INTERPRETATION GEOLOGIQUE DES DONNEES FOURNIES PAR LES FORAGES DE RECONNAISSANCE

3.3.5.1 htroduction

Dès que les résultats obtenus par les diverses méthodes géologiques et géophysiques ont été intégrés et évalués de façon aussi complète que possible, l’ensemble des informations recueillies exprime. sous forme de cartes, les conditions hydrogéologiques supposées du voisinage de la surface du sol. Cependant, il faudra noter que les méthodes d’investigations mentionnées plus haut n’aboutissent pas en général à des solutions uniques, ce qui est dans la nature des choses en géologie, et subsidiairement en hydrogéologie.

De toutes les sciences physiques, la géologie est la plus subjective, s’appuyant parfois de façon trop inconfortable sur des probabilités et sur des degrés relatifs de précision des données géologiques de subsurface et sur les éléments hydrologiques correspondants.

Dans le passé, l’exploration des eaux souterraines dans les roches ignées et métamorphiques a été

considérée comme une question de chance. Comme cela a été précédemment exposé dans ce texte, des premiers pas ont été accomplis dans l’application systématique de procédures de recherche permettant de localiser

des quantités exploitables d’eau souterraine dans ces roches du socle, sans pour autant recourir au hasard, et à des forages coûteux et inutiles (Campbell, 1979 a).

Le critère final de toute interprétation géologique intégrée, qu’elle soit conçue pour localiser un minerai particulier ou de l’eau souterraine est de forer en sub-surface pour reconnaître la troisième

dimension. Dans les forages de reconnaissance, le choix de l’emplacement est primordial, comme cela a été exposé dans la section 3.3.2.3 consacrée à une étude intégrée d’une ‘région hypothétique’ accumulant toutes les méthodes indiquées dans cet ouvrage pour l’approche du projet.

Les crédits de recherches doivent être dépensés en prenant pour base les meilleures données

géologiques disponibles. Toutefois, la chance joue encore un rôle prédominant parce que bien qu’un site

puisse apparaître meilleur qu’un autre, un choix quelconque correspond à une interprétation subjective de plus, laquelle est basée sur des interprétations subjectives antérieures faisant partie de chaque méthode d’exploration employée.

Les sites de forages de reconnaissance sont habituellement choisis selon des priorités relatives, ceux considérés comme de la plus haute priorité étant les endroits où toutes les informations géologiques laissent espérer les plus grandes chances d’atteindre une production aquifère significative et utile. Bien entendu, une production significative dans une région peut ne pas être significative et utile dans une autre. Cela dépend des volumes d’eau requis et de l’usage souhaité de l’eau extraite. De plus, une extraction importante peut être possible mais les profondeurs de pompage nécessaires peuvent être excessives, et elles le sont souvent. Il en résulte un coût élevé du forage durant son exécution et

éventuellement des coûts élevés de pompage (en dépense d’énergie) durant toute la vie opérationnelle du puits en question.

En complément de toutes ces considérations, ce sont également les prévisions de qualité de l’eau qui jouent aussi un rôle dans la sélection du site du forage (voir section 3.3.8.1).

Une fois les forages de reconnaissance réalisés, c’est à ce stade du programme d’exploration que des considérations de caractère géologique doivent être associées à des considérations socio-économiques.

C’est dans chaque région que doit être défini à quel degré ces dernières considérations régiront les premières. La figures 3.3.2.4 dans la section 3.3.2.3 (le plan d’action intégré) illustre les procédures systématiques générales à employer dans l’exploration des eaux souterraines et dans les programmes d’exploitation des régions à roches du socle en même temps que le rôle joué par les facteurs

socio-économiques critiques locaux au début comme à la fin de tels programmes.

Une fois que le site des forages de reconnaissance a été choisi, la localisation géographique précise doit être fixée dans des limites raisonnables elles-mêmes dépendantes de la complexité de l’aspect

géologique local. Tout comme les renseignements sur la nature des terrains de sub-surface sont amenés par les forages de reconnaissance, il est impératif que cette localisation soit connue afin de compléter les interprétations précédentes concernant la structure, la surface du sol, la géophysique et I’hydrogéologie.

