RAKOTOARIMANANA Tia Maharivelo Hombana

UNIVERSITE D’ANTANANANARIVO

FACULTE DES SCIENCES

DEPARTEMENT DE PHYSIQUE

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES Pour l’obtention du Diplôme de MAITRISE DES SCIENCES ET TECHNIQUES EN GEOPHYSIQUE APPLIQUEE Option : Eau et Environnement Intitulé

ÉTUDE DES STRUCTURES HYDROGEOLOGIQUE S D’UN BASSIN D’ALIMENTATION PAR PROSPECTION ELECTRIQUE DANS LE DISTRICT DE MIANDRIVAZO REGION MENABE

Présenté le 15 Juin 2013

Par RAKOTOARIMANANA Tia Maharivelo Hombana

Devant le Jury composé de :

- Président de Jury : RANAIVO -NOMENJANAHARY Flavien , Professeur titulaire - Rapporteur : GARO JOELISON Sébille, Docteur en Géophysique Appliquée - Examinateur : RAZAFINDRAKOTO Boni Gauthier, Maitre de conférence

Année Universitaire 2011-2012

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

FACULTE DES SCIENCES

DEPARTEMENT DE PHYSIQUE

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES Pour l’obtention du Diplôme de MAITRISE DES SCIENCES ET TECHNIQUES EN GEOPHYSIQUE APPLIQUEE Option : Eau et Environnement Intitulé

ÉTUDE DES STRUCTURES HYDROGEOLOGIQUE S D’UN BASSIN D’ALIMENTATION PAR PROSPECTION ELECTRIQUE DANS LE DISTRICT DE MIANDRIVAZO REGION MENABE

Présenté le 15 Juin 2013

Par RAKOTOARIMANANA Tia Maharivelo Hombana Devant le Jury composé de :

Année Universitaire 2011-2012 SOMMAIRE

SOMMAIRE

LISTE DES FIGURES

LISTE DES TABLEAUX

LISTE DES ACRONYMES ET ABREVIATIONS

REMERCIEMENTS

INTRODUCTION

CHAPITRE I CONTEXTES DE LA ZONE D'ETUDE 1. Localisation géographique 2. Cadre physique et géologique 2.1. Cadre Physique[12][14] 2.2. Cadre géologique [12] 3. Climat et Hydrographie[9][12] 3.1. Pluviométrie et température 3.2. Hydrographie[6]

CHAPITRE II METHODES UTILISEE 1. LES METHODES GEOPHYSIQUES 1.1. Principe de la méthode de résistivité [5] [7] [8] 1.2. Méthode de prospection électrique[5] [7] [8] 1.3. Les différentes étapes d’une prospection électrique [5] 1.4. Modèles à une dimension 2. MATERIELS 2.1. Matériels utilisées in situ 2.2. Matériels utilisées pour le traitement des données 3. ACQUISITION DES DONNEES

CHAPITRE III RESULTATS ET INTERPRETATIONS 1. RAPPELS THEORIQUES 1.1. Bassin Versant [4] 1.2. Notion sur les aquifères [4] 2. RESULTATS ET INTERPRETATIONS 2.1. Interprétation qualitative des résultats 2.2. Interprétation quantitative 3. SYNTHESE DES INTERPRETATIONS

CONCLUSION

BIBLIOGRAPHIE

Annexe i Courbe de sondages des résistivités

Annexe ii Courbes d’iso-résistivités

Annexe iii Courbe Ombro-thermique

Annexe iv Récapitulatifdes données forages antérieurs

Annexe v Résistivité des roches

Annexe vi Feuille de mesure pour un SEV

TABLE DES MATIERES

LISTE DES FIGURES

Figure I-1 : Carte de localisation de Miandrivazo ...... 4

Figure I-2 : Localisation de la zone d’étude ...... 5

Figure I-3 : Carte topographique de la zone d’étude ...... 5

Figure I-4 : Carte Géologique de Miandrivazo ...... 6

Figure I-5 : Carte hydrographique de Miandrivazo ...... 10

Figure II-1 : Ligne de courant pour deux terrains isotropes et homogène ρ1> ρ2 ...... 14

Figure II-2 : Principe de la méthode électrique ...... 15

Figure II-3 : Passage des ions dans un pore remplie de solution ...... 16

Figure II-4 : Pore bouché par un grain de sulfure ...... 16

Figure II-5 : Sondage électrique ...... 18

Figure II-6 : Dispositif Schlumberger ...... 19

Figure II-7 : Dispositif Wenner ...... 19

Figure III-1 : Limite de bassin versant ...... 24

Figure III-2 : Bassin versant topographique ...... 25

Figure III-3 : Coupe d’une nappe libre ...... 26

Figure III-4 : Coupe d’une nappe captive ...... 26

Figure III-5 : Coupe d’une nappe semi-captive ...... 27

Figure III-6 : Carte de répartition des sondages sur la zone d’étude ...... 28

Figure III-7 : Type de courbes de SE dans la zone d’étude ...... 30

Figure III-8 : Exemple des courbes de résistivité ...... 31

Figure III-9 : Inversion des résultats ...... 33

Figure III-10 : Carte de répartition des profils ...... 34

Figure III-11a : Coupe géoélectrique du Profil 1 ...... 36

iii

Figure III-11b : Coupe géologique correspondant au Profil 1 ...... 36

Figure III-12a : Coupe géoélectrique du Profil 2 ...... 38

Figure III-12b : Coupe géologique du Profil2 ...... 38

Figure III-13a : Coupe géoélectrique du Profil 3 ...... 40

Figure III-13b : Coupe géologique du Profil 3 ...... 40

Figure III-14a : Coupe géoélectrique du Profil 4 ...... 42

Figure III-14b : Coupe géologique du Profil 4 ...... 42

Figure III-15a : Coupe géoélectrique du Profil 5 ...... 44

Figure III-15b : Coupe géologique du Profil 5 ...... 44

Figure III-16a : Coupe géoélectrique du Profil 6 ...... 46

Figure III-16b : Coupe géologique du Profil 6 ...... 46

Figure III-17a : Coupe géoélectrique du Profil 7 ...... 48

Figure III-17b : Coupe géologique du Profil 7 ...... 48

Figure A-1 : Choix du dispositif ...... 55

Figure A-2 : Entrées des données ...... 55

Figure A-3 : Proposition de modèle ...... 56

Figure A-4 : Modèle de sondage électrique avec une erreur inférieure à 5% ...... 56

Figure A-5 : Saisie des données interprétées ...... 57

Figure A-6 : Interface graphique de GRAPHER 4 ...... 57

Figure A-7 : Dessiner un graphe 2D ...... 58

Figure A-8 : Courbe ombro thermique ...... 59

LISTE DES TABLEAUX

Tableau I-1: Pluviométrie mensuelle Station Miandrivazo ...... 7

Tableau I-2 : Normales de précipitation (en mm) de 1961 -1990 ...... 7

Tableau I-3 : Normales de température (en °C) de 1961 -1990 ...... 8

Tableau I-4 : Tableau ombro-thermique sur 30 ans (1961-1990) ...... 8

Tableau I-5 : Lacs du district de Miandrivazo ...... 11

Tableau II-1 : Différences entre les méthodes géophysique [7] [8] ...... 13

Tableau II-2 : Différentes profondeurs d’investigation (CHOUTEAU, 2003) ...... 20

Tableau III-1 : Caractéristiques du sous sol ...... 34

Tableau III-2 : Récapitulatif des interprétations ...... 49

Tableau A-1 Récapitulatif des données forages ...... 60

Tableau A-2 Catalogue de résistivité des roches ...... 61

LISTE DES ACRONYMES ET ABREVIATIONS

ONG Organisation Non Gouvernementale

IOGA Institut et Observatoire de Géophysique d’Antananarivo

JIRAMA JIro sy RAno MAlagasy

PS Polarisation spontanée

PP Polarisation provoquée

DC Courant continue

SE Sondage Electrique

SEV Sondage Electrique Verticale

FTM Foiben’ny Taontsary Malagasy

BD500 Base de données 1/500 000 m

BD100 Base de données 1/100 000 m

ρρρa Résistivité apparente ρρρ Résistivité

ΩΩΩm Ohm-mètre

IRD Institut de la Recherche pour le Développement

RN Route Nationale

mm Millimètre

°C Degré Celsius

∆∆∆V Différence de potentiel

I Intensité

V Potentiel

CNRS Centre Nationale pou la Recherche Scientifique

REMERCIEMENTS

Au terme de ce mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du Diplôme de Maitrise des Sciences et Techniques en Géophysiques Appliquées (MSTGA), je voudrais remercier toutes les personnes qui, m’ont aidé à arriver à terme de ce mémoire. Je remercie vivement : Monsieur RAHERIMANDIMBY Marson, Professeur titulaire, Doyen de la Faculté des Sciences de l’Université d’Antananarivo, pour m’avoir autorisé à s’inscrire à la Faculté des Sciences. Monsieur RAKOTONDRAMANANA Hery Tiana, Maitre de conférences et Chef de Département de Physique Chimie qui a su promouvoir la formation professionnalisante au sein du Département de Physique Chimie. Monsieur RAMBOLAMANANA Gérard, Professeur Titulaire, Directeur de l’Institut et Observatoire de Géophysique d’Antananarivo qui a bien voulut travailler de concert avec la Faculté des Sciences pour la réalisation de la Maitrise des Sciences et Techniques en Géophysiques Appliquées. Monsieur RANAIVO-NOMENJANAHARY Flavien, Professeur Titulaire, Responsable Pédagogique de notre formation qui a œuvré pour la promotion de la formation. Monsieur GARO JOELSON Sébille, Docteur en Géophysique qui m’a accorder du temps et la confiance de me proposer le thème de ce mémoire. Je lui serai gré de m’avoir dirigé tout au long de ce travail. Monsieur RAZAFINDRAKOTO Boni, Maitre de conférences, qui a bien voulu accepter de siéger dans le jury en tant qu’examinateur. J’adresse mes vifs remerciements à tous les enseignants qui m’ont suivi tout au long de mes études au sein de la Faculté des Sciences et plus particulièrement dans la Formation de Maitrise des Sciences et Techniques en Géophysiques Appliquées. Je voudrais témoigner mes vifs remerciements au personnel de l’Institut et Observatoire de Géophysique Appliquée (IOGA) et de la MSTGA pour m’avoir conseillé tout au long de mes études. Enfin, j'adresse mes sincères remerciements à ma famille et à mes amis qui m'ont soutenu moralement et financièrement sans me décourager sur cet épisode de ma vie.

