UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

D’ANTANANARIVO (E.S.P.A)

DEPARTEMENT GEOLOGIE

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR GEOLOGUE

URANIUM DE () : APPROCHE MAGNETIQUE ET SPECTROMETRIQUE

Présenté par :

RAMAHANDRISOA Andrianambinina Zolalaina Nalahatriniavo

Soutenu le 05 février 2015

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

D’ANTANANARIVO

(E.S.P.A)

DEPARTEMENT GEOLOGIE

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES

EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR GEOLOGUE

URANIUM DE VINANINKARENA (ANTSIRABE) :

APPROCHE MAGNETIQUE ET

SPECTROMETRIQUE

Présenté par :

RAMAHANDRISOA Andrianambinina Zolalaina Nalahatriniavo

Président de Jury : Mme RAHANTARISOA Lydia, Maître de Conférences

Examinateurs :

Mme RAHARIJAONA RAHARISON Léa Jacqueline, Maître de Conférences

M. MANDIMBIHARISON Aurélien, Maître de Conférences

Directeur de Mémoire : Mme RAZAFIMBELO Rachel, Maître de Conférences

REMERCIEMENTS

En premier lieu, je tiens à remercier le bon Dieu, sans qui je serais rien et je n‟aurais accompli quoi que ce soit. Mes remerciements s‟adressent aussi principalement à : M. ANDRIANARY Philippe Antoine, directeur de l‟Ecole Supérieure Polytechnique d‟Antananarivo, qui assure le bon fonctionnement de l‟école et qui a autorisé cette soutenance M. MANDIMBIHARISON Aurélien Jacques, Maitre de conférences à l‟Ecole Supérieure Polytechnique d‟Antananarivo et Chef de département de la filière géologie ; Mme RAZAFIMBELO Rachel, Maitre de conférences à l‟ESPA, Directeur de ce mémoire ; Mme RAHANTARISOA Lydia, Maitre de conférences à l‟ESPA, qui me fait l‟honneur de présider ce mémoire. J'adresse tout naturellement mes remerciements aux autres membres du jury qui ont accepté d‟examiner ce mémoire malgré leurs innombrables occupations : Mme RAHARIJAONA RAHARISON Léa Jacqueline, Maître de Conférences à l‟ESPA M. MANDIMBIHARISON Aurélien, Maître de Conférences à l‟ESPA Mes vifs remerciements s‟adressent également à tous les enseignants et les personnels de l‟Ecole Supérieure Polytechnique d‟Antananarivo en général et ceux du Département géologie particulièrement. Un grand merci à M.RAKOTOMALALA Herindrainy Olivier, PDG Adjoint de la société Pan African Mining Corp., qui m‟a autorisé à faire un stage auprès de la société PAM et à toute l‟équipe de la PAMA. Enfin, j‟exprime ma gratitude à mes amis et aux membres de ma famille qui m‟ont soutenu moralement et financièrement.

MERCI

« Je puis tout par celui qui me fortifie » Philippiens 4.13

i

SOMMAIRE

TABLE DES MATIERES

REMERCIEMENTS……………………………………………………………………….….i

TABLE DES MATIERES………………………………………………………………….…ii

LISTE DES FIGURES……………………………………………………………………….vi

LISTE DES ACRONYMES/ABREVIATIONS………………………………………….…viii

LISTE DES TABLEAUX………………………………………………………………….…ix

LISTE DES ANNEXES……………………………………………………………………....ix

INTRODUCTION……………………………………………………………………………..1

PARTIE I INTRODUCTION GENERALE

I. Généralités sur la zone d‟étude : ...... 2 1. Localisation de la zone : ...... 2 1. Le climat : ...... 5 2. La géomorphologie ...... 5 3. Les végétations et cultures : ...... 7 4. Hydrographie : ...... 7 5. Pédologie : ...... 10 6. Population :...... 10 II. Cadre géologique de la zone d‟étude : ...... 12 1. Aperçu sur la géologie de : ...... 12 a) Concept de Besairie : ...... 12 b) Collins et al. (2002) : ...... 13 c) Collins et al. (2006) ...... 13 d) MEM/ BPGRM (2008) : ...... 13 e) BRGM/USGS (2012) : ...... 14 2. Géologie d‟Antsirabe : ...... 15 a) Le socle cristallin : ...... 15 b) Le volcanisme : ...... 16 c) Les sédiments volcano- lacustres : ...... 16 d) Le tectono-métamorphisme : ...... 17 3. Géologie locale de la zone de Vinaninkarena : ...... 19 III. Généralités sur l‟uranium : ...... 21

ii

1. L‟Uranium : ...... 21 2. Abondance et répartition : ...... 22 3. Caractéristiques pétrophysiques de l‟Uranium : ...... 24 a) Les sources de l‟Uranium : ...... 24 b) Solubilité de l‟uranium : ...... 24 c) Transport de l‟uranium : ...... 24 d) Précipitation de l‟Uranium : ...... 25 e) Migration diagénétique de l‟Uranium : ...... 25 4. L‟utilisation de l‟Uranium : ...... 25 5. Les différents types de minéralisations uranifères : ...... 26 6. Les différents types de gisements uranifères : ...... 27 7. L‟uranocircite : ...... 28 PARTIE II MATERIELS ET METHODES

A. Les matériels : ...... 30 I. Les données acquises : ...... 30 II. Les logiciels utilisés : ...... 30 B. Les méthodes géophysiques utilisées : ...... 31 I. Le magnétisme : ...... 31 1. Le champ géomagnétique : ...... 31 2. Les composantes du champ magnétique terrestre : ...... 31 3. Le champ magnétique de référence (IGRF) : ...... 32 4. Propriétés magnétiques des roches :[27] ...... 33 a) La susceptibilité magnétique : ...... 33 b) Perméabilité magnétique µ : ...... 33 5. Classe magnétique des matériaux :[27] ...... 33 6. Aimantation rémanente et induite : ...... 35 7. Anomalie magnétique ...... 35 8. La prospection magnétique : ...... 36 a) Les levés magnétiques : ...... 36 b) Les instruments de mesure : ...... 36 II. La spectrométrie : ...... 37 1. Spectrométrie et radioactivité : ...... 37 2. Les rayonnements naturels ...... 38 a) Rayons α : ...... 38 b) Rayons β : ...... 38

iii

c) Rayons γ : ...... 39 3. Radioactivité des roches : ...... 39 4. La spectrométrie des rayons γ : ...... 39 a) Technique de mesure : ...... 39 b) Les levés spectrométriques : ...... 40 c) Instruments de mesures : ...... 40 III. La radiométrie au sol : ...... 41 PARTIE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

A. TRAITEMENT DES DONNEES : ...... 42 I. Traitement de l‟image Landsat 7 : ...... 42 1. ACP : ...... 42 2. Filtrage : ...... 44 II. Traitement des données magnétiques : ...... 48 1. Le champ magnétique total : ...... 49 2. Filtrage numérique des données aéromagnétiques : ...... 51 a) Réduction aux pôles : ...... 51 b) La dérivation verticale ...... 52 III. Traitement des données spectrométriques : ...... 56 1. Corrections des données : ...... 56 a) Correction du bruit de fond : ...... 56 b) Correction de l‟effet Compton : ...... 57 c) Correction d‟altitude : ...... 57 2. Mise en grille : ...... 58 a) Concentration en Uranium : ...... 58 b) Concentration en Thorium :...... 60 c) Concentration en Potassium ...... 60 d) Les cartes de rapport ...... 63 e) La carte ternaire : ...... 67 IV. Traitement des données de radiométrie au sol : ...... 69 B. RESULTATS ...... 70 I. Carte linéamentaire d‟Antsirabe : ...... 70 II. Les zones potentielles en Uranium dans la zone d‟étude : ...... 72 a) Superposition de la carte d‟anomalie radiométrique avec la carte de concentration en Uranium : ...... 73 b) Superposition avec la carte de rapport U/Th : ...... 74 c) Superposition avec la carte de rapport U/K: ...... 75

iv

C. DISCUSSION : ...... 79 CONCLUSION……………………………………………………………………………….81

BIBLIOGRAPHIE……………………………………………………………………………82

WEBOGRAPHIE……………………………………………………………………………..84

ANNEXES……………………………………………………………………………………85

v

LISTE DES FIGURES

Fig.1 Organigramme des démarches…………………………………………………………..2

Fig.2 Les permis de PAMA à Antsirabe, source PAM présentation Folakara, Antsirabe 2011…………………………………………………………………………………………….3

Fig.3 Carte de localisation de la zone d‟étude [W01], [W02]…………………………………4

Fig.4 Carte d‟occupation du sol de la zone……………………………………………………8

Fig.5 Carte hydrographique d‟Antsirabe, source image Landsat 7 Antsirabe………………...9

Fig.6 Carte pédologique d‟Antsirabe source carte pédologique de Madagascar Zebrowski 1979…………………………………………………………………………………………..11

Fig.7 Carte géologique de Madagascar………………………………………………………14

Fig.8 Carte géologique d‟Antsirabe, source BPGRM, feuille N49…………………………..18

Fig.9 Carte géologique de Vinaninkarena, source BPGRM feuille N49……………………..20

Fig.10 Chaine de désintégration de l‟Uranium [W14]………………………………………..22

Fig.11 Exemple de fission de l‟uranium 235 [W16]………………………………………….22

Fig.12 Uraninite UO2, Pechblende [W06]……………………………………………………26

Fig.13 Carnotite [W17]……………………………………………………………………….27

Fig.14 Uranocircite [W18]……………………………………………………………………29

Fig.15 les composantes du champ géomagnétique [W10]……………………………………31

Fig.17 Magnétomètre flux-gate [W10]……………………………………………………….35

Fig.18 Compteur Geiger [W11]………………………………………………………………40

Fig.19 Spectromètre à rayons gammas [W12]………………………………………………..41

Fig.20 organigramme de traitement des données satellitaires………………………………..43

Fig.21 Affichage en composition colorée de CP1, CP2 et CP3………………………………44

vi

Fig.22 Filtres directionnels 00°, 10°, 45°,70°, 90°, 120°, 160°………………………………46

Fig.23 Carte linéamentaire obtenue à partir de l‟image landsat……………………………..47

Fig.24 Organigramme de traitement des données aéromagnétiques…………………………48

Fig.25 Carte du Champ Magnétique Total Antsirabe………………………………………..50

Fig.26 Carte réduite aux pôles……………………………………………………………….53

Fig.27 Carte de la première dérivée verticale………………………………………………..54

Fig.28 Carte issue de la dérivée verticale par Oasis Montaj…………………………………55

Fig.29 Organigramme de traitement des données spectrométriques…………………………56

Fig.30 Carte de concentration en Uranium…………………………………………………...59

Fig.31 Carte de concentration en Thorium…………………………………………………...61

Fig.32 Carte de concentration en potassium………………………………………………….62

Fig.33 Carte de rapport U/Th…………………………………………………………………64

Fig.34 Carte de rapport U/K………………………………………………………………….65

Fig.35 Carte de rapport Th/K…………………………………………………………………66

Fig.36 Légende de la carte ternaire…………………………………………………………...67

Fig.37 Carte ternaire………………………………………………………………………….68

Fig.38 Carte des anomalies radiométriques…………………………………………………..69

Fig.39Carte linéamentaire d‟Antsirabe………………………………………………………70

Fig.40 rosace directionnelle des linéaments………………………………………………….72

Fig.41 Superposition de la carte de concentration en U et carte d‟anomalie radiométrique…74

Fig.42 Superposition de la carte de rapport d‟U/Th et la carte d‟anomalie radiométrique…...75

Fig.43 Superposition de la carte d‟anomalie radiométrique et la carte de rapport U/K………76

Fig.44 Superposition des zones riche en U avec la carte linéamentaire……………………...77

vii

Fig.45 Carte géologique représentant les zones potentielles en Uranium……………………78

Fig.46 Extrait de coupe dans les zones sédimentaires………………………………………..79

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : susceptibilité magnétique des matériaux diamagnétiques…………………..……35

Tableau 2 : susceptibilité magnétique des matériaux paramagnétiques………………………35

Tableau 3 : direction des linéaments………………………………………………………….74

LISTE DES ANNEXES

Annexe 1……………………………………………………………………………………...85

Annexe 2……………………………………………………………………………………...86

Annexe 3……………………………………………………………………………………...87

Annexe 4……………………………………………………………………………………...88

Annexe 5……………………………………………………………………………………...89

Annexe 6……………………………………………………………………………………...91

Annexe 7……………………………………………………………………………………...93

LISTE DES ACRONYMES

ACP : Analyse en Composantes Principales

ARN : aimantation rémanente naturelle

BPGRM: Base de données Pour la Gouvernance des Ressources Minérales

BRGM: Bureau de Recherches Géologique et Minières

CEA: Commissariat à l‟Energie Atomique

CMY: Cyan-Magenta-Jaune

FFT : transformée de Fourier rapide

IAGA : Accord Internationale de Géomagnétisme et d‟Aéronomie

viii

IGRF: International Geomagnetic Reference Field

IUGG : Union Internationale de Géodésie et de Géophysique

MAEP: Ministère de l‟Agriculture de l‟Elevage et de la Pêche

MEM: Ministère de l‟Energie et des Mines

NRM: Natural Remanent Magnitization

PAM: Pan African Mining Corp.

