3

37.8

4.0

11.9

4.6

24.6

8.0

6.3

5.9

10.2

17.3

6.5

13.6

8.4

35.9

7.0

8.6

6.4

7.3

7.1

8.2

5.4

6.7

11.9

11.6

7.8

11.2

11.0

19.0

8.9

8.5

7.9

21.6

5.5

6.7

4.2

3.9

4.4

4.3

3.2

3.0

1.6

3.2

1.0

3.3

2.2

1.7

2.8

4.3

4.3

2.6

3.5

3.4

19.1

3.7

4.1

4.0

4.7

9.1

3.6

2.42.5

3.4

(a) - Résistivité apparente mesurée.

0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400

n = 1 -n = 2 -

n = 3 -n = 4 -

n = 5 -

2.6

0.9

3.4

-1.9

-0.5

0.0

-2.2

-3.4

0.9

-4.1

-2.3

-2.0

-2.4

-1.8

-1.0

-0.2

-0.1

8.3

-0.8

7.1

-1.7

-3.6

6.3

-5.7

-5.7

6.4

-8.1

-8.2

-9.3

-16.5

-7.5

-13.0

-5.7

-10.3

-0.8

-8.0

2.5

-0.9

4.8

1.5

16.3

2.5

13.6

0.4

-2.5

7.6

-6.9

5.6

-9.1

-6.5

-6.4

-7.2

-5.8

-4.5

-3.8

0.4

1.9

7.9

-0.2

3.5

4.2

2.5

-1.9

-4.5

-5.4

-9.7

-7.1

-8.3

0.4

-8.7

0.1

-1.6

8.0

-1.5

5.5

7.53.1

-3.3

(c) - Ecart entre la résistivité apparente mesurée et la résistivité apparente corrigée de la position des électrodes (X, Y GPS) et de la topographie.

0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400

n = 1 -n = 2 -

n = 3 -n = 4 -

n = 5 -

0.1

-1.7

0.5

-3.6

-0.6

-1.4

-0.7

-2.3

0.4

-2.5

-0.9

-1.2

-2.4

-3.5

-2.7

-4.5

-2.5

6.7

-4.3

6.3

-3.4

-4.8

6.7

-8.5

-5.7

7.0

-9.1

-8.0

-10.1

-18.2

-7.5

-15.8

-5.1

-11.7

-2.1

-8.6

2.8

-0.1

5.9

1.7

14.9

3.2

10.1

0.6

-2.3

5.6

-6.8

3.2

-9.5

-6.8

-15.0

-8.2

-6.7

-10.4

-7.7

1.4

3.7

9.9

-0.0

3.7

4.5

3.0

-2.6

-5.3

-5.7

-10.4

-7.2

-8.3

0.3

-8.6

0.1

-1.6

7.7

-2.4

4.0

7.43.0

-3.5

(d) - Différence entre la résistivité apparente mesurée et la résistivité apparente corrigée de la position des électrodes (X et Y GPS).

0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400

n = 1 -n = 2 -

n = 3 -n = 4 -

n = 5 -

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.512.6 15.8 20 25.1 31.61.3 1.6 2 2.5 3.2 4 5 6.3 7.9 10

conducteur résistantEchelle des résistivités apparentes (Ω.m)

-16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16

diminution augmentationEchelle des différences (%)

Légende résistivité apparente (Ω .m) Echelle (km) ou différence (%) rang de la mesure

3.3

n = 4 - 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Figure 19 : Calcul des résistivités apparentes prenant en considération le déport latéral des électrodes - dispositif de longueur 200 m.



17.3

8.6

7.1

16.1

6.7

5.5

7.6

5.2

7.2

5.9

6.0

5.8

7.4

3.8

7.5

5.1

10.2

4.4

8.2

3.6

5.0

6.1

4.7

4.8

3.5

4.1

5.1

2.1

5.0

4.2

4.3

4.2

4.6

2.9

(b) - Résistivité apparente corrigée de la position (X, Y GPS) des éléctrodes et de la topographie.


route CCD9



0400

8001200 1600

2000 2400 2800 3260 3600 4000 4400

n = 1 -

n = 2 -

n = 3 -

n = 4 -

n = 5 -

17.3 16.3 7.0 8.4 9.6 6.3 1.9 4.2 2.7

8.9 5.3 6.4 7.8 7.7 3.3 4.3 4.5

6.9 5.3 5.8 5.6 4.1 5.3 4.4

6.9 5.7 3.6 3.4 4.8 5.3

7.5 4.1 5.4 4.1

(a) - Résistivité apparente mesurée.

