STRATEGIES D’EXPLORATION

3.3.2.1 Introduction

Dans de nombreux cas, dans des régions de roches du socle, quand les informations de caractère géologique sont, soit absentes, soit de valeur limitée, le problème est celui de la localisation d’un système de fractures suffisamment perméables ou d’une zone suffisamment altérée capables de procurer l’alimentation en eau désirée. Là où de telles éventualités sont visibles, même sur une distance limitée, les méthodes standard de géologie ou de photogéologie sont les plus efficaces et sont souvent le moyen le moins coûteux d’extrapoler les données disponibles. Là où ces phénomènes sont cachés, il est nécesaire de mettre en oeuvre un autre mode d’exploration et les concepts de théorie d’exploration peuvent servir de guide.

Heureusement, les systèmes de fractures enterrés et près de la surface tendent à être linéaires. Si les analyses tectoniques et l’interprétation photograpique ont été entreprises avec succès, on peut prévoir la direction et l’extension probables des fractures. L’exploration linéaire peut alors s’appliquer pour prévoir la localisation des fractures quand elles ne sont pas visibles. Cependant, si les fractures ne sont pas linéaires et si leurs orientations sont inconnues, un mode différent d’approche exploratoire devient nécessaire, ceci pouvant être tout simplement une série de lignes également espacées formant un quadrillage utilisé comme base de localisation des forages de reconnaissance.

Helveg (1976, 1977), Turk (1977) et Thomas (1978) offrent des exemples intéressants de méthodes directement applicables à quelques programmes d’exploration dans les roches du socle. La littérature traitant de ce sujet (Stone, 1975) souligne l’importance du mode d’approche. La sensibilité de la méthode d’exploration est particulièrement importante selon l’échelle du phénomène à rechercher. L’exemple le plus simple serait le mode d’exploration d’une petite fracture verticale. Un certain nombre de forages

verticaux exécutés selon un certain alignement devrait en théorie être nécessaire pour trouver la fracture, ce qui représente une approche coûteuse. Si les forages étaient inclinés, ou même horizontaux, (forés à partir d’un puits existant ou à flanc de colline) la probabilité de repérer la fracture serait accrue (voir section 3.3.4).

La conductivité électrique de la fracture verticale peut être détectée à partir de moyens

géophysiques appropriés sur une surface beaucoup plus vaste que celle de la fracture elle-même. Ceci peut être également vrai de ses caractéristiques électromagnétiques. Par conséquent, les méthodes géophysiques couvrent une aire de détection plus vaste qu’un forage vertical.

Pour une zone de fracture plus large, le problème consisterait à localiser la portion la plus

fracturée de cette zone. Celle-ci peut être repérée par un profil de résistivités de surface, par exemple la plus haute conductivité spécifique apparente (voir section 3.2.2.3). Si la zone en question est assez large, une ligne continue de profils peut être coûteuse et des méthodes de ‘recherche souple’ peuvent réduire substantiellement les coûts.

De telles méthodes sont potentiellement d’un coût raisonnable pour des situations où une condition locale optimum unique peut être repérée. Supposons toutefois qu’une région à l’étude ne donne aucune indication de fractures ou de systèmes avec l’examen de photographies aériennes ou d’imagerie Landsat.

Cette région peut être trop vaste pour permettre une extrapolation de réseaux de fractures à partir d’affleurements et les données sur les puits existants peuvent être trop éloignés de la zone d’intérêt.

Dans un tel cas, les études géophysiques détectant la profondeur de l’altération peuvent fournir des indices sur les systèmes de fractures sous-jacents. Si l’on s’attend, toutefois, à ce que la couche altérée ait une épaisseur variable,leprogrammede foragesen quadrillage apparaît comme la seule alternative. Le quadrillage d’exploration peut être réalisé selon toute une variété de réseaux, et il est en général

considéré comme étant plus efficace face à la plupart des situations géologiques que l’exploration au hasard, là où un programme aveugle de forages de reconnaisance est mené.