PAMA: Pan African Mining Atomic pH: Potentiel Hydrogène

Ppm: partie par million

Rh: potentiel redox

RVB : Rouge Vert Bleu

TFD : transformée de Fourier discrète

USGS: United States Geological Survey

ZC : Zone de Cisaillement

ix

INTRODUCTION

Madagascar dispose de diverses ressources minérales importantes qui sont dispersées sur l‟ensemble de son territoire. L‟Uranium en fait partie. L‟Uranium, un élément naturel radioactif, a été découvert vers l‟année 1789 par le chimiste prussien Klaproth. Il est très important de nos jours car ; à part son utilisation dans la fabrication des bombes, au blindage des chars d‟assaut, d‟obus d‟artillerie et de balles ; son autre utilisation principale est la production d‟électricité. L‟exploration et l‟exploitation de l‟Uranium à Madagascar ont été entamées par le CEA (Commissariat à l‟énergie atomique) entre 1946 et 1952. En 2008, la société PAN African Mining Corp. (PAM), à travers sa branche PAM Atomique SA, a décidé d‟investir dans l‟exploration des restes de gisements non exploités par le CEA ou bien des nouveaux gites d‟Uranium ; dont il possède trois zones de permis à Madagascar qui sont : les permis à Tranomaro, Folakara et Vinaninkarena Antsirabe. Le site d‟exploitation d‟uranium de Vinaninkarena, fermé depuis 50 ans, renfermerait toujours une quantité exploitable d‟uranium; d‟après les rumeurs des villageois et les prospections effectués dans cette zone. Mais la présence d‟un gisement est incertaine. Cette étude a donc pour objectif de prouver l‟existence ou non de zones riches en uranium à Vinaninkarena d‟où le titre du mémoire « Uranium de Vinaninkarena (Antsirabe) : approche spectrométrique et magnétique » Le travail va se subdiviser en 3 parties dont :  Une première partie qui concerne l‟introduction générale, où nous allons faire la présentation de la zone d‟étude et de l‟uranium ;  Une seconde partie qui consiste à la présentation des matériels et méthodes utilisées dont la prospection magnétique et spectrométrique ;  Et enfin une troisième partie qui va se focaliser sur les traitements des données et l‟affichage des résultats.

1

PARTIE I : INTRODUCTION GENERALE

Avant d‟entrer dans le vif du sujet, nous allons d‟abord présenter les démarches suivies pour la réalisation de ce travail :

RECHERCHES BIBLIOGRAPHIQUES

ACQUISITION DES DONNEES

(Image Landsat, données de levés aéromagnétiques,

données de levés aérospectrométriques, levés radiométriques au sol)

TRAITEMENT DES DONNEES

(Réalisation des cartes)

RESULTATS et INTERPRETATIONS

(Identification des zones riches en uranium)

Fig.01 Organigramme des démarches

I. Généralités sur la zone d’étude :

1. Localisation de la zone : La zone d‟Antsirabe se trouve dans la région de , à 167 Km au Sud de la ville d‟Antananarivo (figure 03). Elle est comprise entre les coordonnées 19°36‟ et 20° de latitude Sud et entre 46°48' et 47°06' de longitude Est. La commune de Vinaninkarena dans le district d‟Antsirabe II, se trouve à 9.4Km au Sud de la ville d‟Antsirabe. Ses coordonnées géographiques sont 19°56'59" S et 47°2'59" E à une altitude de 1425m. Située à l'extrémité sud du massif de I „Ankaratra, la région d'Antsirabe est une zone de transition entre ce massif volcanique et le socle cristallin. Dans cette zone d‟Antsirabe, la PAMA dispose de trois permis dont les permis N° 15093,28120 et 18092. (Figure 02)

2

Fig.02 les permis de PAMA à Antsirabe

3

Fig.03 Carte de localisation de la zone d‟étude [W01], [W02]

4

1. Le climat : L‟année comporte 2 saisons bien individualisées :  une saison pluvieuse et moyennement chaude, de Novembre à Mai ;  et une saison fraîche et relativement froide et sèche de Juin en Octobre. Mais les différentes unités géographiques conditionnent la nature des climats locaux dont on en distingue deux principaux types :  Le climat d‟altitude qu‟on rencontre au Nord (Vavavato et partie sud du massif de l‟Ankaratra) et au sud-ouest (massif de l‟Itongafeno). Les précipitations sont importantes pour ces zones et l‟hiver très froid ;  Le climat des hautes terres'(dépressions d'Antsirabe t de ) où les précipitations sont très importantes (1.400 à 1.700 mm), la saison sèche est très marquée avec toutefois de constants crachins et des brouillards et l'hiver froid avec des gels assez fréquents. Ce dernier type de climat peut être divisé en deux sous-types : celui de la dépression d'Antsirabe, à influence orientale, avec crachins et pluies fines très fréquents en hiver ; celui de la dépression de Betafo, à influence plutôt occidentale où la fréquence des précipitations est plus élevée. Généralement pour Antsirabe, la pluviométrie moyenne annuelle est de 1 200 mm et la température minimale et maximale est de 0°C et 29°C. [W03]

2. La géomorphologie La géomorphologie de la région dépend de la nature et l‟histoire géologique. On peut distinguer :[28]

Au Nord-Ouest : le massif granitique de Vavavato Au Sud-Ouest, un ensemble montagneux formé de 3 massifs :  Le massif de I'ltongafeno, dont les plus hauts sommets culminent entre2100 et 2200 m, présentant des reliefs abrupts notamment dans les parties les plus élevées où les quartzites forment un paysage dentelé caractéristique ;  Le massif granitique de I „Andaingo, culminant à 1950 m, présentant un sommet aplani. Les pentes, fortes, surtout sur le versant Nord-Ouest, sont recouvertes de boules de granite ;  Le massif de I'lnanohazana au nord des précédents, un relief migmatitique fortement disséqué par I „érosion dont les plus hauts sommets sont compris entre 1700 et 1760 m.

5

Au Sud : un relief d'aplanissement constitué de deux unités situées à des altitudes différentes. D‟Ouest en Est on remarque :  Le plateau du Mangarano dont l'altitude, égale à 1747 m à Ambatomenaloha, s'abaisse à 1640m au village de Mangarano ;  Le plateau de Nanondranana, au sud de Vinaninkarena, à une altitude voisine de 1450m. Ces deux plateaux sont séparés par un escarpement de 120 m situé à l'est de Mangarano auquel fait suite une zone de collines molles allongées en forme de langue, à sommets plus ou moins aplanis, qui se prolonge au nord par les reliefs semblables d'Ambohitrimanjaka. A l’Est : un ensemble de collines d‟altitudes subégales. Ces collines se raccordent à la dépression d'Antsirabe par l'escarpement du Mandray dont le dénivelé est de 150 à 200 m et qui s'étend sur une vingtaine de kilomètres du Nord au Sud. Au Nord, la partie méridionale du massif de l‟Ankaratra se subdivise en :  Vastes plateaux doucement vallonnés constitués par des coulées volcaniques, souvent recouvertes d‟un manteau de projection, qui descendent progressivement vers le Sud. Dans la zone de contact entre le volcanisme et le socle, ces coulées occupent les interfluves alors que les vallées sont creusées dans les migmatites ou les granites (inversion de relief) ;  Dômes phonolitiques, tels ceux d'Andrakotra et de Manarilefona, qui émergent des plateaux ;  Un massif trachytique qui culmine à 2300 m. Ce massif, profondément entaillé par le réseau hydrographique, offre un relief accidenté à pente très forte. Au Centre : les formations volcaniques récentes ainsi que la plaine correspondant aux sédiments volcano-lacustres d‟Antsirabe. Les formations volcaniques récentes offrent un paysage légèrement vallonné duquel émergent les appareils volcaniques. Ces derniers, remarquablement bien conservés dans la région de Betafo, y présentent des pentes longitudinales rectilignes dont le raccordement à la surface de base est brutal. Par contre dans la région d'Antsirabe et de I'lfasina, les cônes sont déjà moins bien conservés, leur ligne de plus grande pente sont souvent convexo-concave. La plaine, correspondant aux sédiments volcano-lacustres, présente une très légère pente vers le sud. Elle offre de grandes surfaces planes séparées par des vallées étroites, peu profondes mais à pentes transversales fortes.

6

3. Les végétations et cultures : La végétation primitive devait très vraisemblablement appartenir selon l'altitude à la « forêt à mousse et sous-bois herbacé » ou à la « silve à lichen ». Mais de la nature fragile facilement inflammable de ces forêts, elles ont été remplacées par des végétations secondaires. [28] La végétation secondaire, quand elle n'est pas défrichée en vue de la culture (Maïs, pomme de terre, etc. ...), se présente sous forme d'une savane herbeuse basse dominée par une ou deux espèces de graminées pérennes et cespiteuses : Penniseturn pseudotriticoïdes, Trachypogon spicatus ou Aristida rufescens sans aucun intérêt fourrager [28] La mise en valeur des terres dépend étroitement de la nature du substrat géologique ainsi que de l'altitude qui conditionne la température. Les sols d‟origine sont les premiers mis en valeur. Parmi les sols volcaniques, ceux formés sur les matériaux les plus récents sont plus intensément cultivés que ceux issus de coulées anciennes. Les cultures les plus répandus sont le riz et le maïs. La carte d‟occupation du sol (figure 04) a été réalisée à partir de la classification d‟une image Landsat 7 année 2000 de la zone d‟Antsirabe. La classification a été faite à l‟aide de l‟outil « image classification » dans ArcGIS 10.1.

4. Hydrographie : Divers fleuves et rivières traversent la région de Vakinankaratra comme la Mahajilo, l‟Onive, le . Les affluents de ces fleuves traversent la zone d‟Antsirabe. Antsirabe dispose d‟un réseau hydrologique assez dense. On y trouve plusieurs lacs mais les plus vastes dont les superficies sont supérieures à 20ha sont Andraikiba (78ha) et Andranobe (109ha). [W04] La carte hydrographique d‟Antsirabe (figure 05) a été réalisée par la digitalisation d‟une image Landsat en composition colorée dans ArcGIS. On y trouve les différentes fleuves et rivières.

7

Fig.04Carte d‟occupation du sol de la zone d‟étude

8

Fig.05 Carte hydrographique d‟Antsirabe, source image Landsat 7 Antsirabe 9

5. Pédologie : En matière de pédologie, le sol à Antsirabe (figure 06) est constitué de [28]:  Sols minéraux bruts : Ce sont des sols d'origine non climatique d'érosion. Ils sont représentés par des affleurements rocheux ou par des cuirasses mises à nu par l„érosion ;  Sols peu évolués : ce sont des sols qui, tronqués par l „érosion, ont un profil A-C ;  Andosols : caractérisés par l'abondance de leur fraction minérale de produits amorphes silico-alumineux ;  Sol ferralitiques : sols connaissant un lessivage important ;  Sols hydromorphes : sols avec un excès d‟inondation d‟eau.

6. Population : Le nombre de population à Antsirabe est estimé à 382869 (en 2011) avec une densité de 121.46 personnes par km2. Pour Vinaninkarena, la population est de 12038 habitants (recensement en 2012).[W04] La principale activité économique de la population est la culture de riz et l‟élevage, il y a aussi les activités industrielles et minières, et les activités de service dans les secteurs tertiaires.

10

Fig.06 Carte pédologique d‟Antsirabe source carte pédologique de Madagascar Zebrowski 1979

11

II. Cadre géologique de la zone d’étude :

1. Aperçu sur la géologie de Madagascar : Géologiquement, les deux tiers de la superficie de Madagascar constitue le socle cristallin Précambrien qui essentiellement constitué de roches magmatiques archéens et protérozoïques fortement tectonisées et métamorphisées durant l‟orogenèse panafricaine. Pour le tiers restant, la grande ile est constituée de roches sédimentaires (bassin de Mahajanga, bassin de Morondava, bassin d‟Ambilobe). [06]

a) Concept de Besairie : H. Besairie a proposé la première synthèse géologique. Son approche a été basée sur la considération des roches formant le socle comme étant des roches paramétamorphiques, ceci implique la relation intensité de métamorphisme – profondeur d‟enfouissement des sédiments. Il a alors considéré que le plus intensément métamorphisé constitue donc le plus ancien. Le socle a été donc classé en systèmes, groupes et séries. Ainsi il a défini trois systèmes, de la base au sommet : [06]  Le système androyen, aux formations ultra-métamorphiques à faciès granulitique, constitué du groupe de Fort Dauphin (leptynite à cordiérite), groupe de Tranomaro (gneiss, pyroxénites, leptynites, marbres), groupe d‟Ampandrandava (gneiss, pyroxénites, charnockites, marbres) ;  Le système de graphite, à faciès amphibolique et cata – méso zonale caractérisé par l‟omniprésence du graphite, regroupant les gneiss à graphite, migmatites et granites, et on y trouve le groupe d‟Ampanihy, groupe de Manampotsy (gneiss et migmatites à graphite), groupe d‟ (micaschistes et gneiss à graphite), groupe d‟Andriba (migmatite et gneiss sans graphite) ;  Le système de Vohibory, à faciès schiste vert et épizonale, qui est un ensemble d‟amphibolites, amphibolites à pyroxène, leptynites et cipolins (groupe de Vohibory, groupe de Malakialina, groupe d‟Amborompotsy, groupe de Mananjary, groupe de Beforona, groupe de Maevatanana, groupe d‟Ambodiriana, groupe d‟Antongil, groupe de Sambirano et groupe de Daraina). Il y a aussi la série infragraphite de Mananara-Masora-Ambodiriana. Cette série est structuralement à la base du système du graphite mais pétrographiquement différente. La géochronologie de Hottin (1976) est une répartition zonéographique des résultats.