0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400

n = 1 -

n = 2 -

n = 3 -

n = 4 -

n = 5 -

-1.1 -2.9 2.7 -13.1 6.2 -8.4 1.8 -4.7 -0.6

-2.9 3.3 -8.3 -4.3 -0.5 -4.2 -0.2 -4.4

2.9 -6.5 -1.3 -8.5 2.2 -4.6 -0.5

-5.8 1.1 -6.1 -5.6 1.1 -4.4

2.1 -4.7 -6.2 1.7

(d) - Différence entre la résistivité apparente mesurée et la résistivité apparente corrigée de la position des électrodes (X et Y GPS).

0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400

n = 1 -

n = 2 -

n = 3 -

n = 4 -

n = 5 -

-0.1 -1.1 2.8 -11.2 6.3 -8.0 1.8 -4.1 -0.5

-4.0 4.6 -6.9 -4.4 -0.8 -3.6 -0.1 -4.3

1.6 -2.0 -1.4 -8.6 1.6 -4.7 -0.5

-4.1 2.7 -6.2 -5.5 0.9 -4.4

2.1 -4.7 -6.4 1.5

(c) - Ecart entre la résistivité apparente mesurée et la résistivité apparente corrigée de la position des électrodes (X, Y GPS) et de la topographie.

0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400

n = 1 -

n = 2 -

n = 3 -

n = 4 -

n = 5 -

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

conducteur résistantEchelle des résistivités apparentes (Ω.m)

-16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16

diminution augmentationEchelle des différences (%)

Figure 20 : Calcul des résistivités apparentes prenant en considération le déport latéral des électrodes - dispositif de longueur 400 m. La légende est identique à celle de la figure 19.



Figure 21 : Calcul des résistivités apparentes prenant en considération le déport latéral des électrodes - dispositif de longueur 800 m.



Le résultat de l’inversion est illustré par la figure 22.

-1000

-900

-800

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

Altit

ude

(m)


route CCD9



0400

8001200

16002000 2400 2800 3260 3600 4000 4400

R1

R2

C1

C2

1.5 2.9 5.5 10.5 20 38 72 138

conducteur résistantEchelle des résistivités (Ω.m)

Légende contact géoélectrique

structure conductrice structure résistante axe conducteur axe résistant topographie n° de station (m)

C1R2

2000 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Echelle (km)

La MoyaLa Vigie

Figure 22 : Interprétation des résultats d’inversion des mesures électriques.

L’inversion des mesures électriques révèle une alternance de couches horizontales résistantes et conductrices, mais ne permet pas de mettre en évidence d’anomalie significative au niveau du lac Dziani, cible de l’étude, l’autre cible située au niveau de la Plage de l’Aéroport étant hors de la portée des mesures électriques effectuées. Néanmoins, un contact géoélectrique apparaît au niveau de la route de Moya, peut-être lié à la présence des intrusions anciennes révélée par les mesures magnétiques (anomalie B1, fig. 5).

La figure 23 présente les résultats d’une inversion des mesures incorporant une méthode de lissage horizontal. Elle reflète donc la structure, en termes de résistivité, à plus grande longueur d’onde spatiale. Cette inversion met en évidence une couche plus résistante d’épaisseur moyenne environ 100 m, présente au sud du profil et prenant fin au niveau du Lac Dziani, qui rompt la séquence régulière de couches conductrices et résistantes observée en profondeur du nord au sud du profil, et en surface au nord. Ce contact semble mettre en évidence une discordance sous la Vigie.

Les deux résultats présentés sur les figures 22 et 23 ne permettent pas de mettre en évidence des variations de résistivité dont la géométrie laisserait suspecter la présence d’un système hydrothermal sous le lac Dziani. La portée de cette conclusion est, néanmoins, réduite par la profondeur d’investigation limitée à 500-600 m sous le lac Dziani du fait de la longueur du profil de mesure, qui n’autorise pas une investigation plus profonde.