vii

INTRODUCTION

Le district de Miandrivazo, dans la région du Menabe est une région à forte population rurale avec près de 13 055 km² pour 65 550 habitants, avec plus de 80% de ruraux. Son développement dépend essentiellement de la capacité à gérer l’eau. Le problème d’approvisionnement ne se pose pas d’une façon aussi cruciale que dans le Sud de l’ancienne province de Toliara. Les fleuves et les sources sont nombreux dans la région. Partout, la nappe phréatique constitue une ressource importante, surtout dans les régions où les cours d’eau sont irréguliers. Malheureusement, c’est au niveau de la qualité et de la pérennité qui pose problème parce que beaucoup des puits et forages ne sont pas en état de bon fonctionnement, faute d’entretien. Au niveau sanitaire, il y a risque de propagation de bilharziose, maladies diarrhéiques et parasitaires. Pour le cas du district de Miandrivazo, bien que la JIRAMA soit présente, seule l’électricité est fonctionnelle [13] , de ce fait, plusieurs ONG qui œuvrent dans le social ont élaboré des projets pour l’adduction d’eau potable pour la ville de Miandrivazo. C’est ainsi que l’ONG Wateraid a planifié une étude géophysique d’un bassin versant mitoyen avec une source disponible pour l’adduction gravitaire afin de déterminer la circulation souterraine qui alimente cette source gravitaire. Ainsi, le thème de mon mémoire intitulé : « Etude des structures hydro- géologiques d’un bassin d’alimentation par prospection électrique dans le district de Miandrivazo région Menabe » a pour but d’étudier la structure géoélectrique du bassin versant afin de connaître la circulation d’eau souterraine qui alimentant la source gravitaire. Le travail a été divisé en trois chapitres :

− Contextes de la zone d’étude, où nous parlerons de la localisation de la zone d’étude, sa situation géographique, géologique et hydrologique − Méthode utilisée, où on parlera des différentes méthodes géophysiques, de l’acquisition des données ainsi que des matérielles utilisées ; − Résultats et interprétations, ici, nous verrons le traitement des données, les résultats obtenus et les interprétations de ces résultats ;

CHAPITRE I CONTEXTES DE LA ZONE D'ETUDE Dans cette première partie, nous prenons en compte tous les paramètres inhérents à une étude approfondie : localisation géographique, cadre physique et géologique ainsi que le climat et l’hydrographie.

1. Localisation géographique

La zone d’étude se situe dans la partie Sud-ouest de Madagascar, plus précisément la ville de Miandrivazo (19° 31' S – 45° 26' E) se trouve dans la région du Menabe, qui re- groupe les cinq districts dont :

− Morondava; − Belo surTsiribihina ; − Mahabo ; − Miandrivazo ; − Manja. Elle est entourée par les districts de Morafenobe au Nord ; Tsiroanomandidy, Betafo et Ambatofinandrahana à l’Est ; Antsalova, Belo sur Tsiribihina et Mahabo à l’Ouest. C’est une ville sur la route reliant Antsirabe à Morondava (RN34). Elle se situe à 288km au Sud-Ouest de la capitale, Antananarivo. Elle est accessible par le Fleuve Tsiribihina et possède un aéroport pour les petits avions. La figure I-1 représente la situation géographique de la zone d’étude.

Source : BD500/ 2013

Figure I-1 : Carte de localisation de Miandrivazo

Notre zone d’étude se situe prés de laRN34 à 5 km au Sud-Est de la ville de Miandri- vazo suivant la route menant à Antsirabe.

45°25’ 45°29’ 45°33’

19°31’ 1

3 2

19°34’

2 Km

1 4 2

Légende 1 Miandrivazo ville 4 Source d’eau souterraine 2 Zone d’étude Route National 34 3 Aéroport de Miandrivazo Source : Google Earth/ 09/06/11

Figure I-2 : Localisation de la zone d’étude

Le district de Miandrivazo occupe une superficie de 13 055 km² dont le nombre de population est de l’ordre de 65 550 en 2003 (source : Ministère de la Population). Il est constitué par 11 communes dont : Miandrivazo, Ambalabe, Ankondromena, Ambatolahy, Ankavandra, Ankotrofotsy, Bemahatazana, Betsipolitra, Itondy, Manandaza et Soaloka.

2. Cadre physique et géologique

2.1. Cadre Physique [12] [14]

Le district de Miandrivazo est une zone à relief plane avec une altitude entre 150 m et 250m. Il a donc un relief essentiellement composé de plaines et de plateau.

Les plaines

On rencontre de vastes étendues de plaines surtout utilisées en cultures irriguées et/ou utilisant l’eau de pluie réparties comme suit :

• Riziculture : 9 000 km² • Cultures pluviales : 9 000km² • Culture des haricots : 830km²

Les plateaux

Les plateaux de Bemahara et de Besabora, vastes plaines en hauteur, zones agro- pastorales, à cheval sur les sous-préfectures de Belo/Tsiribihina et de Miandrivazo du Nord au Sud, se prolongent vers le Sud pour rejoindre Besabora en plein milieu de la sous-préfecture de Mahabo via Malaimbandy. La figure I-3 donne un aperçu de la topo- logie rencontrée dans la zone d’étude

Source : Googlemap 2013

Figure I-3 : Carte topographique de la zone d’étude

2.2. Cadre géologique [12]

La géologie de Madagascar se divise en deux parties distinctes : 2/3 par des formations sédimentaires et le tiers par des formations cristallines.

2.2.1. Socle cristallin [16]

Le socle cristallin dans notre zone d’étude est essentiellement formé de granite, de gneiss et de migmatites renfermant localement des micaschistes et des cipolins, elle apparait dans la partie Est, à la frontière de la région Bongolava.

2.2.2 . Formations sédimentaires [2] [3] [12] [16] Les formations sédimentaires dans la zone d’étude se devisent en deux groupes qui sont le groupe de la Sakamena et le groupe de l’Isalo. ° Groupe Sakamena : dans toute la partie Ouest descendant vers le Sud, d’Ankondromena à Ambatolahy. Formé par des schistes pellitiques à plantes (présences de tronc de bois silicifiés), de grès ou argileux verts. ° Groupe Isalo : dans la partie centrale de la sous préfecture. Constitués en général par des conglomérats, des grès à stratifications entrecroisée d’argiles et de sables argileux. On note aussi la présence de terrasses alluviales le long des fleuves avec des bancs de galets. Ces terrasses forment des grands deltas aux embouchures des fleuves avec des vases de mangroves. Mais notre zone se situe sur la partie reposant sur le socle cristallin comme indiquée sur la figure I-4 suivante.

Figure I-4 : Carte Géologique de Miandrivazo

3. Climat et Hydrographie [9] [12]

Le côté Ouest de Madagascar présente deux saisons climatiques : • Une saison chaude et pluvieuse, de Novembre à Avril, • Une saison moins chaude et très sèche, de Mai à Octobre, La sécheresse s’accentue du Nord vers le Sud en se rapprochant du tropique mais s’attenue en rentrant dans les terres en raison de l’altitude.

3.1. Pluviométrie et température

2.4.1. Pluviométrie [12] [14]

La zone d’intervention se trouve dans le climat aride avec une pluviométrie comprise entre 600 et 1 000mm/an qui devient le facteur limitant les activités agricoles. Le tableau I-1 nous montre que pendant les années les plus humides, la précipitation variait de 1 756 à 2 254mm/an (en moyenne) et pendant les années les plus sèches, on a mesuré de 590 à 785mm/an.

Tableau I-1: Pluviométrie mensuelle Station Miandrivazo

ANNEE NOV DEC JAN FEV MAR AVR MAI JUIN JUIL AOU SEP OCT TOTAL HUMIDITE 10 ans 250 380.00 490 440 320 120 34 15 11 27 42 125 2254 HUMIDITE 5 ans 190 290 430 390 210 95 24 7 5 17 28 80 1756 Moyenne 142.2 232.2 332.2 270.9 205.8 53.1 12 4.1 2.5 6.6 12.2 49.5 1323.3 Médiane 125.2 203.6 311.2 267.8 216.5 37 4.3 0 0 0 3 39.4 1208 SECHE 5 ans 80 160 220 180 100 15 0 0 0 0 0 10 785 SECHE 10 ans 50 130 190 130 80 7 0 0 0 0 0 0 590 Source : Etude EEDR - Mandritsara sur périmètres Manambolo

Le tableau I-2 montre par contre les précipitations mensuelles normales en millimètre sur 30 ans, le mois le plus sec étant le mois de Juin avec 1,7mm de précipitation seulement et le mois de Janvier le plus humide avec 310,5mm.