12

b) Collins et al. (2002) : Le socle cristallin précambrien de Madagascar est constitué de : [23] -Cinq blocs tectono- métamorphiques stables qui sont du Nord au Sud le :  bloc d‟Antongil d‟âge Archéen Inférieur,  le bloc d‟Antananarivo d‟âge Archéen,  le bloc d‟Ikalamavony Amborompotsy d‟âge Protérozoïque Moyen,  le bloc de Vohibory  et le bloc de Taolagnaro Ampanihy d‟âge Protérozoïque Inférieur ; - De trois nappes de charriage qui sont :  La nappe de Bemarivo essentiellement formée par des terrains du Protérozoïque Moyen intrudés par des magmatismes récents du Néoprotérozoïque ;  la nappe de Tsaratanana avec trois ceintures magmatiques (ceinture de Maevatanana, ceinture d‟Andriamena et ceinture de Befandriana Alaotra Beforona)  d‟un vestige de la fermeture d‟un océan durant la coalescence gondwanienne, la suture Betsimisaraka. Collins et al. Ont aussi mis en évidence six Zones de Cisaillement (ZC) majeures (figure) qui sont la ZC de Bongolava-Ranotsara, la ZC d‟Ampanihy, la ZC de Beraketa, la ZC de Tranomaro, la ZC de Betsileo et la ZC de l‟Angavo. c) Collins et al. (2006) : En 2006, après avoir repris les interprétations déjà effectuées en 2002, Collins et al ont encore subdivisé respectivement en deux entités la nappe de l‟Itremo, le bloc d‟Antananarivo et le bloc du Sud comme suit :  La nappe de l‟Itremo subdivisée en nappe de l‟Itremo proprement dit et le groupe de Molo ;  Le bloc d‟Antananarivo composé du domaine de l‟orthogneiss et des métasédiments non datés ;  le bloc du Sud formé du groupe de Vohibory et du Groupe Androyen. d) MEM/ BPGRM (2008) : En 2008, les résultats des différents travaux du BPGRM ont abouti à la subdivision du socle cristallin de Madagascar en 13 unités constituées de : Bemarivo Nord, Bemarivo Sud, Anaboriana-Manampotsy, Antananarivo, Tsaratanàna, Antongil, Masora, Angavo, Itremo, Ikalamavony, Androyen, Anosyen, Vohibory. [23]

13

e) BRGM/USGS (2012) : En 2012, le BRGM et l‟USGS a réalisé une carte au 1 / 1.000.000 de Madagascar qui a révisé la carte géologique et minière de Madagascar. La carte de la figure 07 représente le schéma structural de la carte géologique réalisée en 2012

Fig.07 Carte géologique de Madagascar, schéma structural BRGM 2012 14

2. Géologie d’Antsirabe : La feuille N49 Antsirabe appartient :  Selon Besairie, au système du Graphite (groupe d‟Ambatolampy)  au bloc d‟Antananarivo (Collins et al 2002) ;  à l‟Orthogneiss et métasédiments non datés (Collins et al 2006) ;  à l‟ensemble d‟Antananarivo (BPGRM 2008). La géologie d‟Antsirabe a été plus particulièrement étudiée par A. Lenoble (1949) [19], J. Guigues (1952) [17], C. Alsac (1962) [01], et G. Noizet (1963) [22]. Trois ensembles géologiques peuvent être distingués:  Le socle cristallin, qui constitue les parties Ouest et Sud de la feuille ;  Le massif volcanique au Nord-Est ;  Les alluvions volcano-lacustres au Centre-Est.

a) Le socle cristallin : Il est constitué de schistes cristallins (socle migmatitique, micaschistes et quartzites) et de roches éruptives (essentiellement granites et gabbros). Les migmatites et migmatites granitoïdes constituent une grande partie des affleurements du socle, notamment dans le sud de la zone étudiée. Ce sont des roches à biotite ou à amphibole avec quelques passages d'amphibolites feldspathiques. Les micaschistes forment une bande étroite au sud-ouest de la carte, ils contiennent de la muscovite ou de la biotite. Les quartzites occupent une faible étendue dans le coin sud-ouest de la feuille où elles forment le massif de Tongafeno. Les granites occupent une importante surface au nord-ouest de la carte où ils forment le massif des Vavavato. Au sud de Betafo ils constituent le massif de l'Andaingo. Ce sont des granites migmatitiques leucocrates porphyroblastiques. Ils renferment de la biotite, de l'amphibole et du pyroxène en faible quantité, associés à des minéraux accessoires tels que le sphène. Les gabbros forment des massifs peu importants au nord-est de Betafo.

15

b) Le volcanisme : Différents types de roches volcaniques sont présentes à Antsirabe. Pour LENOBLE les éruptions volcaniques auraient commencé au début du pliocène pour se terminer au quaternaire récent. La chronologie des éruptions serait : 1) Emission de laves acides : rhyolites, trachytes et phonolites ; 2) Epanchements de basaltes et d'andésites ; 3) Coulée d'ankaratrites ; 4) ) Eruptions récentes : basanites et basanitoïdes. Les trachytes, les phonolites et les basaltes anciens couvrent le quart nord-est de la carte ; mais les roches acides ont une extension beaucoup plus importante. Les basanites et basanitoïdes constituent la plupart des appareils volcaniques des environs d'Antsirabe et de Betafo. Par opposition aux émissions anciennes, ces manifestations volcaniques sont qualifiées par Lenoble de récentes ou subactuelles. II est en fait possible de distinguer dans ce volcanisme récent au moins deux périodes d'activité séparées par une période de pédogenèse. Les coulées fortement altérées issues des édifices de la région d'Antsirabe sont en effet recouvertes par des matériaux pyroclastiques provenant d‟édifices plus récents tels . Le volcanisme d‟Antsirabe se présente donc en 3 périodes :  Période I qui correspond à la mise en place du volcanisme ancien : édifices trachytiques, dômes phonolitiques et coulées basaltiques. L'altération de ces formations est profonde.  Période II : cette période correspond à une phase d'activité récente (Quaternaire récent) durant laquelle se mettent en place les édifices volcaniques de basanite et basanitoïdes des régions d'Antsirabe et de I'lfasina. Les édifices sont relativement bien conservés, les sols développés sur les coulées et lapillis ne sont jamais très épais.  Période III : elle correspond à la phase d'activité la plus récente (moins de 10.000 ans) du volcanisme de I „Ankaratra. Les formations volcaniques encore très bien conservées de Betafo et de Tritriva (cônes de scories et coulées de basanites et basanitoïdes) sont à rattacher à cette période.

c) Les sédiments volcano- lacustres : Les premiers dépôts datent du pliocène et sont constitués par un conglomérat à galets (galets de trachyte ou du socle métamorphique). Au cours du pliocène et du pléistocène le

16 comblement du bassin s'est réalisé par des dépôts lacustres dans lesquels sont venus s'intercaler des coulées et des projections volcaniques. Ces sédiments volcano-lacustres constituent le matériau originel, très hétérogène, des sols qui s'y sont formés. Mais pour Lenoble, le dépôt de sédiments dans le bassin serait surtout conséquent à la formation du massif de I „Ankaratra qui aurait joué un rôle de barrage pour le réseau hydrographique qui s'écoulait initialement vers l'ouest. Les séries stratigraphiques reconnues dans les dépôts sédimentaires d‟Antsirabe présentent, sur le socle ou ses altérites, deux corps sédimentaires remarquables. A la base, sur une dizaine de mètres d‟épaisseur, une série fluvio-palustre de plaine d‟inondation, où sables, limons et graviers alternent avec des niveaux tourbeux décimétriques, au nombre maximum reconnu de sept sur une même verticale. Au-dessus, une couverture de cinérites, fine au sud- est et plus grossière au nord-ouest, atteint généralement vingt mètres d‟épaisseur.

d) Le tectono-métamorphisme : La rectitude de certaines lignes de relief, l‟orientation remarquable de quelques axes hydrographiques, l‟alignement des principaux appareils volcaniques, l‟allure des limites des formations géologiques, suggèrent une intervention de la tectonique. Les différences altimétriques du socle ne sont certes pas des preuves formelles de l‟existence des failles [01] mais, en raison de la relative homogénéité pétrographique du socle, « le relief ne saurait être considéré tout entier comme dû à l‟érosion différentielle ». C.Alsac reconnait d‟ailleurs deux directions principales des fractures : SSW-NNE et S-N. Le bassin sédimentaire d‟Antsirabe présente deux surfaces planes, étagées et légèrement inclinées vers le sud, qui ont été considérées jusqu‟alors comme témoignant chacune d‟un remplissage lacustre. Mais le bassin lacustre d'Antsirabe a pour origine initiale un phénomène tectonique : abaissement du compartiment Ouest après fractures d'une surface initiale [19]. Les témoins de ces failles sont :  L‟escarpement méridien de Betampona qui est, selon A.Lenoble, mise en évidence par une rupture de « pendage » dans les gneiss entre les blocs soulevés et affaissés à l‟Est d‟Antsirabe.  La faille du Mandray.

La présence des migmatites et des gneiss témoigne d‟un gradient de métamorphisme moyen à élevé.

17

Fig.08 Carte géologique d‟Antsirabe, source BPGRM, feuille N49

18

3. Géologie locale de la zone de Vinaninkarena : La zone se trouve dans le Sud du bassin lacustre d‟Antsirabe, d‟âge plio-pléistocène. Les affleurements sédimentaires à l‟intérieur du bassin sont rares vu l‟importance du sol, de couverture. [02] Cette partie du Sud d‟ Antsirabe est constitué par :  des interstratifications de couche d‟argile, de grès, de tourbe… la situation actuelle de chaque séquence sédimentaire est fonction de l‟histoire géologique de la région (tectonique, volcanisme...)  des coulées basaltiques recouvrant les sédiments, sur quelques endroits, ces coulées sont de nouveau recouvertes de sédiments, les basaltes sont recouverts par des grés argileux subhorizontaux.  Les produits de projection volcaniques (ponces, cinérites…) Le socle cristallin : Le bassin lacustre est délimité à l‟Est et à l‟Ouest par le socle cristallin constitué essentiellement de Migmatites. Ces migmatites de couleur généralement leucocrate, de grains moyens à grossiers, sont constituées principalement de Quartz, de Feldspath et de biotite, et présentent une structure orientée ; elles sont parfois recoupée par des veines pegmatitiques quartzo- feldspathiques dont la puissance atteint parfois 1m. Elles donnent une altération de couleur blanchâtre, avec parfois des concrétions ferrugineuses. A certains endroits, on remarque la présence des micaschistes mésocrates à leucocrates. Ils sont constitués surtout de micas, de quartz et de feldspaths. Les contacts socle-sédimentaire sont très marqués à l‟extrémité Est du bassin par des différenciations nette de couleur : sol très rouge due probablement à des passages de faille. La carte géologique de Vinaninkarena (figure 9) est obtenue après digitalisation d‟une carte géologique d‟Antsirabe sur ArcGIS.

19

Fig.09 Carte géologique de Vinaninkarena, source BPGRM feuille N49 20

III. Généralités sur l’uranium : 1. L’Uranium : L'uranium est un métal gris argenté environ deux fois et demi plus dense que le fer. Cet élément chimique, de symbole U, porte le numéro atomique 92 et est le plus lourd présent naturellement sur Terre. [W05] Il existe de nombreux isotopes de l'uranium mais l‟uranium naturel présent dans l‟écorce terrestre n‟est constitué que de trois isotopes :  l'uranium 238, le plus lourd atome naturel et le plus abondant (99,28%)  l'uranium 235 (0,71%)  ainsi que des traces d‟uranium 234 (0,006%). L‟uranium est radioactif. Cela signifie que les noyaux de ses atomes sont trop lourds pour être stables dans le temps. Ils se transforment spontanément en d‟autres éléments radioactifs plus légers (par exemple, l'uranium 238 en thorium 234) qui à leur tour disparaîtront par décroissance radioactive. Ce n‟est qu‟après une douzaine de désintégrations successives que la chaîne radioactive (figure 10) aboutit à un isotope stable du plomb (plomb 206 dans le cas de la chaîne de décroissance de l‟uranium 238 figure). Mais les isotopes de l‟uranium naturel ont des périodes de désintégration très longue (4,5 milliards d'années pour l'uranium 238, 700 millions d'années pour l'uranium 235), ce qui explique qu‟ils soient encore présents à l‟état naturel sur terre et qui fait de l‟uranium naturel un élément peu radioactif. Notons cependant qu‟un des descendants de l‟uranium dans les chaînes de décroissance radioactive est le radon dont la radioactivité n‟est pas négligeable et qui, étant gazeux, passe dans l‟air lorsque l‟uranium est extrait. [W14] L‟uranium 235 est le seul isotope naturel fissile (figure 11), c‟est à dire susceptible de se fragmenter, spontanément ou par capture d‟un neutron, en deux atomes de masses proches avec émission de plusieurs neutrons et de rayonnement gamma intense. L‟uranium 238, bien que beaucoup plus stable et très peu fissile, est dit fertile car il peut être transformé, par absorption d„un neutron, en plutonium 239 encore plus fissile que l'uranium 235. C‟est cette aptitude directe ou indirecte à la fission qui fait de l‟uranium naturel la principale matière première utilisée aujourd‟hui par l‟industrie nucléaire pour produire de l‟électricité, propulser des navires, fabriquer des armes de très grande puissance mais aussi synthétiser des radio-isotopes pour l‟imagerie médicale, la radiothérapie et l‟industrie.[W16]

21

Fig.10 Chaine de désintégration de l‟Uranium [W14]

Fig.11 Exemple de fission de l‟uranium 235 [W16]

2. Abondance et répartition : L'uranium est répandu dans les profondeurs du globe terrestre. La désintégration d'uranium 238 et 235 et d'autres radionucléides comme le thorium 232 et ses descendants entretiennent encore en énergie thermique le noyau terrestre, mais surtout le manteau rocheux terrestre, et donc toute la géothermie. Il est plus abondant dans la nature que l'or ou l'argent. Il est également présent dans toute l'écorce terrestre, surtout dans les terrains granitiques et sédimentaires, à des teneurs d'environ 2,7 g/tonne (soit donc 2,7 ppm). Ce qui fait de l'ordre du millier de milliards de tonnes rien que pour l'écorce terrestre, sans compter le manteau. En termes de réserve mondiale, cependant, l'immense majorité de cette masse est bien sûr inexploitable dans les

22 conditions économiques actuelles. La teneur du minerai varie beaucoup selon les roches, de 0,1 ppm dans les carbonates à 350 ppm dans les phosphates. L'uranium est une ressource non renouvelable (comme tous les métaux), non recyclable, et pas toujours facilement exploitable dans des conditions socialement, économiquement et/ou écologiquement acceptables. L‟uranium fait partie des composants de certains minéraux accessoires normaux des roches de la croûte terrestre. Il peut y constituer des accumulations exceptionnelles. La quantité d‟uranium est légèrement plus élevée que celle de l‟As, Mo, W, et Sn et beaucoup moins abondante que le Pb, Zn, Cu, Ni. La quantité d‟uranium dans la nature représente environ le quart de celle du thorium. Dans le milieu naturel l‟uranium inter réagit et s‟associe avec plusieurs éléments et des complexes grâce à ses propriétés et tendances suivantes :  sa variation de la valence, principalement U4+ et U6+ ;  son rayon ionique qui autorise la substitution avec d‟autres éléments des minéraux accessoires des roches chimiques et de rayons ioniques similaire;  son aptitude de former des complexes avec de grandes variétés d‟anions dans un environnement aqueux. L‟uranium peut être réduit ou précipité sous forme minérale mais il a une tendance à être adsorbé par les argiles ou par d‟autres particules et par certains hydroxydes de Fe, Zr, Ti etc. ;  sa propriété de former une grande variété de minéraux. La plupart des minéraux ainsi formés sont de l‟uranium hexavalent (carnotite, uranocircite…), et le reste est de l‟uranium tétravalent (uraninite, uranothorianite…) La distribution qualitative et quantitative de l‟uranium dans les minéraux est déterminée selon la température comme dans le cas des mécanismes magmatiques et métamorphiques, par la cristallisation des oxydes uranifères (uraninite ou uranothorianite) et des silicates uranifères (coffinite, uranothorite), ainsi que par la substitution des cations dans les minéraux accessoires. Dans les conditions de basse température, comme le cas des régimes sédimentaires, le comportement de l‟uranium est dominé par les variations du potentiel redox et/ou de l‟adsorption. Par conséquent, les minéraux syngénétiques de l‟uranium sont presque absents dans les sédiments, à l‟exception des types détritiques tels que les complexes uranoorganiques et urano-phosphatiques, et l‟uranium adsorbé par les particules sédimentaires.

