Recherche D'eaux Souterraines Par Les

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

Domaine SCIENCES ET TECHNOLOGIES Mention PHYSIQUE ET APPLICATIONS

Rapport de stage

Pour l’obtention du DIPLOME DE MASTER en PHYSIQUE ET APPLICATIONS Parcours : PHYSIQUE DU GLOBE Spécialité : GEOPHYSIQUE APPLIQUEE Intitulé :

RECHERCHE D’EAUX SOUTERRAINES PAR LES METHODES DE

PROSPECTION ELECTRIQUE ET ELECTROMAGNETIQUE DANS LES COMMUNES RURALES DE MASIABOAY ET DE BEANTAKE,

DISTRICT DE BETIOKY ATSIMO, REGION ATSIMO ANDREFANA

Présenté le 29 Juin 2016

Par RAZANATSIMBA Odon Vahatriniaina

Devant la commission d’examen composée par :

Président : RAMBOLAMANANA Gérard Professeur Titulaire Rapporteur : RATSIMBAZAFY Jean Bruno Professeur Titulaire Examinateur : RAKOTO Heritiana A. Maître de conférences

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO Domaine SCIENCES ET TECHNOLOGIES Mention PHYSIQUE ET APPLICATIONS

Rapport de stage Pour l’obtention du DIPLOME DE MASTER en PHYSIQUE ET APPLICATIONS Parcours : PHYSIQUE DU GLOBE Spécialité : GEOPHYSIQUE APPLIQUEE Intitulé :

RECHERCHE D’EAUX SOUTERRAINES PAR LES METHODES DE PROSPECTION ELECTRIQUE ET ELECTROMAGNETIQUE DANS LES COMMUNES RURALES DE MASIABOAY ET DE BEANTAKE, DISTRICT DE BETIOKY ATSIMO, REGION ATSIMO ANDREFANA

Présenté, le 29 Juin 2016

Par RAZANATSIMBA Odon Vahatriniaina

Devant la commission d’examen composée par :

Président : RAMBOLAMANANA Gérard Professeur Titulaire Rapporteur : RATSIMBAZAFY Jean Bruno Professeur Titulaire Examinateur : RAKOTO Heritiana A. Maître de conférences

REMERCIEMENTS

Dans le cadre de la réalisation de mon mémoire de Master, je tiens à remercier les personnes qui m’ont apporté leur aide et qui ont également contribué à l’élaboration de ce mémoire.

J’exprime particulièrement mes sincères remerciements à :

 Monsieur RAHERIMANDIMBY Marson, Professeur Titulaire, Responsable du Domaine Sciences et Technologies, de m’avoir accueilli au sein du Domaine.  Monsieur RAKOTONDRAMIARANA Hery Tiana, Maître de conférences, Responsable de la Mention Physique et Applications, de m’avoir autorisé à soutenir ce mémoire.  Monsieur RAMBOLAMANANA Gérard, Professeur Titulaire, Directeur de l’Institut et Observatoire de Géophysique d’Antananarivo (IOGA), Responsable du Laboratoire de Sismologie et Infrasons de l’IOGA et Responsable du parcours Physique du Globe, de m’avoir accueilli dans cet Institut en tant qu’étudiant chercheur et accepter de bonne grâce de présider cette présentation malgré ses lourdes responsabilités et de ses préoccupations.  Monsieur RATSIMBAZAFY Jean Bruno, Professeur Titulaire, Enseignant Chercheur au sein du domaine sciences et technologie, chercheur au Laboratoire de Géophysique Appliquée de l’IOGA, mon encadreur pédagogique, qui a consacré son temps pour assurer la progression de mon travail et qui m’a fait bénéficier de ses expériences et précieux conseils malgré ses multiples activités.  Monsieur RAKOTO Heritiana A., Maître de conférences, enseignant chercheur au sein du domaine science et technologie, chercheur au Laboratoire de Géophysique Appliquée de l’IOGA, je lui adresse mes sincères remerciements d’avoir accepté de juger le présent mémoire.

Je tiens aussi à remercier l’équipe qui m’a accompagné sur le terrain grâce à leur encouragement et leur gentillesse, j’ai vraiment appris le sens du travail en équipe. Je n’oublie pas mes amis et toutes les personnes qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce mémoire. Enfin, je tiens particulièrement à remercier ma maman et toute ma famille pour leurs soutiens moraux et surtout financiers, sans lesquels, je n’aurais jamais pu mener à terme mes études. SOMMAIRE

LISTE DES ABREVIATIONS ET ACRONYMES LISTE DES FIGURES LISTE DES TABLEAUX INTRODUCTION Partie I : PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE

I.1. Contextes géographique et administratif

I.2. Contexte géologique

I.3. Contexte climatique

I.4. Contexte hydrologique

Partie II : RAPPELS METHODOLOGIQUES ET MATERIELS UTILISES

II.1. Généralités sur le cycle hydrologique

II.2. L’hydrogéologie

II.2. Choix des méthodes

II.3. Méthodes de prospection électrique et électromagnétique

II.4. Acquisition des données

Partie III : PRESENTATION DES RESULTATS ET INTERPRETATION DES DONNEES

III.1. Présentation des résultats

III.2. Résultats et interprétation

CONCLUSION

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

ANNEXES

TABLE DES MATIERES

RAZANATSIMBA Odon V. i Master

LISTE DES ABREVIATIONS ET ACRONYMES

2D : Deux dimensions BD 500 : Base de données à l’échelle de 1/500.000ème CR : Commune Rurale ddp: Différence de potentiel EM : Electromagnétisme E-R : Emetteur-Récepteur ETP : Evapotranspiration potentielle ETR : Evapotranspiration réelle f.e.m : Force électromotrice FTM : Foibe Taosaritanin’i Madagasikara IOGA : Institut et Observatoire de Géophysique d’Antananarivo ITE : Image par Tomographie Electrique N/S/E/W : Nord/Sud/Est/Ouest RCM : Remote Control Multiplexer RMS: Root Mean Squared error RN: Route Nationale SAP : Système d’Alerte Précoce SEV : Sondage électrique Vertical TDEM : Time Domain Electromagnetism WWF: World Wide Fund

RAZANATSIMBA Odon V. ii Master

LISTE DES FIGURES Figure 1 : Carte administrative de la zone d’étude (BD 500, FTM) ...... 4 Figure 2 : Carte géologie CR Masiaboay (PGRM 2008, BD 500) ...... 6 Figure 3 : Carte géologie CR Beantake (PGRM 2008, BD 500) Erreur ! Signet non défini. Figure 4 : Affleurements de grès argileuses à Masiaboay ...... 8 Figure 5 : Formations sédimentaires à Beantaka ...... 9 Figure 6 : Variation de la pluviométrie enregistrée par la station de Betioky Sud (SAP, 2011) ………………………………………………………………………………………..10

Figure 7 : Carte hydrologique de la zone d’étude. (BD 500, FTM) ...... 11 Figure 8 : Cycle de l’eau ...... 14 Figure 9 : Présentation schématique de la nappe libre ...... 15 Figure 10 : Présentation schématique de la nappe captive ...... 16 Figure 11 : Présentation schématique de la nappe semi-captive ...... 16 Figure 12 : Principe et diagramme temporel de sondage TDEM (Descloitres M, 1998) ...... 19 Figure 13 : Principaux dispositif de mesure en TDEM (d’après Descloitres en 1998, modifié) ...... 19 Figure 14 : Appareils de mesures électromagnétiques ...... 20 Figure 15 : Schéma du dispositif d’injection de courant dans le sous-sol ...... 21 Figure 16 : Dispositif Schlumberger ...... 24 Figure 17 : Principe du panneau électrique pour 20 électrodes (Tutorial Res2Dinv) 26 Figure 18 : Résistivimètre Syscal R2 et ses accessoires ...... 27 Figure 19 : Zone d’intervention (BD 500) ...... 28 Figure 20 : Exemple de coupe géoélectrique, représentation des distributions latérale et en profondeur des résistivités ...... 28 Figure 21 : Exemple de courbe de sondage électrique ...... 29 Figure 22 : Exemple de courbe de sondage TDEM ...... 30 Figure 23 : Plan de masse du fokontany Ankililaza ...... 31 Figure 24 : Coupe géoélectrique obtenue à partir du panneau électrique P1 et P2 .... 32 Figure 25 : Courbe de sondage électrique SE1 obtenue au point P01 ...... 33 Figure 26 : Courbe de sondage TDEM1 obtenue au point P01 ...... 34 Figure 27 : Coupe géoélectrique obtenue à partir du panneau électrique P3 ...... 34 Figure 28 : Courbe de sondage électrique SE2 obtenue au point P02 ...... 35 Figure 29 : Courbe de sondage TDEM2 obtenue au point P02 ...... 36 Figure 30 : Plan de masse du Fokontany Anjambalo ...... 37 Figure 31 : Coupe géoélectrique obtenue à partir du point P03 ...... 38 Figure 32 : Courbe de sondage électrique obtenue à partir du sondage SE3 ...... 38 Figure 33 : Courbe de sondage TDEM3 obtenue au point P03 ...... 39 Figure 34 : Coupe géoélectrique obtenue du panneau P5 au point P04 ...... 40 Figure 35 : Courbe de sondage obtenue au point P04 ...... 41 Figure 36 : Courbe de sondage TDEM obtenue au point P04 ...... 41 Figure 37 : Plan de masse du fokontany Andamilamy ...... 42

RAZANATSIMBA Odon V. iii Master

Figure 38 : Coupe géoélectrique obtenue sur P04 ...... 43 Figure 39 : Coupe géoélectrique obtenu sur P04’ ...... 44 Figure 40 : Plan de masse du Fokontany Andranotakatra...... 44 Figure 41 : Coupe géoélectrique obtenue à partir du panneau P8 à Andranotakatra . 45 Figure 42 : Courbe de sondage obtenue à partir du sondage électrique SE5 à Andranotakatra ...... 46 Figure 43 : Coupe géoélectrique obtenue à partir du panneau P9 à Andranotakatra . 47 Figure 44 : Courbe de sondage obtenue à partir du sondage électrique SE6 à Andranotakatra ...... 48 Figure 45 : Représentation des blocs et des points de mesure (MARESCOT L., 2008) ...... I Figure 46 : Présentation de l'inversion d'une tomographie 2D dans Res2Dinv ...... II

RAZANATSIMBA Odon V. iv Master

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Coordonnées des points proposés pour l’implantation de puits ou forages ...... 48 Tableau 2 : Feuille de mesure en sondage électrique ...... IV Tableau 3 : Gamme de valeurs de résistivité apparente de quelques types de roches et des eaux ...... V

RAZANATSIMBA Odon V. v Master

INTRODUCTION

L’eau est un enjeu majeur pour l’avenir de l’humanité ; elle est primordiale pour le fonctionnement de la planète et pour la condition de vie humaine ; elle est aussi un facteur important dans le fonctionnement de l’économie d’un pays. Cependant, près d’un cinquième de la population mondiale vivent dans une zone où l’eau fait physiquement défaut et 500 millions de personnes sont menacés de subir le même sort (Journée mondiale de l’eau, Mars 2015). La pénurie d'eau est un phénomène à la fois naturel et d'origine humaine. Il y a suffisamment d'eau douce sur la planète pour six milliards d'êtres humains, mais sa répartition est inégale et trop d'eau est gâchée, polluée et gérée de façon non durable. Dans les pays défavorisés, les problèmes d'accès à l'eau ne sont pas toujours liés à l'absence de ressources en eau mais à un manque de moyens financiers ou/et une absence d'organisation pour la rendre potable, la stocker et la distribuer aux populations.

