UNIVERSITE D’ANTANANARIVO FACULTE DES SCIENCES DEPARTEMENT DE PHYSIQUE

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES

Pour l’obtention du diplôme de :

MAÎTRISE DES SCIENCES ET TECHNIQUES

EN GEOPHYSIQUE APPLIQUÉE

RECHERCHE D’EAUX SOUTERRAINES PAR PROSPECTION ELECTRIQUE A 2D DANS LES REGIONS ET FITOVINANY

Présenté par

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio

Devant la commission d’examen composée de :

Président : RAMBOLAMANANA Gérard Professeur Titulaire Rapporteur : RATSIMBAZAFY Jean Bruno Professeur Titulaire Examinateur : RAZAFINDRAKOTO Boni Gauthier Maître de Conférences

Date de Soutenance : 15 Mai 2011

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO FACULTE DES SCIENCES DEPARTEMENT DE PHYSIQUE

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES

Pour l’obtention du diplôme de : MAÎTRISE DES SCIENCES ET TECHNIQUES

EN GEOPHYSIQUE APPLIQUÉE

RECHERCHE D’EAUX SOUTERRAINES PAR PROSPECTION ELECTRIQUE A 2D DANS LES REGIONS ANALAMANGA ET VATOVAVY FITOVINANY

Présenté par

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio

Devant la commission d’examen composée de :

Président : RAMBOLAMANANA Gérard Professeur Titulaire Rapporteur : RATSIMBAZAFY Jean Bruno Professeur Titulaire Examinateur : RAZAFINDRAKOTO Boni Gauthier Maître de Conférences REMERCIEMENTS

Au terme de ce travail, je voudrais remercier toutes les personnes qui, de près ou de loin, m’ont aidé à la réalisation de ce mémoire.

Mes tous premiers remerciements s’adressent :  A Monsieur ANDRIANANTENAINA Bruno, Doyen de la Faculté des Sciences.  A Madame RANDRIAMANANTANY Zely Arivelo, Professeur Titulaire et Chef de département de physique à la Faculté des Sciences  A Monsieur RANAIVO-NOMENJANAHARY Flavien Noël, Professeur Responsable de notre formation  A Monsieur RAMBOLAMANANA Gérard, Directeur de l’Institut et Observatoire de Géophysique d’Antananarivo (IOGA), qui a bien voulu présider ce jury de mémoire.

Ensuite, ma plus profonde reconnaissances va à Monsieur RATSIMBAZAFY Jean Bruno, Professeur Titulaire, qui m’a proposé ce sujet de mémoire et qui a consacré son temps et ses efforts pour mener à bien cette étude. Il m’a aidé tout au long de ce travail en tant qu’encadreur et m’a fait l’honneur d’être le rapporteur de ce travail.

Mes remerciements s’adressent également à Monsieur RAZAFINDRAKOTO Boni Gauthier, Docteur en Géophysique, Chercheur au Laboratoire de Géophysique Appliquée de l’IOGA, et qui m'a fait l'honneur d'être l’examinateur de ce travail.

Enfin, mes chaleureux remerciements vont aussi à toute l’équipe de l’IOGA pour leur aide, pour leur encouragement et pour leur gentillesse, à toute l’équipe qui m’a assisté pendant les travaux sur terrain, à toute ma famille pour leurs soutiens moral et financier et pour leur patience.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio I SOMMAIRE REMERCIEMENTS

LISTES DES FIGURES

INTRODUCTION

PARTIE I : PRESENTATION DES SITES D’ETUDES

I.1-CONTEXTES GEOGRAPHIQUE, ADMINISTATIF ET SOCIO-ECONOMIQUE

I.2-CONTEXTE CLIMATIQUE

I.3-GEOMORPHOLOGIES ET HYDROGRAPHIES

I.4-CONTEXTES GEOLOGIQUES

I.5-CONTEXTES HYDROGEOLOGIQUES

PARTIE II : METHODOLOGIE ET NOTIONS D’HYDROGEOLOGIE

II.1-NOTIONS D’HYDROGEOLOGIE

II.2-CHOIX DE LA METHODE DE PROSPECTION GEOPHYSIQUE

II.3-PROSPECTION ELECTRIQUE

PARTIE III : PRESENTATION DES TRAVAUX ET INTERPRETATION DES RESULTATS

III.1-PRESENTATION DES TRAVAUX

III.2-INTERPRETATION DES RESULTATS

CONCLUSION REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ANNEXES

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio II LISTE DES FIGURES

- Figure 01 : Carte de localisation des zones d’études (BD 500 FTM) - Figure 02 : Carte de localisation d’ - Figure 03 : Variation mensuelle des précipitations - Figure 04 : Variation mensuelle de la température moyenne - Figure 05 : Carte hydrographiques de la Commune Rurale d’Antsenavolo - Figure 06 : Carte géologique des sites d’études sise à Analamanga - Figure 07 : Carte géologique d’Antsenavolo - Figure 08 : Schéma représentatif du cycle de l’eau - Figure 09 : Représentation d’une nappe libre - Figure 10 : Représentation d’une nappe captive - Figure 11 : Représentation d’une nappe semi-captive - Figure 12 : Schéma de la méthode de prospection électrique - Figure 13 : Représentation du panneau électrique et des niveaux d’acquisition des données - Figure 14 : Configuration géométrique du dispositif Wenner - Figure 15 : Le resistivimètre SYSCAL R2 et ses accessoires - Figure 16 : Représentation des blocs et des points de mesure - Figure 17 : Principe de l’inversion - Figure 18 : Coupes géoéléctriques obtenue après traitement avec le logiciel RES2DINV - Figure 19 : Image satellite du Fokontany d’Ambohibe Ilafy - Figure 20 : Coupe géoéléctrique obtenue à partir du panneau 1 réalisé à Ambohibe Ilafy - Figure 21 : Coupe géoéléctrique obtenue à partir du panneau 2 réalisé à Ambohibe Ilafy - Figure 22 : Coupe représentative du point d’implantation du puits - Figure 23 : Image satellite du Fokontany de Lazaina - Figure 24 : plan de masse de la propriété située dans le Fokontany de Lazaina - Figure 25 : Coupe géoéléctrique obtenue à partir du panneau 1 réalisé à Lazaina - Figure 26 : Coupe géoéléctrique obtenue à partir du panneau 2 réalisé à Lazaina - Figure 27 : Image satellite du Fokontany de Rangaina - Figure 28 : Coupe geoéléctrique obtenue à partir du panneau 1 réalisé à Rangaina - Figure 29 : Coupe représentative du point d’implantation du puits - Figure 30 : Image satellite du Fokontany d’Antsenavolo - Figure 31 : Coupe geoéléctrique obtenue à partir du panneau 6 réalisé à Antsenavolo - Figure 32 : Coupe représentative du point d’implantation du puits

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio III LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Précipitation annuelle

Tableau 2 : Variation de la température

Tableau 3 : Gamme de valeurs des résistivités des eaux ou des roches

Tableau 4 : Localisation des panneaux électriques réalisés

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio IV LISTE DES ACRONYMES

BD : Bases de Données

ITE : Imagerie par Tomographie Electrique

IOGA : Institut et Observatoire de Géophysique d’Antananarivo

MSTGA : Maîtrise des Sciences et Techniques en Géophysique Appliquée

GPS : Global Positioning System

PCD : Plan Communal de Développement

CSB II : Centre de Santé de Base niveau II

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio V INTRODUCTION

A la plupart de la population n’ont pas accès à l’eau potable. En plus le changement climatique dans le monde perturbe le cycle de l’eau, les ressources en eau arrivant à la surface de la terre deviennent de plus en plus faibles et ne satisfont plus aux besoins de la population. L’exploitation des eaux souterraines contribue donc à résoudre le problème.

Comme dans plusieurs régions, surtout en milieu rural, les Fokontany d’Antsenavolo District de Mananjary Région Vatovavy Fitovinany, d’Ambohibe Ilafy, de Lazaina, et de Rangaina District d’Antananarivo Avaradrano, Région Analamanga, font partie des zones où l’accès à l’eau potable est difficile. Les installations en eaux de la JIRAMA n’arrivent pas dans ces Fokontany.

L’objet de la présente étude est de détecter par méthodes de prospection électrique à deux dimensions l’existence de nappe aquifère dans chacun des quatres Fokontany appartenant à ces quatres communes.