23

3. Caractéristiques pétrophysiques de l’Uranium :

a) Les sources de l’Uranium : On peut considérer les roches ignées comme les principales sources d‟uranium, ce dernier est déplacé des roches mères principalement sous l‟effet de processus d‟altération et de lessivage. Il semble que le lessivage par les eaux riches en acides organiques soit particulièrement actif. Du fait de sa grande solubilité l‟uranium est transporté presque uniquement en solution et pour une faible part seulement en suspension [26]

b) Solubilité de l’uranium : Dans la nature, l‟uranium existe en solution sous les valences (4+ et 6+) : 4+ 2-  l‟ion U a tendance à s‟oxyder et à passer à la valence 6+ en donnant (UO4 et 2- U2O7 ) et par conséquent il ne peut exister que dans des conditions particulières, on ne le trouve que dans les eaux hydrothermales sulfureuses.  L‟ion U6+ n‟existe pas en solution mais donne immédiatement l‟ion complexe uranyle ++ (UO2 ) ou des ions complexes.

c) Transport de l’uranium : L‟uranium est déplacé des roches mères sous l‟effet de plusieurs facteurs, on distingue les modes de transport suivants :  Transport en solution : Le transport de l‟Uranium se fait essentiellement sou forme de solution ; on distingue deux modes : - Transport à courte distance : en rivière et dans les eaux souterraines sous forme de

complexes carbonatés (excès de CO2) ou sulfatés, il prendra même la valence 4+ en solution dan de eaux hydrothermales sulfureuses. - Transport sur grande distance : sous des conditions extrêmement sévères qui stabilisent les solutions d‟Uranium sous forme de complexes minéraux, on ne peut qu‟envisager le transport sous forme de complexes organiques. La matière organique joue en effet le rôle de colloïde protecteur vis-à-vis de l‟Uranium et autorise son transport sur de longues distances.

 Transport en suspension : L‟uranium associé à un certain nombre de résistants par substitution dans le réseau cristallin d‟éléments métalliques par l‟Uranium, ce sont le Zircon, la Monazite, le Sphène,

24 l‟Allanite, la Biotite,…etc. il est également lié aux phosphates dans le réseau desquels on le trouve par substitution du Calcium (Fluorapatite). Il est aussi transporté sous forme de Schoepite et de polyuranates. Enfin, il peut être transporté dans les particules argileuses contenant elles-mêmes de la matière organique.  Transport par les organismes vivants : Ce mode de transport est loin d‟être négligeable, Uranium et Thorium se concentrent principalement dans la glande thyroïde des animaux, dans les feuilles des plantes et surtout dans les squelettes des poissons qui pourraient contenir jusqu‟ à 4500ppm de Th et 2700 ppm d‟ U.

d) Précipitation de l’Uranium : Les facteurs favorables à la précipitation et à la concentration de l‟Uranium dans les sédiments sont les sédiments :  La matière organique ;  Les matériaux phylliteux ;  Les sulfures ;  Les phosphates ;  Ph acide (entre 2.5 et 4) ;  Rh (potentiel d‟oxydoréduction) entre 0 et 0.4 V ;  Les corps adsorbants.

e) Migration diagénétique de l’Uranium : Par suite de sa grande solubilité, l‟Uranium peut être remis en mouvement au cours de la diagenèse par circulation d‟eaux souterraines ou même hydrothermales. Cette migration ou dysmigration, favorisée par la fissuration, est à rapprocher de celle de la matière organique évoluée, mais généralement elle la précède (différence de solubilité). C‟est pourquoi l‟Uranium ira se concentrer dans les gites en « aval ». Les hydrocarbures, migrants postérieurement, s‟accumuleront en « amont ».

4. L’utilisation de l’Uranium : Les différentes utilisations historiques de l‟Uranium sont :  Pigment dans la verrerie ; l‟Uranium utilisé à des concentrations de 0,1 % à 2 % en masse produit de l'ouraline, solide d'un jaune fluorescent ou légèrement vert facile à identifier ;

25

 Colorations des céramiques dentaires à de très faibles concentrations ; l‟Uranium produit une pigmentation jaune, puis crème, orange, brune, verte, ou noire, quand la concentration augmente ;  Catalyseur dans certaines réactions chimiques spécialisées et dans des films photographiques.  Historiquement, la première utilisation du minerai d'uranium par l'industrie nucléaire a été d'en extraire le radium, pour des applications médicales. L‟usage contemporain de l‟Uranium consiste principalement à la fabrication des bombes et la production d‟électricités en utilisant ses propriétés nucléaires.

5. Les différents types de minéralisations uranifères : Il existe plus de 200 minéraux uranifères [W08] que l‟on peut classer en :  minéraux « noirs » : oxydes à bas degré d‟oxydation, souvent dits « primaires » parce que plus ou moins épargnés par l‟oxydation superficielle, dans lesquels prédomine l‟uranium tétravalent et qui forment la grosse masse des ressources industrielles.

Exemples: Uraninite UO2 (figure 12), coffinite (U, Th) [(OH) 4 (SiO4)1-x], Uranothorianite (U,

Th) O2, uranothorite (U, Th) SiO4

Fig.12 Uraninite UO2, Pechblende [W06]

 Minéraux dits “secondaires” ou “supergenes” : hydroxydes et sels d‟uranium hexavalent, formés généralement par oxydation des précédents à l‟affleurement des gites.

26

Exemples : carnotite K2 (UO2)2(VO4)2 3H2O (figure 13), uranocircite Ba (UO2)2[PO4]2

10H2O, francevillite (Ba, Pb) (UO2)2 [VO4]2 5H2O, uranophane Ca (UO2)2[HSiO4]2 5H2O, autunite Ca (UO2)2 (PO4)2 11H2O.

Fig.13 Carnotite [W17]

6. Les différents types de gisements uranifères : L‟uranium peut se trouver dans les différents types de roches que ce soit magmatiques sédimentaires ou métamorphiques. Mais ces différents types de gisement ont en commun le fait que l‟uranium est mobilisé d‟une zone (lessivé à partir d‟une roche mère contenant une quantité infime d‟ U, ou les grains de minéraux avec des concentrations élevés en U) et se précipite à nouveau dans une roche hôte. Dans cette dernière les conditions chimiques sont propices à la concentration de l‟uranium. L‟uranium peut aussi se déposer (dû à l‟action des vagues sur les plages ou le débit des eaux de rivières) dans les dépôts alluviaux. [W08] Parmi ces différents types de gisement d‟Uranium, on peut citer :  Les gisements dans les conglomérats pyriteux, à galets de quartz, du Précambrien ancien (au Canada dans l‟Ontario) et, à basse teneur, dans les conglomérats aurifères d‟âge voisin d‟Afrique du Sud. Ils représentent environ 15% des ressources ;  Les gisements liés à la discordance du protérozoïque inférieur-moyen, de type filonien et encaissés dans des grés ou des sédiments au voisinage d‟un socle plus ancien métamorphique et granitique ou granito-gneissique. On les trouve au Canada, dans le Saskatchewan avec parfois de très fortes teneurs (gisement de Mc Arthur River, Cigar Lake) et dans les territoires du nord de l‟Australie (gisement de Ranger). Ils représentent environ 17% des ressources ;

27

 Les gisements en amas disséminés dans les roches ignées et métamorphiques (roche cristalline du type granitoïde), à teneurs très basses et en très grandes masses facilement exploitables à ciel ouvert ; l‟exemple typique en est celui de Rossing en Namibie dont la teneur est de 300g/t. ils représentent 12% des réserves ;  Les gisements protozoiques stratiformes et remobilisés : dans des formations sédimentaires continentales dont le type est Roxby Downs (Olympic Dam) en Australie ;  Les gisements filoniens, de teneur moyenne à forte de l‟ordre de 10Kg/t se présentant sous une forme allongée liée à des failles ou des cassures dans les massifs granitiques anciens (Limousin en France) ou métamorphique (Canada et Australie). Ils représentent 6% des ressources ;  Les gisements contenus dans les grés et concentrés à basse teneur (1 à 5 Kg /t) sous formes de lentilles ou de couches horizontales (Niger, Gabon, France) ;  Les gisements dans le calcrètes, qui sont des croutes argileuses superficielles dans des régions au climat sec et aride (Ouest de l‟Australie) et représentent 5% environ des ressources ;  Les gisements associés aux phosphates et gisements divers tels que ceux associés aux schistes noirs, à des matières organiques d‟origine maritime, au cuivre,… ils représentent 8% des ressources.

7. L’uranocircite :

L‟uranocircite est un minerai d‟uranium, de formule chimique Ba (UO2)2[PO4]2

10H2O (figure 14) ou encore appelé Phosphate hydraté d'uranium et de baryum, dans le groupe des autunites/ torbenite. Elle se présente en cristaux tabulaires affectant parfois des formes lenticulaires, jaune vert à jaune citron. L‟uranocircite se forme dans les zones d'oxydation des gisements d'uranium. [W09] Comme dit antérieurement, l‟uranocircite est un minéral secondaire de l‟uranium, produit d‟altération de la pechblende.

Structure : La structure de l‟uranocircite est composée de tétraèdres de phosphates liés à des groupes uranium- oxygène qui forment des octaèdres déformés. Les phosphates et les groupes d‟uranium se trouvent dans des feuilles qui sont faiblement maintenus ensemble par des molécules d‟eau. Cette structure engendre la forme lamellaire, la direction parfaite de clivage et la douceur du minéral.

28

L‟uranocircite peut perdre de l‟eau et devenir du méta uranocircite du groupe de méta torbenite/méta autunite.

Fig.14 Uranocircite [W18]

29

Partie II MATERIELS ET METHODES

A. Les matériels :

I. Les données acquises : Les données acquises pour effectuer ce travail et aboutir à un résultat sont :  L‟image Landsat 7 de la zone d‟étude (Antsirabe)  Les données de levés aéromagnétiques et spectrométriques de la feuille N49 Antsirabe du BPGRM.  Données de levés radiométriques au sol du PAMA.

II. Les logiciels utilisés :  ArcGIS 10.1 : c‟est un ensemble de logiciels d‟information géographique ou logiciels SIG, développés par la société américaine Esri (Environmental Systems Research Institute, Inc.)  ENVI 4.5 : Le logiciel ENVI est un logiciel commercial complet au traitement d‟images de télédétection. Toutes les méthodes de traitement d‟image, de classification et de mise en page cartographique sont présentes. D‟autres outils relatifs à la visualisation et à la modélisation de données topographiques sont aussi disponibles. Dans notre étude il est surtout utilisé pour la réalisation des compositions colorées, des analyses en composantes principales et du filtrage des bandes de l‟image landsat 7.  Oasis Montaj 7.5 (Geosoft) : c‟ est un logiciel de traitement des données et de cartographie. Il permet de gérer, manipuler, visualiser et cartographier les données géoréférencées dans le domaine des Sciences de la Terre. Il fournit un environnement optimal pour l‟intégration, la visualisation et la comparaison de grands volumes des données. Il a aussi des extensions qui apportent des fonctions complémentaires telles que l‟analyse géophysique, géochimique ou géologique.  GeoRose : logiciel pour réaliser une rosace directionnelle.

30

B. Les méthodes géophysiques utilisées : Dans ce travail, nous allons utiliser trois méthodes géophysiques : l‟aéromagnetisme afin de réaliser une carte des linéaments présents dans la zone d‟étude, l‟aerospectrométrie et la radiométrie au sol afin de détecter les zones riches en uranium.

I. Le magnétisme :

1. Le champ géomagnétique : Le champ magnétique terrestre ou champ géomagnétique, a fait l‟objet de plusieurs études depuis quelques siècles, c‟est un phénomène variable dans l‟espace et dans le temps caractérisé par sa direction et son intensité en chaque point de la surface du globe terrestre. [W10].Le champ géomagnétique, est la somme de deux parties : [13]  Un champ interne : dont les sources sont intérieures à la terre. Ce dernier est la somme de deux termes :  Un champ principal (régulier) ayant pour siège du noyau externe et dont les longueurs et dont les longueurs d‟onde sont typiquement de l‟ordre de quelques milliers de Km. Ce champ représente en moyenne, 99% du champ observé à la surface du globe.  Un champ crustal d‟anomalies locales dont les longueurs d‟onde sont généralement inférieures à quelques centaines de Km. Ce champ est engendré par les roches aimantées situées au-dessus de la surface isotherme dite de curie.  Un champ externe : d‟intensité beaucoup plus faible, plus rapidement variable dans le temps. Les sources de ce champ sont tous pour partie externe. En géophysique appliqué à la prospection, l‟étude des anomalies magnétiques apporte des informations sur les sources plus ou moins profondes dans la croute terrestre qui peuvent intéresser les prospecteurs.