Madagascar fait partie de ces pays où l’eau potable constitue encore un problème, il est situé au quatrième rang des pays avec le plus bas taux d’accès à l’eau potable car seulement 40 % de la population y a accès (à l’Eau potable) (Journée mondiale de l’eau, mars 2015). La famine et les insuffisances alimentaires des Malagasy vivant dans le Sud de Madagascar sont la conséquence de ladite pénurie en eau. Il est donc plus qu’impératif de prendre en charge des mesures concrètes et durables pour aménager les ressources en eau souterraine de ces régions.

En ciblant particulièrement la région Atsimo-Andrefana, qui ne se révèle point être épargnée de l’insuffisance en eau, un projet intitulé " Accès en Eau sur le plateau Mahafaly", financé par le WWF, a été lancé afin de pouvoir y favoriser l’accès en eau.

Le présent mémoire intitulé «RECHERCHE D’EAUX SOUTERRAINES PAR LES METHODES DE PROSPECTION ELECTRIQUE ET ELECTROMAGNETIQUE DANS LES COMMUNES RURALES DE MASIABOAY ET DE BEANTAKE, DISTRICT DE BETIOKY ATSIMO, REGION ATSIMO ANDREFANA» a été élaboré dans le but d’implanter des points d’eau modernes dans chaque localité choisie ou Fokontany. Les études géologiques consistent à décrypter les propriétés hydrologiques des unités géologiques étudiées ;

RAZANATSIMBA Odon V. 1 Master les travaux hydrogéologiques ont pour objet de localiser dans chaque Fokontany les points les plus favorables pour la mise en place des puits.

Ainsi, trois volets principaux bien distincts ont été évoqués : La première partie comprend le contexte général de la zone d’étude. Elle citera les contextes aussi bien géographique et administratif que géologique, climatique et hydrologique. La deuxième partie vise à mettre en exergue les méthodes ainsi que les matériels nécessaires pour une bonne réalisation et un bon traitement des données du projet. La troisième partie expose les résultats obtenus avec interprétation afin de bien comprendre le cas de chaque localité étudiée. Une brève synthèse servira de conclusion, suivie de quelques propositions en perspective.

RAZANATSIMBA Odon V. 2 Master

Partie I : PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE

I.1. CONTEXTES GEOGRAPHIQUE ET ADMINISTRATIF Depuis 2004, Madagascar a été officiellement découpé en 22 régions. Ces régions proviennent d’un découpage des six anciennes provinces. Du point de vue « superficie », la région d’Atsimo-Andrefana occupe la première place avec une superficie totale de 66 714 km². Elle comprend 9 districts, 105 communes et 1562 Fokontany avec une densité moyenne de 24,63 habitants au km2 [11].

Notre étude a eu lieu dans cette région où, parmi les 12 communes du district de Betioky-sud, se trouvent la commune rurale de Masiaboay et celle de Beantake.

I.1.1. Commune rurale de Masiaboay Jadis, le village était nommé Ambararata. Au sud se trouve une mare, sur le trajet de la rivière Sakamena. Cette mare était infestée de crocodiles qui avaient exterminé les zébus et les moutons des villageois, d’où le changement du nom de village : Masiaboay (lieu où il y a de méchants crocodiles) [4]. La Commune rurale de Masiaboay est située à 22 km au Sud-Est de la ville de Betioky (60km en quittant la RN7 à Andranovory vers la RN10). Cette commune comprend 22 Fokontany et s’étend sur une superficie de 485 km².

Les communes voisines sont: - au Nord : Beantake, Betioky sud - au Sud : Beahitse, Ejeda - à l’Est : Betioky sud - à l’Ouest : Beheloka, Beantake

I.1.2. Commune rurale de Beantake

Le roi appelé LAVAHANA a choisi le village comme lieu de résidence car ses ancêtres y avaient vécu. Il était le descendant des roi TSIMITETY, LAHIMIHARY et TSIBIRY. Pendant la saison des pluies, l’endroit est tellement boueux qu’on lui a donné le nom de Belitsaka. Plus tard arrivaient des migrants venus d’Ampanihy et d’Ejeda, et le village s’étendait de plus en plus. Les gens pratiquaient l’élevage et l’agriculture, notamment la culture de dolique (appelé Antake localement, et Voanemba sur les hautes terres) qu’ils produisent beaucoup

RAZANATSIMBA Odon V. 3 Master jusqu’à présent. C’est pourquoi le village a pris un nouveau nom : Beantake (beaucoup de dolique) [3]. C’est une zone d’escarpement ayant une altitude moyenne de 300m, à 15km au Sud-Ouest de la ville de Betioky. La commune est composée de 11 Fokontany, couvre une superficie de 400km et est limitée par les communes voisines suivant : - au Nord : Betioky Sud et Tameantsoa - au Sud : Masiaboay - à l’Est : Betioky Sud - à l’Ouest : Betioky Sud

Figure 1 : Carte administrative de la zone d’étude (BD 500, FTM)

I.2. CONTEXTE GEOLOGIQUE I.2.1. Formation sédimentaire À la suite de l’orogenèse panafricaine, le domaine précambrien Malagasy est resté émergé jusqu’au carbonifère, où se déposent des assemblages semblables aux séries du Karroo d’Afrique Australe. La mise en place de ces séries sédimentaires correspond à une phase de rifting intracontinental, le “Rifting Karroo”, phase initiale de la dislocation du Gondwana, dès le Carbonifère Supérieur et jusqu’au Jurassique Inférieur. La série sédimentaire du Sud Malagasy est la plus complète car elle débute

RAZANATSIMBA Odon V. 4 Master en discordance sur le socle cristallin par la formation de la Sakoa affectée d’un plongement de 30° à 20°. Au-dessus, la formation de la Sakamena qui commence par une discordance avec des pendages allant brusquement de 20° à 10°. L’ensemble de ces deux formations, épais de plusieurs milliers de mètres, compose le super groupe de Karoo (PGRM, 2008). I.2.2. Géologie de la zone d’étude [6]

Le grand ensemble tabulaire du plateau Mahafaly (environ 8000 km²) repose sur les terrains du socle cristallin au Sud et sédimentaire ancien au Nord. La limite Est du plateau est marquée par une grande cuesta sub-méridienne. Il culmine dans sa partie Est, à environ 400 m d’altitude puis s’abaisse régulièrement quand on se rapproche de la mer pour atteindre une centaine de mètres au niveau de la falaise surplombant la plaine côtière. Ce plateau est généralement recouvert d’une épaisse carapace ou croûte calcaire qui ne laisse apparaître qu’exceptionnellement la roche en place. Légèrement incliné vers la mer, il est entaillé par plusieurs vallées, actuelles ou fossiles. Du nord au sud les plus importantes sont : - la vallée de l’Onilahy, encaissée et particulièrement sinueuse - le couloir d’Itomboina, vallée fossile rectiligne, de direction Est-Ouest qui se prolonge au Nord par la cuvette d’Ankazomanga. L’ensemble est remblayé par du Néogène continental surmonté d’épandages de sables roux. - La vallée de la Linta entaille quant à elle le plateau selon une direction Sud- sud-ouest / Nord-nord-est. Elle est à ce titre considérée comme un fleuve du Grand Sud. Contrairement au fleuve Onilahy. La Linta se perd complètement dans le sous- sol à son entrée dans les terrains calcaires, au sud de la ville d’Ejeda si bien qu’elle ne coule que quelques jours par an dans son cour inférieur qui est entièrement remblayé de sables et d’argiles. L’ensemble du plateau calcaire Mahafaly est constitué de terrain Eocènes On y distingue globalement - Un Eocène inférieur, rattaché à l’Yprésien, essentiellement calcaire mais plus ou moins gréseux vers le nord, à Lithothamniées et quelques alvéolines. Il affleure essentiellement dans la partie sud du couloir d’Itomboina jusqu’au droit de Nisoa. - Un Eocène moyen, rattaché au Lutétien, à Alvéolines, Orbitolines et Nummulites, surtout constitué par des calcaires et des calcaires argileux, sur une

RAZANATSIMBA Odon V. 5 Master

épaisseur de 100 à 150m. Il constitue le sommet du plateau Mahafaly au Nord du couloir d’Itomboina. - Un Eocène supérieur, à huîtres qui comprend des niveaux marneux. Il se développe bien dans la partie méridionale et orientale du plateau Mahafaly. Les figures suivantes (fig.2, fig.3) montrent la carte géologique pour le cas de Masiaboay et Beantake (aux environs du Nord-Est du plateau Mahafaly)

Figure 2 : Carte géologique CR Masiaboay (PGRM 2008, BD 500)

RAZANATSIMBA Odon V. 6 Master

Figure 3 : Carte géologique CR Beantake (PGRM 2008, BD 500)

I.2.2.1. La commune rurale de MASIABOAY I.2.2.1.1. Les unités géologiques Les formations qui s’affleurent dans la zone d’étude sont essentiellement constituées de formations sédimentaires. Ces formations sont meubles en surface mais, en profondeur, des lits bien marqués par une certaine compaction sont observées sur les affleurements sur les rives ou même dans les lits des rivières.

I.2.2.1.2. Formation superficielle Elle est formée essentiellement de carapace sableuse qui est caractérisée par une formation argilo-sableuse faiblement cimentée et meuble en surface. Son épaisseur varie de 2 à 5 mètres en masquant les formations géologiques en profondeur. Elle couvre presque toutes les régions de Masiaboay.

I.2.2.1.3. Formations en profondeur Argile à nodule : Stratigraphiquement, c’est la formation supérieure qui termine la série sédimentaire de la Commune de Masiaboay. Elle affleure à l’Ouest du village Masiaboay et formée principalement par des argiles gris verdâtres qui sont

RAZANATSIMBA Odon V. 7 Master marquées par une érosion très poussée. Seules les parties associées avec les minces couches de grès restent. Des grès et des schistes à Glossopètres se dépose en dessous de l’argile à nodule : c’est la plus puissante couche de la Sakamena. Cette formation s’étend environ sur une surface de 9 km et s’allonge sur la direction NNE-SSW. Vers l’Ouest du village de Masiaboay, l’alternance grès-schiste s’observe, mais vers la commune de Beantaka, la domination de grès s’observe. À cause de leur dureté et la résistance à l’érosion, les grès forment des roches dures dans les lits de rivières et constituent des escarpements en surface. La stratification entrecroisée est visible. Les schistes se débitent en plaquettes.

