PROSPECTION GEOPHYSIQUE POUR L ORPHELINAT CHILDREN S HOME. Sano Khokana Népal

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1 PROSPECTION GEOPHYSIQUE POUR L ORPHELINAT CHILDREN S HOME Sano Khokana Népal S.A.R.L GEOGEOPHY Jean-Marc Ragot FONDATION SOGREAH Les Taureaux Nord RAPPORT 10/03/ Besayes Mars 2010 Tel/Fax/rep :

2 2 Sommaire 1. PREAMBULE 2. BUT DE L ETUDE 3. MOYENS MIS EN ŒUVRE 4. CONTEXTE GEOLOGIQUE 5. PRINCIPES DE LA METHODE 6. RESULTATS DES MESURES 7. SYNTHESE DES RESULTATS 8. CONCLUSIONS ET RECOMMANDATIONS

3 3 Liste des figures : : Carte de situation générale ( voir rapport principal) : Carte d implantation des mesures : Résultats du panneau électrique : Coupe des sondages électriques de Surendra Raj Pant : Carte de synthèse des résultats

4 4 1. PREAMBULE Fig A la demande de la Fondation Sogreah la société Géogéophy a réalisé une prospection électrique pour l orphelinat de Children s Home à Sano Khokana, près de Katmandou au Népal. Les mesures ont été effectuées en mars 2010 par Surendra Raj Pant, géophysicien népalais, en collaboration avec Jean-Marc Ragot. Celui-ci a assuré l interprétation des résultats et la rédaction du présent compte-rendu. 2. BUT DE L ETUDE Dans le cadre d alimentation en eau potable de l orphelinat Children s Home, la prospection géophysique devait reconnaître les terrains en présence et plus particulièrement : Caractériser par géophysique, la nature des terrains depuis la surface, Localiser les éventuelles variations latérales de faciès et/ou d épaisseur, Tenter de localiser les zones surcreusées ou plus résistantes. Le programme et l implantation des mesures ont été réalisés par M Ragot. 3. MOYENS MIS EN ŒUVRE Fig Le profil électrique a été implanté de façon à recouper au mieux la zone concernée par l étude, en tenant compte des accès et de l utilisation des parcelles. Il est localisé à l extérieur de l enceinte du bâtiment pour s affranchir des artefacts dus aux infrastructures et pour permettre une longueur au sol de 470 mètres. La profondeur d investigation et la géométrie des mesures sont les suivantes : Pôle-dipôle avec mesures directes et reverses 48 électrodes avec 10 m d espacement et 100 mètres d investigation en profondeur environ. Pôle-pôle - 10 m entre électrodes et 200 mètres d investigation en profondeur environ. L altitude des points de mesure a été estimée sur site et calée d après la carte topographique. Ceci permet une bonne correction des effets de la topographie sur ces valeurs mesurées. Les pseudosections ainsi établies ont été interprétées grâce à un logiciel de calcul par inversion. Ceci a pour but de corriger les effets latéraux et l influence de la topographie, et permet d obtenir une coupe de la succession des différentes entités électriques avec la profondeur. Surendra Raj Pant à également mis à disposition une ancienne étude comprenant 7 sondages électriques qui ont été ré-interprétés à la lumières des premiers résultats et des observations de terrain. Dans ce cadre géologique, une zone argileuse ou peu perméable fera chuter les résistivités. Les zones les plus résistantes témoigneront au contraire de faciès grossiers ou indurés.