134

L’approche la plus pratique consiste à démarrer un programme selon un quadrillage très espacé et en serrant progressivement l’espacement des lignes du quadrillage dans des zones choisies au fur et à mesure que la connaissance de la région s’améliore. Une fois que ces zones ont été grossièrement délimitées, les méthodes dites ‘souples’ peuvent être utilisées.

Il convient de souligner que les stratégies ci-dessus ne sont utiles que lorsque manquent des informations géologiques détaillées ou que leur exploitation reste limitée. De telles stratégies peuvent

améliorer le pourcentage de succès d’un programme d’exploration réduit quand ce succès dépend uniquement d’une chance aveugle. Comme nous l’avons déjà exposé dans cet ouvrage, la valeur de la mise au point de bases géologiques acceptables, par le moyen de recherches géologiques, géomorphologiques ou géophysiques, est indiscutable dans toute tentative d’optimisation d’une exploration des eaux souterraines et de

programmes de mise en valeur dans des terrains à roches ignées et métamorphiques.

3.3.2.2 Méthodes types d’exploration sur le terrain

La recharge en eau souterraine de toutes les fractures s’effectue par le biais de quelques

communications avec une zone de recharge de surface ou de sub-surface (la couche altérée saturée). Si on peut reconnaître la présence des fractures en surface, celles-ci peuvent être cartographiées et leur

disposition structurale peut servir pour prévoir la position de ces zones fracturées à diverses profondeurs (voir les chapitres précédents de ce texte ainsi que Setzer, 1966). En se basant sur un examen des

affleurements, des allures topographiques (en particulier le système de ruissellement), des changements de végétation et sur la localisation des sources, il est en général possible d’établir des cartes de zones

possédant un potentiel aquifère dans divers endroits du monde (Blanchet, 1957; Boyer et McQueen, 1974;

Florquist, 1973; Lattman et Parizek, 1964).

Il faudrait porter une attention spéciale aux phénomènes géologiques et physiographiques suivants:

1) zones de fractures majeures et mineures, ou tracés linéaires et zones de brèches

2) Dépressions ou crêtes topographiques continues et non conformes aux tendances structurales régionales;

3) Zones de contact entre deux ou plusieurs types de roches;

4) Phénomènes tels que présence de pegmatites, de dikes qui contiennent féquemment des zones kaolinisées de faible perméabilité, ou zones fortement fracturées à haute perméabilité;

5) Matériaux détritiques ou meubles tels que feldspaths, pegmatites graphiques, épidotes et autres minéraux sont témoins de failles probables quand les affleurements in situ sont masqués par des recouvrements ou du sol.

Ces dernières années, les méthodes géophysiques de surface (résistivité et sismique) ont été utilisées pour identifier des zones perméables dans des roches ignées et métamorphiques profondes. Une fois que l’interprétation de la géologie de surface a été faite, et que ses relations avec les structures ont été postulées, diverses possibilités d’équipement en matériel géophysique peuvent contribuer à implanter les sites de forages. Le rôle de la géophsique dans l’exploration des eaux souterraines a déjà été exposé dans la section 3.2.2 et plus haut dans cette même section.

Comme mentionné dans ce chapitre, et dans d’autres parties de cet ouvrage, l’eau souterraine est présente dans les sols résiduels (grus, saprolithes, ‘bouillie kaolinique’, régolithe, etc.) à la base de la roche altérée, et aussi dans des fractures ou des failles en profondeur dans le bed-rock. On ne peut obtenir que très peu d’eau, cependant, à des profondeurs dépassant une centaine de mètres, à moins que les conditions structurales locales ne laissent supposer l’existence de fractures majeures et de failles

ouvertes en profondeur. (Le Grand, 1954; Mundorff, 1948; Robinson, 1976). Selon les besoins, dans de nombreuses régions, un débit d’un gallon par minute par pied de dépression du niveau dans un seul puits (ou 0,21 litres par seconde par mètre de dépression) est très bien vu et apprécié (Krupanidhi et autres, 1973).