Figure 2 : Affleurements de grès argileux à Masiaboay

I.2.2.2. La commune rurale de BEANTAKE I.2.2.2.1. Les unités géologiques Les formations qui s’affleurent dans la zone d’étude sont aussi entièrement formées de formations sédimentaires. Ces formations sont meubles en surface mais en profondeur des lits bien marqués par une certaine compaction sont observés sur les affleurements sur les rives ou même dans les lits des rivières. D'Est en Ouest, les formations sédimentaires sont caractérisées par la progression des dépôts continentaux vers des dépôts lacustres et marins.

RAZANATSIMBA Odon V. 8 Master

Figure 3 : Formations sedimentaires à Beantaka I.2.2.2.2. Formation superficielle Elle est formée essentiellement de carapace sableuse qui est caractérisée par une formation argilo-sableuse faiblement cimentée et meuble en surface. Son épaisseur varie de 2 à 5 mètres en masquant les formations géologiques en profondeur. Elle couvre presque toutes les régions de Beantaka et de Betioky.

I.2.2.2.3. Formations en profondeur Grès à stratification entrecroisée : Stratigraphiquement, c’est la formation supérieure qui se superpose avec le schiste dans la Commune de Masiaboay. Elle affleure presque dans toute la commune de Beantaka et est formée principalement par des grains de quartz assimilable à des graviers. Ces graviers soulignent surtout les stratifications entrecroisées. Vers le Sud (Ereteke, Soarano et Ampasindava Sud, ces grés sont fortement ferrugineux. En partant de la commune de Beantake (Ampasindava), des affleurements de grés fortement ferrugineux sont observables le long de la route menant vers Itampolo et Ereteke.

I.3. CONTEXTE CLIMATIQUE

I.3.1. Pluviométrie La précipitation dans le Sud-Ouest malagasy est influencée par la présence de massifs, par le Canal de Mozambique ainsi que par la zone géographique située sous le Tropique du Capricorne. Voilà pourquoi les précipitations y sont extrêmement insuffisantes et irrégulières. Elles ne dépassent pas les 600mm par an dans l’ensemble de la région. Plus de 80% des précipitations, en moyenne, se font pendant

RAZANATSIMBA Odon V. 9 Master la saison humide (de Novembre à Mars), Janvier étant sans conteste le mois le plus arrosé. Au contraire, la période qui s’étend d’Avril en Octobre est remarquablement sèche ; les minima tournant autour de 2 à 2,5mm en Juillet. [14]

Figure 6 : Variation de la pluviométrie enregistrée par la station de Betioky Sud (SAP, 2011)

I.3.2. Température L’amplitude thermique est très élevée, les écarts prélevés à Tuléar vont de 6° à 40° C. La période la plus chaude se situe entre les mois de Janvier et Février et la plus froide entre les mois de Juin et Juillet avec une température moyenne annuelle de 25,9°C entre l’année 1996-2006 à Betioky-Sud [11]. L'évapotranspiration potentielle (ETP) y est de 1030,6 mm/an et l'évapotranspiration réelle (ETR) de 665,5 mm/an [1].

I.4. CONTEXTES HYDROLOGIQUE ET HYDROGEOLOGIQUE [14] La zone à étudier est drainée par la Sakamena, un affluent de l’Onilahy qui a un régime mixte. Son maximum hydrologique est lié au maximum pluviométrique. Ce qui fait que la plupart des cours d’eau des bassins versants de la zone s’assèchent mais ont souvent un sous écoulement. « Il est possible de rencontrer un peu d’eau dans les intercalations circulaires du groupe Sakamena mais ceci est peu épais. Les eaux de circulation superficielle qui se rencontrent en sous-écoulement sont de bonne potabilité chimique. » (Besairie H., Hydrologie de l’extrême Sud, fasc V, 1944)

RAZANATSIMBA Odon V. 10 Master

Dans la partie sédimentaire, la Sakamena est méandriforme présentant des tracés quadratiques ou coudés prouvant qu`elle est contrôlée par des fractures d`origine tectonique avec un certain basculement des blocs, Cette partie est essentiellement drainée par des réseaux secondaires.

Les crues surgissent souvent soudainement. Elles suivent immédiatement les fortes pluies. Les bas-fonds et terrasses sont inondés en forte pluie selon les riverains. Les hautes eaux ne durent que quelques mois (décembre-mars) avec une montée importante en janvier et une période d`étiage très marquée due aux températures élevées et une humidité atmosphérique très faible. Le débit de la Sakamena sur la route Ambatokapika Nord - Masiaboay est de l`ordre de 4,5 L/s (Mai 2013).

Figure 7 : Carte hydrologique de la zone d’étude. (BD 500, FTM)

I.4.1. Systèmes aquifères existants (Rapport final ECHYDRO ACF Betioky, 2013) Deux grandes familles de nappes peuvent se rencontrer dans la zone :

- Les nappes d`alluvions, libres, en zone alluviale jalonnant les cours des réseaux hydrographiques.

L`aquifère est constitué par des alluvions fluviatiles. On le rencontre au niveau des terrasses ou dans les bas-fonds. La potentialité dépend de l`épaisseur et de la nature des alluvions. Celles-ci sont très limitées dans la zone. Leur coefficient de

RAZANATSIMBA Odon V. 11 Master

perméabilité et de transmissivité sont respectivement de 5.10-3 m/s et 2.10-2 m2/s. Le débit spécifique peut atteindre 20 m3/h/m [1]

- Les nappes des formations sédimentaires des plateaux intérieurs, libres à captives.

Sous la carapace sableuse et sur l`épaisse argile rouge du Groupe de la Sakoa, la succession des couches de schistes et de grès dÌsalo peuvent former un ou plusieurs systèmes aquifères superposés potentiels á nappe libre ou en charge selon la puissance de la couche, le degré dàltération et la nature des schistes, la fracturation des grès (densité ou fréquence, longueur, ouverture). Le coefficient de perméabilité des grès est de lòrdre de 5.10-4 m/s avec un débit de 14 á 20 L/s. La transmissivité est de 2,8.10-5 m2/s pour un débit de 5 à 10 L/s. Cèst la cible principale pour lìmplantation en zone sédimentaire (Ralaimaro J., Mai 2013).

I.4.2. Délimitation des entités hydrogéologiques Les entités hydrogéologiques sont constituées par la zone d’alimentation, la zone de transition, et la zone d`exutoire.

I.4.2.1. Zone d’alimentation

En saison de pluies où il y a forte inondation, les eaux de crues alimentent les nappes souterraines malgré un écoulement très violent. La nappe assure le faible débit d`écoulement et sous écoulement des cours d`eau après la saison de pluies. Ce phénomène est prouvé par la physico-chimie des eaux de surface et de certains puits et forages plus ou moins semblables. La recharge est assurée par l`infiltration des eaux de pluie au niveau du bassin versant.

I.4.2.2. Zone de transition

En zone de formations compactes fracturées (socle ou sédimentaire), le bassin versant hydrographique coïncide souvent avec le bassin versant hydrogéologique. Les drainages (surface et souterrain) sont contrôlés par les réseaux de fracture vers lèxutoire. La vitesse d`écoulement dépend de la pente de la ligne piézométrique entre la zone dàlimentation et lèxutoire.

RAZANATSIMBA Odon V. 12 Master

I.4.2.3. Zone d`exutoire

A part les lignes de suintement observées le long des rivières, aucun exutoire des nappes souterraines n’est identifié dans la zone lors de notre passage. Le vidange se fait par l`évaporation et le captage direct par forage ou par des puits dans l`aquifère.

RAZANATSIMBA Odon V. 13 Master

Partie II : RAPPELS METHODOLOGIQUES ET MATERIELS UTILISES

II.1. Généralité sur le cycle hydrologique Le cycle hydrologique, c’est l’ensemble des processus de transformation et de transfert de l’eau à travers toute la planète. L’eau se transforme et se met en mouvement grâce à une « machine » thermique solaire. Les principaux processus sont (Fig.8) : l’évaporation des eaux des océans, l’évapotranspiration des eaux de continent, condensation de quelque jours dans l’atmosphère , puis la précipitation, le ruissellement/écoulement de surface, infiltration, percolation, écoulement souterrain.

Figure 8 : Cycle de l’eau

II.2. L’hydrogéologie L’hydrogéologie est la science des eaux souterraines. Cette science étudie les interactions entre les structures géologiques du sous-sol (nature et structures des roches, des sols) et les eaux souterraines ainsi que les eaux de surface. L’hydrogéologie, science de l’eau souterraine, a pour finalité la planification de l’exploitation des aquifères ou nappes d’eau souterraine.

II.2.1. Concept d’aquifère Un aquifère (du latin aqua= eau; fere= porter) est une formation hydrogéologique perméable permettant l’écoulement significatif d’une nappe d’eau

RAZANATSIMBA Odon V. 14 Master souterraine et le captage de quantités d’eau appréciables, par des moyens économiques.

II.2.2. Les eaux souterraines Les eaux souterraines proviennent de l’infiltration des eaux de pluie dans le sol. Celles-ci s’insinuent par gravité dans les pores, les microfissures et les fissures des roches, humidifiant des couches de plus en plus profondes, jusqu’à rencontrer une couche imperméable. Les eaux souterraines s’accumulent, remplissant le moindre vide, saturant d’humidité le sous-sol, formant ainsi un réservoir d’eau souterraine appelé aquifère ; c’est une formation hydrogéologique conductible permettant l’écoulement significatif d’une nappe d’eau souterraine et le captage d’eau de quantité appréciable.

II.2.3. Les nappes

La nappe d'eau souterraine est constituée par l'ensemble des eaux comprises dans la zone saturée de l'aquifère dont toutes les parties sont en continuité hydraulique. On distingue différents types de nappes :

II.2.3.1. Nappe libre

La base de l’aquifère constitué par le substratum est imperméable. La limite supérieure est perméable : la surface piézométrique peut s’élever ou s’abaisser librement dans la formation hydrogéologique perméable formant le réservoir.

Figure 9 : Présentation schématique de la nappe libre

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II.2.3.2. Nappe captive

Contrairement, à l’aquifère à nappe libre, les eaux souterraines sont emprisonnées entre deux formations imperméables fixes et elles sont soumises à une charge hydraulique de valeur supérieure à la pression atmosphérique.

Figure 10 : Présentation schématique de la nappe captive II.2.3.3. Nappe semi-captive Le toit, le substratum ou les deux sont constitués par une formation hydrogéologique semi imperméable. Celle-ci permet dans certaines conditions des échanges d’eau avec un aquifère superposé ou sous-jacent. On appelle drainance le passage d’un flux d’eau à travers une formation semi-perméable à partir ou à destination d’un aquifère contigu supérieur ou inférieur.