Ainsi nous avons alors réalisé le présent mémoire intitulé « RECHERCHE D’EAUX SOUTERAINNES PAR PROSPECTION ELECTRIQUE A 2D DANS LES REGIONS ANALAMANGA ET VATOVAVY FITOVINANY ». Il comprend trois parties : la première montre les contextes généraux des zones d’études, la deuxième développe les rappels théoriques et méthodologiques, la dernière met en évidence les résultats des études géophysiques.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 1 PARTIE I

PRESENTATION DES SITES D’ETUDES

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 2 Présentation des sites d’études

Il est préférable de commencer par un bref aperçu du contexte général des sites.

I.1-CONTEXTES GEOGRAPHIQUE, ADMINISTRATIF ET SOCIO-ECONOMIQUE

Dans ce paragraphe, nous allons voir les contextes géographique, administratif et socio-économique.

I.1.1- Contextes géographique et administratif

Le Fokontany d’Ambohibe Ilafy fait partie des dix sept (17) Fokontany constituant la Commune Rurale d’ANKADIKELY ILAFY, Région Analamanga, District d’Antananarivo Avaradrano. Ce village se trouve à 8 km de la ville d’Antananarivo. Il est accessible par la route nationale numéro 2 jusqu’au PK 5, puis suivant une route menant vers le panoramique d’Ilafy.

Notre deuxième site est le Fokontany de Lazaina qui fait partie des vingt deux Fokontany constituant la Commune Rurale de SABOTSY NAMEHANA, Région Analamanga, District d’Antananarivo Avaradrano. Il se trouve à dix (10) km de la ville d’Antananarivo suivant la route nationale numéro 3.

Le troisième site est le Fokontany de Rangaina qui est administrativement intégré dans la Commune Rurale de Fiaferana, district d’Antananarivo Avaradrano dans la Région d’Analamanga. Ce village se trouve à 14 km de la ville d’Antananarivo. On y accède à partir de la bretelle de la route nationale numéro 3, bifurcation vers Ilafy.

3

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 1 Présentation des sites d’études

Source : BD 500 FTM Figure 01 : Carte de localisation des sites d’études

Notre dernier site est le Fokontany d’Antsenavolo qui fait partie des seize (16) Fokontany constituant la Commune Rurale d’Antsenavolo district de Mananjary, Région Vatovavy Fitovinany.Il se trouve sur la route nationale numéro 25 à dix (10) km de la ville d’.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 4 Présentation des sites d’études

I.1.2- Contexte socio-économique

Les prospections que nous avons menées pour les sites d’Ambohibe Ilafy, Lazaina et Rangaina sont pour des particuliers, alors nous allons aborder le contexte socio-économique du site d’étude qui se situe à Antsenavolo en présentant successivement la démographie de la population, l’éducation, les infrastructures de santé et enfin les activités économiques.

 Population

Le Fokontany d’Antsenavolo compte cinq milles deux cents vingt (5220) habitants (source : PCD de la Commune Rurale d’Antsenavolo).

 Education

Le Fokontany d’Antsenavolo dispose d’un EPP, d’un CEG et d’un lycée public dont les infrastructures sont en très mauvais état.

 Santé

La Commune Rurale d’Antsenavolo possède un Centre de Santé de Base Niveau II. Six (6) comités de santé à base communautaire se trouvent au niveau de chaque Fokontany et qui travaillent en étroite collaboration avec le chef CSB II.

 Activités économiques

L’agriculture et l’élevage sont les principales activités économiques de la population de la Commune Rurale d’Antsenavolo. L’agriculture se divise en deux catégories : l’agriculture vivrière (riz, manioc, patates douce, légume et fruit), l’agriculture industrielle (canne à sucre, arachide, poivre, café, cannelle, girofle, piment et vanille). L’élevage des bœufs et des volailles y est développé.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 5 Après le contexte administratif, on passe au contextePrésentation climatique de des la sites zone d’études d’étude. C’est dans cette partie que nous allons décrire les précipitations et la température.

I.2-CONTEXTE CLIMATIQUE

La Commune Rurale d’Ankadikely Ilafy, la Commune Rurale de Sabotsy Namehana et la Commune Rurale de Fiaferana sont des communes riveraines donc elles ont le même contexte climatique. Les trois communes n’ont pas de station météorologique alors nous prenons comme référence les données météorologiques d’Antananarivo. La Commune Urbaine d’Antananarivo a un régime climatique tropical d’altitude. On distingue l’alternance de deux (2) saisons bien marquées : une saison pluvieuse et moyennement chaude de Novembre à Avril et une autre fraiche moyennement sèche.

La commune Rurale d’Antsenavolo présente trois (3) variations saisonnières :un climat chaud et humide à forte précipitation de Janvier à Mai, un climat froid et humide à précipitation moyenne de Juin à Juillet et un climat chaud et sec d’Août à Décembre.

I.2.1-Précipitations

Les donnés de la direction générale de la météorologie d’Ampadrianomby date de 1961 à 1978, alors nous avons utilisés les donnés de météo France.

Les précipitations annuelles atteignent une valeur moyenne de 1343 mm pour la Commune Urbaine d’Antananarivo. La période pluvieuse commence en Novembre avec un maximum aux mois de Décembre et de Janvier. Ensuite, la pluviométrie décroît pour tendre aux valeurs minimales à partir du mois de Juin. La période sèche commence donc du mois de Mai à Octobre, bien que quelques précipitations aient lieu. Pour la Commune Rurale d’Antsenavolo les précipitations annuelles sont de 3800 mm. Le tableau 1 et la figure 2 suivant indiquent les variations des précipitations pendant l’année 2010 à Antananarivo.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 6 Présentation des sites d’études

Tableau1 : Précipitations annuelles

Mois Précipitations en mm Janvier 300 Février 279 Mars 178 Avril 53 Mai 18 Juin 8 Juillet 8 Aout 10 Septembre 18 Octobre 61 Novembre 135 Décembre 287 Source : site web météo France (Année 2010)

PRECIPITATION 350 300 250 200 150 100 50 précipitation 0

Mai

Juin

Avril

Aout

Mars

Juillet

Février

Janvier

Octobre

Décembre

Novembre

Septembre

Source : site web météo France (Année 2011)

Figure 03 : Variation mensuelle des précipitations

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 7 I.2.2- Températures Présentation des sites d’études

La température moyenne annuelle pour Antananarivo est de 17°C. La température maximale est atteinte pendant la saison pluvieuse. Le tableau 2 et la figure 3 suivant indiquent les variations de la température pendant l’année 2010. Tableau 2 : Variations de la température

Mois Température moyenne en degré Celsius Janvier 21 Février 21 Mars 21 Avril 19 Mai 17 Juin 15 Juillet 14 Aout 15 Septembre 17 Octobre 19 Novembre 20 Décembre 21 Source : site web météo France (Année 2011)

TEMPERATURE MOYENNE 25 20 15 10 température 5 moyenne 0

Source : site web météo France (Année 2010)

Figure 04 : Variation de la température moyenne

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 8 La température moyenne annuelle pour la communePrésentation d’Antsenavolo des est sites de d’études28°C. La période la plus chaud se passe de Décembre en Janvier avec une température dépassant les 30°C à l’ombre ; tandis que la période la plus froide se situe au moi de Juin avec une température minimum de 15°C.

I.3- GEOMORPHOLOGIES ET HYDROGRAPHIES

Dans ce paragraphe on va parler des géomorphologies et des hydrographies des sites d’études.

I.3.1- Géomorphologies

Le Fokontany d’Ambohibe Ilafy, le Fokontany de Lazaina et le fokontany de Rangaina se trouvent sur les Hautes Terres de Madagascar formées de terrains plus ou moins accidentés. Ils sont caractérisés par des successions de collines ou sont bâtis les villages et de bas fond exploités pour la culture de riz. Les trois sites de notre zone d’étude sont formés visiblement de couches de latérites plus ou moins épaisses.

La Commune d’Antsenavolo forme un terrain plus ou moins accidenté. Elle est caractérisée par un réseau très dense de bas-fond et de plaines alluviales, emboîté dans les interfluves.

Le site d’étude est formé visiblement par des couches latéritiques plus ou moins épaisses. Il est caractérisé par l’existence de fracture qui se transforme en des rizières entre les vallées.

I.3.2-Hydrographies

En réalité, aucun cours d’eau ne traverse le Fokontany d’Ambohibe Ilafy, de Lazaina et de Rangaina même aux alentours. C’est pour cette raison que les villageois rencontrent des grands problèmes pour leurs activités agricoles, qui ne peuvent être réalisées qu’en saison de pluies.

Le fleuve Mananjary traverse la Commune Rurale d’Antsenavolo de l’Ouest à l’Est. Il existe aussi des petites rivières qui se déversent dans ce fleuve. Le Fokontany d’Antsenavolo possède une chute d’eau appelée Bevory qui se trouve dans la partie Sud du Fokontany.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 9 La figure suivante montre les réseaux hydrographiquesPrésentation de la des Commune sites d’études Rurale d’Antsenavolo.