5 5 4. CONTEXTE GEOLOGIQUE ET HYDROGEOLOGIQUE Voir rapport principal 5. PRINCIPES DE LA METHODE La méthode des panneaux électriques Cette méthode est basée sur la détermination des propriétés électriques du sous-sol au moyen de mesures effectuées en surface. De ces propriétés électriques, on peut déduire la constitution des terrains en profondeur. Le courant est injecté au moyen de deux électrodes AB couplées à un ampèremètre, et la tension est mesurée entre les électrodes MN couplées à un voltmètre. Plus on augmente la distance AB, plus le courant se propage en profondeur. (C est le principe du sondage électrique de type Schlumberger). La résistivité des roches est un paramètre très variable : de 1 à quelques dizaines d Ohm.mètre pour des argiles ou des marnes, à un ou plusieurs milliers d Ohm.mètre pour des graviers secs ou du rocher compact. L eau plus ou moins minéralisée, contenue dans les fractures ou les pores de la roche, facilite le passage du courant. Elle fait ainsi chuter les résistivités des terrains encaissants. Les résultats exprimés en résistivités apparentes sont tracés sur une pseudosection, puis interprétés avec un logiciel spécifique qui permet d individualiser l influence successive de chaque couche géologique sur la propagation du courant et d en déduire la résistivité et l épaisseur de chaque terrain en présence. Ce logiciel permet de corriger les effets latéraux et l influence éventuelle de la topographie. Rappelons que le principe de l équivalence montre que le produit (épaisseur * résistivité) est une constante. Il existe donc une infinité de solutions mathématiques pour chaque couche. C est pourquoi il est nécessaire de disposer d un étalonnage sous la forme d un forage représentatif pour fixer un des deux paramètres du calcul et ainsi de s approcher de l unique solution géologique. Altération du toit de la craie et recouvrement Panneau électrique Exemple - Interprétation Profondeur Craie conductrice Craie saine : Faille possible

6 6 Un panneau électrique correspond donc quasiment à une succession latérale de sondages électriques. Rappelons que le sondage électrique est un dispositif symétrique dont la théorie suppose que les terrains en présence sont homogènes latéralement. L intérêt du panneau électrique est donc de prendre en compte les effets latéraux et les influences de la topographie qui ne peuvent être appréhendés par un seul sondage électrique. 6. RESULTATS DES MESURES 6.1 Etalonnage des panneaux électriques : Sur les panneaux on observe depuis la surface, la succession des niveaux suivants : R1 : Cet horizon irrégulier de surface correspond aux alluvions sablo graveleuses constituant l aquifère principal de surface. Son épaisseur varie entre 0 et 15 mètres, avec une moyenne de 10 mètres et des légers surcreusements localisés. Sa résistivité est également très variable : 20 à plus de 100 Ohm.m environ. C est dans cet horizon qu est implanté le puits de l orphelinat qui s assèche en période d étiage. Au moment de la prospection, on notera l absence de sources aux cotes altimétriques de la base de l aquifère! C1 : Il s agit d un premier niveau conducteur. Sa résistivité est comprise entre 10 et 25 Ohm.m environ. Son épaisseur varie entre 1 et 10 mètres environ. Dans ce contexte géologique, ce terrain est manifestement imperméable. R2 : Il s agit d un niveau nuageux moyennement résistant attribué à des faciès vraisemblablement plus grossiers que ceux de C1 et C2. Il pourrait s agir de terrains à dominantes silteuses ou de sables argileux. Toutefois, la résistivité reste faible et fluctue entre 30 et plus de 100 Ohm.m. Il peut s agir d un aquifère de perméabilité faible à moyenne. On notera que les sources principales observées sur le secteur se situent à une cote altimétrique de mètres environ au nord-ouest de l orphelinat, et au sud. Ceci semble correspondre au mur irrégulier de cet aquifère potentiel. La conductivité de l eau mesurée au niveau des sources est de 300µS/cm en moyenne. De ce fait, l influence de la minéralisation sur la résistivité globale est minime et semble confirmer une relativement faible perméabilité. C2 : Il s agit du second niveau conducteur. Sa résistivité est comprise entre 10 et 25 Ohm.m environ. Son épaisseur varie entre 5 et 40 mètres environ. Dans ce contexte géologique, ce terrain est manifestement un imperméable important. R3 : Il s agit d un niveau plus résistant attribué à des faciès plus grossiers (sables, silts etc d après les logs environnants). C est l aquifère potentiel le plus intéressant de la coupe car sa résistivité est supérieure à 100 Ohm.m. Son épaisseur serait de 30 mètres en moyenne. Ses cotes altimétriques le situent en dessous des cotes de la rivière. Il s agit donc d un aquifère captif, au moins dans cette zone. D après les connaissances régionales de Surendra Raj Pant et les coupes de forages observées, il s agirait d alternances de silts et sables avec un pourcentage d argile variable nécessitant, de ce fait, des crépines bien dimensionnées!