2. Les composantes du champ magnétique terrestre : Le champ magnétique terrestre, est un immense champ magnétique qui entoure la Terre, de manière non uniforme du fait de son interaction avec le vent solaire. [W10] Les éléments principaux du champ magnétique (figure 15) terrestre sont : - la déclinaison D est la déviation de l‟aiguille de la boussole par rapport au Nord géographique.

31

- l‟inclinaison I est l‟angle entre le champ total et sa composante horizontale (l‟inclinaison de l‟aiguille de la boussole vers le haut ou vers le bas).Elle est comptée positive vers le bas.

Les composantes horizontales (X et Y) et verticale (Z) du champ total (B) sont donc données par : • Z = B sin (I) • Y = B (I) sin (D) • X = B cos (I) cos (D)

Fig.15 les composantes du champ géomagnétique [W10]

Il varie entre Varie e70000nT au pôle magnétique (I=90°) et 30000nT à l'équateur magnétique (I= 0°).

3. Le champ magnétique de référence (IGRF) : Le champ magnétique de référence mondial (International Geomagnetic Reference Field) est une représentation mathématique du champ géomagnétique adoptée selon un protocole d‟ accord internationale de géomagnétisme et d‟aéronomie (IAGA), branche de l‟union internationale de géodésie et de géophysique (IUGG). Ces modèles de référence mondiaux sont calculés tous les 5ans. [04]

32

Ces IGRF sont établis à partir de différents modèle proposés par différentes équipes. Ils sont construits à partir de données disponibles à une époque puis prolongées par une modèle de variations séculaires à l‟époque du modèle de référence.

4. Propriétés magnétiques des roches : [27]

a) La susceptibilité magnétique : La susceptibilité magnétique d‟une roche est la force d‟aimantation de la roche (i.e. son degré de magnétisation) en l‟absence du champ magnétique. Il y existe deux types de susceptibilité magnétique : susceptibilité absolue X et susceptibilité relative Xr.

b) Perméabilité magnétique µ : C‟est la capacité des roches de changer leurs inductions sous l‟effet d‟un champ externe. Elle représente la constante de proportionnalité dans l‟expression de l‟induction magnétique B.  Perméabilité dans le vide :

B= µ0H

µ0= 4π10-7 [H/m]  Perméabilité dans le milieu : µ= 1+X µ= 1+4π X  Perméabilité relative :

C‟est le rapport de l‟induction magnétique dans le milieu et celle dans le vide : µr= B/B0

5. Classe magnétique des matériaux : [27] Tous les matériaux peuvent être classés à l‟intérieur de trois groupes définissant leurs propriétés magnétiques : diamagnétisme, paramagnétisme, ferromagnétisme (et ferrimagnétisme) : On dit que:  Le matériau est diamagnétique si sa susceptibilité magnétique est négative, de faible amplitude.

33

Tableau 1 : susceptibilités magnétiques des matériaux diamagnétiques

Matière Χr

Si - 1,2. 10-6

Cu - 1,08 .10-6

Zn - 1,9 .10-6

Se - 4,0. 10-6

Ag - 2,4.10-6

Pb - 1,4 .10-6

 Le matériau est paramagnétique si sa susceptibilité relative est positive, de faible amplitude, c'est à dire comprise entre 10-6 et 10-3 Tableau 2 : susceptibilité magnétique des matériaux paramagnétiques

Matière Χr

Na 8,6. 10-6

Al 7,7 .10-6

Mn 1,2 .10-4

Ta 1,1 .10-6

Pt 1,2. 10-5

U 3,3. 10-5

 Le matériau est ferromagnétique si sa susceptibilité magnétique est positive et très élevée. Le magnétisme est dû à une aimantation spontanée. Toute roche possédant des propriétés magnétiques contient des minéraux ferromagnétiques, et même s‟ils ne sont qu‟à l‟état de traces, leur effet est plus important que celui de la roche encaissante. Le fer, le cobalt, le nickel et un certain nombre de leurs alliages sont ferromagnétiques. Quelques terres rares, et certains alliages de manganèse avec l'aluminium et le cuivre le sont aussi.

34

6. Aimantation rémanente et induite : L‟aimantation induite est l‟aimantation que le champ magnétique terrestre crée dans les roches. Elle est réversible et elle disparait en l‟absence des champs. Elle existe dans toutes les matières. [W11] Les roches ignées et sédimentaires possèdent un champ magnétique permanent à degré divers. La direction de ce champ rémanent peut être complètement différente de la direction du champ local, elle est caractéristique du champ local lors de la formation d‟une roche. L‟aimantation rémanente d‟une roche est une aimantation permanente acquise par la roche appelée : aimantation rémanente naturelle ARN (Natural Remanent Magnitization NRM). Dans plusieurs cas, l‟aimantation des roches dépend principalement de l‟existence d‟un champ magnétique ambiant en présence de minéraux magnétiques dans la roche. Ce phénomène est très compliqué, il dépend de la genèse de la roche. [W12] Elle peut résulter d‟une de ces causes ou même leur combinaison : - Le refroidissement d‟une roche dans un champ magnétique ; - La formation chimique ou la cristallisation dans un champ magnétique ; - La tendance des grains magnétiques d‟être orientés dans la direction du champ magnétique au cours de la sédimentation. On distingue les principaux types suivants : - Aimantation rémanente détritique ; - Aimantation rémanente chimique ; - Aimantation rémanente isotherme ; - Aimantation rémanente visqueuse ; - Aimantation thermorémanente ; - Aimantation piézorémanente ; - Aimantation iso thermorémanente.

7. Anomalie magnétique Une anomalie magnétique est la perturbation du champ magnétique terrestre dans un lieu. C‟est la différence entre le champ observé (mesuré) et celui théorique (calculé). En prospection magnétique, c‟est la mise en évidence de ces anomalies qui nous intéresse. On parle d‟anomalie positive quand le champ magnétique mesuré est supérieur au champ magnétique terrestre moyen, et d‟anomalie négative quand il est inférieur au champ magnétique terrestre moyen. En Système international, l‟unité du champ magnétique est le

35

Tesla, mais en prospection minière on utilise le nano Tesla ou le Gamma (y): 1nT = 10-9 T= 1 1y. [W13]

8. La prospection magnétique : La prospection magnétique est l‟utilisation de la théorie du magnétisme pour la recherche de gisements, elle est basée sur la mesure du champ magnétique et de la susceptibilité magnétique des roches. La prospection magnétique consiste donc à rechercher et à localiser les anomalies produites dans le champ terrestre. [16]

a) Les levés magnétiques : Parmi toutes les méthodes de prospection géophysique, la magnétométrie reste la technique la plus simple du point de vue réalisation et la moins couteuse du point de vue économique. Un levé magnétométrique peut être pédestre, autoporté ou aéroporté. Selon la dimension du corps recherché, ce levé et mis en œuvre à une échelle donnée. On distingue trois grandes échelles : - Echelle régionale (1 :1 000 000) - Echelle semi-détaillée (1 : 50 000 à 1 : 500 000) - Echelle détaillée (1 : 25 000 à 1 : 2000). En dessous de cette dernière c‟est la micro- magnétométrie. Selon les échelles données, on installe le réseau d‟observation dont les profils doivent être perpendiculaires aux structures régionales. [21]

b) Les instruments de mesure : Les premiers instruments utilisés en magnétométrie étaient des compas marins modifiés, ces instruments donnaient les valeurs des composantes I et D. D‟autres instruments ont été développés permettant la mesure des composantes H et Z ainsi que la composante du champ total F tel que les variomètres magnétiques. L‟appareillage de magnétométrie a connu une vraie évolution grâce aux nouvelles technologies, on distingue plusieurs types de magnétomètres, dont le principe de ces appareils se résume en la comparaison de la force mesurée à une autre force connue. Les magnétomètres les plus utilisés actuellement sont : [16]  Magnétomètre Flux-gate (Précision 1nT) : C‟est un magnétomètre électronique à sursaturation basé sur l‟utilisation de deux circuits (primaire et secondaire). Le flux- gate (figure 17) est le premier magnétomètre utilisé dans les

36 levés aéroportés, il est considéré comme le plus souple actuellement utilisé, de lecture rapide, il permet la mesure du champ géomagnétique ou l‟une de ses composantes.

Fig.17 Magnétomètre flux-gate [W10]  Magnétomètre à précession nucléaire RMN (Précision 0.1-1 nT) : Apparu vers 1955, cet instrument mesure le champ total. Le principe de fonctionnement de ce magnétomètre est basé sur le phénomène de résonance magnétique nucléaire en utilisant un fluide riche en protons.  Magnétomètre à pompage optique (précision 0.01 nT) : Ce magnétomètre est basé sur l‟utilisation de l‟énergie de transfert des électrons de l‟atome d‟un niveau énergétique à un autre. Le principe de fonctionnement de cet appareil consiste à mesurer la fréquence de résonance magnétique de la valeur de césium, qui est proportionnelle à l‟intensité du champ magnétique total.

II. La spectrométrie : La spectrométrie ou radiométrie spectrale enregistre la radioactivité gamma qui émane des premiers cm du sol à l‟aide d‟un capteur. Cette radioactivité est due à trois éléments radioactifs principaux U, Th, K ou à leurs descendants qui émettent des rayons gamma. Cette méthode permet de discriminer la présence de différents types de roches caractérisées par des teneurs ou des proportions variables de radioéléments. L‟embarquement d‟un capteur gamma-spectrométrique contraint à un survol avec une garde au sol est de 150 mètres au plus. [14]

1. Spectrométrie et radioactivité : La radioactivité naturelle est définie comme étant la transformation spontanée d‟un noyau atomique, au cours de laquelle, ce dernier émet un rayonnement. La radioactivité naturelle est une caractéristique d‟un certain nombre de noyaux qui ont la propriété d‟émettre spontanément des rayons décelables quel que soit la combinaison chimique dans laquelle l‟élément est engagé.

37

La prospection spectrométrique est une méthode géophysique directe basée sur l‟analyse des spectres des éléments radioactifs, elle est utilisée dans la recherche des éléments naturellement radioactifs, dont les levés radiométriques peuvent être aéroportés ou dans les trous de sondage. [09]

2. Les rayonnements naturels On distingue trois sortes de rayonnements naturels désignés par α, β et γ. [18]

a) Rayons α : 4 Ils sont constitués par des noyaux d‟atomes d‟Hélium 2 He chargés d‟électricité positive, leur masse est 7000 fois supérieure à celle de l‟électron. Seuls les noyaux dont la masse atomique est supérieure à 200 émettent des particules α. 226 222 4 Exemple : 88Ra 86Rn+ 2 He Le Radium 226 se transforme en Radon 222 en émettant une particule α avec énergie très élevée (4 à 10Mev). Les particules α émises ne parcourent qu‟une faible distance (quelques cm dans l‟air et quelques microns dans les tissus).

b) Rayons β : Ils sont constitués par des électrons rapides, positifs et négatifs. On distingue deux types de rayonnements β (β- et β+)  Dans l‟émission (β-), la transformation s‟accompagne de l‟émission d‟un électron négatif appelé (β-) et l‟élément de numéro atomique (Z) devient l‟élément de numéro atomique (Z+1). Les particules β- proviennent de noyaux qui ont un excès de neutrons où un neutron se transforme alors en proton : (n p++β-+ énergie). 28 28 - Exemple : 13 Al 14Si+ β + énergie L‟Aluminium se transforme en Silicium en émettant une particule β-, ces particules sont beaucoup plus légères que les particules α et beaucoup plus pénétrantes (environ 100 fois plus que les rayons α). Dans l‟air, leur parcours peut aller de quelques millimètres à quelques dizaines de mètres suivant leur énergie.  Contrairement à la radioactivité β-, l‟émission β+ concerne des corps ne possédant pas assez de neutrons ou possédant trop de protons. Lors de la réaction un proton se transforme en neutron (p n+β++ énergie). 68 68 + Exemple : 31Ga 30Zn+β +énergie Le Galium se transforme en Zinc en émettant un positon.

38

Les propriétés du rayonnement β+ sont identiques à celles du rayonnement β-.

c) Rayons γ : Dans le noyau, des neutrons et des protons en déséquilibre à cause d‟un excès d‟énergie se réarrangent en émettent une énergie électromagnétique sous forme de PHOTONS. Ce rayonnement identique aux Ultraviolets, à la lumière, aux infrarouges et aux ondes radios, se déplace à la vitesse de la lumière (300000Km/s) et les photons qui composent le rayonnement n‟ont ni masse ni charge, ils transportent de l‟énergie. L‟émission de rayonnement gamma suit généralement une désintégration α ou β. 60 60 - Exemple : 27 Co 28Ni+β + γ (1.33Mev) Leur pouvoir de pénétration leur permet de traverser des plaques de Plomb de 15cm d‟épaisseur, ils traversent donc aisément le corps humain.

3. Radioactivité des roches : Dans les roches sédimentaires, seuls pratiquement trois éléments contribuent à cette radioactivité : le potassium, l‟uranium et le thorium. [W14] 40  Le potassium ( 19 K) : Le potassium émet 0α, 1β et 1γ. Le pourcentage de l‟isotope 40 dans le potassium total est de 0.0118%. 238  L‟Uranium ( 92U) : Cette famille émet 12α, 18β et de nombreux γ. Il existe une autre famille radioactive, celle de l‟Uranium 235 aboutissant au Plomb 207, mais le pourcentage dans l‟Uranium total de l‟isotope 235 est faible comparé à celui de l‟isotope 238 (0.71% contre 99.28%) d‟où il peut être négligé. 232  Le Thorium ( 90Th) : La famille du Thorium émet 11α, 19β et de nombreux γ.