Tableau I-2 : Normales de précipitation (en mm) de 1961 -1990

Mois Jan Fév Mar Avr Mai Jun Jul Août Sep Oct Nov Déc Normales 310,5 265 209,8 65 11,1 1,7 3,6 5,4 11,8 49,7 144,3 245,3 Source : Direction Générale de la Météorologie

Normales = Moyenne d’observation sur 30 ans

2.4.2. Températures [9]

Pendant l'été, le mois le plus chaud est le mois d’Octobre avec une température maximale de 36,9°C tandis que le mois de Juin est celui qui fait le plus froid avec 16,3°C.

Tableau I-3 : Normales de température (en °C) de 1961 -1990

Mois Jan Fév Mar Avr Mai Jun Jul Août Sep Oct Nov Déc TN 22,4 23,2 22,8 21,8 19,7 16,3 16,4 17,4 19,8 21,5 21,9 22,7 TX 34,5 34 34,9 34,2 32,9 31,1 31,9 33 35,1 36,9 37 35,4 TM 28,4 28,6 28,8 28 26,3 23,7 24,1 25,2 27,4 29,2 29,4 29,1 Source : Direction Générale de la Météorologie

TN = Température Minimale TX = Température Maximale TM = Température Moyenne

Le tableau I-4 retrace le tableau ombro-thermique, il indique la température en fonction de la précipitation, sur 30 ans, pendant la période sèche ; de Mai à Septembre ; la précipitation varie de 1,7 à 11,8mm et la température varie de 23,7 à 27,4 °C. En période humide, la précipitation atteint des pics de 310,5mm et la température normale 29,4°C. La température varie peu mais la précipitation augmente de façon exponentielle qui assure une recharge de la nappe.

Tableau I-4 : Tableau ombro-thermique sur 30 ans (1961-1990)

Mois Température Moyenne Précipitation normale Juillet 24,1 3,6 Août 25,2 5,4 Septembre 27,4 11,8 Octobre 29,2 49,7 Novembre 29,4 144,3 Décembre 29,1 245,3 Janvier 28,4 310,5 Février 28,6 265 Mars 28,8 209,8 Avril 28 65 Mai 26,3 11,1 Juin 23,7 1,7 Source : Direction Générale de la Météorologie

La courbe ombro-thermique se trouve en annexe. (Cf. Annexe iii)

3.2. Hydrographie [6]

La région a une forte potentialité hydraulique en eaux de surfaces. Les parties Nord et Est de la région sont riches en plan d’eau ainsi que de fleuves et rivières qui arrosent et déposent des alluvions sur les plaines en méandres au bénéfice des cultures vivrières.

2.5.1. Les fleuves et rivières

• Le Tsiribihina : il prend sa source du massif de Bongolava, débouche à Miandrivazo, alimente le lac Betsiriry, continue sur le plateau de Bemaraha et se disperse dans la vaste mangrove d’Andimaka ; • Le Manambolo : il prend sa naissance dans la région de Bongolava, arrose la partie Nord de Miandrivazo ; • La Mania, Le Sakeny, La Mahajilo : tous des affluents du Tsiribihina prenant leurs sources de différentes région mais qui se recoupe dans la partie Sud de Miandrivazo. La figure I-5 représente la carte hydrographique du district de Miandrivazo avec les principaux fleuves de la région.

Source: BD500/FTM

Figure I-5 : Carte hydrographique de Miandrivazo

2.5.2. Les Lacs [6] [13]

Ils servent de bassins piscicoles, augmentant aussi la superficie des rizières et four- nissant l’abreuvoir à l’élevage traditionnel. Elles pullulent le long du Tsiribihina. Leurs localisations, superficies sont résumés dans le tableau I-5 suivant.

Tableau I-5 : Lacs du district de Miandrivazo

Commune Fokontany Lacs Superficie (ha) Bemahatazana Bemahatazana Ikelitenda 16 Andranolava 26 Marolahy 40 Miandrivazo Andranomainty Betsioky 64 Manambina Soatanimbary Soatanimbary 24 Andavy Marolefo 82 Manambina Antsoha 25 Ambatolahy Tsiandrarafa Belinta 8 Ankotrofotsy Zambia 37 Mahasoa Tsilaniebo 56 Ambahiboholava 120 Ampanihy Ampanihy Belanja Ikongaky 148 Isalo Isalo Andimaka 224 Bepeha Ankazomena 203 Ankotrofotsy Marotongo Tsimalaijohary 113 Ankotrofotsy Ibofo 274 Beraketa Isaonjo 414

CHAPITRE II METHODES UTILISEES Dans cette partie, nous parlerons de différentes méthodes géophysique que nous effectuerons in situ ainsi que des méthodes appropriées mises en œuvre pour le traitement des données.

1. LES METHODES GEOPHYSIQUES

La géophysique est un outil de reconnaissance des informations géologiques sans aucune destruction grâce aux mesures des paramètres physiques tels que la résistivité, la densité, la susceptibilité magnétique ou encore la vitesse acoustiques des ondes. C’est une science assez jeune qui comporte plusieurs méthodes : comme la méthode électrique, la gravimétrie, la méthode magnétique ou la méthode sismique ayant chacune leurs propres particularités. Les différentes techniques géophysiques ont été développées pour la recherche de pétrole, de l’eau ou de minerais, ainsi que pour la géotechnique. Le tableau II-1 présente les différents groupes de méthodes de prospection.

Tableau II-1:Différences entre les méthodes géophysique [7] [8]

Groupes de méthodes Paramètre physique étudié Champ mesuré

Gravimétrie Dénsité Pesanteur Vitesse et/ou impédance Temps de trajet et Sismique acoustique des ondes amplitude des signaux mécaniques transmis Electrique en courant Résistivité Difference de potentiel continu Champ magnétique Magnétisme Susceptibilité magnétique terrestre Résistivité et/ou constante Champ magnétique Electromagnétisme diélectrique Champ électrique Radioactivité Radioactivité des roches Nombre d'événement

La méthode la plus approprié pour la recherche en hydrogéologie, par exemple pour la détermination de la structure du sous sol d’un bassin, est donc la méthode de prospection électrique et/ou électromagnétique. Les autres méthodes géophysiques : gravimétrie, magnétisme, sismique (réflexion), radar ne sont pas très indiquées car les caractéristiques physiques ne sont pas des indicateurs probant de la présence d’aquifère.

1.1. Principe de la méthode de résistivité [5] [7] [8]

Cette méthode consiste à déterminer la résistivité du sous-sol en tenant compte la dif- férence de potentiel entre deux électrodes aux points M et N, appelés aussi électrodes de potentiel, après l’injection du courant continu entre deux autres électrodes en A et B encore appelés électrodes de courant. Dans un espace semi-infini et homogène, le potentiel en un point M après l’injection du courant continu I est de la forme: = 2. . Où,

V est en millivolt (mV)

R distance entre la source du courant et le point du milieu

La répartition du courant électrique se fait de manière homogène dans le sous-sol entre les électrodes de courant A et B. Mais pour deux terrains homogènes et isotropes, ici le cas où la résistivité de la couche superficielle est supérieure à celle sous-jacente, cette répartition se fait suivant la figure II-1.

ρ1

ρ2

Figure II-1 : Ligne de courant pour deux terrains isotropes et homogène ρ1> ρ2

Dans la pratique, le courant est généralement injecté par deux électrodes et l’on mesure la différence de potentiel entre deux autres électrodes selon un dispositif similaire à celui qui est montré par la Figure II-2. Entre les électrodes M et N, on mesure la différence de potentiel ( ∆V) due à l’action conjuguée de A et B. La résistivité apparente ρ est donnée par la formule suivante:

2. π ∆V ρ . I

Soit, ∆V ρ K. I

Où :

K est un coefficient géométrique fonction de la disposition des électrodes et s’exprimant en mètres.

ρs’exprime en Ωm,

∆Vs’exprime en mV

I s’exprime en mA

ρ est la r ésistivité vraie d'un terrain homogène et isotrope. Dans le cas où le terrain serait hétérogène, ρ devient ρappelée la résistivité apparente d'un terrain hétérogène. C'est la résistivité vraie d'un terrain homogène et isotrope fictif obtenu dans les mêmes conditions de mesure. La Figure II-2représente le principe de la mesure de la résistiv ité avec les lignes de courants.

Figure II -2 : Principe de la méthode électrique

1.2. Méthode de prospection électrique [5] [7] [8]

Le passage d'un courant électrique dans un sol s'accompagne de processus électro- chimiques dont le caractère et l'intensité dépendent directement des propriétés chimiques et physiques du sol. Le passage du courant peut se faire de deux façons : soit par conductibilité électrique pour laquelle il y a déplacement d'électrons libres dans les particules métalliques (pyrite, chalcopyrite...) ou par conductibilité ionique pour laquelle il y a déplacement d'ions dans les solutions contenues dans les pores et les fractures des roches. Et c’est cette seconde caractéristique du sol qui nous intéresse car la présence de pore ou de fracture indique la possibilité de la chargeabilité en eau. Les propriétés électriques peuvent être mesurées de plusieurs façons. Les trois propriétés fondamentales sont :

‹ l'activité électrochimique : base de la polarisation spontanée (P.S.) ; ces processus électrochimiques qui se produisent lorsque le courant passe: d'un milieu à conductibilité ionique (eau) à un milieu à conductibilité électronique; et d'un milieu à conductibilité ionique à un milieu peu conducteur ou au contact d'un milieu de conductibilité ionique différente. Le passage du courant dans le sol ou la roche se fait principalement par conduction ionique à travers des pores ou fractures remplis de solution. Or, il arrive que certains de ces pores soient bouchés par des particules métalliques, c’est le cas de la figure II-3.