Figure 11 : Présentation schématique de la nappe semi-captive

II.3. Choix des méthodes Pour l’hydrogéologue, les méthodes géophysiques sont des outils susceptibles de répondre à des questions relatives aux eaux souterraines. Mais pour que les

RAZANATSIMBA Odon V. 16 Master méthodes géophysiques puissent apporter un maximum d’information, il faut de la part des hydrogéologues des interrogations biens précises. Notre choix de méthodes et de techniques de mesures ainsi que leur mise en œuvre et les interprétations des données acquises sur le terrain, sont guidés par les interrogations spécifiques au contexte de notre étude. Les méthodes électriques et électromagnétiques, par la mesure de la résistivité électrique du sous-sol, permettent d’obtenir des informations sur la structure géoélectrique. Elles sont considérées comme des outils d’investigation profonde complémentaire en hydrogéologie, apportant de ce fait des données indispensables sur la géométrie du réservoir potentiel et sur sa nature lithologique. La méthode électrique en courant continu en tant que méthode d’investigation rapide de la structure géologique ou hydrogéologique, maîtrise bien la résolution latérale et verticale (profondeur d’investigation) ; elle est mieux adaptée à une recherche peu profonde.

Les méthodes électromagnétiques permettent de localiser et de décrire les formations conductrices (position du toit, valeur de résistivité) avec plus de précision et plus de profondeur d’investigation que les méthodes de courant continu ; elles sont peu sensibles aux variations latérales superficielles de résistivité. La mise en œuvre du sondage électromagnétique est plus simple et la mesure plus rapide que pour un sondage électrique équivalent.

Compte tenu de ces caractéristiques, l’utilisation simultanée de ces deux méthodes pourrait produire des informations complémentaires dans notre travail.

II.4. Méthodes de prospection électrique et électromagnétique Dans cette partie, nous allons décrire les méthodes utilisées lors de la descente sur terrain.

II.4.1. Méthode électromagnétique temporelle ou TDEM Le TDEM (Time Domain Electromagnetism) est le terme classique utilisé dans les pays anglo-saxons. C’est une méthode de sondage EM à source contrôlée en domaine temporel permettant de localiser des corps conducteurs dans le sol lorsque la résistivité de l’encaissant et de la cible contrastent de manière importante.

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II.4.1.1. Principe de mesure en STDEM La méthode électromagnétique TDEM utilise le phénomène de diffusion d'un champ électromagnétique transitoire. Un courant de haute intensité est émis dans une boucle émettrice posée à la surface du sol : il crée un champ magnétique primaire. Ce courant est interrompu brutalement à intervalle régulier. Selon la loi de Faraday, des courants induits apparaissent dans le sous-sol après la coupure. Ces courants induits produisent un champ magnétique secondaire dont les variations (∂B/∂t) peuvent être enregistrées grâce à une boucle réceptrice qui peut être la même boucle que la boucle émettrice (dispositif coïncident) ou qui peut être une boucle plus petite placée soit au centre de la boucle d’émission (dispositif central), soit écartée du centre (dispositif offset). Une force électromotrice (f.e.m.) est engendrée par ce champ en forme d’impulsion dans le terrain et cette force électromotrice induite dans le sous-sol, produit des courants analogues aux courants de Foucault. Le champ secondaire est décroissant dans le temps. Plus le temps considéré est grand, plus l’information obtenue est profonde. L’étude de la forme de sa décroissance se traduit par une courbe de sondage reliant la résistivité apparente (en ordonnée) au temps (en abscisse) de façon analogue aux sondages électriques à courant continu. La profondeur d’investigation maximale est liée à la taille de la boucle émettrice.

a = résistivité apparente en m -7 0 = 410 , perméabilité magnétique t = temps d’injection en secondes L = longueur du côté de la boucle d'émission en m S = surface équivalente de la bobine de réception I = courant injecté en Ampère V = tension dans la bobine réception au temps t

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Figure 12 : Principe et diagramme temporel de sondage TDEM (Descloitres M, 1998)

II.4.1.2. Les dispositifs émetteur-récepteur Il existe plusieurs types de configurations des boucles émettrice-réceptrice qui peuvent servir à la réalisation des mesures électromagnétiques telles que : - dispositif à boucles coïncidentes - dispositif central, - dispositif avec « offset ».

Figure 13 : Principaux dispositifs de mesure en TDEM (d’après Descloitres en 1998, modifié) Dans notre étude, on a choisi de préférence le dispositif à boucles coïncidentes.

Dispositif coïncident : Les dispositifs à boucles coïncidentes où un seul câble est utilisé à la fois comme émetteur et récepteur présentent deux avantages. Le premier est d’avoir une grande surface de réception, ce qui amplifie le signal du champ secondaire, le second étant de n’avoir qu’un seul câble à disposer au sol.

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II.4.1.3. Acquisition des données L’acquisition des données a été réalisée en utilisant une boucle émetteur/récepteur de 25x25 mètres. Une fois les mesures terminées, les résultats sont affichés sur l’interface du logiciel TEM-Fast. Ensuite, il faut les sauvegarder pour pouvoir les traiter et les interpréter ultérieurement.

II.4.1.4. Traitement des données Les données enregistrées dans le TEM-FAST seront traitées à l’aide du logiciel TEM-RES. Ce logiciel effectue les calculs directs des réponses TEM pour des sections de couches suivant la méthode d’Anderson(1979) et le principe d’approximation proposée par Stoyer(1990). Il effectue ensuite une inversion des données selon la méthode des moindres carrées en utilisant l’algorithme de calcul de « Ridge regression » décrite par Inman(1975). Les résultats obtenus sont des courbes de sondage TDEM, de la résistivité en fonction de la profondeur. Ils seront par la suite interprétés.

II.4.1.5. Matériels de prospection utilisée

Figure 14 : Appareils de mesures électromagnétiques Pour une prospection réussie, quelques outils interdépendants sont nécessaires (figure). Une batterie alimente le petit système équipé d’un ordinateur portable, d’une boucle de fil E-R ainsi que d’un Résistivimètre TEMFAST 48HPC.

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II.4.2. Méthode électrique

II.4.2.1. Généralités La prospection électrique est une des méthodes géophysiques, appliquée à l'exploration du sous-sol, par sondage vertical ou par profilage. Les méthodes électriques en courant continu ont été développées dès 1911 par Schlumberger. Elles mesurent la résistivité électrique du sous-sol, plus précisément la résistivité apparente en considérant que le sous-sol est hétérogène. Les méthodes classiques de mesures de la résistivité du sous-sol par injection du courant continu reposent toutes sur le même principe.

II.4.2.2. Principes généraux

Le principe de la méthode électrique en courant continu consiste à injecter un courant électrique dans le sol par l’intermédiaire de deux électrodes, A et B, dites de courant ou d’injection. Deux autres électrodes, M et N, appelées électrodes de potentiel sont utilisées pour mesurer la différence de potentiel observée entre ces deux points produite par ce courant à une certaine distance des électrodes d’injection.

Figure 15 : Schéma du dispositif d’injection de courant dans le sous-sol

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 Résistivité apparente

Puisque l’intensité du courant est connue et que la différence de potentiel est mesurée, il est alors possible de déterminer quelle est la résistivité apparente du sol étudié. Cette résistivité électrique apparente dépend de la configuration des électrodes de courant et de potentiel. La résistivité électrique apparente ρa peut être exprimée en fonction de la différence de potentiel et de l’intensité du courant (Ward, 1990):

Avec

ρa : Résistivité apparente en [Ωm] K : Facteur géométrique qui dépend de la configuration des électrodes en [m] I : intensité du courant injectée dans le sous-sol par les électrodes AB en [A] ΔV : différence de potentiel entre les électrodes MN en [V]

En effet, le potentiel créé par courant I injecté en un point est donnée par :

Avec r : distance entre l’électrode d’injection de courant et l’électrode de mesure de potentiel

D’où, les expressions des potentiels en A et B sont données par :

= et =

Au point M, on a : =

( )

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De même pour le point N :

( )

La différence de potentiel entre M et N s’écrit alors :

V= = ( )

La résistivité au centre du dispositif est donnée par :

= ( )

Le facteur géométrique K étant donné par :

K= ( )

II.4.2.3. Sondage électrique

II.4.2.3.1. Description du dispositif Le sondage électrique consiste à déterminer la variation de la résistivité électrique en fonction de la profondeur des terrains prospectés en surface à l’aide d’un dispositif quadripôle. Les différentes mesures fournissent alors une courbe appelée « courbe de sondage » de la résistivité apparente en fonction des dimensions du dispositif qui fera l’objet d’une interprétation.

II.4.2.3.2. Matériels utilisé en sondage électrique Le dispositif fondamental est composé généralement : Quatre (4) électrodes : 2 électrodes, A et B, d’injection du courant. 2 électrodes, M et N, de mesure de la ddp.

- Un résistivimètre pour l’enregistrement des données. - Une batterie 12V pour l’alimentation de tout le système - Un convertisseur pour le contrôle des paramètres d’injection - Des câbles pour relier le tout.

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II.4.2.3.3. Technique de mesure Un sondage électrique est constitué par une série de mesures de résistivité apparente avec, entre chaque mesure, un accroissement de la séparation des électrodes d’injection (ou de courant) et aussi celle aux électrodes de mesure de ddp pour ne pas fausser les résultats, le centre du dispositif et sa direction demeurant constant. Plus la distance entre les électrodes de courant est grande, plus grande est la profondeur de pénétration des filets de courant participant utilement à la mesure. Plusieurs types de dispositifs existent, (dispositifs Wenner, Shlumberger,…), présentant des protocoles de mesure différents quant au pas de mesure le long du profil et au rapport entre écartement des électrodes d’injection et de mesure. On a choisi de préférence le dispositif Shlumberger pour faciliter la mise œuvre de la manipulation (Figure 16).

Figure 16 : Dispositif Schlumberger Il est parfois intéressant de réaliser au même point plusieurs mesures selon des directions différentes, cette opération permettant de mettre en évidence une anisotropie des terrains ou des limites de couches proches.

II.4.2.3.4. Profondeur d’investigation La profondeur d’investigation p est la profondeur avec laquelle (on aura de l’information) on peut mesurer en surface le changement de l’information dans le sous-sol. Cette profondeur p est en fonction à la fois de la longueur de ligne AB et de la résistivité électrique 훒 du milieu traversé par le courant.

Pratiquement, la profondeur d’investigation est .

II.4.2.3.5. Traitement de données Pour le cas du sondage électrique, on utilise le logiciel QWSEL. Les données imprimées sur une feuille de mesure vont y être saisies pour ensuite afficher le résultat de mesures sous forme d’une courbe (en abscisses la demi-longueur de AB et en ordonnées la valeur de la résistivité apparente correspondante) nommée courbe de sondage. Ce dernier fera l’objet d’une interprétation.

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II.4.2.4. Panneau électrique Pour établir plus rapidement une coupe géoélectrique, LOKE M.H. a inventé le « panneau électrique » consistant en une implantation simultanée de toutes les électrodes de mesure au début d’une série de mesures dans une zone donnée (système multi-électrodes : 32, 64,128…), 32 électrodes pour notre cas, et qui restent fixes pendant la série de mesures. Ce qui évite le déplacement d’électrodes, source de gain de temps important. Le « panneau électrique » ITE est une technique d’investigation à 2-D du sous-sol car il réalise à la fois une investigation en profondeur comme les sondages électriques et une investigation en profil comme les traînés électriques. Le résultat obtenu est une coupe géoélectrique caractérisant la distribution des résistivités du milieu.