3.3.5.2 Renseignements géologiques directs sur la sub-surface

Les puits forés, soit par le système rotary, ou par le système à percussion,produisent des

échantillons de terrain dont l’aspect, pour ce qui concerne leur interprétation géologique, dépend de divers facteurs: 1) le type de foreuse utilisée; 2) le type de trépan utilisé; 3) le type de roche forée et 4) le degré de pénétration dans la roche (Campbell et Lehr, 1973 a). La grandeur des échantillons* est importante parce que les renseignements qu’on en extrait sur le type de roche rencontrée sont d’autant plus faibles que l%chantillon est petit, et ceci,comme exposé dans les sections 2.2.4,3.3.2.2 et 3.3.4 a une incidence importante sur le débit des puits.

On dispose de deux sources fondamentales de renseignements géologiques directs disponibles pendant la réalisation des programmes de forages de reconnaissance. L’une d’elles provient du foreur sous la forme d’un relevé d’avancement. De nombreux bons foreurs établissent les divers types de relevés d’avancement souhaités. Généralement ce genre de relevé se limite: 1) à une coupe géologique simple incorporant des dénominations typiques de roches (roches ‘dure’, granite, schiste, gneiss, etc.); 2) un relevé des

vitesses d’avancement sous forme de degré de pénétration par unité de temps courante et 3) un relevé des venues d’eau avec mention des profondeurs auxquelles ces arrivées se sont produites (et souvent une estimation approximative de l’importance de la venue).

La deuxième source d’information directe sur le sous-sol provient du géologue responsable du chantier de forage et chargé d’obtenir le maximum d’informations possibles durant la mise en oeuvre du programme de reconnaissance. C’est sa responsabilité de préparer une coupe géologique détaillée à partir des

échantillons recueillis alors que le forage s’effectue. Cette tâche est souvent remplie par de jeunes

* Les géologues de langue française utilisent également le mot anglais ‘cutting’.

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géologues ayant une abondante connaissance de la géologie des roches ignées et métamorphiques. De bons rapports entre le foreur et le géologue sont le gage d’obtention de données de bonne qualité et valables.

Le foreur, qui est en général engagé par des géologues expérimentés de grade supérieur, doit être clairement averti du fait que le géologue de chantier doit pouvoir prendre toutes décisions de terrain pouvant affecter directement les tâches du foreur. Mais souvent de vieux foreurs et de jeunes géologues n’ont pas d’excellents rapports, surtout si leurs caractéristiques professionnelles nationales sont

différentes. Il incombe au géologue de chantier de se maintenir en contact étroit avec son supérieur hiérarchique, généralement un géologue ‘senior’ ou d’établir avec lui des procédures de travail claires concernant la profondeur totale du puits, l’emplacement de l’appareillage, la durée d’une journée de forage, les périodes d’arrêt, les procédures de prise d’échantillons, les taux de pénétration, etc.

A mesure que les échantillons sont extraits, que ce soit par forage à air comprimé, par forage à la boue ou par percussion, ceux-ci doivent être considérés comme une source précieuse d’information, non seulement pour le programme en cours mais aussi pour de futures recherches géologiques d’exploration minière. Les échantillons doivent être prélevés pour examen à un intervalle de profondeur ne dépassant pas 1,50 m. Un soin particulier sera apporté à la surveillance de remontée d’échantillons décelant de minces zones de quartz ou d’autres zones pouvant être d’importance primordiale pour l’interprétation des

conditions géologiques locales.

Le géologue de chantier doit, par conséquent, être parfaitement instruit de toutes les connaissances géologiques obtenues antérieurement de façon à assumer une pleine intégration des données des forages.