-1000

-900

-800

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

Altit

ude

(m)


route CCD9



0400

8001200

16002000 2400 2800 3260 3600 4000 4400

R1

R2

C1

C2

1.5 2.9 5.5 10.5 20 38 72 138

conducteur résistantEchelle des résistivités (Ω.m)

Légende contact géoélectrique

structure conductrice structure résistante axe conducteur axe résistant topographie n° de station (m)

C1R2

2000 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Echelle (km)

La MoyaLa Vigie

Figure 23 : Interprétation des résultats de l'inversion avec lissage



5. Résultats des tests de sondage MT

Des tests de sondage MT ont été réalisés en Juin 2007 et novembre 2007 afin de tester l’applicabilité de la méthode dans les conditions de bruit électromagnétique de Petite Terre. Petite Terre concentre en effet plusieurs sources de bruit électrique et électromagnétique dont la Centrale thermique de Badamier, les agglomérations de Pamandzi et de l'Abattoir, l'aéroport et l'usine de dessalement de Pamandzi, réparties sur toute l’étendue de son petit territoire d’environ 10 km².

Trois sites d’expérimentation ont été étudiés (Figure 18) afin de rencontrer les différentes conditions de bruit électromagnétique :

- un site au sud, dans l’environnement difficile de l’aéroport où est également implantée l’usine de dessalement ;

- un site au nord, à proximité de la centrale électrique de Badamier ;

- deux sites centraux, implantés autant que possible à l’écart mais toutefois toujours à moins de 2-3 km des différentes sources de bruit électromagnétique.

Les tests de juin 2007 ont été réalisés sur les sites Nord et centraux en configuration de sondage simple avec un temps d’acquisition de 4 heures pour les basses fréquences (1- 0,001 Hz). Ces premiers résultats ont montré :

- d’une part, l’impossibilité de travailler dans la zone Nord, notamment du fait du parasitage important des voies électriques sur lesquelles des potentiels artificiels de plusieurs centaines de mV probablement associés à l’implantation de la centrale interfèrent avec les signaux naturels.

- D’autre part sur les sites de la zone centrale, une très mauvaise qualité des signaux dans la gamme des basses fréquences.

En novembre 2007, les tests ont été reconduits en augmentant le temps d’acquisition à 10 heures pour les basses fréquences et en utilisant une station de référence éloignée pour traiter les bruits non cohérents. Cette référence était installée sur un site isolé dans la partie centrale de Grande Terre.

L’impossibilité de travailler dans la zone Nord est confirmée. En revanche, pour les sondages réalisés dans la partie centrale et Sud, la période d’acquisition de 10 heures permet d’obtenir des signaux assez cohérents jusque vers 0,005 Hz à l’exception d’une perte de cohérence nette centrée sur 0,1 Hz (Figure 24, en haut). Les quelques traitements préliminaires réalisés à ce jour soit par édition des signaux temporels, soit en utilisant la référence éloignée (Figure 24, au centre et en bas) montrent que la cohérence dans cette gamme peut être significativement améliorée.



Les conditions de mesure restent, néanmoins, difficiles comme cela est indiqué par la répétition de sondages sur un même site qui présentent des différences de qualité de signal significatif d’un jour à l’autre.

En conclusion, les tests réalisés démontrent la possibilité d’utiliser la méthode MT pour sonder les zones centrales et sud de l’île jusque vers 0,005 Hz (environ 5 km de profondeur d’investigation pour une résistivité de 1 ohm.m). Une méthodologie de mesure adéquate a été définie qui met en œuvre une station de référence éloignée (sur Grande Terre) et un temps d’acquisition d’au moins 10 heures pour les basses fréquences. Les variations des conditions d’environnement électromagnétique d’un jour à l’autre impliquent, néanmoins, que certains sondages devront être répétés afin d’obtenir une qualité suffisante et uniforme sur l’ensemble de l’étude.



Figure 24 : Sondage MT de la zone de l’aéroport, mode XY. De haut en bas : traitement stack global, stack sélectif et en utilisant la référence lointaine.