Figure II-3 : Passage des ions dans un pore remplie de solution

Il se peut que ce pore soit bouché, alors les charges négatives et positives vont s’accumulés des deux côtés, voir figure II-4.

Figure II-4 : Pore bouché par un grain de sulfure

Il y a donc accumulation des ions à la surface du grain de sulfure. Il est (+) du coté (2) et (-) du coté (1) et ses charges attirent les électrons de la particule métallique. On obtient alors autour de la particule ce que l’on appelle une double couche électrisée et on dit que la particule est polarisée ‹ la résistivité : facilitée avec laquelle on peut faire passer un courant électrique dans la roche ; ‹ la constante diélectrique : capacité des roches à emmagasiner de l'énergie et à la restituer ; a la base de la polarisation provoquée (P.P.). Si on coupe le courant qui passé dans cette double couche, elle se décharge, en se comportant comme un condensateur moléculaire.

1.3. Les différentes étapes d’une prospection électrique [5]

Sondages électriques

Ils fournissent des indications préliminaires sur les résistivités en présence et permettent de choisir les longueurs de ligne à utiliser pour la traînée.

Les cartes de résistivités

Elles fournissent des indications sur la répartition horizontale des résistivités et sur l’extension des principales formations du sous-sol.

Sondages électriques et pseudo sections

a) Les sondages électriques

Ils fournissent des indications sur la répartition à la verticale des résistivités et permettent de dessiner une « coupe » du sous-sol à condition qu’ils soient bien placés d’après la carte des résistivités.

b) Les pseudos sections

Elles permettent de faire dans des endroits choisis des coupes 2D du sous-sol. Elles doivent être calibrées par des sondages électriques.

c) Interprétation, intégration des données, rapport et recommandations.

Toutes les méthodes classiques d’interprétation des sondages électriques se fondent sur les deux hypothèses fondamentales suivantes : • Les résistivités du sous-sol varient de façon discontinue, à la verticale, sous le sondage ;

• Les résistivités du sous-sol ne varient pas, ou fort peu, à l’horizontale dans la zone du sondage et cela sur une distance au moins égale à la longueur du sondage. Les différentes méthodes de prospection électrique utilisent presque tous le même principe mais ils se différencient par le type de courant utilisé et le mode d’injection du courant. Mais on les classe aussi suivant le type de modèle qui résulte du traitement des données : modèles à une dimension, à deux dimensions ou à trois dimensions.

1.4. Modèles à une dimension

Appelée aussi sondage électrique, elle donne à la verticale du point de mesure les différentes valeurs des résistivités correspondant à chaque profondeur qui dépend du dispositif utilisé ainsi que de la nature lithologique de la zone d’étude. Il y plusieurs type de disposition des quatre électrodes A, M, N et B que l’on utilise dans le domaine du courant continu mais on va s’attarder sur les deux principaux : le dispositif Schlumberger et le dispositif Wenner.

Figure II-5 : Sondage électrique

• Dispositif Schlumberger

Pour ce dispositif, les quatre paires d’électrodes sont placées symétriquement de part et d’autre du centre de mesure O comme indiqué sur la figure. Les électrodes de courants sont A et B, ainsi plus on augmente la distance les séparant, les lignes de courants

18 pénètrent de plus en plus profondément dans le sous -sol ainsi la tranche de sous -sol con cernée est plus importante.

Fig ure II-6 : Dispositif Schlumberger

• Dispositif Wenner En 191 6, Wenner a émis l’hypothèse que la résistivité d’un sous -sol peut être connue en sachant la différence de potentiel de potentiel entre les deux points de mesure, ici M et N. Les électrodes de courants étant A et B.

Figure II-7 : Dispositif Wenner

Pour un sous-sol isotrope et homogène, la résistivité électrique est

2∆

: Distance entre les électrodes

∆ : Différence de potentiel entre les électrodes M et N

: Intensité du courant injecté entre A et B.

• Profondeurs d’investigations Les différents dispositifs que nous connaissons se distinguent pour la plupart par la profondeur d’investigation. Le tableau II-2suivant donne un résumé de ces profondeurs en fonction de la distance inter électrode a.

Tableau II-2 : Différentes profondeurs d’investigation (CHOUTEAU, 2003)

Dispositif Profondeur d'investigation AB AB Schlumberger  < P <  10 4 Wenner 0,519 a Wenner-Schlumberger 0,520 a Dipôle-dipôle 0,415 a Source : CHOUTEAU M. « Géophysique appliquée II Méthodes électriques »

2. MATERIELS

On divisera ce paragraphe en deux : d’abord les matériels utilisés in situ, ensuite les matériels utilisés lors des traitements des données.

2.1. Matériels utilisées in situ

Résistivimètre

Nous avons utilisé le résistivimètre SYSCAL R2 d’Iris Instruments pour l’exécution des sondages électrique. Le SYSCAL R2 est géré par un microprocesseur pour :

- la compensation automatique de la polarisation spontanée (PS) ; - l’accumulation digitale pour l’amélioration du rapport signal/bruit ; - l’affichage de messages d’erreur en cas d’erreur opératoire.

Cet appareil est caractérisé par :

- la tension de sortie de 800 V (1600V crête à crête) ; - le courant de sortie maximum jusqu’à 2,5A ; - la puissance de sortie maximum de 1 600 W ; - l’impédance d’entrée de 10 MW ; - la gamme de tension d’entrée de –5 à +5V ; - la compensation automatique de la PS (-5 à +5V) avec une correction linéaire de la dérive (jusqu’à 1mV/s) ; - la mesure de résistance de prise de terre de 0,1 à 1 000kW.

Les accessoires utilisés sont :

- un convertisseur DC/DC de 250W alimenté par une batterie de 12 V ; - deux multinodes ;

- un multiplexeur RMC alimenté par une batterie 12V ; - des électrodes en acier inox ; - des câbles de connexion ; - des rouleaux de fils.

Localisation

Pour la localisation, on a utilisé un GPS.

Mesure des distances

Un décamètre a été utilisé pour les mesures précises des distances inter électrodes.

Recueil des données

Les valeurs des résistivités obtenus lors des différents sondages, enregistrés dans le SYSCAL R2 ont été enregistrées sur un ordinateur portable et on a gardé les feuilles de mesures sur papier pour archive.

2.2. Matériels utilisées pour le traitement des données

La méthode la plus efficace d’interprétation d’un modèle consiste en l’utilisation d’algorithmes d’inversion qui, à partir d’un modèle grossier de sous-sol et connaissant l’équation du potentiel à la surface pour un système d’électrodes donné, vont restituer un modèle dont la réponse s’ajuste (statistiquement) le mieux possible à la courbe mesurée. Le calcul d’inversion se fait évidemment sur ordinateur. Un problème se pose cependant, il faut être en mesure de pouvoir prédire un modèle initial pour les algorithmes d’inversion, ce qui n’est pas toujours évident. De même, on n’aura pas nécessairement un ordinateur à portée de main. D’où l’utilisation des abaques. Les abaques sont une série de courbes types calculées pour divers contrastes de résistivité et épaisseur pour les différentes couches du sol. L’interprétation consiste à trouver la courbe qui s’ajuste le mieux à la courbe mesurée et on obtient ainsi les para- mètres du sous-sol. Le logiciel QWSEL du CRG-GARCHY (CNRS, France) est un logiciel de calcul d’inversion pour un modèle final par des itérations en utilisant la méthode des moindres carrées. Nous parlerons en annexe de la mode d’utilisation du logiciel (Cf. Annexe i). Après avoir acquis et traduis les valeurs des résistivités pour chaque sondage électrique vertical (SEV), on dresse la carte de résistivité. Pour cela, plusieurs logiciels sont mis à notre disposition dont GRAPHER.

GRAPHER est un logiciel de Golden software crée pour le croquis de graphe en 2D (deux dimensions) ou 3D (trois dimensions). La version utilisée ici est la version GRAPHER 4. Son mode d’utilisation sera explicité en annexe (Cf. annexe ii).

3. ACQUISITION DES DONNEES

On met en place tous les appareils nécessaires, puis on fait le branchement. Les électrodes sont distants l’un de l’autre de 1m. Après vérification des installations et branchements des appareilles on peut démarrer le SYSCAL R2 pour effectuer les mesures de résistivité. Puis on réitère le procédé tout en écartant chaque électrode à distance de 3 m. Passons maintenant à la troisième partie de cette étude ; aux résultats et interprétations des dits résultats.

CHAPITRE III RESULTATS ET INTERPRETATIONS Avant de parler proprement dit des résultats, nous allons faire quelques rappels théoriques sur les bassins versants et la notion d’aquifère.