4. La spectrométrie des rayons γ :

a) Technique de mesure : Le principe de la spectrométrie γ naturelle consiste à enregistrer la radioactivité γ naturelle à l‟aide d‟un capteur. Or, on l‟a vu, cette radioactivité est due à trois éléments radioactifs principaux (40K, 238U et 232Th) ou à leurs descendants, qui émettent des rayons γ d‟énergie différente. [16]

39

L‟examen du spectre d‟énergie du rayonnement γ de ces éléments fait en effet apparaitre que certains rayons γ sont caractéristiques par l‟énergie des éléments qui les engendrent.  Le Potassium 40K est caractérisé par un photon γ d‟énergie 1.46 MeV  L‟Uranium 238U est caractérisé par un photon γ d‟énergie 1.76 MeV  Le Thorium 232Th est caractérisé par un photon γ d‟énergie 2.62 MeV

b) Les levés spectrométriques : Comme dans le cas d‟un levé magnétique, un levé spectrométrique peut être pédestre, autoporté ou aéroporté sauf que pour la spectrométrie, on peut prendre des mesures dans les trous de forage (Radio carottage) à l‟aide d‟un outil spécial (sonde de spectrométrie des rayons γ naturelles). [16]

c) Instruments de mesures : Les rayons γ sont détectés grâce à leur capacité d‟ionisation. De ce fait, plusieurs instruments ont été utilisés pour la mesure de la radioactivité, à savoir la chambre ionisante, le compteur Geiger (figure 18), le scintillomètre et le spectromètre à rayons γ (figure 19). Ce dernier, dérivé du scintillomètre, est actuellement le plus utilisé. Le principe de fonctionnement de cet appareil est basé sur l‟utilisation de certains cristaux (généralement l‟iodure de sodium activé au thallium) NaI(Tl) qui scintillent lorsque des rayons γ sont absorbés, les photons des cristaux fluorescents sont transformés en impulsions électriques par une photocathode dans une cellule photoélectrique multiplicatrice, ces courants sont amplifiés puis enregistrés. C‟est le même principe du scintillomètre sauf que le spectromètre utilise les caractéristiques relatives à l‟intensité des rayons gammas des radio- isotopes, et donc permet d‟identifier les sources de radioactivité et leurs concentrations. Le nombre d‟impulsions émises par le rayonnement γ du K, U et Th ou taux de comptage, est enregistré sur trois canaux, un quatrième canal est utilisé pour le compte total [24]

40

Fig.18 Compteur Geiger [W11]

Fig.19 Spectromètre à rayons gammas

[W12]

III. La radiométrie au sol : La méthode de radiométrie au sol utilise un scintillomètre/ spectromètre qui permet de détecter aisément le rayonnement émis par les éléments radioactifs dans la nature. Cet appareil, composé d‟un cristal spécialisé couplé à une photo amplificateur, permet de détecter une variété d‟éléments radioactifs en mesurant la bande énergétique des particules émises. C‟est la spectrométrie gamma pédestre.

41

PARTIE III RESULTATS ET DISCUSSIONS

A. TRAITEMENT DES DONNEES :

I. Traitement de l’image Landsat 7 : L‟image Landsat peut être utilisé dans la télédétection à diverses fins, mais dans notre cas elle est surtout utile pour la réalisation d‟une carte linéamentaire et structurale de la zone d‟étude. Pour ce faire, les différentes étapes à suivre sont les analyses en composantes principale (ACP) et le rehaussement des linéaments par filtrage. [12] Ces diverses étapes sont affichées sur l‟organigramme de la figure 20 :

Acquisition des données (images satellitaires)

Analyses en composantes

principales (ACP)

Rehaussement des linéaments par filtrage directionnel

Digitalisation des linéaments

Carte linéamentaire

Fig.20 organigramme de traitement des données satellitaires

1. ACP : L'analyse en composantes principales est une technique efficace pour accentuer une image multispectrale pour des fins d'interprétation géologique [08]. Elle permet de réduire l'information contenue dans plusieurs bandes, parfois hautement corrélées (d'où redondance de l'information) en un nombre plus restreint de composantes. Cette analyse permet, entre

42 autres, de créer des composés colorés des trois premières composantes qui constituent un excellent produit d'interprétation visuelle, augmentant ainsi le contraste entre les divers objets au sol. [10] Nous avons donc calculé les composantes principales partir de 6 bandes spectrales TM. La bande thermique TM6, compte tenu de sa résolution spatiale de 120 m, a été exclue parce que sa résolution est supérieure à celle des autres bandes (30 m). Les calculs statistiques des composantes principales montrent que les trois premières composantes représentent près de 99% de la variance totale de l'ensemble des 6 bandes. On obtient 6 bandes en composantes principales dont CP1, CP2, CP3, CP4, CP5, CP7. Les trois premières composantes sont par la suite affichées respectivement dans le rouge, le vert et le bleu. (Figure 21)

43

Fig.21 Affichage en composition colorée de CP1, CP2 et CP3

2. Filtrage : Le filtrage est une technique visant d‟éliminer le bruit contenu dans les données, le bruit étant défini comme toute donnée non utile qui masque l'information. En géologie, on s'intéresse à la découverte dans l'image, des discontinuités dans les textures comme par exemple les contours de zones relativement homogènes, ce qui peut révéler la présence de failles ou de fractures. [11] Filtrer une image c‟est lui appliquer une fonction mathématique qui modifie les valeurs du gris de tout ou une partie des pixels. Si la fonction est linéaire on parle de filtrage linéaire,

44 si elle prend en compte les valeurs du gris au voisinage de chaque pixel transformé, elle est dite fonction de convolution. La méthode utilisée dans ce travail est de type convolution. Il s‟agit du type « filtre directionnel » Pour les données habituelles d‟observation de la Terre provenant des satellites, la plupart des informations (au moins 90%) se retrouvent dans la CP1. De ce fait, nous avons choisi d‟appliquer le filtrage à cette première composante principale. La dimension des filtres varie selon les besoins. Seuls les linéaments dont la dimension est supérieure à la moitié de la fenêtre de convolution sont détectés. Dans le cadre de cette étude, les dimensions de l‟image satellitaire étant de 93 km par 143 km, nous avons privilégié une fenêtre de convolution de 5 par 5, ce qui permet de détecter les linéaments supérieurs à 75 m. Les linéaments inférieurs à 75 m se confondent facilement avec le bruit de l'image. [11] Le rehaussement a été fait dans plusieurs directions (00°, 10°, 45°,70°, 90°, 120°, 160°) (figure 22) mais seul le rehaussement de 10° a été retenue à cause de sa meilleure mise en relief des discontinuités.

45

Fig.22 Filtres directionnels 00°, 10°, 45°,70°, 90°, 120°, 160°

46

L‟image de filtrage directionnel de rehaussement de 10° est ensuite digitalisée dans ArcGIS pour créer une carte linéamentaire préliminaire (figure 23

Fig.23 Carte linéamentaire obtenue à partir de l‟image landsat

47

II. Traitement des données magnétiques : Dans notre étude, les données aéromagnétiques et leurs dérivées sont surtout utilisées pour contribuer à une étude structurale de la zone d‟étude. Pour ce faire nous allons procéder à une observation et interprétation des linéaments géophysiques présents sur les cartes. Le traitement des données aéromagnétiques exigent d‟ abord les corrections des effets des variations diurne, le nivellement des données magnétiques à partir des intersections des lignes de vol et des lignes de contrôle, et enfin la déduction de l‟IGRF à partir de ces données nivelllées. [27] Ces 3 étapes étant déjà accomplis pour les données de BPGRM, on passe tout de suite à l‟étape suivante qui consiste à l‟application des différents filtres. Le menu MAGMAP de Oasis Montaj permet l‟application et le traitement de ces différents filtres. Ci- dessous l‟organigramme de traitement des données aéromagnétiques :

Acquisition Données aéromagnétiques

Corrections

Mise en grille

Champ magnétique total

Filtrage

Réduction au pôle

Dérivée verticale

Fig.24 Organigramme de traitement des données aéromagnétiques 48

1. Le champ magnétique total : Le résultat d‟un levé magnétique aéroporté est présenté sur une carte de l‟intensité du champ magnétique total. Comme étant dit antérieurement, le champ Magnétique total mesuré à la surface de la terre se décompose en 3 termes :  le champ principal dû à la rotation de la terre.  le champ transitoire produit par les rayonnements externes, le soleil, les astres,…  le champ crustal est le champ magnétique dû à l‟aimantation des roches dans la croûte. La figure 25 montre la carte du champ magnétique total qui représente les anomalies magnétiques mesurées lors du levé. Ces anomalies magnétiques varient de 33240 à 33630 nano Teslas avec une valeur moyenne de 33435. Comme la valeur du champ magnétique total dans cette zone d‟ après le calcul du modèle de l‟IGRF doit être de 34236.9 n T ; on a donc des anomalies négatives. Les anomalies magnétiques les plus importantes (en rose) se rencontrent surtout dans les formations volcaniques.

49

Fig.25 Carte du Champ Magnétique Total Antsirabe 50

2. Filtrage numérique des données aéromagnétiques : Les anomalies brutes sont générées par la superposition des effets causés par diverses sources de différentes dimensions et situées à des profondeurs variables, par conséquent, il est difficile de distinguer, d‟isoler et d‟analyser séparément ces effets. [15] Le filtrage des données brutes est une étape indispensable dans la chaine de traitement, c‟est un procédé mathématique, permettant la transformation du champ magnétique pour faciliter la tâche de l‟interprétation. Le filtrage numérique, peut être effectué dans le domaine spatial par le biais d‟une convolution ou dans le domaine fréquentiel en utilisant la transformée de Fourier discrète (TFD). Plusieurs filtres sont utilisés dans le traitement des données magnétiques, dans étude, on va utiliser les filtres suivants :  la réduction aux pôles  la dérivation verticale

a) Réduction aux pôles : Contrairement au champ d‟attraction gravitationnel, qui est vertical et toujours dirigé vers le bas, le vecteur champ aimantation et le vecteur champ inducteur sont généralement inclinés, causant une asymétrie dans l‟allure des anomalies. Cette circonstance n‟est pas observée dans la région du pôle magnétique où le champ magnétique est vertical et se comporte comme le champ gravimétrique. Pour repositionner les anomalies magnétiques à l‟aplomb des sources qui les causent, Baranov (1957) ainsi que Baranov et Naudy (1964) [03] ont introduit une transformation dite « réduction aux pôles » qui consiste à calculer des pseudo-anomalies qui seraient observées dans la région du pôle magnétique. Comme on a dit ci-dessus, le champ crustal est dû uniquement à l‟aimantation des roches de la croûte ; et c‟est ce qui nous intéresse. Ce que l‟on mesure lors d‟un levé magnétique est la résultante des champs principaux et crustal. La réduction au pôle consiste en d‟autres termes à mettre la source de l‟anomalie à son vertical. La carte des pseudo- anomalies est dite carte réduite au pôle. Bhattacharrya (1965) [07] effectua les calculs des filtres de la réduction au pôle en utilisant des doubles séries de Fourier. Plus tard cette technique a été amélioré et simplifié avec l‟introduction de la transformée de Fourier rapide (FFT) (méthode utilisée par Oasis Montaj). Les nouvelles anomalies observées sur la carte réduite au pôle seraient celles observées si le champ est vertical dans la zone d‟étude. La transformée de Fourier de la formule de la réduction au pôle est donnée par la relation suivante :

51

Rp= ( ) ( ) ( )

Avec : I : l‟inclinaison géomagnétique Ia : l‟inclinaison pour la correction de la composante réelle (Ia I) D : la déclinaison géomagnétique Θ : la phase Pour le calcul de l‟opérateur de la réduction au pôle dans notre étude, nous avons utilisé pour inclinaison et déclinaison magnétique respectivement : I= 53° 26‟ 38‟‟ et D= -16° 18‟ 34‟‟. [W23] Ces valeurs correspondent à l‟inclinaison et déclinaison de la zone d‟Antsirabe durant l‟année des levés aérogéophysiques du BPGRM. La figure 26 montre la carte réduite au pôle. Les anomalies se déplacent généralement d‟un angle d‟environ -12° par rapport à la carte du champ magnétique total. Cette valeur de déplacement de l‟angle se rapproche bien à la valeur de la déclinaison de la zone (-16°) b) La dérivation verticale : Les filtres de dérivation amplifient l‟effet des sources superficielles en atténuant l‟effet de celles profondes, focalisent les anomalies et permettent de cerner davantage les limites géométriques du corps. [15] La carte de la première dérivée verticale donne une plus grande résolution en rehaussant le signal des objets superficiels et en enlevant les composantes régionales. C‟est un très bon filtre pour identifier les différents linéaments. La carte de dérivation verticale (figure 27) affiche bien les anomalies magnétiques liées aux contacts lithologiques et structuraux, et aux accidents tectoniques. Le menu « CET Grid Analysis » du logiciel Oasis Montaj 7.5 permet de mettre en évidence les différents linéaments présents sur la carte à l‟aide du sous menu « texture Analysis », « Lineation detection » et « Lineation vectorisation ». La figure en donnée de sortie (figure 28) affiche ces linéaments. La figure montre que le logiciel a mis en évidence tous types de linéaments présents dans la carte, que ce soit des contacts lithologiques, failles ou autres.

52

Fig.26 Carte réduite aux pôles

53

Fig.27 Carte de la première dérivée verticale

54

Fig.28 Carte issue de la dérivée verticale par Oasis Montaj

55

III. Traitement des données spectrométriques : Les données spectrométriques acquises au BPGRM renseignent sur les concentrations de chaque radioélément U, Th, K. Divers traitements sont appliqués à ces données pour aboutir à des cartes bien interprétables. Ces traitements sont faits à partir du logiciel Oasis Montaj 7.5. Pour travailler dans Geosoft, il faut d‟ abord avoir un geodatabase ou base de données géologiques. Les geodatabase spectrométriques doivent essentiellement contenir les canaux suivants : les coordonnées, les altitudes, les canaux comprenant les valeurs de U, K, Th et TC (Total count). Les étapes du traitement des données spectrométriques sont affichées par l‟organigramme de la figure 29 :

Acquisition des données spectrométriques

Corrections

Mise en grille

Carte des concentrations Carte ternaire Carte de rapport U,Th ,K U/Th,U/K,Th/K

Fig.29 Organigramme de traitement des données spectrométriques

1. Corrections des données : En premier lieu, pour toutes données spectrométriques, il faut d‟ abord faire des corrections parce que les rayonnements gamma émis ne sont pas forcément d‟origines géologiques. [W24]Donc les corrections consistent à éliminer toutes les sources non géologiques. Les canaux à corriger sont les canaux de valeurs de U, Th, K et TC.

a) Correction du bruit de fond : La radioactivité enregistrée provient de éléments radioactifs dans la croute terrestre et d‟un fond résiduel, ce dernier est dû aux :  Cosmos : fond cosmique ;

56

 Radon : élément radioactif contenu dans l‟air et les fluides en général ;  L‟appareil La mesure du bruit de fond atmosphérique se fait en vol par un test à haute altitude (1000m environ) au début et à la fin de chaque ligne de vol à cette altitude, toutes les radiations sont supposées extraterrestres. On obtient le bruit de fond (BF) pour chaque canal en observant tous les canaux spectrométriques et en déterminant le compte le plus bas pour chaque ligne. La valeur corrigée pour chaque canal est alors égale à la valeur observée soustraite par leur bruit de fond respectif.