6. Conclusions

L’interprétation de la carte magnétique montre que les anomalies les plus intenses se superposent généralement à des cônes basaltiques connus. Ces anomalies sont, pour la plupart, monopolaires après réduction au pôle, ce qui indiquerait une aimantation induite (parallèle à la direction du champ magnétique actuel). On observe ainsi un axe magnétique principal d’orientation N170 qui s’étend de l’aéroport, au sud, jusqu’à la localité de Totorossa, au nord. Cet axe parait lié aux édifices basaltiques de l’ouest de l’ile de Petite Terre (Mirandole, Totorossa, Bahoni). Les volcans trachytiques plus récents (la Vigie et Dziani) ont une signature magnétique de faible amplitude, ce qui implique une absence de racine magnétique sous ces intrusions. En revanche, entre ces deux édifices et au sud de celui de la Vigie, des anomalies, qui ne se superposent à aucune formation volcanique affleurante, s’organisent selon un axe également d’orientation N170. Cet axe magnétique pourrait marquer l’une des failles à la faveur desquelles les édifices de la Vigie et de Dziani se sont mis en place, et correspondre à des intrusions basaltiques anciennes, apparues à la faveur du même accident. Enfin, sur la Plage de l’Aéroport, on observe une forte anomalie qui englobe le site de dégagement gazeux et présente une polarité Est-Ouest. Une telle polarité pourrait signaler une aimantation rémanente et indiquer un âge de mise en place différent de celui des autres corps magnétiques. Cette dernière anomalie pourrait donc être liée à une intrusion n’ayant pas atteint la surface, qui ne serait contemporaine ni du volcanisme basaltique ancien (aimantation induite), ni du volcanisme trachytique de Dziani (polarité Nord-Sud).

Après compilation et correction des effets topographiques et bathymétriques, on constate que l’anomalie gravimétrique reste influencée par le relief quelle que soit la densité de correction choisie pour le calcul de l’anomalie de Bouguer. Cette corrélation reflète une réelle différence lithologique entre les sommets, plus légers, car constitués de ponces et de cendres trachytiques et le soubassement de ces édifices, plus denses, car formé de calcaires coralliens et de basaltes. La carte d’anomalie de Bouguer est, de ce fait, principalement marquée par la zone de gradient allongée nord-sud qui sépare un domaine léger, à l’est, correspondant aux reliefs volcaniques les plus récents, d’un domaine dense, à l’ouest, marqué par des intrusions basaltiques plus anciennes. La modélisation quantitative 2D d’un profil Nord-Sud recoupant les édifices de Dziani et de la Vigie et s’étendant, vers le sud jusqu’à la plage de l’aéroport, montre que les effets des reliefs volcaniques légers n’expliquent pas totalement les anomalies observées et que des hétérogénéités de densité profondes sont probablement présentes. La structure la plus significative est un corps lourd superficiel, localisé sous le site de dégagement gazeux de la plage de l’aéroport et corrélé avec un corps magnétique. Il faudrait donc pouvoir vérifier si cette structure, qui pourrait correspondre à une intrusion magmatique est récente et si elle est responsable du dégagement gazeux et est associée à des circulations de fluides géothermaux. En revanche, au niveau du lac Dziani, aucune hétérogénéité de densité n’est mise en évidence et on n’observe pas d’anomalie magnétique.



Enfin, les mesures électriques ne révèlent pas d’hétérogénéité spatialement localisée, mais plutôt l’alternance de matériaux plus ou moins conducteurs disposés en couches horizontales. Une possible discordance apparaît au sud de l’île, affleurante au niveau du lac Dziani. Néanmoins il n’a pas été possible dans le cadre de cette première campagne de poursuivre le profil électrique sous la Plage de l’Aéroport. En effet les les conditions de mesure rencontrées (qui correspondent aux limites de la méthodologie utilisée) ont d’une part considérablement retardé l’avancement de la campagne et des conditions encore plus défavorables sont d’autre part attendues sur le rivage, dans ce secteur.

La combinaison des résultats des trois techniques d’exploration géophysique employées n’a pas mis en évidence d’anomalies permettant de conclure sur la présence d’un système hydrothermal sous le lac Dziani. En revanche, les mesures magnétiques et gravimétriques ont permis de détecter l’existence d’une anomalie positive superficielle sous le site de dégagement gazeux de la Plage de l’Aéroport, qui pourrait traduire la présence d’une intrusion magmatique non affleurante, responsable des dégazages et qui demanderait à être confirmée. Dans le cadre de la deuxième étape de ce projet et conformément au cahier des charges correspondant, des investigations complémentaires méritent d’être poursuivies pour mieux caractériser ce site en profondeur. Celles-ci consisteront à approfondir et affiner la reconnaissance géologique et géochimique de ce site ainsi qu’à finaliser la réalisation du panneau électrique vers le Sud, le long du rivage oriental, au moyen d’une méthodologie améliorée par rapport à celle utilisée pendant la première étape du projet. En fonction des résultats obtenus par ces méthodes, il pourra également être envisagé de réaliser la couverture par sondages magnétotelluriques (MT) d’un secteur s’étendant du sud du Lac Dziani, au Nord, à la zone de l’aéroport, au Sud, pour accroître la profondeur d’investigation.