1. RAPPELS THEORIQUES

1.1. Bassin Versant [4]

Par définition, un bassin versant d’une rivière est le contour à l’intérieur duquel l’eau précipité circule, elle est caractérisée par un exutoire o ù l’eau coule pour sortir du bassin. La figure III-1 ci-dessous nous montre que suivant la structure lithologique de la zone, on distingue ainsi deux sortes de bassin versant.

Figure III -1 : Limite de bassin versant

a) Bassin hydrologique [4]

Le bassin hyd rologique est circonscrit par les lignes de crêtes topographiques, délimitant le bassin versant d'un cours d'eau et de ses affluents. Il correspond donc, en sur face au bassin hydrogéographique. Il est admis que ses limites se superposent, au mieux, à celle s du bassin hydrogéologique. Ces conditions sont en général réalisées pour les grandes unités, de l'ordre de quelques centaines de millier s de kilo mètres.

Figure III-2 : Bassin versant topographique

b) Bassin hydrogéologique ou bassin réel [4]

Le bassin hydrogéologique est la fraction de l'espace du bassin hydrologique située sous la surface du sol. C'est le domaine des eaux souterraines. En général, il correspond à un bassin sédimentaire. Ses limites sont imposées par la structure hydrogéologique.

1.2. Notion sur les aquifères [4]

L’aquifère est une formation hydrogéologique perméable à l’eau, à substrat et parfois à couverture de roches moins perméables, comportant une zone saturée et conduisant suffisamment l’eau pour permettre l’écoulement significatif d’une nappe souterraine et le captage de quantités d’eau appréciables (CASTANY G., 1982). Le système aquifère est constitué par le substratum imperméable ou plancher, l’aquifère et le toit. Suivant la perméabilité du toit, on distingue des aquifères à nappe libre, captive ou semi captive.

a) Aquifère à nappe libre [16]

C’est une aquifère avec une nappe dont la surface piézométrique se confond avec la surface de la nappe. C'est-à-dire qu’il n’y a une différence de hauteur entre le niveau de l’eau et le toit.

Figure III -3 : Coupe d’une nappe libre

b) Aquifère à nappe captive [16]

C’est une formation hydrogéologique caractérisée par l’ intercalation entre deux couches imperméable et dont le niveau statique est supérieur à l’altitude du plus bas niveau du toit. Ainsi la nappe est comprimée et si on effectue un forage dans la zone, l’eau jaillit.

Aza. Altitude de la zone d’alimentation ; NS. Niveau statique ; P. Puits ou forage ; PA. Puits ou forage artésien ; ZS. Zone saturée.

Figure III -4 : Coupe d’une nappe captive

c) Aquifère à nappe semi -captive [16]

C’est une formation hydrogéologique perméable situé entre deux formations semi - perméables qui permet une intercommunication entre les nappes sus -jacentes et sous- ja centes permettant ainsi une fluctuation du niveau piézométrique en fonction de la recharge et du tarissement par flux ascendante ou descendante.

Figure III-5 : Coupe d’une nappe semi-captive

Après ces quelques rappels théoriques, passons maintenant à l’interprétation des données.

2. RESULTATS ET INTERPRETATIONS

Au total 46 sondage électrique on été réalisé dans notre zone d’intervention afin de déterminer la structure géoélectrique du bassin d’alimentation d’une source gravitaire qui présente un des ressources en eau de la ville de Miandrivazo. Ces sondages ont été effectués le 12 Avril 2012. La figure III-6 représente la répartition spatiale des points de sondages électriques implantés dans notre zone d’étude. Le processus d’interprétation des résultats des études géophysiques reposent en 2 points : • L’interprétation qualitative de résultat de sondage consiste à déterminer la variation en profondeur de résistivité apparente de sous sol, suivant la longueur de ligne AB pour mettre en évidence les variations en profondeur des valeurs de résistivité. Un autre type d’interprétation qualitative est l’analyse typologique des courbes de sondages (f (AB/3)) pour comprendre non seulement le changement latéral de la résistivité mais aussi pour les caractéristiques possibles de la zone à prospecter. • L’interprétation quantitative de sondage consiste à définir, à l’aide d’un procédé d’inversion, un modèle de structure du sol (résistivité en fonction de la profondeur) qui peut reproduire les données mesurées. En d’autres termes, il s’agit de convertir les résistivités apparentes obtenues avec les mesures réalisées à la surface du solen

résistivités « vraies » du sous-sol sous la forme d’un modèle mathématique de structure du sol. Cette opération est aujourd’hui effectuée de manière routinière par des logiciels spécialisés pour les sondages. Elle fournit l’épaisseur des couches et les profondeurs des structures. [11] La figure III-6 représente la carte de répartition des sondages effectués dans notre zone d’étude.

Figure III-6 : Carte de répartition des sondages sur la zone d’étude

Notre zone d’étude se trouve dans la région de Menabe, plus précisément dans le district de Miandrivazoetcouvre12 206 km² comme indiquée sur la figure III-6, d’où on a pu déterminer 7 profils de sondages bien distincts. Et notre base pour la structure géologique sera fondée sur les études antérieures qui indique que la zone d’étude se situe à la frontière de la formation sédimentaire et de la formation cristalline (RAZAFINDRAKOTO Boni, 2003). Après les prises de mesures effectués in situ, avec les données des sondages verticaux obtenus à l’aide du résistivimètre SYSCAL R2, on a analysé les caractéristiques des courbes de sondages puis établit un modèle de terrain pour chaque sondage, soit avec les abaques ou pour notre cas à l’aide du logiciel QWSEL. Avec ces modèles de terrains et la répartition spatiale de sondages, on a dressé une coupe géoélectrique correspondant de chacun des 7 profils indiqués sur la figure III-6. Ces coupes nous serviront pour avoir

28 un aperçu géoélectrique du profil, c'est-à-dire, une coupe des résistivités en fonction des profondeurs (avec le logiciel GRAPHER 4). Comme on n’a pas de données forages aux environs de la zone d’étude, les études antérieurs effectuées par RAZAFINDRAKOTO en 2003 et des affleurements ainsi que du catalogue des résistivités établit par ANDRIAMIRADO en 2003, RALAIMARO en 2004(Cf. ANNEXE) donnerons une idée de la nature des couches souterraines.

2.1. Interprétation qualitative des résultats

On trace dans un système de coordonnées bi-logarithmique la fonction ρa= f (a) représentant les résistivités apparentes en fonction de la distance inter-électrodes. On représente toutes les courbes de sondages sur un même graphe pour nous guider sur l’interprétation qualitative de chaque sondage afin de comprendre les comportements des courbes de sondage reparties dans notre zone d’étude. L’analyse typologique des courbes de sondages a pour objectif de déterminer la variation spatiale de la zone d’étude : sur la même courbe en système de coordonnées bi- logarithmique, on trace toutes les courbes de sondage, pour connaitre le comportement des valeurs de résistivités pour définir le changement latérale de la structure des résistivités et les caractéristiques des couches du sous-sol(Telford et al., 1990) et il permet de définir la longueur de ligne. [10] Les types de courbes rencontrés dans notre zone d’étude se divisent en deux groupes, ceux en trait continues ; des courbes croissantes montrant la présence de formation cristalline, et ceux en traits discontinues ; la décroissance des courbes SE à une faible profondeur mais qui croissent à une plus grande profondeur. Correspondant à la présence de sable argileux se reposant toujours sur la formation cristalline. Ceci nous indique que notre zone d’étude se trouve entièrement dans une formation cristalline constituée de granite en tenant compte de la géologie de notre zone d’étude. La figure III-7 ci-après nous montre les courbes de sondages des 46 SEV effectuées.

Figure III-7 : Type de courbes de SE dans la zone d’étude

La nature des courbes de sondages se distingue en 2 groupes : - Groupe I (en trait continue) : composés par la plupart des sondages (39 SEV) montrant une courbe ascendante qui justifie la présence de la formation cristalline dans notre zone d’étude. La résistivité apparente superficielle correspond à une formation latéritique. Le nombre d’inflexion indique que la lithologie comporte quatre terr ains. - Groupe II (en trait discontinue) : composés par 7 sondages, il se caractérise par une courbe descendante à une faible profondeur (inférieur à 10m) indiquant une couche superficielle résistante. Le nombre d’inflexions dans ce groupe nous indique la pr ésence de cinq terrains. La figure III-8 montre les exemples de chaque groupe.

Figure III -8 : Exemple des courbes de résistivité

2.2. Interprétation quantitative

L’interprétation quantitative basée sur le modèle tabulaire considère les couches comme homogènes avec des surfaces de séparation planes et horizontales. Ce modèle permet de déterminer les différentes successions du terrain prospecté. Pour le sondage électrique, la courbe utilisée est celle de sondage des résistivités apparentes en fonction des distances que l’on traite en deux étapes : -une première étape de traitement par abaques donne un modèle tabulaire approximatif, -une deuxième étape affine ce modèle à l’aide d’un programme, par exemple QWSEL du CRG de Garchy (CNRS ; France). On obtient alors après plusieurs itérations un modèle final des résistivités et des épaisseurs des différentes couches. Il est à remarquer que la profondeur d’investigation en sondage Wenner est de l’ordre de a/2, mais elle dépend fortement de la résistivité des différentes couches. Pour l’identification des couches souterraines, l’étude se base sur quatre données : - Les valeurs de résistivités apparentes mesurées in situ ; - Les données géologiques indiquant la nature du socle ainsi que la formation de l’aquifère s’il y a ; - Les données de recherches antérieures comme indiquées dans la bibliographie [2] , [3] , [15] , [16] , [17] ; - Le tableau récapitulatif résumant la nature des roches en fonction de la valeur des résistivités apparentes mesurés in situ tiré du livre de CHAPELIER, 2001, «Cours de Géophysique, Résistivité électrique » que l’on verra en annexe (Cf. annexe v). Faisons l’étude d’un point de sondage afin de déterminer la structure hydro- géologique de notre zone d’étude.