Si des possibilités de stockage existent, tous les échantillons, y compris ceux des sols et des alluvions, doivent être emballés et étiquetés pour l’identification du forage lui-même, la profondeur de prélèvement, la date, la correspondance avec la coupe géologique, et préparés pour leur expédition au bureau central à des fins de stockage et d’examens ultérieurs si nécessaire. Quand il n’existe pas de possibilités de

stockage, ou quand la logistique locale ne permet pas leur transfert, une méthode de stockage de terrain de ces échantillons la plus courante est la suivante: 1) on choisit un point à une certaine distance (et

direction) de la machine; 2) on y creuse des trous peu profonds (environ 20 par rangée sur une trentaine de mètres); 3) le tout est recouvert et protégé d’une mince couche de sol et chaque point est marqué d’un caillou de sorte que ces rangées de cailloux parallèles désignent l’emplacement des échantillons du forage en vue de recherches ultérieures.

Dans de tels programmes l’organisation d’excellents bureaux d’archives est nécessaire. Il est

souvent utile de préparer un bref résumé de l’historique de chaque puits joint à la coupe géologique et qui comprend des indications sur la localisation des échantillons, les lieux de stockage, etc. pour

consultation ultérieure.

Une part importante de la valeur, pour le pays concerné, de chaque programme de reconnaissance mené à terme consiste dans la possibilité d’utilisation future de données obtenues, aussi bien pour le programme en cours que pour de futurs projets concernant les eaux souterraines ou pour de futurs programmes de recherches minières.

Bien qu’il existe plusieurs types de procédures standard d’établissement de coupes géologiques de forages, la clef de leur efficacité est fonction de leur uniformité. Les unités de roches observées en affleurement dans les études de reconnaisance de terrain préalables doivent être clairement définies en concordance avec les nomenclatures géologiques habituelles en usage ou mises au point avec le personnel professionnel du pays hôte. La standardisation est toujours un problème mais celui-ci peut être résolu par une pré-planification et par une bonne coopération entre le personnel de terrain et entre les groupes multinationaux quoiqu’il existe toujours de fortes préférences de caractère national. Dans de telles circonstances un système double peut fonctionner à condition qu’un échange de définitions spécifiques se fasse dès le début des opérations (voir Unesco, 1978).

D’autres problèmes se rapportant à l’uniformité des descriptions géologiques concernent le caractère similaire de qualités subjectives telles que la couleur des roches. Dans ce cas des ?ables de couleurs

standard sont utiles. La ‘Geological Society of America’ a publié un système complet de codes numériques de couleurs qui peut être adapté à une large variété de situations régionales. Tant qu’il est possible

d’attribuer un numéro à un ton de couleur il y a de bonnes chances de retrouver cette même couleur

mentionnée par d’autres, à l’exception de ceux qui préparent une coupe géologique en portant des lunettes à verres teintés.

En complément des échantillons de forages, les carottes constituent une autre source d’information géologique directe. Bien qu’utiles, de bonnes carottes sont relativement coûteuses et elles ne sont

prélevées que lorsque les études d’affleurements sont rares ou quand des informations précises sur un type particulier de roche ou de structure sont nécessaires. Ces carottes ne doivent jamais être détruites pour d’évidentes raisons. Ici encore des procédures standard doivent être mises au point pour la description de ces carottes, leur emballage, leur identification, leur orientation. 11 est souvent utile de prendre des photographies de terrain des carottes avec un bon étiquetage pour s’assurer que leur apparence physique, leur couleur et leur texture, etc. ont été enregistrées, et ceci au cas où la carotte serait perdue, ce qui n’est pas rare.

Une source secondaire d’importantes données géologiques potentielles est la géologie de surface détaillée dans un rayon de quelques centaines de mètres autour de l’appareil de forage. Le géologue de chantier doit procéder à un levé détaillé de ce territoire, avec mention spéciale des cours d’eau

superficiels, des affleurements de bed-rock, du matériau granuleux de couverture avec sa composition, sa texture et ses relations avec le bed-rock. Bien entendu, et bien que son activité principale se concentre sur le forage lui-même, il aura de multiples occasions, pendant des périodes de réparation ou pendant d’autres courts arrêts, d’effectuer ce genre d’études, dont il peut résulter des observations importantes d’où peut dépendre le succès des opérations.