7 7 C3 : Il s agit du dernier niveau conducteur. Sa résistivité est comprise entre 10 et 25 Ohm.m environ. Dans ce contexte géologique, ce terrain est manifestement imperméable. Son épaisseur totale n est pas connue. 6.2 Résultats du panneau électrique : fig Les profils direct et reverse sont des mesures anisotropes. De ce fait, c est l inversion appelée «synthèse» tenant compte des deux injections qui fait figure de coupe de références dans les 100 premiers mètres d investigation. En effet, les mesures pôle-pôle sont nettement moins discriminantes en surface et globalisent les horizons R2 et R3 sans différencier C1. Par contre, en profondeur ce sont les mesures pôle-pôle qui font références car les mesures pôle dipôle sont en limite de possibilités d investigation et exagèrent les gammes de résistivités du dernier terrain résistant (R3). Au sein de R1 on s aperçoit que les alluvionnements sont très hétérogènes en terme d épaisseur et de résistivités. On notera un léger surcreusement en début de profil. Cette coupe permet de comprendre qu il est illusoire d espérer améliorer de façon très significative le débit ou la pérennité de l alimentation du puits de l orphelinat en augmentant sa profondeur. Au sein de R2, il existe deux surcreusements localisés vers le début du profil et vers 250 mètres de distance. Malheureusement, aucun d eux ne se situent au droit de l orphelinat. Au contraire, au droit du bâtiment les résistivités sont plus basses qu ailleurs dans le même horizon et ne laissent pas espérer de débits importants. Au sein de R3, les résistivités sont situées entre 100 et 125 Ohm.m en pôle-pôle. Là aussi, les résistivités sont localement plus faibles au droit de l orphelinat. Toutefois, elles n en restent pas moins les meilleures sur la coupe verticale établie à cet endroit. On notera un approfondissement très important de R3 au nord de l orphelinat. La présence d un niveau conducteur C3 en profondeur laisse supposer que le socle n a pas été atteint. En effet, les premières interprétations des sondages électriques par Surendra Raj Pat attribuaient au socle (calcaires fissurés productifs) les terrains résistants R3. Ceci est lié à un manque de profondeur d investigation et à une hypothèse non calée sur les logs environnants. 6.3 Résultats des sondages électriques : fig La succession interprétée des terrains en présence est la même que celle identifiée sur le panneau électrique. On notera en particulier : R1 : Un surcreusement majeur et de plus fortes résistivités au droit de VES3 (20 mètres au maximum). R2 : Un surcreusement majeur et de plus fortes résistivités au droit de VES3, et un surcreusement mineur et de plus fortes résistivités au droit de VES5.

8 8 R3 : On note des résistivités plus importantes au droit de VES1 àves3 et de Ves7 projeté. Au sud les résistivités sont plus basses. Ces valeurs sont les plus élevées de la coupe. C3 n est pas visible sur ces interprétations, et c est ce qui avait conduit Surendra Raj Pant dans ses premières interprétations à considérer R3 comme les calcaires fissurés productifs du socle. Cette hypothèse est désormais très peu probable. 7. SYNTHESE DES RESULTATS fig La carte de synthèse permet de localiser en plan les principales informations déduites des interprétations des sondages et du panneau électrique. On observe : L axe surcreusé dans le résistant R1, orienté est-nord-est / sud-sud-ouest est localisé trop au nord de l orphelinat pour constituer une cible intéressante. De toute façon, son potentiel reste faible, voire aléatoire, et sa pérennité très douteuse. Au sein de R2, on peut localiser deux axes surcreusés et/ou plus résistants. Ils sont localisés trop au nord ou trop au sud pour constituer une alternative intéressante. Dans tous les cas de figures, cet aquifère potentiel présente une résistivité relativement faible et peu compatible avec un débit potentiel satisfaisant. Les débits des sources attribuées à cet aquifère confirment le sentiment pessimiste quant à la pérennité de ce second aquifère en saison sèche. La zone plus résistante située au sein du résistant R3 est également localisée au nord de l orphelinat. Etant donnés, les problèmes fonciers de la zone et les faibles volumes nécessaires, rien ne justifie de tenter la réalisation d un ouvrage dans cette zone. Dès lors, ce sont les préoccupations de protection de la ressource vis-à-vis de l assainissement existant qui seront déterminantes pour l implantation de l ouvrage.