Exemple d’interprétation d’une courbe de sondage

A l’aide du logiciel de géophysique QWSEL, on obtient les résultats sous forme d’échelle bi logarithmique, en plaçant la résistivité apparente (en Ωm) en fonction de la longueur a (en m).Un tel graphe s’obtenait, avant l’apparition de logiciels performants, d’utiliser des abaques, tracées sur un transparent que l’on superposait aux points de mesure.

Prenons comme exemple le sondage électrique vertical n° 43 situé au point de coordonnées suivantes : Latitude : 19° 34’ 3.0’’S, Longitude : 45° 29’ 13.8’’O, à l’altitude de 228,5m. On observe que cette courbe croit progressivement. Cela est probablement dû à la présence d’un milieu conducteur superficiellement et de la formation résistante en profondeur qui correspond probablement à la formation rocheuse. Suivant les nombres d’inflexions et la nature géologique de la zone d’étude, on arrive ainsi à établir la courbe correspondant à un modèle. La figure III-9suivante représente le modèle préalable améliorée (c’est a dire pour qu’il soit plus proche des mesures) en utilisant la fonction d’optimisation des résultats du logiciel qui, à partir d’algorithmes mathématiques, teste différents modèles et détermine celui qui est le plus proche à la fois des mesures et du modèle entré. Il est préférable de noter que le modèle de départ doit être réaliste pour ne pas se disperser puisque différents modèles peuvent correspondre aux mêmes mesures

Figure III-9 : Inversion des résultats

Ce dernier résultat nous permet de déterminer l’épaisseur de chaque couche ainsi que la valeur de la résistivité apparente. Ainsi on peut dresser certaines caractéristiques physiques du sous-sol au point de sondage n°43.

Tableau III-1:Caractéristiques du sous sol

Résistivité Lithologie en Ωm

32 Latérite

Sable graveleuse 47 Gravier Grès

900 Altération du socle

>1000 Socle cristallin

La deuxième couche est très épaisse (supérieur à 14 m), il est ainsi difficile de déterminer avec précision sa nature lithologique exacte d’où la présence de ces trois roches car on ne peut savoir la quantité exacte sans un forage ou un carottage sur les lieux. La figure III-10 représente la répartition des sondages ainsi que les 7 profils mentionnés ci-dessus.

Figure III-10 : Carte de répartition des profils 34

a) Profil 1

La disposition de ce profil suit la direction Est, étalée sur 380m. Ce profil est situé le plus aux Nord, entre les coordonnées suivantes : X Min 333987 Y Min 684719

X Max 334540 Y Max 684840

La formation est tabulaire avec 4 couches bien visibles répartit comme suit : • La première couche, de résistivité apparente variant entre 20 à 80 Ωm d’épaisseur comprise entre 1,5 à 20 m qui correspond à une couche de latérite. • Une deuxième couche épaisse et résistante de résistivité apparente variant entre 100 à 480 Ωm d’épaisseur comprise entre 8 à 16 m. Identifiée comme étant du grès ou du sable ou du gravier. • Une troisième couche plus résistante de résistivité apparente variant entre 650 et 890Ωm d’épaisseur comprise entre 1 à 2 m. Identifiée comme étant l’altération du socle cristallin. • Un substratum très épais et très résistant de résistivité apparente supérieure à 1 000 Ωm. Cette dernière couche est définie comme étant le socle cristallin formé par des granites migmatitiques ou des migmatites granitoïdes. On note aussi deux anomalies : Au niveau du sondage n°1, une couche superficielle avec une valeur de résistivité apparente très faible mais qui et due à la proximité de la source. Et au niveau du sondage n°5, une couche superficielle résistante correspondant à du sable ou du gravier. La figure III-11a montre un aperçu en coupe du profil géoélectrique.

Figure III-11a : Coupe géoélectrique du Profil 1

Sur la figure III-11b est représentée la corrélation géologique relative à cette coupe géoélectrique.

Légende

Figure III-11b : Coupe géologique correspondant au Profil 1

b) Profil 2

Disposée suivant l’axe Est, de longueur 350 m et comportant 7 sondages. Ces sondages se répartissent suivant les coordonnées : X Min 333959 Y Min 684470

X Max 334512 Y Max 684502

Pour ce profil, la coupe lithologique suivant les valeurs de résistivité nous montre une superposition de 4 couches : ° Une couche superficielle de résistivité comprise entre 28 et 103 Ωm et d’épaisseur entre 1 et 3m, correspondant à de la latérite. ° Une couche de résistivité apparente comprise entre 100 et 228 Ωm, et d’épaisseur comprise entre 17 à 40 m. Correspondant à du grès ou du sable ou du gravier ° Une couche répartie le long du profil. De résistivité apparente comprise entre apparente 800 et 1997 Ωm, d’épaisseur moyenne comprise entre 1 et 18m, correspondant à l’altération du socle. ° Un substratum très résistant réparti le long du profil de résistivité apparente supérieure à 1000 Ωm, correspondant au socle. Sur ce profil aussi on observe au niveau des sondages n°10 et n° 11 la présence d’une couche superficielle de résistivité apparente comprise entre 250 à 306 Ωm correspondant à du sable argileux.

Figure III-12a : Coupe géoélectrique du Profil 2

Sur la figure III-12b est représentée la corrélation géologique relative à cette coupe géoélectrique.

Légende

Figure III-12b : Coupe géologique du Profil2

c) Profil 3

Ce profil suit la direction Est, de longueur 300 m, avec 7 sondages et est comprise entre les coordonnées suivantes : X Min 334163 Y Min 684257

X Max 334948 Y Max 684289

Cette coupe nous montre une superposition de 4couches répartis comme suit : • Une couche superficielle, de résistivité apparente inférieur à 70Ωm, dont l’épaisseur entre 0,83 à 16 m, correspondant à de la latérite. • Une couche de résistivité apparente entre 64 à 320 Ωm, de 10 à 40m d’épaisseur, correspondant à du grès ou du sable ou de gravier. • Une couche résistante répartie le long du profil, de résistivité apparente comprise entre 767 à 915 Ωm, d’épaisseur entre 0,79 et 10m correspondant à l’altération du socle. • Un substratum très résistant, de résistivité apparente supérieure à 1000 Ωm, correspondant au socle cristallin. Au niveau du sondage n°26, on observe une couche superficielle de résistance apparente 215 Ωm correspondant à du sable argileux ou de l’argile sableuse. La figure III-13a montre la structure géoélectrique du sous sol.

Figure III-13a : Coupe géoélectrique du Profil 3

Sur la figure III-13b est représentée la corrélation géologique relative à cette coupe géoélectrique.

Légende

Figure III-13b : Coupe géologique du Profil 3

d) Profil 4

Ce profil suit la direction Est, de longueur 250 m et chaque SEV est distant de 50m en moyenne. Le profil, comportant 7 sondages, et est compris entre les coordonnées suivantes :

X Min 333960 Y Min 684194

X Max 334359 Y Max 684470

La figure III-14a suivante met en évidence la présence de 4 couches de résistivités différentes : ° Une couche superficielle conductrice de résistivité inférieur à37 Ωm. Son épaisseur varie de 0,8 à 10 m est constituée par de la latérite. ° Une couche moyennement résistante dont la valeur de la résistivité apparente varie de 76 à 350 Ωm. L’épaisseur de cette couche varie de 20 à 60 m, correspondant à du grès ou du sable et du gravier. ° Une troisième couche de résistivité apparente entre 715 et 876Ωm. D’épaisseur comprise entre 1 à 8mcorrespondant à l’altération du socle. ° Et enfin, un substratum très résistant, de résistivité apparente supérieure à 1000 Ωm. correspondant au socle cristallin. Au niveau des sondages n°30 et n°31, on observe une couche superficielle de résistivité apparente comprise entre 38 à 84 Ωm correspondant à du sable. La figure III-14a montre le profil géoélectrique permettant de tirer ces conclusions.

Figure III-14a : Coupe géoélectrique du Profil 4

Sur la figure III-14b est représentée la corrélation géologique relative à cette coupe géoélectrique.

Légende

Figure III-14b : Coupe géologique du Profil 4

e) Profil 5

Longue de 300m, on a utilisé 7 SEV distants de50m environ, elle est étalé suivant la direction Est. Elle se situe entre les coordonnées suivantes : X Min 333932 Y Min 684042

X Max 334571 Y Max 684072

On observe une disposition tabulaire de 4 couches avec : ° La première couche superficielle, de résistivité apparente comprise entre 15 et 56 Ωm, d’épaisseur comprise entre 2 et 10m d’épaisseur, correspondant à de la latérite. ° Une couche moyennement résistante (entre 45 et 123 Ωm) d’épaisseur variant entre 20 et 45m, correspondant à du grès ou du sable et du gravier. ° Une troisième couche plus résistante (entre 715 à 875 Ωm) et d’épaisseur variant entre 1 et 7m correspondant à l’altération du socle. ° Un substratum très résistant (de résistivité apparente supérieure à 1000 Ωm), correspondant au socle cristallin. La couche superficielle présente dans les profils précédents n’apparait plus. La figure III-15a montre la structure géoélectrique du profil.

