Essai D'interpretation Des Donnees Multisources
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UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO ---oOo--- DEPARTEMENT MINES Formation Doctorale en Génie Minéral Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention du Diplôme d’Etudes Approfondies ESSAI D’INTERPRETATION DES DONNEES MULTISOURCES AUTOUR DES RN6-RN31-RN32 D’AMBODIMOTSO ATSIMO À DJANGOA, NORD-OUEST DE MADAGASCAR Soutenue publiquement le Mardi 27 Mars 2007 par RABARISON Herilalaina Andry Devant le jury composé de Président Pr. RANDRIANJA Roger, Chef de Département Mines de l’ESPA Rapporteur Pr. RASOLOMANANA Eddy, Enseignant-chercheur à l’ESPA Examinateurs Dr. RAKOTOMANANA Dominique, Chef de Volet Géologie – Géophysique PGRM Dr. RAKOTO Heritiana, Enseignant-chercheur à la Faculté des Sciences - Promotion 2005 – SOMMAIRE REMERCIEMENTS INTRODUCTION Partie I- BASES METHODOLOGIQUES I.1 NOTIONS DE MAGNETISME I.2. MODELE NUMERIQUE DE TERRAIN I.3 IMAGES NUMERIQUES DE TELEDETECTION Partie II- CONTEXTE GENERAL DE LA ZONE D’ETUDE II.1 PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE II.2 IDENTIFICATION DES INTRUSIONS ROCHEUSES D’APRÈS IOGA ET SGDM Partie III- TRAITEMENTS ET INTERPRETATION DES DONNEES III.1 TRAITEMENT ET INTERPRETATION DE DONNEES MAGNETIQUES III.2 MODELE NUMERIQUE DE TERRAIN (MNT) III.3 INTERPRETATION DES IMAGES SATELLITALES III.4 SYNTHÈSE DES TRAITEMENTS DE DONNÉES GÉOSCIENTIFIQUES MULTISOURCES CONCLUSION GENERALE LISTES DES FIGURES LISTES ES TABLEAUX LISTES DES ABREVIATIONS REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES RESUME REMERCIEMENTS Ce travail a été réalisé grâce à l’appui et à l’assistance bienveillante de plusieurs personnes à l’endroit desquels je tiens, avant tout, à exprimer mes sincères remerciements et ma vive reconnaissance. Toutefois, qu’il me soit permis de citer en particulier : Mr RANDRIANJA Roger, Professeur, Chef de Département Mines à l’ESPA qui a bien voulu se décharger de ses multiples fonctions pour présider ce jury Mr RASOLOMANANA Eddy, Professeur, Enseignant-chercheur et responsable scientifique de la Formation Doctorale en Génie Minéral, qui m’a proposé ce sujet et qui, malgré ses multiples responsabilités, a suivi scrupuleusement sa réalisation Mr RAKOTOMANANA Dominique, Docteur, Chef de Volet Géologie - Géophysique au PGRM (Ministère des Mines), qui malgré ses multiples responsabilités, a bien voulu apporter sa part dans la correction de l’ouvrage et participer à ce jury Mr RAKOTO Heritiana, Docteur en Géophysique, gérant de la société SGDM et enseignant à la Faculté des Sciences, qui m’a autorisé à utiliser les ressources matérielles de sa société et me permettant, par là, d’établir et d’analyser les cartes magnétiques de Fugro Ltd. Il a accepté, avec bienveillance, de juger ce travail Mr. LEFEBVRE Pierre, Cadre SIGiste et Télédétecteur chez MadaGeomatic, qui a bien voulu apporter sa part en acceptant de corriger l’ouvrage à ce jury Je voudrais également exprimer à mes chers collègues du Génie Minéral, de l’IOGA et à tout le personnel de SGDM, mes sincères remerciements. De même, je ne pourrais pas oublier d’exprimer ma reconnaissance à mes parents, frères et sœurs qui m’ont efficacement épaulé dans la réalisation de ce travail, ainsi qu’à toute la famille. Sincère reconnaissance à tous… 1 INTRODUCTION Dans le cadre du développement rapide et durable de Madagascar, le secteur de la réhabilitation des infrastructures routières s’est beaucoup développé ces trois dernières années. Le pays, du reste, dispose de ressources géologique et minière relativement abondantes qui ne demandent qu’à être exploitées de manière rationnelle et plus respectueuse de l’environnement. De plus, les actions de développement actuelles (MAP, RRI, PIC, …) fixées par le gouvernement priorisent, notamment, la réhabilitation des infrastructures routières. De ce fait, le besoin en matériaux de construction et d'empierrement a augmenté considérablement tandis que la production reste insuffisante. C'est dans ce contexte qu’une étude a été entreprise de juin à décembre 2004 par IOGA et SGDM dans la région de Sofia, tout le long de l’axe RN6 d’Ambondromamy jusqu’à Djangoa. Les massifs rocheux de basalte, de syénite et même des calcaires cristallins ont été investis. Les paramètres de leurs gîtes ont été décrits et leurs caractères mécaniques ont été définis afin de savoir s’ils répondent aux normes préconisées d’utilisation. Dans la continuité de cette étude, le thème choisi pour ce mémoire s’intitule « Essai d’interprétation des données multisources autour des RN6-RN31-RN32 d’Ambodimotso Atsimo à Djangoa, Nord-Ouest de Madagascar ». Ce thème va être développé dans trois parties. La première partie se rapporte aux bases méthodologiques, le magnétisme, le Modèle Numérique de terrain et la télédétection. La deuxième partie s’articule autour du contexte général de la zone d’étude, ses aspects géographique, climatique et géologique puis retrace brièvement les travaux effectués antérieurement dans la zone. Enfin, la troisième et dernière partie est consacrée aux traitements et interprétation des données aéromagnétiques, altimétriques, hydrographiques et satellitaires. Les cartes magnétiques obtenues à partir des traitements sous Wumap, les cartes morphologiques et hydrographiques ainsi que les images Landsat7 TM en composition HSV sont analysées et interprétées conjointement avec la géologie afin de dégager les traits structuraux majeurs caractérisant cette région ainsi que la mise en évidence des structures pouvant être liées à la présence de massifs rocheux. Une conclusion générale est donnée à la fin de l’ouvrage. 