II.4.2.4.1. Procédure d'acquisition des mesures de panneaux électriques Pour réaliser un panneau électrique, un ensemble d’électrodes est disposé le long d’un profil rectiligne avec un espacement régulier « a ». Durant la procédure d’acquisition de données, le résistivimètre sélectionne automatiquement les électrodes utilisées pour l’injection du courant et la mesure du potentiel. La mesure est ensuite stockée en mémoire.

Soit « ni » le niveau d’acquisition et « N » le nombre total des électrodes, la distance entre 2 électrodes consécutives est égale à i.a. le nombre de points de mesure est « mi=N-3ni », d’où « M=Σmi » le nombre de mesure lors d’un panneau électrique.

En effet, pour la première séquence de mesures n1 , n=1, la distance entre 2 électrodes consécutives est égale à 1.a. la première mesure du premier niveau d’acquisition va se faire à l’aide des électrodes 1, 2, 3, et 4 tel que les électrodes 1 et 4 servent à l’injection du courant I tandis que les électrodes 2 et 3 servent à la mesure de la ddp. . La deuxième mesure considère ensuite les électrodes 2, 3, 4 et 5 avec 2 et 5 comme électrodes de courant et 3, 4 comme électrodes de potentiel. Et le processus se répète de nouveau jusqu’aux dernières électrodes 17, 18, 19,20 pour notre cas de figure ci-dessous.

Il en est de même pour les prochaines séquences de mesure (n=2, n=3,…).

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Figure 17 : Principe du panneau électrique pour 20 électrodes (Tutorial Res2Dinv)

Pour le panneau électrique à 32 électrodes, on a : Soit "na" la distance où n est le numéro (n entier) de la séquence de mesures avec n N/3 et N le nombre d’électrode. Donc pour N = 32 alors n = 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10

m = ∑ , après calcul m= 155.

II.4.2.4.2. Traitement de données en panneau électrique Les données brutes obtenues sur le terrain sont des données binaires (d’extension : « .bin »). A l’aide du logiciel PROSYS II, il faut les convertir avec ce logiciel en données d’extension « .dat ». Il existe des types de logiciels d’interprétation possible pour l’exportation des données, tels que le RES2DINV ou RES3DINV. On utilise pour notre cas le logiciel RES2DINV. Ce dernier effectue une inversion des données expérimentales par la méthode des moindres carrées afin d’obtenir un modèle géoéléctrique ou pseudo-section. Grace à une méthode itérative, il essaie de réduire la différence entre les valeurs calculées et les valeurs mesurées et cette différence est exprimée par l’erreur RMS ou l’écart quadratique moyen.

II.4.2.4.3. Matériels utilisés en panneau électrique Outre les appareils de sondage, le panneau électrique a besoin d’un Remote Controle Multiplexer (RCM) pour servir d’interface entre le résistivimètre et le multinode et une autre batterie de 12V pour l’alimentation du RCM.

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Figure 18 : Résistivimètre Syscal R2 et ses accessoires

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Partie III : RESULTATS ET INTERPRETATION APRES TRAITEMENT DES DONNEES Plusieurs techniques de prospection électrique et électromagnétique ont été utilisées. Quatre sites ont été prospectés à savoir : Ankililaza, Anjambalo, Andranotakatra, Andamilamy.

Figure 19 : Zone d’intervention (BD 500) III.1. Exemple de présentation des résultats Les figures ci-après présentent les exemples des résultats obtenus par la méthode électrique ainsi que par la méthode électromagnétique.

III.1.2. Méthode électrique III.1.2.1. Panneau électrique

Figure 20 : Exemple de coupe géoélectrique, représentation des distributions latérale et en profondeur des résistivités

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La figure (Fig.19) ci-dessus montre la coupe géoéléctrique en 2D de la résistivité dans le secteur A, et la gamme de résistivité exprimée en [Ωm] dans le secteur B. La longueur de la ligne est représentée sur l’axe des abscisses, et la profondeur sur l’axe des ordonnées. Au cours de nos travaux, on a utilisé le dispositif Wenner, de 32 électrodes avec un espacement de 5 m, 10 m. La profondeur d’investigation pour ce dispositif est estimée à 0.519a [Edwards, 1977] ; a étant la distance entre les deux électrodes extrêmes (électrode 1 et électrode 32) divisés par 3, c.-à-d. pour une distance inter- électrode de 5m et 10m on a une profondeur de l’ordre de 25m et 50m.

III.1.2.2. Sondage électrique

Figure 21 : Exemple de courbe de sondage électrique Il s’agit ici d’étudier la variation de la distribution des résistivités des formations en un point donné de la zone d’étude, en fonction de la profondeur. Sur les axes du diagramme, la résistivité apparente (en Ωm) de la formation et la longueur de ligne AB/2 (en m) sont respectivement figurées en ordonnées et en abscisses. La longueur de ligne varie de 400m à 1000m ; plus la longueur de ligne est importante, plus la profondeur d’investigation est grande.

III.1.3. Sondage TDEM Le sondage TEM met en évidence la distribution verticale des résistivités allant à des profondeurs bien supérieures à celles atteintes par le sondage électrique.

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Figure 22 : Exemple de courbe de sondage TDEM Pour une investigation de profondeur supérieure à 30 m, le sondage TDEM se voit être le mieux adapté que le SEV qui n’est sensible qu’à une profondeur d’investigation moindre. Il est donc nécessaire d’effectuer les deux types de sondages à la fois (SEV et TDEM). Au cours de nos travaux, nous avons utilisé des boucles carrées à la taille de 25x25m. On peut aussi utiliser une boucle de 50x50m mais cette boucle a besoin d’une intensité de courant de 2A.

III.2. Résultats et interprétation III.2.1. COMMUNE RURALE DE BEANTAKE III.2.1.1. Fokontany Ankililaza

Le Fokontany d'Ankililaza n`a pas de réseau hydrographique permanent mais des mares temporaires existent autour du village dans le Nord-Ouest. L’aquifère existant dans ce secteur est formé de grès calcaire et de calcaire gréseux ou même de grès. Ces grès sont souvent intercalés par des niveaux argilo-marneux. Ils sont recouverts par des sables alluvionnaires de faible épaisseur et des nodules de calcaires. Dans cette zone, ces formations géologiques prennent une structure monoclinale avec un pendage dirigé vers l’ouest (30°W). Les réseaux de fractures drainantes marqués par l`alignement des végétaux et surtout des fractures soulignant la morphologie sont les plus étudiées afin d’implanter les points de prospection géophysique. Ainsi, les fractures supposées drainantes sont choisies pour implanter les deux points proposés. [6]

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Trois panneaux électriques, deux sondages électriques et un sondage TDEM ont été effectués dans le Fokontany Ankililaza. Ces méthodes ont été appliquées pour la complémentarité de nos résultats et de déterminer les paramètres physique (résistivité) et géométrique (profondeur, épaisseur, extension) de l’aquifère à chercher. Les panneaux P1 et P2 sont sécants au point P01, leurs directions respectives sont Sud/Nord et Sud-sud-est/Nord-nord-ouest pour vérifier l’extension de la cible détectée. Quant au panneau P3 du point P02, il a été effectué dans un autre hameau dont la direction est Sud-est/Nord-ouest pour bien observer l’écoulement d’eau souterraine de la zone. Les coordonnées respectives de centre de ces panneaux sont (S23°47’ 40.8’’, E44°18’ 46.3’’), (S 23°47’ 41.4’’, E44°18’ 46.3’’) et (S23°48’07.1’’, E44°18’55.6’’). La distance inter-électrodes utilisée pour ces trois panneaux est de 10 m afin d’avoir une profondeur d’investigation de l’ordre de 50 mètres.  Point P01 Les emplacements des profils et sondages effectués sont présentés par la figure suivante :

Figure 23 : Plan de masse du Fokontany Ankililaza (Source : Google Earth)

- Panneau P1 et Panneau P2 Les deux panneaux électriques sont croisés avec une distance inter-électrodes de 10 mètres pour avoir une longueur de ligne de 310m afin de mettre en évidence l’extension latérale de la cible.

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La coupe géoélectrique obtenue est représentée par la figure 24. Cette coupe met en évidence trois formations :

- la première formation est représentée par la couleur allant du jaune au violet. C’est une formation résistante d’une résistivité supérieure à 20m. Se trouvant sur la partie superficielle, à une profondeur de 2.5m, elle s’étend latéralement sur une longueur de 85 m en dessous de l’électrode numéro 2 à l’électrode numéro 11. Cette formation correspond à des carapaces sableuses et à la base de la coupe, elle pourrait correspondre à des calcaires argileux, et joue le rôle de substratum. - la deuxième formation, très conductrice de gamme de résistivité inférieur à 6m, représentée par les couleurs bleus, occupant la partie centrale de la coupe pourrait correspondre à des argiles.

- la troisième formation, conductrice, ayant une gamme de résistivité comprise entre 10m à 20m représentée par les couleurs vertes, à une profondeur de 20m et d’épaisseur 24m ; cette formation correspondrait à des grès qui constitue l’aquifère.

S N

SSE Point proposé NNW

Figure 24 : Coupe géoélectrique obtenue à partir du panneau électrique P1 et P2

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Afin de confirmer les résultats des panneaux électriques, un sondage électrique de même direction que le panneau 1 et un sondage électromagnétique ont été réalisés, leurs coordonnées géographiques sont (S23°47’ 40.8’’, E44°18’ 46.3’’).

- Sondage électrique SE 1 Ce sondage électrique a été effectué au centre du panneau P1 avec une longueur de ligne de 400m pour avoir une profondeur de l’ordre de 50m à 76m. La figure suivante montre la courbe de sondage obtenue à partir de ce sondage électrique.

Figure 254 : Courbe de sondage électrique SE1 obtenue au point P01 Cette courbe de sondage nous indique une succession de quatre terrains : Le premier d’épaisseur très mince résistant d’une résistivité de 212 Ωm, correspondrait à la carapace sableuse. Le second, une couche conductrice d’une résistivité de 18Ωm d’épaisseur d’environ 3m et qui correspondrait à du sable roux à nodules de calcaire. Vient ensuite une formation d’une faible résistivité de 3Ωm, d’une épaisseur importante de 34m qui pourrait être un aquifère de grès (composé d’une grande majorité de quartz SiO2). Enfin, une couche conductrice d’une résistivité de 6Ωm qui pourrait caractériser une formation de calcaire argileux termine la séquence.