Vcor= Vobs- Vbf

Vcor= valeur corrigée

Vobs= valeur observée

Vbf= valeur bruit de fond

b) Correction de l’effet Compton : Les radiations (γ) de niveaux d‟énergie élevées produisent des excès de comptage dans les canaux de plus basse énergie, ces excès sont dus aux interactions des rayons (γ) dans l‟atmosphère avec les particules de l‟air et le cristal du détecteur. Les canaux d‟Uranium et de Potassium sont les seuls à être corrigés de l‟effet Compton. Les formules utilisées sont :

Ucorr=Uobs-αThobs

Kcorr=Kobs-βThobs-γUobs α, β, α sont les constantes de stripage, caractérisant le taux d‟influence du spectre d‟un élément dans le canal d‟un autre élément :

α= 0.45 β= 0.59 γ=0.94

c) Correction d’altitude : Ces corrections ont pour but d‟éliminer l‟effet atténuateur de l‟air sur l‟intensité des rayons (γ), la formule suivante est utilisée pour chaque canal :

Vcorr= Vobs exp [µcan (h-h0) h: altitude réelle de l‟avion h0 : altitude de référence (théoriquement 150m) µ : coefficients d‟absorption linéaires dans les canaux. µ est en fonction de la température, de la pression et de l‟humidité atmosphérique locale. La valeur de µ est calculée par la relation suivante :

57

µ=µm.ϼ

µm : coefficient d‟absorption massique (K= 6.8617 10-3 m-1, U= 6.3726 10-3 m-1, Th= 5.2247 10-3 m-1)

ϼ : densité Ensuite, ces données corrigées sont converties en concentration d‟éléments U, Th, K. Pour cela on utilise la formule de Danrly :

.eTh (ppm)= Thcorr/ K1

. eU (ppm)=Ucorr/K2

.K (%) = Kcorr/ K3 K1, K2, K3 : facteurs de sensibilité des 3 canaux K1= 0.24, K2= 0.20, K3= 0.18 Le Menu RPS dans Oasis Montaj permet de faire ces diverses corrections et conversions. Mais comme les données acquises auprès du BPGRM sont des données corrigées et déjà converties en concentration d‟éléments, on passe immédiatement aux étapes suivantes.

2. Mise en grille : L‟étape suivante consiste à la mise en grille (interpolation) ou création d‟une surface continue à partir des concentrations respectives en U, Th, K. Plusieurs méthodes d‟interpolation comme la courbure minimale (minimum curvature), le carré inverse de la distance (Inverse Distance Weighted IDW) sont proposées par le logiciel Oasis Montaj ; mais comme méthode d‟interpolation on a choisi le Krigeage (Kriging) avec une taille de cellule 2 fois l‟espacement des points d‟échantillonnage. Les mises en grille des concentrations en U, Th, et K et leurs cartes dérivées ont données les résultats suivants :

a) Concentration en Uranium : La carte de concentration en uranium (figure 30) montre une variation de couleur qui correspond chacun à la valeur de concentration en U dans la zone. Ces couleurs vont des couleurs froides bleu et vert aux couleurs chaudes orange, rouge, rose ; et les valeurs de -3.8 à 26.2 ppm.

58

Fig.30 Carte de concentration en Uranium

59

Cette carte montre 3 zones bien distinctes :  Zone I : zone à faible concentration en Uranium qui est en moyenne de 3.4ppm et qui est marquée par une coloration bleue, verte et entourée de coloration jaune. Cette zone occupe la majeure partie de la carte dont la partie centrale.  Zone II : zone à moyenne concentration en Uranium qui est en moyenne de 6ppm. Elle est représentée par la couleur orange qui est discrète sur la carte.  Zone III : zone à forte concentration en U, avec concentration moyenne de 16 ppm et une coloration rose. Cette zone occupe une petite partie de la carte dont la partie Sud et Nord Est. La concentration maximale en Uranium dans ces zones est de 26.2ppm. Dans la partie du permis de PAMA, il y a ces 3 zones, avec la zone III qui est la plus intéressante.

b) Concentration en Thorium : La carte de concentration en Thorium (figure 31) par analogie à celle de concentration en uranium montre que la partie de de PAMA est aussi riche en Uranium qu‟en Thorium (coloration rose). Dans la zone, il y a des concentrations qui environnent les 60ppm. c) Concentration en Potassium : La carte de concentration en potassium (figure 32) (exprimée en pourcentage) montre que la zone dans les permis de PAMA est moyennement riche en potassium (coloration rouge orangée dominante). Les concentrations dans la zone vont de 1 à 2.4%.

60

Fig.31 Carte de concentration en Thorium

61

Fig.32 Carte de concentration en potassium

62

d) Les cartes de rapport Les cartes de rapport sont utilisées pour une meilleure interprétation des données.  U/Th : La carte de rapport U/Th (figure 33) montre la concentration en uranium par rapport à la concentration en Thorium dans une zone. Plus on a une valeur élevée du rapport, on a une concentration élevée en uranium et vice versa. Comme les cartes ci- dessus, la carte de rapport U/Th présente aussi une variation de couleur allant du bleu au rose qui montre les valeurs faibles et élevées. La carte montre que la zone des permis est plus riche en thorium qu‟en uranium (valeur faible). Les zones plus riches en uranium qu‟en thorium dans la carte étant la partie Ouest de la carte.  U/K : La carte de rapport U/K présente, dans les zones des permis de PAMA, aussi bien des zones à fortes concentrations d‟uranium par rapport au Potassium que des zones à faibles concentrations de U par rapport à K (figure 34)  Th/K Cette carte (figure 35) montre qu‟il y a des zones beaucoup plus riches en potassium qu‟en thorium (coloration verte) et des zones plus riche en thorium qu‟en potassium (coloration rose et rouge) dans les zones de permis de la PAMA. .

63

Fig.33 Carte de rapport U/Th

64

Fig.34 Carte de rapport U/K

65

Fig.35 Carte de rapport Th/K

66

e) La carte ternaire : La représentation des concentrations en Uranium, Thorium, et Potassium dans une seule carte est appelée « carte ternaire ». Toutes les couleurs sont formées par l‟addition de la lumière de trois couleurs : rouge, vert et bleu. Une image ternaire en couleur présente ces trois couleurs primaires attribuées aux grilles différentes sur une seule carte composite. Les modèles Cyan-magenta-jaune (CMY) ou celui Rouge-Vert-Bleu (RVB) sont à choisir. Dans notre étude, on a employé le modèle RVB (rouge : potassium, vert : thorium, bleu : uranium) (figure 36) Cette carte ternaire est établie à partir de l‟option « Ternary Image » d‟Oasis Montaj.

Plus la couleur avoisine le bleu plus la concentration en uranium importante, couleur avoisinant rouge : concentration importante en Potassium, couleur avoisinant le vert : concentration importante en Thorium. La carte montre une domination (figure 37) de la coloration bleue claire (permis PAMA) qui est une coloration résultante du vert (Th) et du bleu(U) dans la légende ; et une petite partie occupée par la couleur orange qui marque la présence de Potassium.

Fig.36 Légende de la carte ternaire

67

Fig.37Carte ternaire

68

IV. Traitement des données de radiométrie au sol : Les levées radiométriques à Antsirabe n‟ont pas couvert toutes les zones des permis de PAMA, alors la zone d‟étude va se réduire à cette zone de levées radiométriques. La carte suivante (figure 38) est obtenue après la saisie des données de levées radiométriques et interpolation de ces données sur ArcGIS 10.1

Fig.38 Carte des anomalies radiométriques

69

La carte montre que les valeurs radiométriques sont très variées (allant de 15cps à 6000 cps). Les valeurs faibles sont les plus dominantes (les couleurs bleues et vertes). Mais on distingue 3 zones à valeurs radiométriques élevées (rose et rouge). Ces zones sont donc les plus riches en radioéléments. La superposition de cette carte avec les différentes cartes spectrométriques mène à dénicher les zones riches en uranium dans cette partie de permis de PAMA à Antsirabe.

B. RESULTATS

I. Carte linéamentaire d’Antsirabe : La compilation des linéaments obtenus à partir du filtrage de la CP1 et ceux obtenus à partir de la carte de la première dérivée verticale mène à la carte de linéaments suivante (figure 39) :

Fig.39 Carte linéamentaire d‟Antsirabe

70

Cette carte présente 64 linéaments dont les directions se divisent comme suit :

[0-10[ : 13 [40-50[ : 4 [80-90[ : 0 [120-130[ : 2 [160-170[ :2

[10-20[: 7 [50-60[ : 4 [90-100[ : 0 [130-140[ : 2 [170-180[ : 4

[20-30[ : 5 [60-70[ : 0 [100-110[ : 0 [140-150[ : 8

[30-40[ : 1 [70-80[ : 0 [110-120[ : 0 [150-160[ :12

Tableau 3 : direction des linéaments

[120- [130- [140- [150- [160- [170- [0-10°[ [10-20°[ [20-30°[ [30-40°[ [40-50°[ [50-60°[ 130°[ 140°[ 150°[ 160°[ 170°[ 180°[

N2 N15 N27 N31 N46 N50 N127 N138 N140 N157 N160 N177

N5 N18 N27 N47 N54 N123 N136 N144 N153 N162 N175

N5 N15 N26 N45 N50 N148 N158 N171

N7 N11 N29 N47 N54 N143 N152 N180

N1 N15 N21 N143 N156

N4 N19 N141 N159

N1 N10 N141 N156

N5 N142 N152

N4 N159

N3 N157

N0 N156

N1 N152

N7

Ces valeurs indiquent que les directions dominantes dans cette carte linéamentaire sont les directions entre N0 à N20 (direction nord) et N140 à N160 (Sud Est ou Nord Ouest) Le logiciel GeoRose 0.4.0 permet de réaliser une rose diagramme (figure 40) montrant ces valeurs :

71

Fig.40 rosace directionnelle des linéaments

II. Les zones potentielles en Uranium dans la zone d’étude : La carte d‟anomalie radiométrique montre les anomalies radioactives présentes dans le sous-sol ; anomalies qui sont dues à la présence des éléments radioactifs. La superposition de cette carte avec les différentes cartes spectrométriques permet de situer les zones les plus riches en uranium.

72 a) Superposition de la carte d’anomalie radiométrique avec la carte de concentration en Uranium :

Fig.41 Superposition de la carte de concentration en U et carte d‟anomalie radiométrique

73 b) Superposition avec la carte de rapport U/Th :

Fig.42 Superposition de la carte de rapport d‟U/Th et la carte d‟anomalie radiométrique

74

Parmi les trois zones riches en uranium ci-dessus, deux sont dans les zones plus riches en uranium qu‟en thorium.

c) Superposition avec la carte de rapport U/K:

Fig.43 Superposition de la carte d‟anomalie radiométrique et la carte de rapport U/K

75

Ces deux zones colorées en noires sont donc les zones les plus riches en uranium découvertes dans les permis de PAMA jusqu‟à maintenant. La superposition (figure 44) de ces zones avec la carte linéamentaire indique qu‟aucun de ces zones ne coïncide avec des linéaments. Ce qui veut dire que la forte potentialité en uranium de ces zones est d‟origine naturel. La superposition de ces zones avec la carte géologique (figure 45) donne les résultats suivants :  Une partie de la minéralisation se trouve dans les sédiments dans le lacustre supérieur ;  Une autre partie liée à cette minéralisation dans les sédiments se trouve dans le contact socle sédiment ;  Et enfin, on rencontre une partie de la minéralisation isolée dans le socle, précisément dans les migmatites.

Fig.44 Superposition des zones riches en U avec la carte linéamentaire

76

Fig.45 Carte géologique représentant les zones potentielles en Uranium

Des sondages radio carottés effectué par l‟équipe de PAMA dans ces parties sédimentaires indique les zones qui présentent le plus d‟anomalies radiométriques. Dans cette coupe, les niveaux anomaux se trouvent dans les tourbes (principales, supérieures et inférieures), dans les varvées, dans les grès, et dans les porphyres ; à des profondeurs entre 13 et 27m. Mais les zones à fortes anomalies sont à des profondeurs entre 18 et 23m dans les tourbes inférieures, les grès et les porphyres. (fig.46)

77

fig.46 Extrait de coupe dans les zones sédimentaires à Vinaninkarena, source rapport PAM 2010

78

C. DISCUSSION : Diverses étapes sont encore à suivre avant de qualifier de gisement ces minéralisations. Et s‟il l‟est, une question se pose : est ce qu‟il est exploitable (rentable) ? Les étapes à suivre sont : les travaux d‟implantation des puits d‟exploration, l‟évaluation du gite par les calculs des réserves et l‟étude de préfaisabilité économique. La rentabilité d‟un gisement d‟uranium dépend avant tout de sa teneur en uranium.

Cette teneur exprime en fait la proportion d‟oxyde d‟uranium U3O8 présent dans le minerai.

Un kilogramme d‟U3O8 contient 0.848kg d‟Uranium élémentaire proprement dit soit 85%.L‟exploitation des gisements est économiquement rentable lorsque les teneurs en Uranium dépassent 0.05% à 0.1%. En général, la teneur des gisements exploités est de 0.1 à 0.3 %. Les gisements à très haute teneur sont une exception (10 à 20% Cigar Lake Canada).