2 PARTIE I BASES METHODOLOGIQUES I.1 NOTIONS DE MAGNETISME Il est important de rappeler le principe du magnétisme afin d’avoir une bonne appréhension des propriétés physiques liées aux signaux magnétiques mesurés. I.1.1 Elément du champ magnétique terrestre Le champ magnétique terrestre peut être défini par trois composantes en tout poins données : Nord, Est, Verticale (X,Y,Z). Très souvent, on donne une valeur exprimée par la grandeur du champ total F, sa déclinaison D ainsi que son inclinaison I ; où D est l’angle entre la composante horizontale du champ magnétique et le Nord géographique et I est l’angle entre le champ total F et le plan horizontal (Figure I.1). Figure I.1 : Représentation à 3D du champ magnétique terrestre Nous avons les relations suivantes : H = F cos I X = F cos I cos D Y = F cos I sin D Z = F sin I F2 = X2+Y2+Z2 Les composantes X, Y, Z sont les composantes cartésiennes du champ magnétique, généralement utilisées pour la recherche. Les composantes H, D, Z sont les composantes cylindriques du champ magnétique. Les composantes F, I, D sont les composantes sphériques du champ magnétique. Notion de susceptibilité magnétique Le degré d’aimantation d’un corps est défini par sa susceptibilité magnétiqueκ . Tous les matériaux peuvent être classés à l’intérieur de 3 groupes définissant leurs propriétés magnétiques : 3 -diamagnétisme -paramagnétisme -ferromagnétisme et ferrimagnétisme Si κ <0, le matériau est diamagnétique. C'est-à-dire que le champ induit est sur le sens inverse du champ magnétisant. Ce qui fait que l’intensité de la magnétisation induite est dans la direction opposée au champ inducteur. Phénomène faible, réversible, affecte tous les corps et souvent caché par un autre phénomène : Ex : quartz, feldspath, sel. Si κ >0, la substance est alors paramagnétique. Comme le diamagnétisme, c’est un phénomène faible et réversible, mais tend à renforcer l’action du champ inducteur. Le champ induit décroît cependant avec la température : Ex : métaux, gneiss pegmatite, dolomie, syénite. Dans le cas de substances ferromagnétique, les moments magnétiques de chaque atome s’alignent spontanément dans des régions appelées domaines et cela même en l’absence de champ magnétique externe. En général, le moment magnétique total est nul parce que les différents domaines ont des orientations différentes et leurs effets s’annulent. Le ferromagnétisme disparaît si on dépasse une certaine température, appelée point de Curie. Si les moments magnétiques d’une substance sont anti-parallèles dans les domaines et de grandeurs différentes, le moment magnétique total est différent de zéro. Le substance est alors appelée ferrimagnétique : Ex : magnétite, ilménite Dans le cas d’une substance ferrimagnétique dont la somme de moments parallèles et anti- parallèles est nulle, on parle d’anti-ferromagnétisme : Ex : hématite La magnétite a une susceptibilité supérieure aux autres matériaux ferriques et les données magnétiques reflètent surtout sa concentration. Ainsi une faible quantité de magnétite dans une roche non-magnétique peut donner une anomalie beaucoup plus importante. Plus une roche est basique, plus la teneur en magnétite est haute, plus sa susceptibilité est haute La gamme de valeurs possibles de la susceptibilité d’un type de roche est relativement large et recouvre les valeurs d’autre type de roches. Il est donc impossible d’identifier avec certitude la roche en se basant seulement sur sa susceptibilité. (M. Chouteau ; 2002) La susceptibilité d’une roche est entièrement dépendante de la quantité de minéraux ferromagnétiques qu’elle contient, de la dimension des grains et de leur distribution. Donc, c’est une propriété très variable et il est pratiquement impossible de prédire la teneur en minéraux à partir de la susceptibilité. La sensibilité minimale requise pour mesurer les anomalies avec suffisamment de détail est de ±5nT. Il est alors possible de détecter des anomalies provenant de sources situées à plus de 10.000 mètres de profondeur. Comme le champ induit est proportionnel au champ ambiant, les anomalies seront plus intenses aux hautes latitudes magnétiques qu’à l’équateur magnétique. La figure ci-dessous donne une idée sur la gamme des valeurs de susceptibilité de quelques types de roches (Figure I.2). 4 Figure I.2 : Susceptibilités κ pour des types de roches différents (R.Monster ; 2004) I.1.2 Magnétisme induit et rémanent Magnétisme induit Le champ magnétique de la terre crée de l’aimantation dans les roches. Il est faible en comparaison avec un électroaimant. Le degré de magnétisme induit dépend de l’intensité du champ terrestre au point particulier ainsi que d’une caractéristique de la roche connue sous le nom de la susceptibilité magnétique.