Figure 05 : Carte hydrographiques de la Commune Rurale d’Antsenavolo

I.4- CONTEXTES GEOLOGIQUES

Région Analamanga La Commune Rurale d’Ankadikely Ilafy, la Commune Rurale de Sabotsy Namehana et la Commune Rurale de Fiaferana se trouvent au centre de la région des Hautes Terres, ce qui explique leurs structures géologiques correspondant au système du graphite qui domine en partie le socle cristallin. Caractérisé par un large développement des migmatites avec des granites associés à des Charnockites et des gneiss, le système est constitué surtout par le groupe des migmatites, des migmatites granitoïdes et des granites.la figure suivante montre la carte géologique des sites d’études sise à Analamanga.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 10 Présentation des sites d’études

Source : BD 500 FTM

Figure 6 : Carte géologique des sites d’études sise à Analamanga

 Les migmatites granitoïdes

Ce sont des roches généralement leucocrates, avec un alignement discontinu des minéraux colorés, indiquant sur le terrain une schistosité gneissique et rubanée. Elles ont un caractère granitique et non gneissique. Dans les granites migmatitiques, la schistosité disparaît, mais il subsiste néanmoins une certaine orientation. Le caractère devient très granitique. La roche renferme des septums et des enclaves gneissique ou migmatitique, et des zones ondulées ou tourbillonnaires soulignés par des minéraux colorés. Les enclaves schisteuses incluses dans ces granites sont à bords francs, ce qui est peu compatible avec l’idée d’une intrusion d’origine magmatique. On se trouverait en présence de zones granitisés qui seraient le résultat d’une métasomatose régionale poussée, d’un ultra métamorphisme. Ce granite résulterait ainsi d’une transformation chimique et minéralogique in situ des roches originelles du socle, avec rhéomorphisme possible dans certains cas.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 11  Les charnockites Présentation des sites d’études

Le faciès charnockite est présent dans la plupart de ces formations granitisées. Bien caractérisé par sa couleur spécial, ce faciès ce n’apparaît que sur des roches fraîches et n’est souvent pas visible dans la croûte superficielle au manteau. Un seul massif important a été décelé.

Il s’agit d’une importante formation à granodioritique, présentant un faciès très uniforme dans l’ensemble de la région qu’elle occupe. Ces charnockites semblent formés le cœur d’un grand synclinal qui se fermerait vers le sud, entre Tananarive et Ambohimangakely. Il est caractérisé par une région à relief très adouci, région de petites collines boisées où les affleurements sont essentiellement représentés par de grandes dalles dans le lit des cours d’eau.

Région Vatovavy Fitovinany

La Commune rurale d’Antsenavolo, région Vatovavy fitovinany, district de Mananjary se trouve dans la partie Sud Est de Madagascar. Les différents systèmes géologiques s’y trouvent depuis le socle précambrien au Crétacé. Il s’agit essentiellement du Gabbro, du Granite et du Graphite. La zone d’étude est formée essentiellement de roche basaltique interposée par une formation rhyolitique de direction SSW-NNE. On voit un peu plus au Sud-Ouest. Deux autres formations se trouvent dans la partie Nord-Ouest et Ouest de la zone d’étude formée essentiellement de micaschiste et gneiss à disthène et de gneiss, leptynites, migmatite à graphite. La figure suivante nous montre la carte géologique de la Commune Rurale d’Antsenavolo.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 12 Présentation des sites d’études

Figure 7 : Carte géologique d’Antsenavolo

I.5-CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE

L’hydrogéologie des Hautes Terres de Madagascar est caractérisée par trois sortes de nappe : la nappe d’altération, la nappe de socle fissuré et la nappe d’alluvions (RAKOTONDRAINIBE J.H, 1984[1]).

I.5.1-Nappe d’altération

Elle renferme deux types d’aquifères : . Aquifère à nappe libre logée (nappe d’altérite) rencontrée dans les formations altérées argilo sablo kaolinite, elle est alimentée par l’eau de pluies. C’est de l’eau déminéralisée à conductivité égale à 40μs /cm . Aquifère à nappe semi-captive, nappe d’arène rencontrée sous les formations micacées argileuses. Elle est peu minéralisée à conductivité égale à 200 à 300us/cm

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 13 I.5.2-Nappe d’alluvion Présentation des sites d’études

Les nappes des alluvions inter collinaires sont rencontrées en outre dans les bas-fonds. Cette nappe est profonde de 5 à 20m et le débit d’exploitation de ces nappes est relativement limité. L’eau exploitée dans ces nappes est peu minéralisée mais riche en fer.

I.5.3-Nappe de socle fissuré

La nappe de socle fissuré a une perméabilité supérieure à celle de la nappe d’altération. Elle donne un débit d’exploitation intéressant, supérieur à trois mètres cubes par heure, dans les fractures de roches sous la couverture latéritique.et profonde de 25 à 100m, l’eau est peu minéralisée.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 14 Présentation des sites d’études

PARTIE II

METHODOLOGIE ET MATERIELS UTILISES

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 15 Après avoir vu, dans la première partie, les contextes généraux des sites d’études, on va maintenant aborder la deuxième partie, nous allons voir en premier lieu des notions d’hydrogéologie puis la méthodologie expliquant les techniques de prospection électrique à 2 dimensions.

II.1- NOTIONS D’HYDROGEOLOGIE

L'hydrogéologie est la science de l’eau souterraine. Elle s’occupe de la circulation des eaux dans le sous-sol (recherche des nappes, évaluation des ressources, captages, calcul de débits, etc.). Ses objectifs reposent sur l’acquisition de données par prospection ou sur l’expérimentation sur terrain, sur le captage et sur la planification de l’exploitation de l’eau souterraine. Nous allons voir successivement : le cycle de l’eau, les nappe d’eau sous terraine, les conditions d’existence de nappe, les types hydrodynamique de l’aquifère et les types de milieu perméable et porosité.

II.1.1-Cycle de l’eau

Figure 08 : Schéma représentatif du cycle de l’eau

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 16 L’énergie solaire est le moteur du cycle. L’océan chauffé par le rayonnement du soleil s’évapore dans l’atmosphère et forme les nuages. Cette eau en suspension retombe en forme de pluie, de neige après condensation dans les océans et les continents. A sa retombée sur le continent cette même eau peut suivre trois chemins différents :

 le ruissellement ou écoulement par gravité à la surface du sol, suivant la pente du terrain, des eaux météoriques qui ont échappé à l’évaporation et au stockage à la surface du sol. Elle aboutit aux ruisseaux, aux rivières, aux fleuves et enfin à la mer.  l’infiltration, à travers les fissures de la surface du sol. Cette eau alimente les nappes souterraines.  la transpiration de la végétation et l’évaporation du sol fait retourner l’eau dans l’atmosphère.

II.1.2-Nappe d’eau sous terraine

Une nappe c’est l’ensemble des eaux comprises dans la zone saturée d’un sous sol ou d’un aquifère et dont la productivité est importante, lors d’un pompage. Son existence est conditionnée par la jonction de trois facteurs : l’alimentation, facteurs lithologiques (aquifère poreux et perméable avec une formation imperméable à la base), et le facteur de structure (de préférence une structure synclinale).

II.1.3-Condition d’existence de nappe

L’infiltration d’eau dans le sous sol assure l’alimentation d’un aquifère.

 Processus général pour l’infiltration souterraine L’infiltration de l’eau de pluie dans le sol se réalise grâce à l’action de la pesanteur, soit directement à travers les fissures ou les fractures du sol, soit à travers les pores des couches de terrain du sous sol. Selon la perméabilité des terrains rencontrés, elle descend à une plus ou moins grande profondeur. Cette circulation, approximativement verticale, est interrompue par la rencontre d’un terrain de faible perméabilité.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 17  Facteurs d’existence d’une nappe L’existence d’une nappe est conditionnée par la conjonction de trois facteurs: le facteur lithologique, le facteur d’alimentation et le facteur de structure

 Le facteur lithologique : il doit exister une roche « réservoir » à la fois poreuse et perméable qui constituera le terrain aquifère. Cette roche doit avoir à sa base un mur imperméable pour soutenir la nappe ou plus simplement qui servira de fond « étanche » pour le réservoir. Pour nos sites d’études, elle est occupée par des formations cristallines, le type de nappe existant est la nappe de fissure.

 Facteur d’alimentation : il faut que de l’eau remplisse les pores de l’aquifère

 Facteur de structure : il est nécessaire d’avoir une structure favorable à l’accumulation de l’eau (une structure anticlinale est défavorable).