- Sondage TDEM 1 Toujours, en ce même point, un sondage TDEM avec une boucle de 25x25m a été fait :

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Figure 26 : Courbe de sondage TDEM1 obtenue au point P01 Cette figure montre l’existence de trois formations : une formation de la couche conductrice d’une résistivité de 5 Ωm d’une épaisseur importante, elle correspond à notre cible. Elle est comprise entre deux autres formations relativement résistantes : en dessus, une formation de sable roux à nodule de calcaire et en dessous une formation de calcaire argileux. En combinant les résultats du sondage électrique et le STDEM de ces différentes méthodes, l’implantation d’un puits de profondeur d’environ 30m est envisageable.  Point P02 - Panneau P3 Voici la coupe géoélectrique du panneau P3 :

Figure 27 : Coupe géoélectrique obtenue à partir du panneau électrique P3

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La coupe géoélectrique montre deux formations : - la première représentée par la couleur allant du jaune au violet. C’est une formation résistante de gamme de résistivité comprise entre 20 à 60 m, se trouvant à la partie superficielle, entre les 7ème et 13ème électrodes et les 16ème et 19ème électrodes, épaisse de 5 mètres en moyenne, correspondrait à des carapaces sableuses. - la deuxième représentée par les couleurs bleu et vert, une formation conductrice de gamme de résistivité comprise entre 3 à 20 m, occupant la quasi-totalité de la coupe, d’une épaisseur moyenne de 22m, épaisseur qui augmente à partir de x =190m à mesure que l’on se dirige vers l’extrémité NW du profil. Il pourrait correspondre à des grès et constituerait l’aquifère. La coupe qui va jusqu’à 50 m de profondeur n’a pas pu atteindre le substratum.

- Sondage électrique SE2 Selon la recommandation de l’hydrogéologue, le sondage électrique a été implanté au point de coordonnées S 23°48’07.0’’ E044°18’ 55.7’’ localisé sur dépression.

Figure 28 : Courbe de sondage électrique SE2 obtenue au point P02 Cette courbe nous indique la succession de quatre terrains dont : - une formation superficielle résistante d’une résistivité de 60 Ωm d’une épaisseur d’environ 2m, correspondrait à du sable alluvionnaire, - suivie d’une autre formation résistante d’une résistivité de 24 Ωm considérée comme étant du sable roux à nodules de calcaire.

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- vient ensuite une formation à une faible résistivité de 3Ωm qui pourrait être un aquifère de grès calcaire. - cette dernière est enfin sus-jacente sur une couche conductrice de résistivité de 9 Ωm, et correspond à une couche d’argile imperméable.

- Sondage TDEM 2 Pour voir plus profondément, nous avons appliqué un sondage TDEM de boucle 25x25m dont voici la courbe correspondante :

rms 0.98%

Figure 29 : Courbe de sondage TDEM2 obtenue au point P02 Le résultat obtenu par le sondage TDEM montre une couche conductrice d’une résistivité de 4 épaisse couche très conductrice de résistivité d’environ 23m d’épaisseur considérée comme de l’argilo-marneux, imperméable, qui empêche l’infiltration d’eau de s’enfoncer vers le bas. Il est alors recommandé de creuser un puits d’une profondeur d'environ 30m au point de sondage SE1 car l’aquifère est potentiellement exploitable.

III.2.1.2. Fokontany Anjambalo Anjambalo n`a pas de réseau hydrographique permanent. La nappe exploitable au niveau de cette zone où se trouvent les villages est formée de grès. Ils sont souvent soulignés par des stratifications entrecroisées. Ils sont recouverts par une carapace sableuse ou du sable roux d’une épaisseur qui varie de 3 à 5 m. Dans

RAZANATSIMBA Odon V. 36 Master cette zone, ces formations géologiques prennent une structure monoclinale avec un pendage dirigé vers l’ouest (25°NW) [6]. Deux panneaux, deux sondages électriques et un sondage électromagnétique ont été réalisés à Anjambalo sur le point nommé P03 (S 23°48’11.5’’, E 44° 21’ 32.4’’) et P04 (23°48’ 09.9, 44°21’39.5’’).

L’emplacement de ces profils et sondages est représenté par la figure suivante :

Figure 30 : Plan de masse du Fokontany Anjambalo (Source : Google Earth)

 Point P03 - Panneau électrique P4 On a implanté sur ce point un panneau électrique de direction Sud-Est/ Nord- Ouest, de distance inter-électrode de 10m pour avoir une longueur de ligne de 310m et une profondeur d’environ 50m.

NW SE

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Figure 31 : Coupe géoélectrique obtenue à partir du point P03

L’analyse de ce résultat met en évidence 2 formations :

- la première formation, superficielle, représentée par la couleur allant du bleu au jaune. C’est une formation conductrice. Elle a une gamme de valeur d’une résistivité comprise entre 7Ωm à 10Ωm et se trouve à une profondeur moyenne égale à 8m. - la deuxième formation est représentée par la couleur allant du marron au violet. C’est une formation résistante d’une résistivité supérieure à 11Ωm se trouvant à une profondeur d’environ 5m et d’une épaisseur moyenne de 20m, s’étendant du point d´abscisse x= 80m jusqu’au centre du profil. Elle pourrait correspondre à une formation de grès calcaires. - Sondage électrique SE3 En ce même point un sondage électrique a été implanté au centre du panneau 1.

Figure 32 : Courbe de sondage électrique obtenue à partir du sondage SE3 On observe sur cette courbe qu’il y a 3 terrains : une couche résistante d’une résistivité de 11Ωm avec une épaisseur d’environ 1 mètre qui correspond à un grès calcaire. Puis une couche conductrice d’une résistivité de 7Ωm avec une épaisseur de 24m, qui pourrait être notre cible hydrogéologique (aquifère gréseuse). Enfin cette dernière se repose sur une formation de grès consolidé de résistivité de 14 Ωm.

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- Sondage TDEM3 Combiné à ces différentes techniques de prospection électrique, un sondage TDEM (fig.32) utilisant une boucle de 25x25m, pour avoir une profondeur d’investigation plus profonde que le sondage électrique, a été effectuée au même point de SEV. Cette courbe nous montre sur la première formation une couche conductrice d’une résistivité de 9 Ωm avec une épaisseur de 25 mètres qui correspondrait à notre cible hydrogéologique.

Figure 33 : Courbe de sondage TDEM3 obtenue au point P03 Compte tenu de ces résultats, nous déduisons qu’il est possible de creuser un puits ou de réaliser des forages d’environ 25m de profondeur sur le point P03.

 Point P04 Un panneau électrique de distance inter-électrode de 10m, de longueur de ligne de 310 mètres pour atteindre jusqu'à 50m de profondeur d’une part, et un sondage électrique de longueur de ligne de 600m (au centre du panneau) pour avoir une profondeur d’investigation de 75m jusqu’à 114m (fig.34) et orienté suivant la direction du panneau Nord-Sud d’autre part, montrent le résultat suivant :

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- Panneau électrique P5

Figure 34 : Coupe géoélectrique obtenue du panneau P5 au point P04 La coupe géoélectrique de résistivité montre l’existence de trois formations : une formation représentée par les couleurs allant du jaune au violet. C’est une couche résistante avec une gamme d’une résistivité supérieure à 10Ωm qui se trouve sur une profondeur de 2.5m et d’une épaisseur d’environ 10 m s’étendant sur l’abscisse x= 75m à x= 115m dans la partie sud et dans la partie nord sur l’abscisse x=230m à x=265m. Cette couche pourrait être du sable roux. Ensuite, une couche représentée par les couleurs bleu claire et vert. C’est une couche peu conductrice d’une résistivité comprise entre 5Ωm et 9Ωm, d’une profondeur moyenne de 20m se trouvant dans la partie nord et au centre de la coupe ; cette formation pourrait être notre cible. Enfin, une formation de couleur bleu ayant une résistivité inférieure à 4Ωm, d’une profondeur moyenne de 18m et d’une épaisseur de 21m, se trouvant dans la partie sud de la coupe. Pour confirmer les résultats des panneaux électriques précédents, des sondages à la fois électrique, de longueur de ligne de 600m, et électromagnétique ont été réalisés au niveau du centre de ce panneau. Les figures 34 et 35 suivantes présentent les courbes obtenues. - Sondage électrique SE4 Le résultat donné par le sondage (Fig.35) met en évidence la succession de trois formations bien distinctes : - une mince couche résistante, d’une résistivité de 53Ωm, qui se trouve en surface, correspondant à la formation de sable roux.

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- une formation conductrice, d’une résistivité de 5Ωm, considérée comme un aquifère gréseux potentiellement exploitable, qui se trouve à partir de 2m de profondeur jusqu’à 21m ; reposant sur - une formation résistante d’une résistivité de 13Ωm qui correspondrait à du grès.

Figure 35 : Courbe de sondage obtenue au point P04

-Sondage TDEM4

Figure 36 : Courbe de sondage TDEM obtenue au point P04 Cette courbe montre l’existence de deux formations : une formation conductrice de 9Ωm, d’une épaisseur d’environ 5m qui pourrait être notre cible et une autre

RAZANATSIMBA Odon V. 41 Master formation très conductrice, d’une épaisseur de 12m, d’une résistivité de 3Ωm. Cette dernière correspond au substratum de notre cible. Il est alors recommandé de creuser un puits avec une profondeur d’environ 21m au point de sondage SE4.

III.2.2. Commune rurale Masiaboay III.2.2.1. Fokontany Andamilamy Nous avons fait 2 panneaux électriques, Sud-ouest/Nord-est et Sud-est/Nord- ouest sur le point que l’on a inventorié P04 (S 23°58’44.2’’, E 44 25’21.3’’) dont voici le plan de masse :

Figure 37 : Plan de masse du Fokontany Andamilamy (Source Google Earth)

 Point P05 - Panneau électrique P6 On a réalisé un panneau électrique de 10m de distance inter-électrode pour avoir une longueur de ligne de 310m et d’une profondeur d’investigation de l’ordre de 50m. Il suit une direction Sud-ouest/Nord-est et son centre a pour coordonnées (S 23° 58´ 44.2", E 44° 25´ 21.3") Ci-dessous est représentée la coupe géoélétrique du point P04 (Fig.38).

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Figure 38 : Coupe géoélectrique obtenue sur P04 Le profil géophysique montre en générale trois formations bien distinctes: - La première formation est représentée par les nuances de bleu. C’est une formation très conductrice d’une résistivité inférieure à 7 Ωm, d’une épaisseur d’environ 5.5m, se trouvant sur la partie superficielle dans la partie Nord-est de la coupe, s’étendant latéralement sur une longueur de 65m en dessous de l’électrode numéro 21 à l’électrode numéro 28, pourrait correspondre à une couche d´argile. - La deuxième formation est représentée par les nuances de vert. C’est une formation de moyennement résistante d’une résistivité comprise entre 10 à 20 Ωm qui se trouve surtout au centre du profil sur une profondeur de 12m et d’une épaisseur de 19 m, cette formation correspondrait à l’aquifère. - Enfin, la troisième formation est représentée par la couleur allant du jaune au violet ; une formation résistante d’une résistivité supérieure à 20 Ωm. Sur une profondeur de 2.5m qui affleure entre la 3 ème et la 10 ème électrode, s’étendant sur une longueur de 170m environ. Cette formation pourrait correspondre au calcaire gréseux, il joue le rôle de substratum. - Panneau électrique P7 On a dressé un autre panneau électrique, perpendiculaire au précédent, sur le même point pour vérifier l’extension de l’aquifère sur une profondeur de 18 m, donc un panneau de distance inter-électrode de 5m, pour avoir une longueur de ligne de 155m et une profondeur d’investigation de 24m.