Les roches ignées et métamorphiques sont présentes en surface ou près de celle-ci sur 20% de la surface de la terre. Pour des villages ou des habitations isolées, sans accès facile à une ressource en eau de surface,

des débits d’eaux souterraines même acquièrent une valeur décisive.

Dans certaines situations, la localisation de l’emplacement des puits doit être chosie sans pouvoir bénéficier d’investigations géologiques, structurales et géophysiques détaillées. Dans ces conditions, les meilleures méthodes semi-quantitatives existantes doivent être employées. Il faut souligner que ces données géologiques complètes sont disponibles. Le Grand (1967) a mis au point une méthode de terrain adaptée à des programmes d’exploration réduits. Bien que le débit d’un puits soit fonction de nombreux facteurs, deux conditions contribuent sur le terrain, à augmenter le nombre d’informations géologiques préliminaires afin de choisir un site de forage. Celles-ci sont 1) la topographie et 2) le ‘sol’ ou

l’épaisseur de la couche altérée. Ce dernier facteur peut être estimé par de simples interprétations géomorphologiques, ou par des levées de résistivité de surface. La méthode Le Grand est basée sur la constatation que des puits à débit élevé sont courants lorsque existe une combinaison de sols résiduels ou de couches altérées épaisses avec des zones à topographie relativement douce, et que, par contre, les puits à faible débit correspondent à une combinaison de sols ou de couches altérées peu épaisses avec des sommets de collines.

Pour souligner les chances relatives de succès dans tel ou tel emplacement, on peut formuler un taux de valeur relative en évaluant la topographie par points correspondant à chaque condition particulière de surface (Tableau 3.3.2.1).

Une approche similaire est entreprise pour évaluer l’extension d’un sol de couverture ou d’une couche altérée (figure 3.3.2.1). Le total des points obtenus est ensuite utilisé pour estimer le pourcentage de chances de succès d’une opération particulière de forage d’un puits donnant un volume de production déterminé (tableau 3.3.2.2). Il conviendrait de noter que cette méthode a été développée à l’origine dans

une région de Caroline du Nord (USA) ayant une pluviométrie annuelle dépassant 1 200 mm. Les données et les conclusions qui en ont été tirées pourront uniquement s’appliquer à des régions à pluviométrie identique.

Cependant, dans des régions à pluviométrie beaucoup plus faible et possédant des caractéristiques géologiques différentes, une approche similaire pourrait être élaborée en se basant sur les données locales et en supposant que la tectonique d’ensemble et d’autres facteurs en fassent partie.

Point de valeur en fonction de l'epaisseur du sol

Figure 3.3.2.1 Points de valeurs en fonction de l’épaisseur du sol et de la roche altérée, à prendre en compte pour la localisation d’un forage. (D’après Le Grand, 1967).

136

Tableau 3.3.2.1 Taux de valeur de points selon l’aspect topographie a utiliser pour localier des emplacements de puits

(d’après LeGrand, 1967).

Chances de succès en puurcentage pour un débit du puits ayant au moins en m3/h :

La figure 3.3.2.2 est une représentation graphique de la probabilité de certains débits selon la méthode Le Grand (1967). 11 faut souligner que le système d’estimation numérique n’a pas l’intention d’être pl-éCiS mais que des résultats similaires peuvent être attendus par un certain nombre de

chercheurs.

A mesure que l’on connaît mieux les conditions géologiques et structurales d’une région, il est

possible d’évaluer des phénomènes particuliers sans avoir recours à des guides généraux d’exploration, bien

que les résultats de l’un pourraient soutenir l’autre. Cette approche pourrait être utile au titre de

première approximation quand d’autres, comme des investigations géologiques détaillées, ainsi que nous

l’avons indiqué plus haut, ne sont pas disponibles.