Ces trois facteurs ont une influence variable selon les types d’aquifère rencontrés. Les conditions d’alimentation, lithologiques et structurales ne peuvent pas être considérées séparément.

II.1.4-Type hydrodynamique de l’aquifère

L’aquifère peut s’identifier selon sa configuration et sa structure qui permettent de classer trois types hydrodynamiques à nappe libre, à nappe captive ou à nappe semi-captive.

-Aquifère à nappe libre

Il est formé par le complexe « couche hydrogéologique perméable-eau souterraine » qui se trouve en dessous de la surface du sol et reposant sur le substratum imperméable. La couche sus-jacente ou le toit est aussi perméable. La surface piézométrique qui constitue la limite supérieure de la nappe sous une zone non saturée peut fluctuer librement suivant la recharge et la vidange.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 18 Figure 09 : Représentation d’une nappe libre

-Aquifère à nappe captive

Il est constitué par le complexe « formation hydrogéologique perméable-eau souterraine » reposant sur le substratum imperméable et sous un toit imperméable.

Figure 10 : Représentation d’une nappe captive

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 19 -Aquifère à nappe semi-captive

C’est un aquifère reposant sur un substratum imperméable et sous un toit semi- perméable qui permet l’intercommunication avec la nappe de la couche hydrogéologique perméable sus-jacente. La surface piézométrique fluctue suivant la période de recharge ou de vidange par drainage descendant et ascendant.

Figure 11 : Représentation d’une nappe semi-captive

II.1.5-Type de milieu perméable et porosité

En hydrogéologie, on distingue deux types de réservoir d’eau souterraine : le réservoir en milieu poreux et le réservoir en milieu fissuré.

Le réservoir en milieu poreux est une formation géologique perméable (sol ou roche) dont les pores communiquent et sont suffisamment larges pour que l'eau puisse y circuler librement sous l'effet de la gravité (exemples : sables, grès, etc.).La porosité efficace est le rapport du volume d’eau mobile par saturation, libéré sous l’effet d’un drainage complet, au volume total de la roche.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 20 Le réservoir en milieu fissuré est une formation géologique perméable dans laquelle l'eau est contenue et circule dans les failles, fissures ou diaclases de la roche (calcaires , granites, coulées volcaniques, etc.)

II.2- CHOIX DE LA METHODE DE PROSPECTION GEOPHYSIQUE

En géophysique, il y a plusieurs méthodes qui permettent de détecter les cibles : méthode gravimétrique, méthodes électromagnétiques, méthodes électriques. Compte tenu du contraste de résistivité entre la cible (aquifère) , l’encaissant et les contextes généraux des sites d’études, nous avons choisi d’adopter la méthode de prospection électrique qui semble adéquate. Elle consiste à analyser le paramètre physique qui est la résistivité. Lorsque les roches sont dans leur emplacement dans le sol le paramètre à considérer est la résistivité apparente. La résistivité apparente dépend de la quantité et de la qualité des eaux retenues dans les pores. Elle dépend aussi de la nature du sous-sol, de ses diverses composantes, et également de leur degré de porosité. C'est-à-dire que les roches saines ont des valeurs de résistivité apparente élevées par rapport aux roches fracturées et poreuses.

Le tableau suivant nous donne les valeurs de résistivité apparente des eaux ou des roches. Tableau 3 : Gamme de valeur des résistivités des eaux ou des roches

Eaux ou roches Résistivité en .m Eau de nappes alluviales 10-30 Eau de sources 50-100 Argiles 2-20 Marnes 20-100 Grès argileux 50-300 Grès quartziques 300-10000 Schistes argileux ou altérés 100-300 Schistes sains 300-3000 Gneiss, granites altérés 100-1000 Gneiss, granites sains 1000-10000

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 21 II.3-PROSPECTION ELECTRIQUE

La méthode de prospection électrique est la plus utilisée pour la prospection d’eau souterraine. Cette méthode est basée sur l’interprétation de la distribution des résistivités du sous- sol. Elle se déroule comme suit : on injecte un courant continu à travers deux électrodes A et B puis on mesure la différence de potentiel électrique entre les deux électrodes M et N

Figure 12 : Dispositif à quatre électrodes à la surface

Le potentiel crée par un courant I injecté en un point est donné par la formule

I V  2.r

Avec V:potentiel crée en un point Ro : résistivité I : intensité de courant 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 en B sont données par les relations :

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 22 I I V  et V   A 2 .AM B 2 .BM

Au point M, on aura un potentiel : VVVMAB 

Ainsi,

I 1 1 V ()  M 2 AMBM

Et au point N :

I 1 1 V ()  N 2 AN BN

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

I 1 1 1 1 VVV   ()    MN 2 AM AN BM BN

Nous avons la résistivité au centre du dispositif

De la forme

2 Où K   1 1 1 1        AM AN BM BN 

K est appelé facteur géométrique qui dépend de la disposition géométrique des électrodes.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 23 Il existe plusieurs techniques pour étudier la résistivité électrique d’un terrain permettant de caractériser la structure du sous-sol telles :  le sondage qui est une exploration en 1D du sous-sol suivant la profondeur  le profilage ou traîné, une investigation horizontale du sous-sol (1D)  le panneau électrique qui permet d’obtenir une coupe du sous sol en résistivité apparente, en tenant compte des variations verticales et horizontales dues à la géologie. Mais compte tenu des avantages : gain de temps, facilité de manipulation qu’offre le panneau électrique, nous avons choisi de faire notre étude principalement avec cette technique.

II.3.1-Tomographie électrique

La tomographie électrique est une investigation à 2D du sous sol, suivant la verticale et une direction horizontale qui est celle du profil. Sa réalisation peut être assimilée à plusieurs trainés électriques à profondeur de pénétration différentes. Cette technique consiste à faire des profils multiples en augmentant régulièrement l’espacement entre les électrodes noté « a ».

Les points sont reportés à l’aplomb du dispositif à une profondeur proportionnelle à « a ». On parle alors de niveaux d’acquisition (figure 13).

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 24 Figure 131 : Représentation du panneau électrique et des niveaux d’acquisition des données.

Si l’espacement entre les électrodes augmente, la profondeur d’investigation augmente aussi. On peut alors représenter les résistivités apparentes mesurées sous forme de pseudo- sections qui reflètent qualitativement la variation spatiale de la résistivité apparente. De nombreux dispositifs peuvent être utilisés pour construire ce pseudo sections :  Schlumberger : ce dispositif est dans une moindre mesure sensible aux variations verticales et horizontales.  Dipôle – dipôle : très sensible aux changements horizontaux de la résistivité donc idéal pour détecter des structure verticales  Wenner : sensible aux changements verticaux de résistivité, ceci implique qu’il est recommandé pour détecter des structures horizontales. Puisque notre cible (aquifère) est supposée avoir à priori une structure horizontale, alors nous avons choisi le dispositif Wenner.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 25 II.3.2-Dispositif Wenner

Les électrodes A et B, permettant l’injection du courant, et M et N pour la mesure de potentiel sont alignées et toutes les électrodes sont équidistantes, c’est-à-dire AM=MN=NB=AB/3=a.

Figure 14 : Configuration géométrique du dispositif Wenner

Dans ce cas, le facteur géométrique K devient K=2a. D’où la résistivité est donnée par la relation : V   2 .a I Soient « a » la distance inter-électrodes et « N » le nombre des électrodes.

Le mécanisme d’acquisition des données en panneau électrique utilisant le dispositif Wenner se déroule comme suit : la première mesure utilisera les 4 premières électrodes (1, 2, 3 et 4) ; les électrodes 1 et 4 serviront à l’injection des courants, 2 et 3 à la mesure du potentiel. Tout le dispositif va ensuite se déplacer d’une distance a. Puis les électrodes 2 et 5 serviront alors à l’injection du courant et 3 et 4 de mesure de potentiel. Le processus se répète à nouveau jusqu’à ce que toutes les électrodes soient utilisées. Comme la caractéristique du dispositif Wenner est de garder une distance constante entre toutes les électrodes, on va donc, pour le niveau suivant prendre une distance égale à 2a. La première mesure du deuxième niveau impliquera les électrodes 1 et 7 pour l’injection du courant et 3 et 5 pour la mesure de potentiel. Le processus se répète à nouveau jusqu’aux dernières électrodes. Le mécanisme d’acquisition des données continu jusqu'à na ou « n » est le nombre de séquence de mesure qui s’incrémente de 1 à (N-1)/3. On effectue ainsi les mesures de chaque niveau d’acquisition.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 26 Prenons n =1, 2, 3, comme niveau d’acquisition, il existe une relation entre le nombre de mesures M et le niveau d’acquisition n, telle que M= (N-3n). Prenons par exemple N=32. Pour n=1, M= (32-3.1)=29 n=2, M= (32-3.2)=26 n=3, M= (32-3.3)=23 n=4, M= (32-3.4)=20 n=5, M= (32-3.5)=17 n=6, M= (32-3.6)=14 n=7, M= (32-3.7)=11 n=8, M= (32-3.8)=8 n=9, M= (32-3.9)=5 n=9, M= (32-3.9)=2

Nous avons 155 mesures à effectuer pour un nombre d’électrodes égal à 32. Dans le cas général utilisant Ne électrodes, le nombre total de mesures « Nmes », pour un profil dont la distance entre deux électrodes est égale à na, a pour expression :

Avec n= 1,2 ,3 ,4 5 ….