Nombre d’informtions obtenues à partir des échantillons de forages et des carottes contribuent à étalonner les données géologiques indirectes de sub-surface obtenues durant les études géophysiques à l’intérieur du forage. Bien que les renseingements géologiques directs soient utiles, ce n’est qu’une petite partie des formations rocheuses traversées qui est observée. Ce seront les informations indirectes qui contribueront à fournir des données complémentaires de valeur certaine non accessibles autrement par le géologue de chantier.

3.3.5.3 Renseignements géologiques indirects sur la sub-surface - Diagraphie” des forages Introduction

Des mesures géophysiques de diverses sortes peuvent être entreprises dans les trous de forage. Elles ont été largement utilisées dans des zones sédimentaires à des fins de corrélation géologique, d’étude de caractéristiques d’aquifères, d’estimations d’humidité, etc. (Campbell et Lehr, 1973). La plupart de ces techniques nécessitent des corrections élaborées si l’on veut en tirer des résultats valables. Dans les

zones sédimentaires l’examen géophysique des forages est habituellement complété par un relevé de calibrage qui mesure de façon continue le diamètre du trou sur toute sa longueur. Toutes ces techniques peuvent être adaptées aux zones de roches dures, mais leur portée est quelque peu différente et, dans de

nombreux cas, plus limitée.

Il existe un certain nombre de techniques d’examens de trous de forages qui aident le géologue de chantier à déterminer les caractéristiques géologiques de sub-surface et les zones aquifères. Les diagraphies obtenues ont été utiles pour clarifier des interprétations de la structure locale et pour contrôler le comportement du système aquifère souterrain (Bardhan, 1973; Zublin, 1964; Keys, 1968;

Pirson, 1968; Emerson et Webster, 1970).

*Les hydrogéologues de langue française utilisent couramment les mots anglais ‘log’ et ‘logging’ pour coupe, profil et diagraphie

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Un programme standard de diagraphie de forage peut consister en un relevé de calibrage et des profils de polarisation spontanée (P.S.), de résistivité, de température et de carrottage aux rayons gamma

naturels. D’autres profils peuvent être établis pour répondre à des exigences particulières. Il convient de noter, qu’à l’exception du profil de rayons gamma naturels, les autres diagraphies ne sont possibles que si faible que cela vaut la peine de considérer un programme minimum de diagraphie comme partie intégrante de tout programme de forage (Linck, 1963).

Profil de polarisation spontanée

Le profil le plus simple à établir est celui de la polarisation spontanée (P.S.) qui relève la différence de potentiel électrique de divers points dans le trou par rapport à un point fixe en surface. Si le trou est plein d’eau, le profil est simplement relevé en descendant une électrode en plomb dans le trou. Des modifications caractéristiques du potentiel électrique, visibles sur la courbe d’enregistrement continu de P.S. indiqueront en général la présence de fissures ou de fractures. Cependant, pour des forages dans les roches du socle toutes les fissures et fractures ne se relient pas à des anomalies de polarisation spontanée.

Dans des régions de roches dures l’utilité de la P.S. se rapporte à la connaissance de différents

électrolytes contenus dans l’eau souterraine. Dans un puits, l’eau souterraine d’une fracture peu profonde peut être substantiellement différente par ses caractéristiques ioniques d’une eau provenant de fractures plus profondes, ce qui peut être l’indice d’une absence de communications entre elles, ou des origines de recharge différentes, ou des temps de séjour dans l’aquifère différents, etc. (voir figure 3.3.5.1).

