Résumé PROSPECTION ELECTRIQUE DANS LA REGION DE MAHALEOTSE-TOLIARY Ramanantsoa A. 1, Rasoamiaramanana R. 1, Rasolondrazao L. 1 Nous avons effectué une campagne géophysique en juillet 1999, dans la région de Mahaleotse à Toliary. Le but de cette étude a été de déterminer la structure jusqu à 25m de profondeur afin de situer les endroits d implantations de digue à Mandarano et de barrage à Andranomiboake. La méthode électrique a été choisie : avec le résistivimètre RMCA4 ; nous avons effectué vingt sondages Schlumberger et cinq panneaux électriques du type Wenner. Les résultats représentés sous forme de coupes et de modèles géoélectriques montrent généralement la succession de trois couches : une couche superficielle résistante où les résistivités apparentes sont comprises entre 200 et 1100 Ωm, une couche intermédiaire conductrice où les résistivités apparentes sont comprises entre 50 et 180 Ωm et une dernière couche résistante de résistivités apparentes plus de 200 Ωm. L analyse des résultats nous a permis de proposer les lieux favorables pour l implantation de la digue et du barrage. part les problèmes d inondation du bas-fond au niveau du village de Mahaleotse. L étude géophysique de subsurface, réalisée en juillet 1999, a pour buts : - de déterminer la profondeur du substratum en vue d'une meilleure implantation des ouvrages et de leurs pieux qui vont être édifiés : digue le long de l Onilahy et barrage en terre à la résurgence d Andranomiboake ; - de mettre en évidence l'existence éventuelle de cavités susceptibles de devenir des sources d infiltration après la construction d un barrage à Andranomiboake ; - de déterminer les différents horizons constituant l Éocène inférieur. Nous avons choisi la méthode électrique pour la prospection compte tenu du relief et de la géologie de la région étudiée. Introduction Pour la conservation de l'écosystème forestier des Sept Lacs à Mahaleotse-Toliary, il est nécessaire d'aménager les lieux de culture des paysans de la région. Cet aménagement permet d'augmenter le rendement de la culture sur alluvions : "baiboho", et de diminuer l utilisation abusive de la forêt. A cet effet, la fondation TANY MEVA a demandé à l'institut et Observatoire de Géophysique d Antananarivo (IOGA) de faire une étude géophysique pour avoir plus d informations concernant ces lieux. L étude a été réalisée dans le cadre de la réalisation du projet "Établissement du plan d aménagement et du plan de gestion du grand écosystème forestier des Sept Lacs (GECO/FSL)" financé par la fondation TANY MEVA. L'IOGA a réalisé l étude géophysique après la demande de la fondation TANY MEVA en des endroits touchés d une part par les problèmes de brèche et d'ensablement du village de Mandarano et d'autre Contextes géographique et géologique La zone d étude se trouve dans le fokontany de Mahaleotse, commune d'ambohimahavelona et Fivondronana de Toliary II : à 70 km au sud Est de Toliary sur le plateau calcaire Mahafaly, au bord du fleuve de l'onilahy (figure 1). La prospection électrique a été effectuée dans le bas-fond de Mahaleotse, sur 500m le long de l'onilahy et passant par une brèche, brèche de Mandarano, et aussi aux alentours de la résurgence d'andranomiboake à 200m au nord du village de Mandarano. La zone d étude est délimitée au sud et à l ouest par le fleuve Onilahy, au nord et à l est par la route reliant Toliary et Tongobory. La zone d étude est représentée par une unité géologique, le calcaire. Le plateau de formation tertiaire, Éocène Inférieur, y est constitué par différents faciès de calcaire dont les principaux sont: calcaires sableux, calcaires marneux, calcaires gréseux [1]. On rencontre parfois en surface des formations argileuses. Des alluvions récentes 1 Laboratoire de Géophysique appliquée Institut et Observatoire de Géophysique d Antananrivo BP 3843 Antananarivo 101- Madagascar