Figure 3.3.2.2 Prababilité d’obtention d’un certain débit sur un puits, selon le tata1 des points de valeur (d’après Le Grand, 1967)

Exemple: un emplacement ayant 26 points, possède 8 chances sur 10 de fournir un débit d’au moins 2,27 rn” h-r.

3.3.2.3 Plan d’action intégré Introduction

Comme nous l’avons déjà exposé en détail dans les sections précédentes de cet ouvrage, l’utilisation des renseignements d’ordre photogéologique, structural, hydrologique et géophysique, pourra réduire les incertitudes dans tout programme d’exploration d’eaux souterraines. Plus on développe la connaissance géologique détaillée, plus les programmes d’exploration seront rentables. Ceci est parfaitement

réalisable si l’on emploie des procédures systématiques utilisant initialement toutes les données

disponibles, elles-mêmes suivies par la mise en oeuvre de méthodes d’investigation appropriées (voir figure 3.3.2.3).

138

I Asoects économiques et sociaux

de la mise en valeur des eaux

1

L souterraines

I

DhOtOQPaph~~Ue régionale

Etude de terrain

c ~~-

Warogéologie

Interor&tatlon hyarologique et

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au OrOgramme a e*Dloitation et a entretien

1

C’est une règle générale, admise par les géologues spécialisés en photos aériennes, les géophysiciens et les hydrogéologues, que la confirmation des observations et mesures indirectes obtenues à partir des méthodes de télédétection nécessite un contrôle de terrain. Ceci est particulièrement vrai pour les investigations géophysiques aéroportées et la photogéologie. Ces contrôles peuvent être réalisés de deux façons différentes: la première consiste à vérifier une par une chaque observation recueillie par ces levés indirects. C’est une approche coûteuse en budget et en temps. En conséquence un contrôle méthodique est plus désirable et plus approprié. Cela signifie que des échantillons de systèmes caractéristiques particuliers, ou d’un groupe de points à contrôler soient identifiés par rapport à leur groupement. Si un tel groupement, avec l’appui de vérifications au sol semble être statistiquement homogène, une cartographie indirecte de phénomènes géologiques peut être menée en confiance.

Phase 1 - Investigations: appréciation des données et leur intégration

Les cartes topographiques, géomorphiques, géologiques et hydrologiques sont des instruments de grande valeur pour des programmes d’exploration dans les régions de roches du socle. En général, toutes celles-ci ne-sont pas disponibles à la fois. Par l’emploi de la télédétection, on peut y remédier pour une bonne géologiques, hydrulogiques et agricoles, les cartes de forages, de puits, de densité de population, etc.).

a) Contrôle sur le terrain de l’étendue des types les plus importants de roches dans la zone prise en considération.

b) contrôle sur le terrain de la distribution des fractures les plus importantes;

contrôle des systèmes de dikes. Extension régionale des différents types de fractures (déformation plastique ou cassante, voir section 2.2.2.2).

c) Contrôle sur le terrain des différents types de dépôts les plus importants de sédiments non consolidés. Corrélation avec les débits potentiels des puits. Délimitation préliminaire de bassin, d’aquifère et de phénomènes structuraux.

2. - Etudes sur le terrain du système tectonique de la zone considérée.

(en liaison avec la ligne B.1.b ci-dessus). Hypothèse sur le système de déformation plastique ou cassante des roches. Chevauchements de tension et fractures de cisaillement.

Hypothèses sur la capacité d’emmagasinement de différents types de fractures.

3. - Contrôle par la géophysique des analyses tectoniques. (voir B.2 ci-dessus).

Largeur des fractures. Contrôle de la fréquence des pegmatites.

140

4. - Etudes de terrain sur la qualité des eaux. Zones à faible circulation d’eau souterraine. Présence d’eaux salées.