9 9 8. CONCLUSIONS ET RECOMMANDATIONS La prospection géophysique réalisée pour l orphelinat Children s Home au Népal montre les résultats principaux suivants : En coupe, la succession des niveaux géophysiques est la suivante : R1 : Il correspond à l aquifère non pérenne de surface (alluvions sablo argileuses) - de 100 à plus de 1000 Ohm.m. Cet horizon irrégulier a une épaisseur moyenne de 10 mètres et montre un surcreusement localisé au nord de l orphelinat. C1 : Il s agit du premier niveau imperméable (1 et 10 mètres environ). Sa résistivité est comprise entre 10 et 25 Ohm.m environ. R2 : Il s agit du second aquifère potentiel localisé vers 25 à 40 mètres de profondeur environ. Ses faibles résistivités laissent peu d espoir sur sa productivité. C2 : Il s agit du second niveau imperméable (5 et 40 mètres environ). Sa résistivité est comprise entre 10 et 25 Ohm.m environ. R3 : Il s agit du troisième niveau résistant. Ses valeurs (>100 Ohm.m) font de lui la seule cible potentielle permettant d espérer pouvoir capter un aquifère pérenne et suffisamment productif. Son épaisseur est estimée à une trentaine de mètres de puissance localisée entre 90 et 120 mètres de profondeur environ. D après les données locales, il pourrait s agir de matériaux relativement fins (sables et silts pouvant alterner avec des niveaux argileux). De ce fait, les techniques de foration utilisées et le dimensionnement de la crépine et du massif filtrant seront déterminants pour bien capter l aquifère sans le colmater, et le rendre durable. Il faudra en outre étancher l ouvrage vis à vis des risques de pollution dans l aquifère R1, liés à l assainissement actuel. En cours de foration le possible aquifère R2 devra être testé pour évaluer son réel potentiel. C3 : Il s agit du dernier niveau imperméable (10 et 25 Ohm.m environ - épaisseur inconnue). Sa présence conduit à considérer que R3 ne peut pas correspondre au socle (calcaires fissurés productifs). Dans l enceinte de l orphelinat, l absence de terrains surcreusés ou plus résistants au sein des trois aquifères potentiels ne permet pas d identifier en plan de zone hydrogéologiquement plus favorable. De ce fait, le forage devra donc être implanté près de l entrée de l orphelinat pour se situer le plus loin possible des sources potentielles de pollution de surface. Le suivi technique et le dimensionnement en cours de réalisation de l ouvrage seront des paramètres fondamentaux pour la bonne réalisation du forage et de son équipement. Cette maîtrise d œuvre devra être effectué par des professionnels pour garantir un travail réalisé dans les «règles de l art». Jean-Marc Ragot Géologue-Géophysicien

10 10 Figures

11 Panneau électrique Children s Home Nord Children s Home Carte de localisation des mesures Fondation Sogreah Fig N 2

12 Nord R1 Children s home C1 Panneau direct Sud C2 R2 Altitudes en mètres R1 R3 C1 Panneau reverse C2 R2 R1 Puits de l orphelinat C1 R3 Panneau pole dipole combiné - Synthèse Niveaux des sources R2 C2 Altitudes en mètres R1 R3 Panneau pole-pole Investigation profonde C1 + C2 R3 + R2 Résistivités en Ohm.m C3 Espacement des électrodes : 10 m Légende : R1 : Aquifère superficiel non pérenne (sables argileux) C1 : Niveau imperméable (argiles) R2 : Aquifère potentiel peu marqué (Silts, sables fins?) C2 : Niveau imperméable (argiles) R3 : Aquifère potentiel (sables fins?) C3 : Niveau imperméable (argiles) Children s Home Résultats des mesures géophysiques Fondation Sogreah Fig N 3

13 Nord Altitudes en mètres VES VES VES VES7 projeté Puits de l orphelinat VES VES VES R1 C1 R2 Sud m Niveaux des sources Nord ouest m Niveaux des sources Sud sud/ouest C >400 >400 >400 >400 >200 >200 >200 R3 Résistivités en Ohm.m Changement de faciès? Children s Home Children s Home Résultats des sondages électriques de Surendra Raj Pant 30? C3 Fondation Sogreah Fig N 4 Echelle Horizontale : 1 / ème

14 Légende : : Panneau électrique VES : Sondage électrique W : Puits S : Source R : Rivière : Axe surcreusé dans R1 : Axe surcreusé dans R2 : Zone surcreusée et/ou plus résistante dans R3 Children s Home Nord Children s Home Carte de localisation des données sur la zone de Sano Kokana Fondation Sogreah Fig N 5

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