Figure III-15a : Coupe géoélectrique du Profil 5

Sur la figure III-15b est représentée la corrélation géologique relative à cette coupe géoélectrique.

Légende

Figure III-15b : Coupe géologique du Profil 5

f) Profil 6

Longue de 250m, avec6sondages. La distance entre deux sondages est de 50m, elle est étalée suivant la direction Est. Elle se situe entre les coordonnées suivantes : X Min 334077 Y Min 684072

X Max 335035 Y Max 684414

Ici aussi, la structure nous montre un système tabulaire avec 4 couches : ° Une couchepeu résistante (entre 20 et 100 Ωm) et d’épaisseur comprise entre 2 et 10m correspondant à de la latérite. ° Une couche de résistivité apparente comprise entre47 et 270 Ωm avec une épaisseur comprise entre 10 et 40m correspondant à du granite ou du sable ou du gravier. ° Une couche plus résistante (entre 500 et 900 Ωm) et d’épaisseur comprise entre 1 et 3m correspondant à l’altération du socle. ° Un substratum très résistant (résistivité apparente supérieure à 1000 Ωm) constituant le socle cristallin. La couche superficielle résistante n’apparait pas aussi ici. La figure III-16a montre la structure géoélectrique du profil.

Figure III-16a : Coupe géoélectrique du Profil 6

Sur la figure III-16b est représentée la corrélation géologique relative à cette coupe géoélectrique.

Légende

Figure III-16b : Coupe géologique du Profil 6

g) Profil 7

Longue de 250m, comportant5sondages dont la distance entre eux varie de 30 à 100m, elle est étalée suivant la direction Sud-Sud-Est. Elle se situe entre les coordonnées suivantes : X Min 333962 Y Min 683796

X Max 334601 Y Max 683828

On voit à la première lecture de la coupe une disposition tabulaire des couches, qui se répartissent comme suit : ° Une couche superficielle, de résistivité apparente inférieur à 280 Ωm, d’épaisseur comprise entre 2 et 8m correspondant à du sable ou d’autres alluvions sédimentaire. La forme en cuvette de la zone d’étude indique une zone de dépôt de sédiment qui explique que cette couche n’apparait que dans la partie basse de la zone d’étude. ° Une couche peu résistante (entre 28 et 200 Ωm), d’épaisseur comprise entre 10 et 40m correspondant à de la latérite. ° Une couche plus résistante avec une résistivité apparente comprise entre 400 et 900 Ωm. Son épaisseur varie de 1 à 3m correspondant à l’altération du socle. ° Un substratum très résistant avec une résistivité apparente de l’ordre de millier d’Ohmmètre (supérieure à 1 000 Ωm) correspondant au socle cristallin. La figure III-17a représente la structure géoélectrique du sous sol.

Figure III-17a : Coupe géoélectrique du Profil 7

Sur la figure III-17b est représentée la corrélation géologique relative à cette coupe géoélectrique.

Légende

Figure III-17b : Coupe géologique du Profil 7

3. SYNTHESE DES INTERPRETATIONS

Voici un tableau récapitulatif présentant les nombres de couches avec les épaisseurs des couches d’aquifères probables.

Tableau III-2: Récapitulatif des interprétations

Profils Nombre de couches Epaisseur de l’aquifère Profondeur de l’aquifère en m en m 1 5 1 à 2 20 à 30 2 5 1 à 18 20 à 30 3 5 0,5 à 1 15 à 35 4 5 1 à 8 15 à 30 5 4 2 à 4 20 à 25 6 4 1 à 3 15 à 25 7 5 1 à 2 15 à 30

Notre étude basée sur la connaissance des résistivités apparentes nous indique ainsi : ° La couche superficielle de latérite (argile ferrugineux reconnaissable parla couleur rouge) assez fine. ° Une couche de grès, de sable ou de gravier d’épaisseur 2 à 5 m ° La présence d’une couche d’altération du socle formant notre aquifère. ° Et au niveau duProfil7 une couche superficielle de sable argileux ou d’argile sableuse due à l’accumulation des alluvions. On verra en annexe ( Annexe vii) la carte piézométrique de la zone d’étude. En définitive, la structure lithologique de la zone d’étude se constitue d’une couche de latérite suivie d’une couche de grès, de sable et/ou de gravier expliquant la présence qui forme la partie sédimentaire comme indiquée dans la géologie de la zone d’étude (cf. Chapitre I. 2 Cadre physique et géologique) reposant sur un socle cristallin formé par du granite migmatitique ou du migmatite granitoïde. Intercalée entre ces deux formations on observe une aquifère qui est l’altération du socle, observable sur toute la superficie de la zone d’étude. La couche d’aquifère est ainsi répartie sur toute la surface de la zone d’étude, à une profondeur de 15m jusqu’à 30m, d’une épaisseur variable de 0,5m jusqu’à aller dans les 18 m, assurant un réservoir conséquent avec une capacité de recharge non négligeable du fait qu’elle est encore visible pendant la période de prospection se tenait pendant le mois d’Avril pendant la saison sèche. 49

CONCLUSION La ville de Miandrivazo, et la région toute entière, est une des régions clé du Sud- Ouest de la Grande Ile car c’est une des régions les plus riches : culture d’haricots (communément appelé « or blanc »), zone pastorale très active, zone aurifère mais délaissée à cause de son éloignement. Le but de notre étude était basé sur une prospection électrique afin de définir la structure lithologique du district de Miandrivazo en vue d’une adduction d’eau potable. Le district de Miandrivazo se trouvant sur la ligne de séparation des formations sédimentaires et des formations cristallines, l’utilisation de la prospection électrique nous à permis de définir que notre zone d’étude se situe sur la partie cristalline. L’apport de la méthode électrique pour une étude structurale d’un bassin est indéniable car elle est peu onéreuse, rapide et fiable. Ainsi on a pu déduire la structure du sous sol de notre zone d’étude : ° La couche superficielle de latérite assez fine ; ° Une couche de grès, de sable ou de gravier ; ° La présence d’une couche d’altération du socle formant l’aquifère. Et au niveau du Profil 7 une couche superficielle d’accumulation des alluvions. Mais pour une adduction d’eau potable, il faut agrémenter nos recherches avec d’autres études : • Géophysiques : télédétection pour localiser les failles et ruptures signes de la probable présence des réserves souterraines, des prospections magnétiques ou sismiques pour la délimitation des roches en profondeurs. • Hydrochimie : pour l’étude la potabilité de l’eau. • Géologiques : des forages ou des sondages géologiques pour étayer notre thèse sur la présence de l’aquifère. • La réhabilitation de la Station Météorologique de Miandrivazo. Notre étude et nos recommandations sont à prendre en considération parce que l’eau est une denrée précieuse et indispensable au développement.

BIBLIOGRAPHIE [1] ADINANE O., 2011, « Etude hydrogéophysique dans la Région Diana », Mémoire de DEA, Ecole Supérieur Polytechnique d’Antananarivo. [2] ANDIAMPANARIVOR. E. 2003. « Apport de la prospection électrique 10 et à 20 à l’étude des nappes aquifères du nord Kabatomena, région du Menabe ». Mémoire de DEA, Faculté de Sciences, Université d’Antananarivo. [3] ANDRIAMIRADO L. C., 2003, «Application de la méthode de polarisation spontanée (PS) et du panneau électrique à l’étude hydrogéologique de la plaine alluviale de Miandrivazo ». Mémoire de DEA, Faculté de Sciences, Université d’Antananarivo. [4] CASTANY G., 1982, « Principes et méthodes de l'hydrogéologie » [5] CHAPELIER D., 2001, « Résistivités électriques». [6] CHAPERON P., DANLOUX J., FERRY L. 1993. « Fleuves et rivière de Madagascar », ird, Paris, Chapitre 3. [7] CHOUTEAU M., 2001. «Méthodes électriques, électromagnétiques et sismiques. Géophysique appliquée II ». Notes de cours. [8] CHOUTEAU M., GIROUX B., 2006, « Géophysique appliquée II Méthodes électriques », Notes de cours. [9] GARO JOELSON S, 2005 « Application des méthodes électrique et électromagnétique a la détection de structures aquifères du bassin sédimentaire d’Ambovombe » Mémoire de DEA, Faculté de Sciences, Université d’Antananarivo. [10] GARO JOELSON S, 2012 « Approche multidisciplinaire de l’étude hydro- géologique du bassin d’Ambovombe Androy dans l’extrême Sud de Madagascar » Mémoire de thèse de Doctorat. [11] INSTAT, 2004, « Les 22 régions de Madagascar en chiffres ». [12] Ministère de l’Agriculture de l’Elevage et de la Pèche de Madagascar, 2003, «Monographie de la région de Menabe ». Unité de politique de développement rural (UPDR). [13] RAFANOMEZANTSOA O. D., 2010, « Analyse des impacts d’eichornia crassipes la jacinthe d’eau sur la production de poissons dans le lac Ibofo du district de Miandrivazo », Mémoire en vue de l’obtention du certificat d’aptitude pédagogique de l’école normale (CAPEN), Ecole Normale Supérieure.