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Figure 39 : Coupe géoélectrique obtenu sur P04’ La coupe géoélectrique confirme le résultat obtenu à partir du panneau 1. L’aquifère qui se trouve au centre du panneau 1 a été trouvé au centre du panneau 2 jusqu´à 24 m de profondeur. Le point d’implantation proposé est au centre du panneau c’est-à-dire entre les électrodes 16 et 17 avec une profondeur estimée à 30m.

III.2.2.2. FokontanyAndranotakatra Deux panneaux électriques et deux sondages électriques ont été réalisés dans ce Fokontany.

Figure 40 : Plan de masse du Fokontany Andranotakatra (Source : Google Earth)

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 Point P06 - Panneau électrique P8 Ce profil a été réalisé à proximité d´un puits traditionnel ou vovo de coordonnées S 23° 57´ 17.8", E 44° 23´ 42.8". Il suit la direction Nord/Sud. La longueur de ligne est de 310m avec une profondeur d’investigation de 50 m environ.

N S

Figure 41 : Coupe géoélectrique obtenue à partir du panneau P8 à Andranotakatra La figure 41 ci-dessus présente le résultat d’interprétation 2D de la résistivité obtenu à partir du premier panneau électrique. Cette coupe met en évidence l’existence de trois formations distinctes à savoir : - D´abord, une formation représentée par une nuance de vert. C’est une formation peu conductrice d’une résistivité comprise entre 3 Ωm et 10 Ωm. se trouvant à une profondeur d’environ 12 m avec une épaisseur moyenne de 10m. Cette formation correspond probablement à la nappe d´eau souterraine cible hydrogéologique. - Ensuite, une formation représentée par une nuance de bleu. C’est une formation conductrice ayant une gamme d’une résistivité inférieure à 3 Ωm, se trouvant à 3m de profondeur sur la partie Nord de la coupe et entre les abscisses x=15 m et x=70 m, cette formation réapparaît dans la partie sud de la coupe. - enfin, une formation représenté par la couleur allant du jaune à l’orange. C’est une résistante d’une résistivité supérieure à 70Ωm, qui se trouve à 39m de profondeur et qui pourrait correspondre à la carapace sableuse et sable rouge.

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 Sondage électrique SE5 Pour confirmer, un sondage électrique de dispositif Schlumberger, d’une longueur de ligne de 600m, a été réalisé au centre de panneau P8.

Figure 42 : Courbe de sondage obtenue à partir du sondage électrique SE5 à Andranotakatra

Le résultat du sondage électrique met en évidence la succession de trois terrains. Compte tenu de l’hétérogénéité superficielle du sous-sol, le sondage électrique détecte une formation résistante très mince qui pourrait correspondre à une carapace sableuse, suivie d’une formation conductrice d’une épaisseur de 45m. Cette dernière pourrait correspondre à la cible hydrogéologique. La courbe de sondage électrique au niveau du vovo nous affirme l’existence d’une nappe aquifère. Le point d’implantation proposé est sur l’électrode 16 avec une profondeur estimée à 15 m.  Point P07 - Panneau P9 Pour trouver un point favorable à l´implantation d´un nouveau puits ou de forage plus proche de village, un panneau électrique a été réalisé au centre du hameau sis à Andranotakatra. Ce profil suit la direction Nord-nord-est/Sud-sud-ouest, son centre a pour coordonnées (S 23° 57´ 48.9", E 44° 23´ 27.5").

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N S

Figure 43: Coupe géoélectrique obtenue à partir du panneau P9 à Andranotakatra L’imagerie à deux dimensions montre ici un modèle à trois formations : - La première formation est représentée par les couleurs allant du marron au grenat. C’est une formation résistante. Sa gamme de résistivité est supérieure à 9 Ωm, d’une profondeur d’environ 5m et d’une épaisseur de 2,5m se trouvant dans la partie Sud- sud-est sur l’abscisse x= 220m et x= 275m. Cette formation pourrait être une carapace sableuse et sable roux. - La deuxième formation est représentée par une nuance du bleu. C’est une formation conductrice de résistivité de l’ordre de 2 Ωm, sur une profondeur d’environ 10m et d’une épaisseur moyenne de 12 m ; s’étendant des abscisses x= 75m à x=140m et dans la partie Sud-sud-est, x=210m et x=275m ; qui pourrait correspondre à la formation argileuse. - La troisième formation est représentée par les couleurs allant du vert au jaune. C’est une formation moyennement résistante, de résistivité comprise entre 5 à 8 Ωm d’une épaisseur moyenne de 22m, et reposant sur une autre formation résistante.

- Sondage électrique SE6 Un sondage électrique a été réalisé au point de coordonnées (S 23° 57´ 47.3", E44° 23´ 27.0") entre les électrodes 11 et 12 pour vérifier l´existence ou non d´un aquifère potentiellement exploitable.

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Figure 44: Courbe de sondage obtenue à partir du sondage électrique SE6 à Andranotakatra Le sondage électrique met en évidence une succession de 6 terrains. Deux couches résistantes minces d’une résistivité de 135 Ωm et 51 de Ωm ; c’est une carapace sableuse suivie d’une formation argileuse d’une résistivité de l’ordre de 2 Ωm et d´une épaisseur de 1 m. La formation ayant une résistivité comprise entre 6 à 8 Ωm vient à 3m de profondeur, elle est épaisse de 37 m environ.

D’après ce résultat, on n’a pas pu voir l’existence d’un aquifère exploitable. Ci-dessous un tableau (Tableau1) qui résume la profondeur des eaux souterraines pour chaque Fokontany. Cette profondeur varie entre 15m et 30m.

Tableau 1: Coordonnées des points proposés pour l’implantation de puits ou forages COMMUNE FOKONTANY COORDONNEES DES POINTS PROFONDEUR (m) PROPOSES Masiaboay Andranotakatra S23° 57’ 17.8’’, E44° 23’ 42.8’’ 15

Andamilamy S23° 58’ 44.2’’, E 44° 25’ 21.3’’ 30 Beantake Anjambalo S23° 48’ 10.0’’, E 44° 21’ 39.1’’ 21 S 23°48’11.5’’, E 44° 21’ 32.4’’ 25 Ankililaza S23° 47’ 41.4’’, E 44° 18’ 45.8’’ 30 S23°48’07.1’’, E 44° 18’ 55.6’’ 30

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CONCLUSION

Le stage entrant dans le cadre de ce présent mémoire nous a grandement apporté de l’éclairage sur la maîtrise des différentes techniques géophysiques, mais encore elle nous a permis de restructurer toutes les connaissances scientifiques que nous avons acquises tout au long de notre parcours. Dans le Commune de Masiaboay et Beantake, dans la région Atsimo- Andrefana, 4 fokontany ont été choisis comme cible de notre descente sur terrain, à savoir : les Fokontany d’Andranotakatra, d’Andamilamy, d’Anjambalo, et d’Ankililaza. Le projet en question vise à localiser les aquifères dans ces lieux. On a pu y approfondir amplement les techniques concernant la méthode géophysique, plus précisément deux techniques de prospection électrique (sondage électrique et panneau électrique) et une technique de prospection électromagnétique (STDEM). La méthode électrique comprend, deux sortes de techniques: le sondage électrique et le panneau électrique. Le grand avantage de l’utilisation du panneau électrique consiste en sa capacité à concevoir une imagerie du sous-sol afin de déterminer géométriquement une nappe aquifère dans son épaisseur, sa profondeur moyenne et son extension latérale. Pour ce faire, le dispositif de Wenner nous a été d’une grande importance puisqu’il est sensible à la variation verticale de la résistivité. Concernant la méthode par sondage électrique, on peut dire que c’est une technique d’investigation à une dimension, donc suivant la profondeur 1D-V. C’est pour cela que le dispositif de Schlumberger est plus approprié. La méthode électromagnétique a la particularité d’extraire rapidement la profondeur et l’épaisseur d’une couche. Il est à noter que le sondage électrique a permis d’effectuer une investigation plus profonde par rapport aux autres techniques. Mais il est important de combiner ces différentes méthodes afin d’obtenir des résultats justifiés, fructueux, et satisfaisants. L’intérêt de l’utilisation de ces différentes méthodes est déjà mentionné dans la partie où nous évoquons le résultat de notre travail. On a pu en tirer des informations tant sur la localisation de l’aquifère que sur son étendue dans le milieu étudié. Quant à nos résultats, on a pu détecter des nappes d’une épaisseur allant de 4m à 21m dans chaque point étudié. Dans certains points on a repéré des couches gréseuse

RAZANATSIMBA Odon V. 49 Master et dans d’autres des couches argileuses. Mais le point où la nappe d´eau souterraine se trouve à une profondeur d’environ 15m à 35m, avec une épaisseur moyenne de 10m, correspond probablement à notre cible hydrogéologique.

On peut dire que l’objectif de notre travail a été largement atteint. Cependant, en guise de perspective, nous proposons d’étoffer nos connaissances par des études physico-chimiques des milieux pour déterminer la potabilité de l’eau présente dans l’aquifère localisé en vue d’une exploitation sûre pour la population locale.

Concernant une prochaine prospection, on peut s’inspirer des études que nous venons d’effectuer et voir si les techniques que nous avons adoptées dans la région Atsimo-Andrefana seront aussi efficaces dans d’autres régions.