Profil de résistivités

Le profil à un seul point peut être obtenu, soit en mesurant la résistance au contact de la

paroi du forage avec une électrode actionnée par un ressort appuyé contre elle, soit par la mesure des variations de courant passant de l’électrode vers le terrain environnant lorsqu’un voltage constant est envoyé entre celle-ci et une électrode fixe généralement placée à la surface du sol. Un exemple de profil de résistivité à un seul point est montré dans la figure 3.3.5.1 (Patten et Bennett, 1963).

Dans une mesure à électrodes multiples un ensemble de quatre électrodes, deux pour le courant et deux pour la mesure de potentiel, installées à poste fixe dans une sonde ou une tige, est descendu dans le trou et la résistivité apparente (voir section 3.2.2.3) mesurée par ce dispositif peut être enregistrée de

façon continue. Selon l’écartement des électrode, il s’agira de sondes de résistivité courtes ou longues.

Une sonde longue aplanira les variations mineures des résistivités, tandis qu’une sonde courte sera plus utile si on désire les noter. De même que pour les profils de P.S., les informations les plus valables qui peuvent être obtenues par des mesures de résistivité concernent la présence de fissures et de cassures (Guyod, 1966; Keller, 1967).

Projïl de conductivité électrique

La conductivité de l’eau douce est très sensible à de petites quantités de sels dissous et, de ce fait, il est souvent plus pratique d’exprimer les résultats de carottages électriques en valeurs de conductivité plutôt qu’en celles de résistivité. Bien que la conductivité soit mathématiquement simplement l’inverse de la résistivité, un profil de conductivité peut conduire à une représentation plus claire dans certaines portions de trou ayant une faible résistance électrique, et peut, en conséquence, révéler la présence d’eau souterraine plus facilement que par le profil des résistivités (Blankennagel, 1968).

Projïl de rayons gamma naturels

Le profil de rayons gamma naturels, pour lequel les radiations gamma des roches sont enregistrées

distincte peut être produite. Si on la compare ensuite à la coupe géologique du géologue de

chantier, on peut y gagner une importante information. Pour la seconde, le profil de rayons gamma peut servir à identifier des déplacements de fluides derrière le tubage (Killiov, 1966). L’emploi des profils de rayons gamma est un outil servant à des tests de traceurs à l’intérieur du trou (Marine, 1980).

Profils à neutrons

Dans le profil à neutrons, une source de neutrons est descendue dans le trou pour provoquer une radioactivité artificielle des roches perforées. Un détecteur, placé à une certaine distance de la source et abrité de façon appropriée de ses propres radiations directes, mesure la radioacticité induite au fur et a mesure de la lente descente de l’appareil détecteur-source dans le trou. Une vitesse relativement lente est essentielle afin qu’une certaine radioactivité soit induite dans la

roche. Selon que l’on mesurera la radiation secondaire de neutrons ou la radiation gamma émise par la roche, on obtiendra un profil dit de ‘neutron-neutron’ ou de ‘neutron-gamma’ (Agence Internationale de I’Energie Atomique - AIEA - 1971).

Une caractéristique importante des profils de radioactivité est que ceux-ci peuvent être obtenus

aussi bien dans des trous tubés que dans des trous nus, étant donné que les rayons gamma ou les rayons de

Figure 3.3.5.1 Profils de diamétreur, polarisation spontanée (P.S.) et neutrons-neutrons (de gauche à droite sur le croquis) à Clear Creek, Colorado (Keys, 1970). Réproduit avec l’aimable autorisation du Service Géologique du Canada.

Profils de calibrage

Il existe plusieurs types d’appareils pour établir des profils de calibrage. Le matériel usuel comprend un système à trois bras ou trois roues qui obéit aux changements de diamètres dans le trou.

De tels changements s’ils sont brusques indiquent des failles ouvertes remplies de matériel granuleux, des zones de fractures ou un contact entre deux unités de roches de texture différentes qui peuvent

De tels changements s’ils sont brusques indiquent des failles ouvertes remplies de matériel granuleux, des zones de fractures ou un contact entre deux unités de roches de texture différentes qui peuvent