bordent l Onilahy, elles consistent en des intrusions sableuses mélangées à des boues argileuses déposées par le fleuve pendant les périodes de crue. Figure 1 : Plan de la zone d étude et emplacement des sondages et panneaux électriques Mada-Géo n 6 Janvier 2000 10
Matériel et méthodes Le résistivimètre RMCA 4, à courant alternatif, a été utilisé durant la campagne. Les sondages électriques du type Schlumberger ont été utilisés pour avoir les structures verticales sous les stations de mesure. Le sondage consiste en une investigation verticale. La coupe géoélectrique est obtenue en combinant les structures précédentes. Certains de nos résultats sont représentés sous cette forme. Pour avoir la structure, nous avons utilisé le panneau électrique du type Wenner. Le panneau électrique consiste à utiliser plusieurs électrodes pour avoir un recouvrement à 2-D du sous sol (dimensions latérale et verticale du sous sol). En inversant les valeurs de résistivités apparentes ainsi obtenues nous avons modélisé la structure. Les résultats correspondant aux panneaux sont représentés par des modèles 2-D obtenus avec le logiciel RES2DINV. Les prospections ont été effectuées au niveau de la brèche de Mandarano et aux alentours de la résurgence d Andranomiboake (figure 1). Brèche de Mandarano Dix sondages Schlumberger ont été réalisés le long de l'onilahy : SE1, SE2,..., SE10. A part SE6 et SE7 distants de 100m entre eux, tous les sondages sont distants entre eux de 50m. Pour tous les sondages, nous avons pris une longueur de ligne AB/2 égale à 100 m et une direction approximative E-W. Le choix d une longueur de ligne AB/2 égale à 100m permet d atteindre la profondeur d investigation minimale de 20m correspondant à AB/10 (cas le plus défavorable). Notons que des intrusions sableuses déposées par l Onilahy pendant les périodes de crue sont visibles aux alentours des stations SE1 et SE5. Ces intrusions sont mélangées à des boues argileuses au niveau des stations SE4, SE8, SE9 et SE10. Trois panneaux électriques du type Wenner ont été réalisés pour comparer les résultats à ceux obtenus par les sondages Schlumberger. Les 3 panneaux ont la même direction E-W. - Le premier panneau électrique : Mandarano 1, a pour centre de mesures SE1. Sa longueur est de 93m avec une distance entre électrodes a égale à 3m. Les mesures ont été effectuées pour a variant de 3 à 27m. - Le second panneau électrique : Mandarano 2, et le troisième, Mandarano 3 qui ont pour centres respectifs : SE4 et SE10 sont de longueurs égales à t 192 m avec une distance entre électrodes a égale à 3m. Les mesures ont été effectuées pour a variant de 3 à 64m. Résurgence d Andranomiboake Dix sondages Schlumberger ont été réalisés sur la route bordant la résurgence d'andranomiboake dont : - cinq, de direction SW-NE et situés du coté nord de la résurgence : SEL1, SEL2, SEL3, SEL4, SEL5. - cinq, de direction W-E et situés du coté sud de la résurgence : SELH, SELI, SELJ, SELK, SELL. La distance entre deux stations successives est 20m, et la longueur de ligne AB/2, 25m. Cette longueur de ligne est choisie parce que nous voulons atteindre une profondeur de 5m au moins. Deux panneaux électriques ont été réalisés aux bords de la résurgence. L'un, Andranomiboake 1,sur le coté sud-est et l'autre, Andranomiboake 2, sur le coté nord. La longueur du panneau pour les deux panneaux est de 60m avec une distance entre électrodes de 1m. Les mesures ont été faites pour a variant de 1 à 4m. Les profondeurs d investigation des panneaux électriques utilisés pour l obtention des modèles d Andranomiboake 1 et Andranomiboake 2 sont égales à 3,2m. Résultats Les coupes géoélectriques et les modèles 2-D pour les deux zones de prospection Mandarano et Andranomiboake sont représentés sur les figures 2, 3, 4, 5 et 6, 7, 8 respectivement. Mada-Géo n 6 Janvier 2000 11