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REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

[1] ACF-INTERNATIONAL, 2013. Etudes d’implantation géologiques et hydrogéologiques en vue de la réalisation de 16 points d’eau modernes dans 3 communes du district de Betioky Région Atsimo-Andrefana

[2] BESAIRIE H., 1954. Le document pour la Géographie de Madagascar. Bureau de Géologie de Madagascar. [3] Plan Communal de Développement Beantake, 2003

[4] Plan Communal de Développement Masiaboay, 2003

[5] GARO J. S. 2012. Approche multidisciplinaire de l’étude hydrogéologique du bassin d’Ambovombe Androy dans l’extrême sud de Madagascar. Thèse de Doctorat, Université d’Antananarivo [6] Groupe de Consultants RIVA, 2014. Etude de la potentialité en eaux souterraines dans les communes rurales de Beantake, Itampolo et Masiaboay, Projet Accès en Eau sur le Plateau Mahafaly, Rapport de mission. [7] DESCLOITRES M. et al. 2006 : Projet Hydrogéophysique Niger Sondages Electromagnétiques TDEM, Rapport de mission. [8] DESCLOITRES M., 1998. Les sondages électromagnétiques en domaine temporel (TDEM) : Application à la prospection d’aquifère sur les volcans de Fogo (CAP VERT) et du Piton de la Fournaise (LA REUNION). Thèse de doctorat, Université de Paris 6. [9] BOUCHER M., 2007. Estimation des propriétés hydrodynamiques des aquifères par Résonance Magnétique des Protons dans différents contextes géologiques de l’échantillon à l’échelle hydrogéologique, Hydrologie. Thèse de Doctorat. Université d'Orléans. Pages 31- 33 [10] CHOUTEAU M., GIROUX B. 2006. Méthodes électriques, Notes de cours, Ecole polytechnique, [11] Ministère de la décentralisation, 2008. Monographie Atsimo-Andrefana

[12] RAKOTO H. A., 2003. Caractérisation par géophysique, hydrogéologique classique et hydrochimie des aquifères en zone semi-aride : exemple du bassin

RAZANATSIMBA Odon V. 51 Master sédimentaire de Beloha. Extrême sud de Madagascar. Thèse de Doctorat, Université d’Antananarivo [13] RALAIMARO J., 2004. Compréhension de la structure et du fonctionnement des aquifères par divers approches scientifiques en vue de l’alimentation en eau potable, en zone de socle altéré des hautes terres centrales et en zone sédimentaire du Sud-Ouest de Madagascar. Thèse de doctorat du troisième cycle, ESPA, Université d’Antananarivo. [14] ROBIHARIVELO F., 2014. Etude par prospections électrique et électromagnétique pour la recherche d’eaux souterraines dans la commune rurale de Masiaboay, district de Betioky sud, région Atsimo-Andrefana. Mémoire DEA, Université d’Antananarivo. Page 10-12

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ANNEXES

ANNEXE A. LE LOGICIEL RES2DINV Le RES2DINV est un logiciel qu’on a employé pour retrouver les valeurs de résistivités vraies du modèle recherché à partir des valeurs de résistivités apparentes mesurées sur le terrain, appelé aussi le logiciel d’inversion. Il reconstitue, par une méthode itérative, tous les différents terrains en résistivités et épaisseurs vraies qui ont donné naissance à nos résistivités apparentes.

La méthode d'inversion utilisée par le programme est basée sur la méthode des moindres carrés, utilisant la méthode des différences finies pour le calcul de la résistivité. Elle utilise la méthode de lissage par contrainte pour déterminer le modèle approximatif.

En premier lieu il découpe le profil en plusieurs blocs dont la taille augmente avec la profondeur (Figure 16). Cette augmentation est due à la perte de résolution des méthodes électriques (10% à 20%) à la profondeur et dépend du nombre de points de mesure et de niveaux d’acquisition. A l’intérieur de chacun de ces blocs, RES2DINV attribue une valeur de 훒a calculée à partir des points de mesure.

Figure 45 : Représentation des blocs et des points de mesure (MARESCOT L., 2008)

Il calcule ensuite, à l’aide d’une matrice de dérivées partielles des résistivités appelée Jacobien, la valeur de résistivité vraie de chaque bloc. Pour cette opération les premières valeurs introduites dans cette matrice sont les valeurs apparentes qui

RAZANATSIMBA Odon V. I Master donnent un premier modèle approximatif (Fig.44A). A partir de ce modèle, RES2DINV injecte un courant fictif et recalcule les valeurs apparentes (Fig.44B).En comparant les 2 pseudo-sections, RES2DINV corrige la matrice et recalcule un modèle plus précis (Fig.44C). Le logiciel essaie donc, à l’aide d’une méthode itérative, de réduire la différence entre les valeurs calculées et mesurées de 훒a en ajustant la résistivité vraie de chaque bloc. Une mesure de cette différence est donnée par l’écart quadratique moyen ou le RMS (Root Mean Squared error). Bien que cette mesure soit une bonne indication de la qualité d’un profil, ce n’est pas toujours l’itération qui a la faible valeur de RMS qui donne le profil le plus juste géologiquement. En général, le modèle le plus fiable est celui qui se situe après l’itération où le RMS ne change plus de manière significative, ce qui arrive habituellement après 4 ou 5 itérations.

Figure 46: Présentation de l'inversion d'une tomographie 2D dans Res2Dinv

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ANNEXE B : Le logiciel QWSEL Les données acquises par la méthode électrique sont visualisées et traitées grâce au logiciel QWSEL développe par Jeanne Tabbagh au laboratoire Sisyphe. Il s’agit de rentrer les valeurs de l’écartement inter-électrodes (en m) ainsi que les valeurs des résistivités apparentes associées (en Ωm). On génère ensuite un modèle tabulaire en supposant le nombre de couches, leur résistivité apparente et leur épaisseur. On finit par appliquer une amélioration automatique à notre modèle, afin que le modèle final représente au mieux les données de terrain.

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ANNEXE C : FEUILLE DE MESURE S.E.V Lieu : Andranotakatra Coordonnées : S 23° 57´ 47.3" / E44° 23´ 27.0" N° : _____ Date : ______

Tableau 2: Feuille de mesure en sondage électrique

AB/2 MN/2 RHO M Observation 1 0.25 92.30 1.5 0.25 74.60 2 0.25 59.00 3 0.25 33.80 4 0.25 22.90 4 1 26.90 6 0.25 13.40 6 1 15.40 8 1 8.80 10 1 6.80 12 1 4.10 12 4 3.40 15 1 3.40 15 4 20 4 3.40 30 4 3.70 40 4 4.40 40 15 3.90 60 4 4.50 60 15 80 15 4.60 100 15 5.00 120 15 4.50 150 15 5.60 150 50 5.00 200 50 6.30 250 50 6.70 300 50 8.20 350 50 16.50 400 50 500 50

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ANNEXE D Le tableau suivant nous donne les valeurs de résistivité apparente de quelques types de roches et des eaux.

Tableau 3: Gamme de valeurs de résistivité apparente de quelques types de roches et des eaux Types des roches Gamme de résistivité (en Ohm-mètre) Alluvion et sable 10-800 Argiles compactes 100-200 Argiles sableuses 5-50 Sables gréseux 350-2500 Sables argileux 50-500 Schistes 50-300 Schistes altérés 30-60 Schistes fissurés 150-200 Grès 1500-10000 Grès altérés 100-600

Source : Monjoie (1987) et Giroux (1999).

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TABLE DES MATIERES

SOMMAIRE ...... i LISTE DES ABREVIATIONS ET ACRONYMES ...... ii LISTE DES FIGURES ...... iii LISTE DES TABLEAUX ...... v INTRODUCTION ...... 1 Partie I : PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE...... 3 I.1. CONTEXTES GEOGRAPHIQUE ET ADMINISTRATIF ...... 3 I.1.1. Commune rurale de Masiaboay ...... 3 I.1.2. Commune rurale de Beantake ...... 3 I.2. CONTEXTE GEOLOGIQUE ...... 4 I.2.1. Formation sédimentaire ...... 4 I.2.2.1. La commune rurale de MASIABOAY ...... 7 I.2.2.2. La commune rurale de BEANTAKE ...... 8 I.3. CONTEXTE CLIMATIQUE ...... 9 I.3.1. Pluviométrie ...... 9 I.3.2. Température ...... 10 I.4. CONTEXTES HYDROLOGIQUE ET HYDROGEOLOGIQUE [14] ...... 10 I.4.1. Systèmes aquifères existants (Rapport final ECHYDRO ACF Betioky, 2013) ... 11 I.4.2. Délimitation des entités hydrogéologiques ...... 12 Partie II : RAPPELS METHODOLOGIQUES ET MATERIELS UTILISES ...... 14 II.1. Généralité sur le cycle hydrologique ...... 14 II.2. L’hydrogéologie ...... 14 II.2.1. Concept d’aquifère ...... 14 II.2.2. Les eaux souterraines ...... 15 II.2.3. Les nappes ...... 15 II.3. Choix des méthodes ...... 16 II.4. Méthodes de prospection électrique et électromagnétique ...... 17 II.4.1. Méthode électromagnétique temporelle ou TDEM ...... 17 II.4.2. Méthode électrique ...... 21 Partie III : RESULTATS ET INTERPRETATION APRES TRAITEMENT DES DONNEES ...... 28

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III.1. Exemple de présentation des résultats ...... 28 III.1.2. Méthode électrique ...... 28 III.1.3. Sondage TDEM...... 29 III.2. Résultats et interprétation ...... 30 III.2.1. COMMUNE RURALE DE BEANTAKE ...... 30 III.2.2. Commune rurale Masiaboay ...... 42 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ...... 51 ANNEXES ...... I ANNEXE A. LE LOGICIEL RES2DINV ...... I ANNEXE B : Le logiciel QWSEL ...... III ANNEXE C : FEUILLE DE MESURE S.E.V ...... IV ANNEXE D ...... V

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Titre : « RECHERCHE D’EAUX SOUTERRAINES PAR LES METHODES DE PROSPECTION ELECTRIQUE ET ELECTROMAGNETIQUE DANS LES COMMUNES RURALES DE MASIABOAY ET DE BEANTAKE, DISTRICT DE BETIOKY ATSIMO, REGION ATSIMO ANDREFANA »

RESUME

Ce présent mémoire a pour objectif de localiser des aquifères dans quatre Fokontany des deux communes rurales de Masiaboay et de Beantake appartenant à la région Atsimo Andrefana. Les méthodes utilisées sont la méthode électrique et la méthode électromagnétique. Ces méthodes sont toutes d’une grande importance puisqu’elles se combinent pour inter- justifier les résultats obtenus. L’observation des résultats révèlent des investigations en épaisseur, en profondeur, et en extension latérale de chaque localité étudiée. Nous avons donc pu repérer des nappes aquifères comprises entre 15 et 30 m de profondeur, avec un toit de 4 m à 21m d’épaisseur. Un forage peut être fait pour le cas d’une nappe supérieur à 30m de profondeur, et un puits dans le cas contraire. Force est de constater que l’analyse géophysique et géologique nous a amené à l’acquisition des informations nécessaire pour la localisation des points d’eau dans notre zone d’étude.

Mots clé : Masiaboay, Beantake, prospection électrique et électromagnétique, aquifère, analyse géophysique et géologique.

ABSTRACT

The present work aims to locate aquifers in four Fokontany of two rural municipalities which are Masiaboay and Beantake belonging to the Atsimo Andrefana region. The methods used are electricity and electromagnetic. These methods are all important since for they combine to justify the obtained results. The results reveal investigations in thickness, depth, and lateral extent of each studied locality. Therefore we could locate aquifers between 15 and 30 m of depth, with a roof of 4m to 21m thick. Drilling can be done for the case of a sheet than a depth of 30m, and a well in the other case. The geophysical and geological analysis has led us to acquire necessary information for locating water sources in our study area.

Key words: Masiaboay, Beantake, electrical and electromagnetic prospection, aquifer, geophysical and geological analysis.

ENCADREUR IMPETRANT Prof. RATSIMBAZAFY RAZANATSIMBA Jean Bruno Odon Vahatriniaina Laboratoire de Géophysique Appliquée Lot II I 59 B Alarobia Amboniloha E-mail : [email protected] E-mail: [email protected] Tel : +261 33 11 580 19 Tel: +261 32 04 638 87