Phase ZZ - Investigations: évaluation sociale et géologique

Il est nécessaire, dans un but de planification, d’identifier les paramètres critiques présents dans la zone d’intérêt. Un ou plusieurs des points suivants à prendre en considération peuvent avoir un impact spécial sur la détermination de la localisation potentielle des points de forage et sur le choix des puits à mener à bien pour assurer l’alimentation en eau de la population locale:

1) Densité de population - Zones urbaines 2) Aspects sociaux - Besoins en eau 3) Géologie, tectonique et morphologie 4) Hydrologie, hydrogéologie et hydrochimie

Dans certains cas, les besoins sociaux pourraient peser plus lourd que des conditions géologiques favorables, ou que la proximitéd’un site possédant le meilleur potentiel en eau souterraine. Dans d’autres cas, les conditions géologiques l’emporteront sur les intérêts sociaux. Un compromis est habituellement établi afin de satisfaire à la fois les deux nécessités. Dans certains cas toutefois, un compromis n’est pas viable et autant les intérêts sociaux que les conditions géologiques prévaudront.

L’intégration de tous ces facteurs déterminera la zone la plus favorable pour une exploration des eaux souterraines.

Phase ZZZ - Mise en valeur de l’eau souterraine.

La phase de mise en valeur de l’eau souterraine commence une fois que sont terminées la plupart des investigations décrites ci-dessus.

Certaines décisions, cependant, sont souvent prises au fur et à mesure de l’exécution du programme de forage. La véritable disponibilité d’un certain volume d’eaux souterraines et leur qualité, combinées avec des considérations économiques concernant la conception du puits, le pompage et le système d’adduction correspondant, peuvent, s’il y a lieu, jouer un rôle non négligeable dans les implantations finales des puits.

3.3.2.4 Application de l’approche intégrée

Un exemple d’une région hypothétique a été imaginé à titre de démonstration d’une application systé- matique et de l’intégration nécessaire pour l’application des diverses méthodes exposées dans cet ouvrage.

Procédure d’évaluation

La procédure d’évaluation est illustrée dans les figures 3.3.2.4 à 3.3.2.11 qui dépeignent une série de cartes schématiques théoriques d’une région hypothétique. Il est admis que des investigations

préalables concernant la densité de population de la région et les besoins en eau, ont fourni les données représentées dans les figures 3.3.2.4 et 3.3.2.5

La région hypothétique, d’une superficie d’environ 9 000 km* est située entre 100 et 12” de

latitude Nord. C’est une plaine entourée de montagnes s’élevant de plus de 2 000 m au-dessus de celle-ci.

La pluviométrie est d’environ 400 à 500 mm par an dans la plaine et celle de la zone montagneuse d’environ 2 000 mm par an. Le climat est du type mousson avec deux saisons pluvieuses par an.

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Figure 3.3.2.4 Densité régionale de la population

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KILOMETRES

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zones d'importants besoinsen eau

KILOMETRES

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GNEISS

GNEISS FORTEMENT PLISSES

PEGMATITE METAMORPHISATION ELEVEE

” u

MIGMATITE ” ,

q

^{x * L L GRANITE}

Figure 3.3.2.6 Géalogie de la région

KILOMETRES

OVER HRUST FRACTURE DE TENSION FRACTURE DE CISAILLEMENT

RECENTE RECENTE

El

CONE D’ALLUVIONS El

DEPOTS NON CONSOLIDES

Figure 3.3.2.8 Dép&s meubles les plus importants et couches altérées

00 ^{E ’}

0

MESURES MAGNETIQUES

0 ^E

CARTE DE RESISTIVITE

0

^v MESURES PAR SOURCE RADIO A

TRES BASSE FREQUENCE

BDNNt QUALITE

un

QUALITE MOYENNE

IIIIII

QUALITE MEDIOCRE

Figure 3.3.2.10 Qualité de l’eau

Dans le document eaux souterraines des roches dures du socle (Page 131-146)