Figure 2 : Coupe géoélectrique donnant la structure de la rive de l Onilahy au sud du village de Mandarano. Figure 3 : Modèle géoélectrique 2-D de Mandarano 1 obtenu par inversion. Figure 4 : Modèle géoélectrique 2-D de Mandarano 2 obtenu par inversion. Figure 5 : Modèle géoélectrique 2-D de Mandarano 3 obtenu par inversion. Mada-Géo n 6 Janvier 2000 12
SW Andranomiboake 1 Point A3 SEL5 SEL1 SEL2 SEL3 SEL4 NE 5m 210 111 59 54 518 328 16 534 200 56 250 22 243 (a) Andranomiboake 2 W Point A4 SELJ SELI SELH SELK SELL 55 350 2550 350 22 400 5m 410 250 425 410 8 (b) Figure 6 : Coupes géoélectriques montrant les structures aux alentours de la résurgence naturelle d Andranomiboake. E Figure 7 : Modèle géoélectrique 2-D d Andranomiboake 1 obtenu par inversion. Figure 8 : Modèle géoélectrique 2-D d Andranomiboake 2 obtenu par inversion. Mada-Géo n 6 Janvier 2000 13
Discussions Brèche de Mandarano La coupe géoélectrique représentée sur la figure 2 montre principalement trois couches superposées. - Une couche superficielle telle que : Pour la partie SSE, SE4 à SE7, les résistivités apparentes sont comprises entre 1000 et 2000 Ωm et d épaisseurs entre 1 et 5 m ; la couche correspondrait à une série de calcaires. Pour la partie NNW, stations SE10, SE9 et SE8, les résistivités apparentes sont comprises entre 220 et 680 Ωm ; l épaisseur de la couche est d environ 1m. - Ensuite, nous avons obtenu une couche conductrice de résistivités apparentes comprises entre 40 et 80 Ωm et d épaisseurs comprises entre 3 et 11 m. Cette couche, interrompue au niveau de la station SE1, pourrait correspondre à une série de calcaires marneux très fissurés. - Enfin, au-dessous de 6 à 11m, nous avons obtenu une couche plus résistante : 300 à 2000 Ωm, elle pourrait correspondre à une assise calcaire considérée comme le substratum. La synthèse des trois modèles géoélectriques à 2D, figures 3, 4 et 5 fait ressortir les caractéristiques générales de la coupe géoélectrique de Mandarano : - une couche superficielle, de profondeur inférieure à 7 m, représentée par une série de couches de résistivités apparentes variant de 200Ωm à plus de 1100Ωm. - une couche conductrice représentée par des résistivités apparentes voisines de 50Ωm et d épaisseurs variant de 2 à. - enfin, l assise calcaire est représentée par des couches ayant des résistivités apparentes supérieures à 200Ωm. La coupe géoélectrique et les modèles géoélectriques 2-D donnent, en général, la même structure. La coupe géoélectrique donne à première vue une structure à 3 terrains. Une comparaison succinte des trois modèles montre également une structure à 3 terrains. La structure donnée par la coupe géoélectrique et les valeurs de résistivités apparentes correspondent avec celles données par les modèles géoélectriques à 2-D de Mandarano. Si le substratum calcaire était fissuré, une infiltration de l Onilahy apparaîtrait, et cette infiltration serait caractérisée par de faibles valeurs de résistivités apparentes. Or, nous avons obtenu des valeurs assez élevées de résistivités : cette couche serait donc compacte. Au niveau de Mandarano 1, ce substratum se situerait en moyenne à 8m de profondeur. Celui de Mandarano 2 serait à 8m et celui de Mandarano 3 à 9m. La coupe géoélectrique et les modèles à 2-D donnent une profondeur de l assise calcaire supérieure à 14m. Pour l édification de la digue le long de l Onilahy, nous suggérons l implantation des pieux sur le substratum calcaire. Résurgence d Andranomiboake Andranomiboake 1 La coupe géoélectrique Andranomiboake 1 représentée sur la figure 6-a fait apparaître 3 couches. - La