Si la teneur est de 0.1%, une tonne de minerai contient 1Kg d‟oxyde d‟Uranium U3O8 soit 0.848 Kg d‟Uranium. Si l‟on va exploiter l‟Uranium à des fin de sources d‟énergie; leur exploitation doit produire plus d‟énergie qu‟elle n‟en consomme. De l‟extraction du minerai d‟Uranium jusqu‟à l‟entreposage des déchets radioactifs, la filière nucléaire consomme de l‟énergie. Cette consommation constitue son coût énergétique. Pour connaitre l‟énergie réellement produite par la filière nucléaire, il faut soustraire ce coût énergétique à l‟énergie brute produite par les réacteurs nucléaires. C‟est alors que l‟on connaît l‟apport réel en énergie produite par la filière nucléaire. On appelle cet apport l‟énergie nette. Un gisement d‟Uranium n‟est énergétiquement rentable que lorsque son exploitation permet d‟obtenir une énergie nette positive. Dans le cas contraire, ne rien faire « crée » plus d‟énergie qu‟extraire l‟Uranium. Le gisement qui le contient n‟est alors rien d‟autre qu‟un amas de roches inutiles, plus ou moins radioactives. Lorsque la teneur en Uranium d‟un minerai diminue, la quantité d‟énergie requise pour obtenir un kilogramme d‟Uranium augmente de façon exponentielle. Alors avant de prendre une décision, il faut prendre en compte tous ces conditions. Si les minéralisations à Vinaninkarena constituent un gisement (après calcul de teneur) et que leur exploitation s‟avère rentable, le plus accessible est celui qui se trouve dans la partie sédimentaire. Pour son exploitation, il serait plus judicieux d‟utiliser la méthode d‟exploitation à ciel ouvert, étant donné que le gisement se situe à une faible profondeur. Ce qui signifie qu‟il y a peu de mort terrain à enlever.

79

CONCLUSION

L‟uranium est un élément assez important de nos jours à cause de son utilisation dans l‟industrie nucléaire et surtout dans la production d‟électricité. Vinaninkarena, une zone qui se trouve à 9,4 Km au Sud d‟Antsirabe, disposait d‟un site d‟exploitation d‟uranium de la CEA dans les années 1950. D‟après les soupçons des villageois, il y aurait encore un gisement d‟uranium dans cette zone. Afin de dénicher les parties riches en uranium à Vinaninkarena ; l‟utilisation des méthodes géophysiques ; dont l‟aéromagnétométrie, la spectrométrie aéroportée et au sol. L‟aéromagnétométrie est une méthode qui consiste à enregistrer les anomalies du champ magnétique terrestre à bord d‟un aéronef. Les anomalies enregistrées durant le vol ne sont pas verticales à leur source dans le sous-sol. L‟application du filtre de réduction aux pôles permet de corriger ces erreurs. Le filtre de la dérivée verticale est ensuite appliqué à la carte réduite aux pôles pour détecter les divers linéaments présents sur la carte. La spectrométrie, que ce soit aéroportée ou pédestre, présente le même principe : enregistrer la radioactivité gamma naturelle qui émane des premiers centimètres du sol à l‟aide d‟un capteur. Le traitement des données de levés mène généralement aux cartes de concentration des radioéléments dont l‟uranium, le thorium, le potassium et la carte ternaire. Le traitement des données de levés aéromagnétiques de BPGRM dans la feuille Antsirabe, associé au traitement d‟image satellitaire, a surtout mis en évidence les différents linéaments présents sur cette feuille. De son côté l‟application de la méthode de spectrométrie aéroportée et la radiométrie au sol a fait ressortir les zones à forte potentialité en uranium à Vinaninkarena. Ainsi, deux zones essentiellement riches en uranium ont été trouvées à Vinaninkarena. Une zone se localise dans la partie sédimentaire (dans le lacustre supérieur) et une autre dans le socle (dans les migmatites). La découverte de ces zones n‟est pas suffisante pour conclure qu‟il s‟agit d‟un gisement. Divers travaux comme les calculs des teneurs en uranium et l‟estimation des réserves restent à réaliser. Et il faut aussi mettre en considération les couts pour que l‟exploitation soit rentable.

80

BIBLIOGRAPHIE [01] ALSAC .1962.Contribution à l‟étude des pouzzolanes de Madagascar. Rapport annuel du service géologique République malgache p209-220 [02] ANDRIANIRINA Vonjy. 2010. Rapport PAM, inédit 34p [03] BARANOV Vladimir et NAUDY Henri.1964. Numerical calculations of the reduction to the magnetic pole [04] BARRACLOUGH.1987.International geomagnetic reference field: the fourth generation [05]BENECH Christophe.2000.Interprétation conjointe de cartographies magnétiques et électromagnétiques des propriétés magnétiques des sols anthropisés. [06] BESAIRIE Henri.1970. Précis de géologie malgache. Document du bureau géologique. N° 180 [07] BHATTACHARRYA . 1965. Two dimensional harmonic analysis as a tool for magnetic interpretation. Geophysics 30 [08] BIEMI Jean. 1991. Géologie et réseaux de linéaments, région du bassin versant de la Marahoué, Côte d'Ivoire : cartographie à l'aide des données Landsat-TM et du champ magnétique total [09] BILLAUD. 2014. Introduction à la spectroscopie gamma amateur 10p [10] Centre canadien de télédétection (2010) Notions fondamentales de télédétection [11] COLWELL Robert.1983. Manual of remote sensing. Volume 1 Front covers 240p [12] COULIBALY Lacina .1996. Interprétation structurale des linéaments par traitement d‟image satellitaire. [13] DELCOURT Jean Jacques. 2010.Magnétisme Terrestre 30p [14] Ecole des mines de Saint Etienne. 2013. Spectrométrie Gamma 43p [15] FAURE Sébastien. 2009. Identification des linéaments géophysiques et leur relation avec la minéralisation. [16]GROUNE David. 2009.Analyse Magnéto-spectrométriques des données aérogéophysiques du Grand Fossé Pharusien. [17] GUIGUES Jean. 1952. Etude géologique des feuilles Antsirabe-Ambatolampy. Travaux du bureau géologique n° 28 Tananarive [18] HERINASOLO Jaona .2008. Essai de cartographie par la spectrométrie gamma et la magnétométrie d‟une zone à fort recouvrement latéritique et à faible densité d‟affleurement. [19] LENOBLE. 1949. Les dépôts lacustres pliocènes-pléistocènes de l‟Ankaratra. [20] MAEP. 2003. Monographie de la région de Vakinankaratra. 70p [21] NASSUTI, BEIKI, M.EBBING.2010. Gravity and Magnetic Data acquisition. 124p

81

[22] NOIZET Georges et RANTOANINA1963. Contribution à l‟étude géologique de la feuille d‟Antsirabe. [23] RAKOTOMANANTSOA Aina. 2010. apport de l‟aéromagnetisme et de la télédétection à l‟élaboration de cartes structurales des secteurs miniers de Maromby et de Tranomaro.46p [24] SCINTREX .1980.Geophysical and geochemical instrumentation and services [25] SEGUIN.1971.La géophysique et les propriétés des roches. [26] SERRA.1979.Diagraphies différées, bases de l‟interprétation. Tome 1 : Acquisition des données diagraphiques. [27] SHOOT.2009. La géophysique pour les géologues. Tome 2 : méthode de prospection magnétique. 210p [28] ZEBROWSKI, RATIMBAZAFY. 1979. Carte pédologique de Madagascar à 1:100000 Feuille Antsirabe. 114p

82

WEBOGRAPHIE

[W01] nosybe.eklablog.com/ consulté le 22 septembre 2014 [W02] fr.weather-forecast.com/ consulté le 22 septembre 2014 [W03] www.antsirabe-tourisme.com/climat.php [W04] www.region-vakinankaratra.mg [W05] fr.m.wikipedia.org/wiki/uranium consulté le 19 août 2014 [W06] http://en.m.wikipedia.org/wiki/Uraninite consulté le 20 août 2014 [W07] http://www.universalis.fr/encyclopedie/uranium [W08] http://geoinfo.nmt.edu/resources/uranium/where.html [W09] www.webmineral.com/data/Uranocircite.shtml [W10] fr.m.wikipedia.org/wiki/Champ_magnétique_terrestre consulté le 12 septembre 2014 [W11] http://monuniv-montp2.fr [W12] http://www.termsciences.fr [W13] http://www.fergant.clg61ac-coon.fr [W14] www.laradioactivite.com/fr/ consulté le 19 août 2014 [W15] www.geosoft.com/ consulté le 08 septembre 2014 [W16] http://www.lyceepmf-tunis.com consulté le 12 novembre 2014 [W17] http://www.atomicheritage.org/ consulté le 20 août 2014 [W18] http://www.johnbetts-fineminerals.com/ consulté de 20 août 2014 [W19] http://electromag.com.au/fluxgate.php?lang=fr consulté le 11 novembre 2014 [W20]http://www.conrad.fr/ce/fr/product/074975/Compteur-Geiger-Radex-RD-1503 consulté le 11 novembre 2014 [W21] http://www.directindustry.fr/prod/ consulté le 11 novembre 2014 [W22] http://blogs.esri.com/Dev/blogs/geoportail-ArcGIS--10.aspx consulté le 20 août 2014 [W23] http://www.ndgc.noaa.gov/geomag-web [W24] http://progcours.ulg.ac.be/cocoon/cours/GEOL0021-7.html

83

ANNEXES

ANNEXE 1 : carte géologique de Madagascar par Besairie 1941

84

ANNEXE 2 : socle cristallin de Madagascar par Collins, source Collins 2002-BD 500 FTM- Randrianasolo 2008

85

ANNEXE 3 : socle cristallin de Madagascar par Collins 2006, source Collins 2006- BD 500 FTM

86

ANNEXE 4 : Socle cristallin de Madagascar par le BPGRM 2008, source BPGRM

87

ANNEXE 5 : Spécifications des levés géophysiques aéroportés du BPGRM (Source: BPGRM, 2007 et Randrianasolo, 2009)

Enregistrement de l‟intervalle des données magnétiques: 0,1s (approximativement 7m) Altitudes des vols magnétiques: 100m Espacement des lignes de traverse: 500m Espacement des lignes de contrôle: 5000m Direction des lignes de traverse: 090 degrés Direction de ligne de contrôle: 000 degrés

SPECIFICATION DE LA NAVIGATION Relai DGPS: Omnistar 3000L Récepteur GPS: Novatel 3151R Recouvrement de la trajectoire de vol: Numérique Traitement de la trajectoire de vol: GPS temps différentiel SPECIFICATION DE L‟EQUIPEMENT Magnétomètre : 3x Scintrex CS3 Vapeur de Césium Compensateur : FASDAS Détecteur gamma-vers le bas : 33,6 litres Nal (TI) Détecteur gamma-vers le haut : 8,4 litres Nal (TI) Sonde radio altimétrique : KING KR A 405B/KING K R 405 Hypsomètre : Vaisala HMY 133 Caméra vidéo : Panasonic WV-LA2.8 Objectif : Panasonic WV-LA2.8 Magnétoscope : Panasonic AG AG1070 Correction CRGI : Modèle CRGI 2000

SPECIFICATION DU TRACAGE Projection : Laborde(Hotine Mercator Oblique) Ellipsoïde : International 1909 Longitude du point d‟origine : 46°26‟14.025‟‟Est Azimut de la ligne centrale : 18°54‟ Facteur d‟echelle centrale : 0,9995

88

Flase easting : 400000 Mètres Flase northing : 800000 Mètres Mise en grille : 125 Mètres Aéronef fourni par Groupe Furgo Aéronef : Cessna Titan 404 ZS-AIU&ZS-KRG Aéronef : Cessna caravan II 406 ZS-SSC Acquisition des données : Groupe Fugro Traitement des données : Groupe Fugro

Cessna 404 Aéronef de prospection utilisé par Fugro (Source, BPGRM, 2005)

89

ANNEXE 6 : Cartes des éléments du Champ magnétique

 Champ magnétique total:

 Déclinaison D

90

 Inclinaison I

91

Annexe 7: quelques photos

Site d‟étude à Vinaninkarena

Minéralisations dans les grès à Vinaninkarena

92

Uranocircite

Levés radiométriques

93

Uranium de Vinaninkarena (Antsirabe) : approche magnétique et spectrométrique

Auteur : RAMAHANDISOA Andrianambinina Zolalaina Nalahatriniavo

Nombre de pages : 105

Nombre de figures : 46

Nombre de tableaux : 03

Nombre des annexes : 07

Téléphone : 0342868174

Email : [email protected]

RESUME

L‟uranium, un métal gris radioactif est utilisé actuellement dans l‟industrie nucléaire et la production d‟électricité. Vinaninkarena, une commune rurale d‟Antsirabe, abrite un ancien site d‟exploitation d‟uranium de la CEA. L‟utilisation des méthodes géophysique aéromagnétométrie, aérospectrométrie et la radiométrie au sol nous a permis de vérifier si Vinaninkarena renferme encore de l‟uranium. On a pu trouver deux zones potentielles dont une partie dans le socle et une autre dans les sédiments. Des travaux sur le terrain et en laboratoire sont encore à réaliser pour déduire la vraie potentialité du gisement.

Mots-clés : Vinaninkarena, Antsirabe, uranium, Aéromagnétométrie, Aérospectrométrie, Radiométrie, zone potentielle. ABSTRACT

Uranium, a radioactive gray metal is currently used in the nuclear industry and power generation. Vinaninkarena, a rural town of Antsirabe, contents an ancient site of uranium exploitation of CEA. The use of geophysical methods aero magnetometry, aero spectrometry and pedestrian radiometry allowed us to check if Vinaninkarena still contains uranium. We have found two potential areas which part in the socle and another in sediments. Field and laboratory works are still to be made to deduce the true potential of the deposit.

Keywords: Vinaninkarena, Antsirabe, uranium, Aero magnetometry, Aero spectrometry, radiometry, Potential areas.

94