La profondeur d’investigation estimée pour ce dispositif est 0.519a [EDWARDS, 1977] a étant la distance entre les électrodes extrêmes du panneau. A titre d’exemple, dans notre travail la distance maximale entre la première et la 32ème électrode est de 310m (correspondant à 31 intervalles de 10m chacun qui est la distance entre 2 électrodes consécutives). « a » est alors, en dispositif Wenner, égal à 310/3 = 103m environ ; donc la profondeur d’investigation « p » est alors 0.519 x 103 = 50m environ. Pour une distance entre 2 électrodes consécutives de 5m pour toujours un système de 32 électrodes, la profondeur d’investigation est de 25m.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 27 II.3.3-Matériels utilisés

L’appareil utilisé lors de l’acquisition des données est un résistivimètre SYSCAL R2 D’IRIS INSTRUMENTS. Il permet d’étudier les variations de la résistivité suivant la verticale et l’horizontale. Le résistivimètre SYSCAL R2 utilise une série RS232 pour le transfert des donnés du SYSCAL R2 vers un micro ordinateur ou du micro ordinateur vers SYSCAL R2 (l’introduction de la séquence utilisée se fait à l’aide d’un logiciel ELECTRII et le transfert des données vers le micro-ordinateur à l’aide du logiciel PROSYS) .Il est géré par un microprocesseur pour la compensation automatique de la polarisation spontanée (PS).

Cet appareil est caractérisé par :

-une tension de sortie de 800 volts

-un courant de sortie maximum jusqu'à 2.5 Ampères

-une puissance de sortie maximum de 1600 Watts

-une impédance d’entrée de 10MΩ

-une gamme de tension d’entrée de -5 à 5 volts

-une compensation automatique de la PS (-5 à+5Volts) avec une correction linéaire de la dérive jusqu’à1mV /s

-une mesure de résistance de prise de terre de 0.1 à 1000 KΩ

Les différents accessoires utilisés avec le résistivimètre SYSCAL R2

-un convertisseur DC/DC de 250 Watts

-une batterie de 12 V qui alimente le convertisseur

- deux boitiers multinodes pour le mode multiélectrodes

- un module de commutation (RCM ou « Remote Control Multiplexer »)

-des câbles de connexion

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 28 -des électrodes en acier inox

-des rouleaux de fils

Figure 15 : Résistivimètre SYSCAL R2 et ses accessoires

II.3.4-Mode de traitement des données

On utilise le programme RES2DINV développé par H. Loke (1996) pour inverser automatiquement les données expérimentales en modèle 2D appelé « pseudo section ». Le logiciel d’inversion RES2DINV permet de retrouver les vraies valeurs de la résistivité à partir des valeurs apparentes du terrain. Il reconstitue, par une méthode itérative, tous les différents terrains en résistivités et épaisseurs vraies qui ont donné naissance aux résistivités apparentes.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 29 Les valeurs obtenues sur le terrain sont des 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 vraie de chaque bloc. Elle utilise la méthode de lissage par contrainte pour déterminer le modèle approximatif. En tenant compte des points expérimentaux, ce programme subdivise le modèle géoélectrique en des blocs rectangulaires. En effet, la mesure représente une valeur qui intègre les résistivités d’un certain volume du sous-sol. A partir de ces valeurs, on cherche à trouver les épaisseurs et les résistivités vraies des différentes structures en présence. L’utilisation de ce programme va nous donc donner un modèle géologique correspondant aux données de terrain.

Figure 16 : Représentation des blocs et des points de mesure [LOKE M., BARKER r. 1996]

Pour cette opération, les premières valeurs qu’il introduit dans cette matrice sont les valeurs apparentes qui lui permettent de donner un premier modèle approximatif. A partir de ce modèle, il injecte un courant fictif et recalcule les valeurs apparentes. Il compare ensuite cette coupe de résistivité apparente avec celle qui a été dessinée à l’aide des valeurs mesurées. La comparaison lui permet de corriger la matrice et de recalculer un modèle plus précis. Le logiciel essaie donc à l’aide d’une méthode itérative, de réduire la différence entre les valeurs calculées et mesurées de résistivité apparente en ajustant la résistivité vraie de chaque bloc. Une mesure de cette différence est donnée par l’erreur RMSE .En général, le modèle le plus fiable est celui qui se situe juste après l’itération où l’erreur RMSE ne change plus de manière significative, ce qui arrive habituellement entre 4 et 6 itérations.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 30 Afin de s'approcher de la résistivité réelle du sous-sol on effectue une inversion des valeurs de résistivités apparentes en 2D à l’aide du logiciel RES2DINV. On obtient un modèle et des résistivités calculées. Tout d’abord, un modèle est élaboré en trois étapes à partir des données de résistivités apparentes mesurées :

Figure 17 : Principe de l’inversion.

. Etape1: l'algorithme calcule la réponse de ce modèle en y effectuant une "acquisition fictive", le problème direct, c'est à dire le calcul de résistivités apparentes à partir de résistivités vraies étant donné par le modèle. On obtient alors la pseudo-section calculée de la figure 17 précédente. . Etape2: l'algorithme détermine alors la différence entre les données mesurées (A) et la coupe calculée (B) en comparant leurs valeurs de résistivité . Etape3: le modèle est ensuite modifié dans le but de diminuer la différence (erreur) entre (A) et (B). L'opération est alors répétée de manière itérative jusqu'à ce que leur différence devienne minimale.

II.3.5-Coupe geoélectrique ou pseudo-section

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 31 La coupe géoelectrique ou pseudo-section est obtenue après le traitement des données. La figure suivante montre un exemple de coupe géoéléctrique qui représente à la fois les pseudos sections de la résistivité et des chargeabilités obtenues après le traitement avec le logiciel RES2DINV.

Figure 18 : Coupes géoéléctriques obtenues après traitement avec le logiciel RES2DINV

En générale la porosité dépend de la valeur des chargeabilités du sous sol. Si la chargeabilité est supérieure à 10 mV/V on a une formation à faible porosité et si la chargeabilité est inférieure à 10 mV/V on a une formation à forte porosité.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 32 PARTIE III

PRESENTATION DES TRAVAUX ET INTERPRETATION DES RESULTATS

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 33 Interprétation et résultats III.1-PRESENTATION DES TRAVAUX

En tous nous avons réalisé onze panneaux électrique dont les emplacements ont été choisis dans des endroits présentant un contexte hydrogéologique favorable.

La tomographie électrique réalisée à l’aide des panneaux électriques permet d’obtenir une image à 2D de l’aquifère et de proposé un point d’implantation de puits.

L’emplacement d’un centre du dispositif a été localisé à l’aide d’un récepteur GPS (Global Positioning System).La liste des panneaux électriques réalisés figure dans le tableau ci-dessous.

Tableau 4 : Emplacement des panneaux électriques réalisés

FOKOTANY PANNEAUX LOCALISATION Centre ELECTRIQUES Panneau

AMBOHIBE ILAFY P 1 (10 mètres) 18°52’42.8’’ 47°34’29.2’’

AMBOHIBE ILAFY P 2 (10 mètres) 18°52’44.8’’ 47°34’27.8’’

LAZAINA P 1 (5 mètres) 18°47’51.6’’ 47°34’14.0’’

LAZAINA P 2 (10 mètres) 18°47’51.6’’ 47°34’14.0’’

P 1 (10 mètres) 18°50’50.23’’ RANGAINA 47°36’25.0’’

P 6 (10 mètres) 21° 23’ 20.0” ANTSENAVOLO 48° 02’ 59.7”

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 34 Interprétation et résultats III.2-INTERPRETATION ET RESULTATS

Après traitement des données brutes obtenues sur les terrains et après inversion par le logiciel RES2DINV, nous avons établi les coupes géoélectriques correspondant aux panneaux.