7. Bibliographie

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Debeglia N., 2005. Inversion des données microgravimétriques par corps compact 2-D, tomographie probabiliste et déconvolution d’Euler. Rapport BRGM/RP-53828-FR, 62 p., 31 ill.

Loke, M.H., Barker, R. D., 1996. Rapid least-squares inversion of apparent resistivity pseudosections by a quasi-Newton method. Geophys. Prospect., 44.

Perrin J., 2004. Relecture des données de géophysique gravi et mag acquises durant la campagne Bathy-Mayotte. Note inédite juillet 2004.

Traineau H., Sanjuan B., Brach M., Audru J.-C., 2006. Etat des connaissances du potentiel géothermique de Mayotte. Rapport BRGM/RP-54700-FR, 82 p., 31 ill., 2 ann.



Annexe 1

Inversions gravimétriques complémentaires du profil P1



La méthode du corps compact utilisée pour l’inversion est décrite dans le rapport BRGM/RP-5382-FR.

Contraintes pour l’inversion présentée dans la figure 17 du rapport

Les contraintes utilisées pour les différentes partie de la section du modèle schématisée figure a1-1 sont les suivantes :

o corps 1 : bornes sur les contrastes de densité : -0.5 à -0.7, minimisation de la surface du corps,

o corps 2 : bornes sur les contrastes de densité : -0.4 à +0.4, minimisation du moment par rapport au centre de gravité,

o corps 3 à 5 : bornes sur les contrastes de densité : -0.4 à +0.4, minimisation du moment par rapport au centre de gravité la surface du corps.

Figure a1- 1 : Découpage de la section du modèle en domaines d’inversion.



Première inversion complémentaire (figure a1-2)

• Contraintes pour la structure 2, située sous la plage de l’aéroport :

o Structure affleurante,

o Bornes pour le contraste de densité : -0.4 à +0.6

• Autres structures : inchangées

Figure a1- 2 : Inversion complémentaire avec structure 2 affleurante.



Deuxième inversion complémentaire (figure a1-3)

• Contraintes pour la structure 2, située sous la plage de l’aéroport :

o Structure à plus de 300 m,

o Bornes pour le contraste de densité : -0.4 à +0.6

• Autres structures : inchangées

Figure a1- 3 : Inversion complémentaire avec structure 2 à 300 m de profondeur.

Autres essais

• Contraintes pour la structure situées sous la plage de l’aéroport : Pour un toit situé à plus de 300 m de profondeur, il ne parait pas possible de rendre compte de l’anomalie observée.



Annexe 2

Statistiques sur les mesures électriques



0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5n

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

Ecar

t typ

e (Ω

.m)

(c) - Relation écart type - n.

0.01 0.1 1 10Vmn (V)

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

Ecar

t typ

e (Ω

.m)

(d) - Relation écart type - potentiel mesuré Vmn.

1 102 3 4 5 6 7 89 20 30 4050

ρa (Ω.m)

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

Ecar

t typ

e (Ω

.m)

(e) - Relation résistivité apparente - écart type.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Ecart type (%)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Fréq

uenc

e (%

)

(b) - Histogramme des écarts types (%).

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2Ecart type (Ω.m)

0102030405060708090

100110120130140150

Fréq

uenc

e (n

ombr

e d'

écha

ntillo

ns)

(a) - Histogramme des écarts types (Ω.m).

Légende

occurence

occurences cumulées interpolation des occurences cumulées distribution D=200 m D=400 m D=800 m courbe interpolée barre d'erreur

Figure a2- 1 : Statistiques pour l’évaluation de la qualité des mesures de résistivité.



0 5 10 15 20Ecart (%)

Occ

uren

ce (%

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Légende

occurences cumuléesinterpolation desoccurences cumulées

(a) - Histogramme global des écarts.

Légende

occurence D=200 moccurence D=400 m

(b) - Histogrammes des écarts D=200 et 400 m.

Figure a2- 2 : Statistiques des reprises

Centre scientifique et technique

Service ARN/RSC 3, avenue Claude-Guillemin

BP 6009 – 45060 Orléans Cedex 2 – France – Tél. : 02 38 64 34 34

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