couche superficielle, peu épaisse entre 1 et 2 m de résistivités apparentes variant de 100 à 200Ωm, est constituée par du calcaire meuble altéré avec des galets décimétriques. Cette formation est intercalée par une couche très conductrice de l ordre de 20Ωm d épaisseur de 1m au niveau des stations SEL2 et SEL 4. - La deuxième couche conductrice de résistivités apparentes comprises entre 50 et 60Ωm est également du calcaire mais fissuré et contaminé par l eau d Andranomiboake. Elle est épaisse de 2m en moyenne. - La troisième couche est le substratum calcaire de résistivités apparentes comprises entre 200 et 500Ωm. Le modèle géoélectrique représente deux couches : - la première correspond à un ensemble de formations de résistivités apparentes comprises entre 280 et 480Ωm, d épaisseurs 1 à 2 m ; - la seconde est un ensemble de deux terrains de résistivités apparentes comprises entre 80 et 180Ωm. Mada-Géo n 6 Janvier 2000 14
Andranomiboake 2 Les formations d Andranomiboake 1 se retrouvent, en général, dans la coupe géoélectrique Andranomiboake 2 (figure 6-b). La couche superficielle, d épaisseur moyenne de 1m, a une résistivité apparente de 350Ωm. Elle est intercalée par deux couches : au niveau de la station SELK, une couche de résistivité apparente d environ 2500Ωm (plus résistante) et au niveau de la station SELJ une couche de résistivité apparente 55Ωm (conductrice). La seconde couche, conductrice, s arrête en fuseau au niveau de la station SELK. La dernière formation est résistante, de résistivité apparente variant de 250 à 400Ωm. Le modèle géoélectrique (figure 8) montre une forme en fuseau de la seconde couche de résistivité apparente comprise entre 10 et 50Ωm. En définitive, les coupes géoélectriques et les modèles géoélectriques 2-D d Andranomiboake ne montrent aucune structure pouvant être identifiée à des cavités susceptibles de devenir de sources d infiltration après la construction d un barrage. Récapitulation Même si nous notons des écarts entre les résistivités apparentes données par les coupes et les modèles de Mandarano et d Andranomiboake, nous pouvons dire que les résultats de résisitivités apparentes concordent avec les gammes de valeurs correspondantes aux alluvions, aux intrusions sableuses, calcaires fissurés, calcaires non fissurés [2]. (a) 200-1100Ωm 2m 50-80Ωm 6m Pour les deux sites, brèche de Mandarano et résurgence d Andranomiboake, la synthèse des structures nous donne les modèles récapitulatifs représentés sur la figure 9. Les structures des deux sites sont constituées d une succession de trois couches. Les premières couches ont des résistivités apparentes dans la gamme de 200 à 1100Ωm, et d épaisseur moyenne de 2m. Par rapport aux valeurs de résistivités des premières couches, les résistivités apparentes des deuxièmes couches sont faibles : pour la brèche de Mandarano entre 50 et 80 Ωm et pour Andranomiboake 80 et 180 Ωm. Les épaisseurs sont respectivement de 6m et 2m. Les dernières couches qui constituent le substratum ont des résistivités supérieures aux précedentes : pour la brèche de Mandarano, résistivité apparente supérieure à 200 Ωm, pour Andranomiboake, résistivité apparente comprise entre 250 et 400Ωm. L Eocène Inférieur est constitué par des calcaires de degré d altération différent. Le calcaire le plus altéré se trouve au-dessus et celui le moins altéré au-dessous. Références [1] Bésairie H., 1972, Terrains sédimentaires, Géologie de Madagascar, vol. 1, Imprimerie Nationale de Tananarive. [2] Loke M., 1999, Electrical imaging surveys for environmental and engineering studies. >200Ωm 280-480Ωm 2m (b) 80-180Ωm 2m 250-400Ωm Figure 9 : Modèles tabulaires récapitulatifs de la brèche de Mandarano (a) et de la résurgence d Andranomiboake (b). Mada-Géo n 6 Janvier 2000 15