III.2.1-Fokontany d’Ambohibe Ilafy

La propriété privée qui se situe dans le Fokontany d’Ambohibe Ilafy est une nouvelle construction et l’accès à l’installation en eau de la JIRAMA est encore difficille. La propriétaire avait fait appelle à une équipe de géophysique pour indiquer un point idéal pour l’implantation de puits d’exploitation d’eau souterraine.

Deux panneaux électriques ont été réalisés dans cette propriété. La photo suivant montre l’emplacement des travaux géophysiques effectués.

Figure 19: Image satellite (Google Earth, 2009) du Fokontany d’Ambohibe Ilafy

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 35 Interprétation et résultats -Panneau électrique (P1)

Le premier panneau électrique est de direction SE-NW, la distance inter électrodes choisie est de dix mètres, ceci pour avoir une profondeur d’investigation d’environ 50 m .La coupe obtenue est représentée par la figure 18. Elle montre principalement trois formations :

 une formation superficielle très résistante (couleurs jaune, marron, orange, rouge et grenat) de résistivité supérieure à 1109 Ωm, d’épaisseur moyenne 12m , elle apparait entre les abscisses 45 à 65, ainsi qu’entre les abscisses 90 à 220. elle peut correspondre à une formation granitique plus saine.  ensuite, une formation résistante (couleurs vert clair et vert foncé) de résistivité moyenne comprise entre 440 et 698 Ωm, d’épaisseur moyenne de 20 m, qui correspond une formation de granitique en phase d’altération.  enfin une formation moins résistante (couleur bleu foncé et bleu claire) de résistivité inférieure 277 Ωm et d’épaisseur de 20 m qui serait l’aquifère recherché.

Figure 20 : Coupe géoéléctrique obtenue à partir du panneau 1 réalisé à AMBOHIBE ILAFY

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 36 Interprétation et résultats La coupe de chargeabilité de la figure ci-dessus montre que la zone aquifère a une valeur de chargeabilité moyenne (couleur vert clair, vert foncé, jaune et orange) de 4.2 à 7.1 mV /V et qui apparait en surface à partir l’abscisse 240.La valeur de chargeabilité de la zone aquifère est inférieure à 10 mV/V alors on a une formation à forte porosité. On est en présence d’une nappe de fracturation. On est en présence d’une nappe de fracturation.

-Panneau électrique (P2)

Le second panneau électrique a été fait car la zone aquifère du premier panneau est à l’extérieur de la propriété .Ce second panneau à pour direction NE-SW et la distance inter électrodes choisis est toujours de dix mètres. La coupe obtenue est représentée par la figure suivante. La coupe géoéléctrique obtenue nous montre principalement trois formations :

 une formation superficielle très résistante (couleurs marron, orange, rouge et violet) de résistivité supérieure à 4588 Ωm, d’épaisseur moyenne 10m , elle apparait entre les abscisses 30 à65, ainsi qu’entre les abscisses 93 à250 .Cette couche peut être associée a du granitique.  ensuite, une formation résistante (couleurs jaune, vert claire et vert foncé) de résistivité moyenne comprise entre 556 et 1124 Ωm, d’épaisseur moyenne de 20 m, qui correspond à une formation de granitique en phase d’altération.  enfin une formations moins résistante (couleur bleu foncé et bleu claire) de résistivité inférieure à 275 Ωm et d’épaisseur de 20 m, qui serait l’aquifère recherché.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 37 Interprétation et résultats

Figure 21: Coupe géoéléctrique obtenue à partir du panneau 2 réalisé à AMBOHIBE ILAFY

La coupe de chargeabilité de la figure ci-dessus montre que la zone aquifère a une valeur de chargeabilité élevée (couleur orange, rouge, grenat et violet) de 12.2 à 16.9 mV/V. La valeur de chargeabilité de la zone aquifère est supérieur à 10 mV/V alors on a une formation à faible porosité. On est en présence d’une nappe de fracturation juste à l’aplomb du centre de mesure.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 38 Interprétation et résultats - Proposition pour l’implantation d’un puits

Les résultats de la prospection géophysique nous ont permis de proposer un point d’implantation de forage au centre du panneau électrique 2 (de coordonnées S18° 52’ 44.8’’ ; E047° 34’ 27.8’’).L’aquifère recherché est a 10 mètres de profondeur avec une épaisseur de 10 mètres.

Remarque : avant de trouver de l’eau il faut traverser une couche de roche d’une épaisseur de 7 mètres.

Figure 22 : Coupe représentative du point d’implantation du puits

III.2.2-Fokontany LAZAINA

La propriété privée qui se situe dans le Fokontany de Lazaina a un problème d’approvisionnement en eau potable. La propriétaire avait creusé deux puits sur la partie Est du terrain et il rencontre des roches dures. L’un des deux puits fonctionne mais la quantité d’eau obtenue ne satisfait pas les besoins du propriétaire. L’objectif de cette étude géophysique est de caractériser la nature de la nappe aquifère et d’indiquer un point idéal pour l’implantation de puits d’exploitation d’eau souterraine.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 39 Interprétation et résultats Deux panneaux électriques ont été réalisés dans cette propriété. La photo suivant montre l’emplacement des travaux géophysiques effectués.

Figure 23 : Image satellite (Google Earth, 2009) du Fokontany de Lazaina

L’image satellite de notre site d’étude est couverte par des nuages alors la figure suivante montre un plan de masse de la propriété qui se trouve à Lazaina.

Figure 24 : plan de masse de la propriété située dans le Fokontany de Lazaina

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 40 Interprétation et résultats -Panneau électrique (P1)

La non fonctionnalité de l’un des deux puits existants nous ont conduit à faire un profil parallèle à l’alignement de ces deux puits. Le panneau électrique est donc de direction SE- NW la distance inter électrodes choisi est de cinq mètres, ceci pour avoir une profondeur d’investigation d’environ 25m .La coupe geoéléctrique obtenue est représentée par la figure suivante. Elle nous montre principalement trois formations :

-une formation très résistante (couleurs grenat) de résistivité supérieure à 1810 Ωm.Cette formation peuvent être associée à une formation latéritique.

-puis, une formation résistante (couleurs orange et rouge foncé) de résistivité moyenne 1280Ωm, d’épaisseur moyenne de 6.4m, elle se trouve en profondeur entre les abscisses 75 à100 ensuite ente 110 à145 et apparait en surface entre les abscisses 30 à 40 qui correspond à une formation de gneiss en altération.

Figure 25 : Coupe géoéléctrique obtenue à partir du panneau 1 réalisé à Lazaina

La coupe de chargeabilité est inutile car on ne détecte pas d’aquifère sur le site.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 41 Interprétation et résultats -Panneau électrique (P2)

Le second panneau électrique est perpendiculaire au premier, de direction NE-SW la distance inter électrodes choisis est toujours de dix mètres ceci pour avoir une profondeur d’investigation d’environ 50 m. La coupe obtenue est représentée par la figure suivante. Elle montre principalement trois formations :

 une formation superficielle très résistante (couleur grenat) de résistivité supérieure à 4064 Ωm, d’épaisseur moyenne 10m , elle apparait entre les abscisses 0 à130, ainsi qu’entre les abscisses 240 à 310 .Cette couche peut être associée a une formation latéritique.  ensuite, une couche résistante (couleurs jaune, maron et rouge) de résistivité moyenne comprise entre 1613 et 2560 Ωm, d’épaisseur moyenne de 20 m, elle apparait entre les abscisses 130 à 210 qui correspond à une formation de gneiss.  enfin une couche moins résistante (couleur vert clair et vert foncé) de résistivité inférieure à 1016 Ωm qui se trouve à 10 m de profondeur et entre les abscisses 160 à 240, elle correspond à une formation de gneiss en altération.

Figure 26 : Coupe géoéléctrique obtenue à partir du panneau 2 réalisé à Lazaina

La coupe de chargeabilité est inutile car on ne détecte pas d’aquifère sur le site.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 42 Interprétation et résultats -Résultat  Le puits numéro 1 ne fournit pas d’eau en hiver car il a été creusé sur la partie où la roche dure est enracinée et il est difficile d’approfondir ce puits.  le deuxième puits actuellement fonctionnel fournit une petite quantité d’eau due à l’eau qui circule à l’intérieur des roches, il est aussi impossible d’approfondir ce puits car, si on descend de plus en plus profond, on rencontre le socle.

III.2.3-Fokontany RANGAINA

La propriété privée qui se situe dans le Fokontany de Rangaina a un problème d’approvisionnement en eau potable. La propriétaire avait creusé deux puits sur la partie Est du terrain et il rencontre des roches dures. L’objectif de cette étude géophysique est de caractériser la nature de la nappe aquifère et d’indiquer un point idéal pour l’implantation de puits d’exploitation d’eau souterraine.