[14] RANDRIAMAHALEO R. A., 2009, « La filière haricot au niveau de l’op Bemiray dans la commune rurale d’Isalo (district de Miandrivazo – région Menabe) » Mémoire de Maitrise, Faculté des Lettres et Sciences Humaines, Département de Géographie, Université d’Antananarivo. [15] RANIVOARISOA O., 2005, « Exploitation d’eaux souterraines par méthode hydrogéologique dans le district de Mahabo dans la région du Menabe » Mémoire de Maitrise, Faculté des Sciences. [16] RAZAFINDRAKOTO B., 2003, « Apport de l’imagerie et de la modélisation géophysiques 1D et 2Dà l’évaluation du potentiel en eaux souterraines de la région comprise entre Mangoky et Tsiribihina, Sud-ouest de Madagascar », Mémoire de thèse de doctorat. [17] SAHOLIARIMANANA V., 2011, « Contribution a la révision cartographique géologique du sud de Madagascar (Mahabo K59) » Mémoire de DEA, Ecole Supérieur Polytechnique d’Antananarivo.

Annexe i Courbe de sondages des résistivités Après avoir lancé le logiciel QWSEL, on choisit le type de dispositif que l’on a utilisé lors des sondages, on entre dans le menu « Option », puis dans le sous - menu« Dispositif », pour le choix des dispositifs.

Figure A-1 : Choix du dispositif

En second lieu, on entre un à un les données des sond ages, c'est -à-dire l’écartement des électrodes a et la résistivité apparente par le menu « Sondage » et le sous menu « Saisie des données ».

Figure A-2 : Entrées des données

On visualise la courbe de sondage par le menu « Sondage » et le sous menu « Visualisation ». 55

Ensuite on entre dans la partie interprétation qui nécessite de trouver le modèle qui convient à notre sondage. Ceci se fait dans le menu « Sondage » puis le sous menu « Modèle ».

Figure A-3 : Proposition de modèle

On poursuit notre interpr étation tant que l’erreur ne soit inférieure à 5% qui nécessite une suite d’itération par la méthode des moindres carrées.

Figure A-4 : Modèle de sondage électrique avec une erreur inférieure à 5%

Annexe ii Courbes d’iso-résistivités Cette courbe se fait à l’aide du logiciel GRAHER 4 : Tout d’abord, on dresse sur une feuille « Excel » un tableau avec les coordonnées de chaque point de sondages d’un profil ainsi que les épaisseurs des différentes couches que nous avons interprétées ci-dessus. Pour un profil en deux dimensions, l’altitude est associée à l’abscisse suivant X ou suivant Y.

Figure A-5 : Saisie des données interprétées

Ensuite on rentre ces valeurs dans le logiciel « GRAPHER 4 » pour une courbe d’iso-résistivité, c'est-à-dire une courbe donnant les valeurs de résistivités correspondantes aux profondeurs. La figure suivante montre l’interface graphique de « GRAPHER 4 »

Figure A-6 : Interface graphique de GRAPHER 4

On clique sur l’onglet en rouge, « Line/scatter plot », pour ouvrir une boîte de dialogue pour l’ouverture d’une figure. Comme indiquée sur la figure A-2.

Figure A-7 : Dessiner un graphe 2D

Pour ajouter une autre valeur de sondage, cliquer sur l’onglet « New », en bleu, et pour ajouter une ligne continue entre les points, cliquer sur l’onglet « Line-Fill », en vert, qui n’est pas très recommander parce qu’il faut se souvenir de la discontinuité probable de la structure lithologique du sous-sol. Mieux vaut joindre manuellement les points qui ont une valeur de résistivité à peu près uniforme en utilisant l’outil « Polyline », en jaune.

Annexe iii Courbe Ombro-thermique C’est une courbe ayant en abscisse la précipitation mensuelle durant les 30 années (1960-1991) et en ordonnées la température moyenne mensuelle pendant la même période. On peut y entrevoir que la température stagne autours de 27°C mais que la précipitation augmente de façon exponentielle en période de crue ce qui indique une recharge suffisante de la nappe.

325

300

275

250

225

200

175

150

125

100 Précipitationnormale en mm Trmpéraaturemoyenneen °C

0 Jul Août Sep Oct Nov Déc Jan Fév Mar Avr Mai Jun Mois

Température Moyenne Précipitation normale

Figure A-8 : Courbe ombro thermique

Annexe iv Récapitulatif des données forages antérieurs Le tableau ci-après est le fruit des sondages électriques et des forages effectués dans la région du Menabe par ANDRIAMIRADO (en 2003), puis compilés avec les recherches de RALAIMARO(en 2004). Ils nous servirons à établir la nature des terrains suivant la valeur des résistivités rencontrées.

Tableau A-1 : Récapitulatif des données forages

Source : ANDRIAMIRADO (2003), RALAIMARO(2004)

Annexe v Résistivité des roches Le graphique suivant résume la valeur des résistivités des roches et donne la nature de la roche équivalente.

Tableau A-2 : Catalogue de résistivité des roches

Source : Résistivités électriques . D. CHAPELLIER. 2000/2001

Annexe vi Feuille de mesure pour un SEV

Annexe vii Carte piézométrique de la zone d’étude

TABLE DES MATIERES

SOMMAIRE ...... i

LISTE DES FIGURES ...... iii

LISTE DES TABLEAUX ...... v

LISTE DES ACRONYMES ET ABREVIATIONS ...... vi

REMERCIEMENTS ...... vii

INTRODUCTION ...... 1

CHAPITRE I CONTEXTES DE LA ZONE D'ETUDE ...... 3

1. Localisation géographique ...... 3

2. Cadre physique et géologique ...... 6 2.1. Cadre Physique [12] [14] ...... 6 2.2. Cadre géologique [12] ...... 5

3. Climat et Hydrographie [9] [12] ...... 7 3.1. Pluviométrie et température ...... 7 3.2. Hydrographie [6] ...... 9

CHAPITRE II METHODES UTILISEES ...... 13

1. LES METHODES GEOPHYSIQUES ...... 13 1.1. Principe de la méthode de résistivité [5] [7] [8] ...... 14 1.2. Méthode de prospection électrique [5] [7] [8] ...... 16 1.3. Les différentes étapes d’une prospection électrique [5] ...... 17 1.4. Modèles à une dimension ...... 18

2. MATERIELS ...... 20 2.1. Matériels utilisées in situ ...... 20 2.2. Matériels utilisées pour le traitement des données ...... 21

3. ACQUISITION DES DONNEES ...... 22

CHAPITRE III RESULTATS ET INTERPRETATIONS ...... 24

1. RAPPELS THEORIQUES ...... 24 1.1. Bassin Versant [4] ...... 24 1.2. Notion sur les aquifères [4] ...... 25

2. RESULTATS ET INTERPRETATIONS ...... 27 2.1. Interprétation qualitative des résultats ...... 29 2.2. Interprétation quantitative ...... 32

3. SYNTHESE DES INTERPRETATIONS ...... 49

CONCLUSION ...... 51

BIBLIOGRAPHIE ...... 52

Annexe i Courbe de sondages des résistivités ...... 55

Annexe ii Courbes d’iso-résistivités ...... 57

Annexe iii Courbe Ombro-thermique ...... 59

Annexe iv Récapitulatif des données forages antérieurs ...... 60

Annexe v Résistivité des roches ...... 61

Annexe vi Feuille de mesure pour un SEV ...... 62

Annexe vii Carte piézométrique de la zone d’étude ...... 63

TABLE DES MATIERES ...... 64

Titre : ÉTUDE DES STRUCTURES HYDROGEOLOGIQUES D’UN BASSIN D’ALIMENTATION PAR PROSPECTION ELECTRIQUE DANS LE DISTRICT DE MIANDRIVAZO REGION MENABE

RESUME Le District de Miandrivazo, dans la région de Menabe a toujours souffert de l’approvisionnement en eau potable. Une étude par prospection électrique a été menée dans le bassin versant mitoyen de la ville à proximité d’une source afin de déterminer la nature lithologique du bassin ainsi que la réserve en eau souterraine en vue d’une adduction d’eau gravitaire. A l’aide de 46 sondages électriques verticale, l’étude a montré la présence d’une nappe d’aquifère dans l’altération du socle cristallin formé par du granite migmatitique ou de la migmatite granitoïde à une profondeur avoisinant les 20m. L’adduction en eau gravitaire est donc possible pour la ville de Miandrivazo. L’importance d’une telle infrastructure est primordiale pour le développement et la santé de la population locale.

Mots clés : Miandrivazo, lithologie, bassin versant, adduction d’eau gravitaire, sondages électrique verticale, aquifère, altération du socle cristallin.

ABSTRACT The District of Miandrivazo in the Menabe region has always suffered from drinking water. A study by electrical survey was carried out in the water resources adjoining the city near a source to determine the lithology of the catchment basin and the underground water reserve for water gravity fed. Using 46 vertical electrical soundings, the study showed the presence of an aquifer in the alteration of the crystalline bedrock formed by the migmatitic granite or granitoid migmatite at a depth of around 20m. The gravity-fed water supply is possible for the city of Miandrivazo. The importance of such an infrastructure is essential for the development and health of the local population.

Keywords : Miandrivazo, lithology, catchment basin, water gravity fed, vertical electrical soundings, aquifer, alteration of crystalline bedrock.

Encadreur : L’impétrant : Docteur GARO Joelson Sébille RAKOTOARIMANANA [email protected] Tia Maharivelo Hombana Lot IAM 3D Fiombonana Antananarivo 261 (0)33 24 973 24 [email protected]