Un panneau électrique a été réalisé dans cette propriété. La photo suivant montre l’emplacement des travaux géophysiques effectués.

Figure 27 : Image satellite (Google Earth, 2009) du Fokontany de Rangaina

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 43 Interprétation et résultats -Panneau électrique (P1)

Le panneau électrique est de direction S-N, la distance inter électrodes choisie est de dix mètres, ceci pour avoir une profondeur d’investigation d’environ 50 m .La coupe obtenue est représentée par la figure 19. Elle montre principalement trois formations:

 une formation superficielle très résistante (couleurs marron, orange et rouge) de résistivité supérieure à 1120Ωm, d’épaisseur moyenne 10m , elle apparait entre l’abscisse 40 à120, ainsi qu’entre les abscisses 220 à 310 .Cette formation peuvent être associée du gneiss  ensuite, une formation résistante (couleurs jaune, vert clair et vert foncé) de résistivité moyenne comprise entre 507 et 754 Ωm, d’épaisseur moyenne de 10 m, qui correspond à une formation de gneiss en altération.  enfin une formation moins résistante (couleur bleu foncé et bleu claire) de résistivité inférieur à 342 Ωm et d’épaisseur 25 m, qui serait l’aquifère recherché.

Figure 28: Coupe geoéléctrique obtenue à partir du panneau 1 réalisé à Rangaina

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 44 Interprétation et résultats La coupe de chargeabilité de la figure ci-dessus montre que la zone aquifère a une valeur de chargeabilité moyenne (couleur vert clair, vert foncé, jaune et orange) de 4.2 à 7.1 mV /V. La valeur de chargeabilité de la zone aquifère est inférieure à 10 mV/V alors on a une formation à forte porosité. On est en présence d’une nappe de fracturation.

- proposition pour l’implantation d’un puits

Nous recommandons de faire le puits sur le point indiqué à la figure 29 à une profondeur de 25m (ce point est marqué par un piquet)

Figure 29: Coupe représentative du point d’implantation du puits

III.2.3-Fokontany d’Antsenavolo

Le Fokontany d’Antsenavolo a un problème d’approvisionnement en eau potable. Les responsables du projet d’adduction d’eau potable pour la commune d’Antsenavolo a fait appelle à une équipe de géophysique pour détecter un point d’eau susceptible d’alimenter les besoins en eau de la population du Fokontany et de ses environ. On réalité nous avons réalisé 6 panneaux électriques à Antsenavolo mais celui-ci présente des conditions favorables pour l’implantation d’un puits.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 45 Interprétation et résultats La figure suivante nous montre donc l’emplacement des profils géophysiques que nous avons implantés sur le site d’étude.

Figure 30 : Image satellite (Google Earth, 2009)

-Panneau électrique (P6)

Le panneau électrique est de direction SW-NE, la distance inter électrodes choisie est de dix mètres, ceci pour avoir une profondeur d’investigation d’environ 50 m .La coupe obtenue est représentée par la figure 27. Elle montre principalement trois formations :

 une formation superficielle très résistante (couleurs marron, orange, rouge et grenat) de résistivité supérieure à 1547 Ωm, d’épaisseur moyenne 12m , elle apparait en surface tout le long du profil. Cette couche peut être associée à une formation rhyolitique.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 46 Interprétation et résultats  ensuite, une formation résistante (couleurs vert clair, vert foncé et jaune) de résistivité moyenne comprise entre 502 et 1063 Ωm, qui correspondent à une formation de rhyolite en altération.  enfin une formation moins résistante (couleur bleu foncé et bleu claire) de résistivité inférieur à 345 Ωm et d’épaisseur de 20 m qui serait l’aquifère recherchée.

Figure 31 : Coupe geoéléctrique obtenue à partir du panneau 1 réalisé à Antsenavolo

La coupe de chargeabilité de la figure ci-dessus montre que la zone aquifère a une faible valeur de chargeabilité (couleur bleu foncé, bleu clair,) de 2.4 à 4.1 mV /V.La valeur de chargeabilité de la zone aquifère est inférieur à 10 mV/V alors on a une formation à forte porosité. On est en présence d’une nappe de fracturation juste à l’aplomb du centre de mesure.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 47 Interprétation et résultats - proposition pour l’implantation d’un puits

Nous recommandons de faire le puits sur le point indiqué à la figure 28 à une profondeur de 50 m (ce point est marqué par un piquet)

Figure 32 : Coupe représentative du point d’implantation du puits

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 48 CONCLUSION

Pour la détection des aquifères, nous avons fait appel à la méthode électrique utilisant la technique du panneau électrique. Nous avons choisi cette technique à cause de sa rapidité et de son avantage d’avoir la distribution des résistivités du sous sol en 2D à l’aide de la coupe géoélectrique. Cette coupe nous a permis d’avoir une idée de la profondeur, de l’altitude du toit de l’aquifère et de voir son de son épaisseur. Nous avons choisi le dispositif Wenner à cause de sa sensibilité à la variation verticale de résistivité.

Ces campagnes de prospection d’eau souterraine ont été réalisées pour répondre aux besoins en eau de la population d’Ambohibe Ilafy, de Lazaina, de Rangaina et d’Antsenavolo. Parmi ces quatre sites prospectés, on a détecté des anomalies significatives pouvant être liées à la présence d’aquifères exploitables sauf à Lazaina. Tous les résultats sont, à notre sens, concluants. Ainsi, nous pouvons dire que la méthode électrique est bien adéquate pour caractériser le sous-sol du fait qu’elles présentent l’avantage d’être non destructives, légères, faciles à mettre en œuvre et permettent de mesurer les paramètres physiques d’un terrain directement de la surface sans faire des forages.

Pour conclure, on a atteint notre objectif pour ces études faites à Ilafy, Lazaina, Rangaina et Antsenavolo. En plus, ce stage au sein de l’Institut d’ Observation Géophysique Appliquée m’a permis de renforcer mes connaissances acquis durant les deux ans de formation en MSTGA. A vrai dire, après avoir effectué cette campagne de prospection d’eau souterraine on est sûr qu’en sortant dans cet établissement on sera capable de diriger une équipe pour les travaux de prospection électrique.

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio Page 49 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio i AANNNNEEXXEESS

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio ii ANNEXE 1 : DONNEES METEOROLOGIQUES

Source : site web météo France

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio iii ANNEXE 2 : RESULTATS DES MESURES SUR LES PANNEAUX ELECTRIQUES DE TYPE WENNER

(P2) D’AMBOHIBE ILAFY

Emplacement des électrodes Mesures effectués

RESISTIVITE Chargeabilité A B M N (Ωm) (mV /V)

0 300 100 200 2298 17.1

0 270 90 180 1674 24.3

0 240 80 160 2922 5.4

0 180 60 120 1227 15.7

0 150 50 100 958 13.9

0 120 40 80 1044 8.0

0 90 30 60 1191 23.6

0 60 20 40 860 24.8

0 30 10 20 1336 16.1

10 310 110 210 2315 15.2

10 280 100 190 1474 17.8

10 250 90 170 1326 22.0

10 220 80 150 1460 10.0

10 130 50 90 915 5.8

10 100 40 70 1352 19.7

10 70 30 50 1307 14.3

10 40 20 30 764 11.7

20 290 110 200 2077 26.8

20 260 100 180 1542 34.8

20 230 90 160 1863 14.4

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio iv 20 200 80 140 1335 17.5

20 170 70 120 1265 12.1

20 140 60 100 1008 9.8

20 110 50 80 1173 9.5

20 80 40 60 1410 22.3

20 50 30 40 1808 23.4

30 300 120 210 2211 19.5

30 270 110 190 1398 29.4

30 240 100 170 2333 5.6

30 210 90 150 1477 9.3

30 180 80 130 1203 17.7

30 150 70 110 944 15.4

30 120 60 90 1039 8.6

30 90 50 70 1199 28.5

30 60 40 50 1669 30.2

40 310 130 220 2334 13.6

40 280 120 200 1967 15.7

40 250 110 180 1537 18.8

40 220 100 160 1671 9.3

40 160 80 120 1262 7.0

40 130 70 100 867 5.5

40 100 60 80 1384 17.2

40 70 50 60 1554 12.9

50 290 130 210 2000 27.1

50 260 120 190 1325 35.4

50 230 110 170 1343 14.4

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio v 50 200 100 150 1336 17.7

50 170 90 130 1545 12.2

50 140 80 110 1442 9.8

50 110 70 90 1254 9.5

50 80 60 70 1848 22.6

60 300 140 220 2234 34.0

60 270 130 200 1644 82.5

60 240 120 180 379 6.4

60 210 110 160 1542 11.9

60 180 100 140 1372 29.0

60 150 90 120 1413 23.0

60 120 80 100 1368 10.6

60 90 70 80 1497 75.9

70 310 150 230 2331 17.2

70 280 140 210 1844 20.9

70 250 130 190 1169 26.4

70 220 120 170 1372 10.9

70 190 110 150 817 4.5

70 160 100 130 1846 7.8

70 130 90 110 1901 6.1

70 100 80 90 1731 23.2

80 290 150 220 2094 25.5

80 230 130 180 1029 13.7

80 200 120 160 1492 17.0

80 170 110 140 1231 11.8

80 140 100 120 2051 9.6

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio vi 80 110 90 100 1605 9.2

90 300 160 230 2252 31.9

90 270 150 210 1725 70.5

90 210 130 170 1138 11.6

90 180 120 150 1403 27.3

90 150 110 130 1852 22.0

90 120 100 110 2224 10.5

100 310 170 240 2732 26.0

100 280 160 220 1880 35.8

100 250 150 200 1349 56.2

100 220 140 180 1281 14.0

100 190 130 160 1475 5.0

100 160 120 140 1445 9.3

100 130 110 120 2063 7.0

110 290 170 230 2287 9.8

110 260 160 210 1647 10.7

110 230 150 190 1225 7.3

110 200 140 170 1774 8.2

110 170 130 150 1685 6.8

110 140 120 130 2713 6.0

120 300 180 240 2340 8.9

120 270 170 220 1897 10.6

120 240 160 200 1205 4.2

120 210 150 180 1634 6.0

120 180 140 160 2624 8.5

120 150 130 140 2352 7.9

130 310 190 250 4971 6.2

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio vii 130 280 180 230 2072 6.7

130 250 170 210 1383 7.1

130 220 160 190 1437 5.2

130 190 150 170 2438 3.1

130 160 140 150 2797 4.3

140 290 190 240 2803 10.4

140 260 180 220 1706 11.2

140 200 160 180 1706 8.5

140 170 150 160 3742 7.0

150 300 200 250 4208 16.3

150 270 190 230 2424 22.3

150 240 180 210 2408 5.4

150 210 170 190 2110 8.6

150 180 160 170 2674 14.9

160 310 210 260 3869 8.0

160 280 200 240 2230 8.7

160 250 190 220 2589 9.5

160 220 180 200 3140 6.2

160 190 170 180 2998 3.5

170 290 210 250 4354 13.0

170 260 200 230 2103 14.5

170 230 190 210 2789 8.9

170 200 180 190 2953 10.4

180 300 220 260 3948 19.0

180 270 210 240 2628 28.1

180 240 200 220 2671 5.7

180 210 190 200 3261 9.4

190 310 230 270 3451 4.7

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio viii 190 280 220 250 4535 5.0

190 250 210 230 2323 5.2

190 220 200 210 3336 4.0

200 290 230 260 3802 19.9

200 260 220 240 2841 23.8

200 230 210 220 3654 11.6

210 300 240 270 3753 9.9

210 270 230 250 5117 11.9

210 240 220 230 3954 4.5

220 310 250 280 2614 11.4

220 280 240 260 3793 13.1

220 250 230 240 2945 15.0

230 290 250 270 1902 14.8

230 260 240 250 5122 16.9

240 300 260 280 3147 5.8

240 270 250 260 1948 6.4

250 310 270 290 4611 29.8

250 280 260 270 2785 44.8

260 290 270 280 3329 44.0

270 300 280 290 2782 33.6

280 310 290 300 3526 23.0

Spa.1 Spa.2 Spa.3 Spa.4 Rho In

0 300 100 200 2298 17.1

0 270 90 180 1674 24.3

0 240 80 160 2922 5.4

0 180 60 120 1227 15.7

0 150 50 100 958 13.9

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio ix Table des matières

INTRODUCTION ...... I PARTIE I ...... 2 PRESENTATION DES SITES D’ETUDES ...... 2 I.1-CONTEXTES GEOGRAPHIQUE, ADMINISTRATIF ET SOCIO-ECONOMIQUE...... 1 I.1.1- Contextes géographique et administratif ...... 1 I.1.2- Contexte socio-économique ...... 5 I.2-CONTEXTE CLIMATIQUE...... 6 I.2.1-Précipitations ...... 6 I.2.2- Températures...... 8 I.3- GEOMORPHOLOGIES ET HYDROGRAPHIES...... 9 I.3.1- Géomorphologies...... 9 I.3.2-Hydrographies...... 9 I.4- CONTEXTES GEOLOGIQUES...... 10 I.5-CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE...... 13 I.5.1-Nappe d’altération...... 13 I.5.2-Nappe d’alluvion ...... 14 I.5.3-Nappe de socle fissuré ...... 14 II.1- NOTIONS D’HYDROGEOLOGIE...... 16 II.1.1-Cycle de l’eau ...... 16 II.1.2-Nappe d’eau sous terraine...... 17 II.1.3-Condition d’existence de nappe...... 17 II.1.4-Type hydrodynamique de l’aquifère...... 18 II.1.5-Type de milieu perméable et porosité...... 20 II.2- CHOIX DE LA METHODE DE PROSPECTION GEOPHYSIQUE...... 21 II.3-PROSPECTION ELECTRIQUE...... 22 II.3.1-Tomographie électrique...... 24 II.3.2-Dispositif Wenner...... 26 II.3.3-Matériels utilisés...... 28 II.3.4-Mode de traitement des données ...... 29 II.3.5-Coupe geoélectrique ou pseudo-section ...... 31 PARTIE III ...... 33

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio x PRESENTATION DES TRAVAUX ...... 33 INTERPRETATION DES RESULTATS ...... 33 III.1-PRESENTATION DES TRAVAUX ...... 34 III.2-INTERPRETATION ET RESULTATS...... 35 III.2.1-Fokontany d’Ambohibe Ilafy ...... 35 III.2.2-Fokontany LAZAINA...... 39 III.2.3-Fokontany RANGAINA...... 43 III.2.3-Fokontany d’Antsenavolo ...... 45 CONCLUSION...... 49 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ...... i ANNEXES...... ii ANNEXE 1 : DONNEES METEOROLOGIQUES ...... iii ANNEXE 2 : RESULTATS DES MESURES SUR LES PANNEAUX ELECTRIQUES DE TYPE WENNER ...... iv Table des matières ...... x

RANDRIANANTENAINA Narindra Georgio xi RESUME

Les trois Fokontany Ambohibe Ilafy, Lazaina et de Rangaina qui font partie du district d'Antananarivo Avaradrano, dans la région d'Analamanga et le Fokontany d’Antsenavolo, district de Mananjary, Région Vatovavy Fitovinany connait un problème d'approvisionnement en eau potable.

Pour résoudre ce problème, des travaux géophysiques ont été menés dans ces Fokontany pour localiser des aquifères susceptibles d’alimenter les besoins de la population en eaux. La méthode que nous avons adoptée est la prospection électrique utilisant le résistivimètre SYSCAL R2, et nous avons réalisé cinq panneaux électriques. Un aquifère potentiel est exploitable sur chacun des sites d’Ambohibe Ilafy, de Rangaina et d’Antsenavolo. Mais à Lazaina le puits actuellement fonctionnel fournit une petite quantité d’eau due à l’eau qui circule à l’intérieur des roches. L'étude que nous avons menée indique que la méthode électrique est bien appropriée à la recherche d'eaux souterraines. Mots clés: fokontany Ambohibe Ilafy, Lazaina, Rangaina et Antsenavolo, prospection électrique, eaux souterraines.

ABSTRACT

The three “Fokontany” of Ambohibe Ilafy,Lazaina and Rangaina from Antananarivo Avaradrano district, Analamanga Region and “Fokontany” of Antsenavolo from Mananjary district, Vatovavy Fitovinany region have a problem of drinking water supply.

To solve the problem, many geophysical surveys were carried out in there village in order to localize aquifers liable to furnish the water needs for the population. The adopted method is the geoelectrical exploration using the resistivimeter SYSCAL R2 and its accessories.We carried out 5 electrical panels .The study that we have realized seems to indicate that we can exploite a potential aquifer in Ambohibe site and Rangaina site. But at Lazaina the actual fonctional well provides a poor quantity of water due to the water flow inside the rock. The study we carried out indicates that the electrical method is the most appropriate for groundwater exploration. Keys words: Fokontany Ambohibe Ilafy, Lazaina and Rangaina, Resistivimeter SYSCAL R2, groundwater

Encadreur : Impétrant : Pr. Jean Bruno RATSIMBAZAFY Narindra Georgio Laboratoire de Géophysique Appliquée RANDRIANANTENAINA [email protected] [email protected] Tel : 0331158019 Tel : 0337147545