Chapitre III. Investigations géophysiques : intérêts et apport pour le projet de
1.2.3 La tomographie de sismique réfraction
La lecture des premières arrivées (ondes directes et réfractées) a permis de déterminer un premier modèle de vitesse. Ensuite, une inversion basée sur la résolution de l’équation eikonale (Watanabe et al. 1999) a permis d’élaborer le modèle final des vitesses qui se superpose à la signature sismique obtenue sur le terrain. Nous présentons sur les figures 3.31, 3.32 et 3.33 les profils de tomographie de simsique réfraction (TSR) réalisés ainsi que les profils de couverture des rayons (wavepath coverage) correspondant. La couverture des rayons renseigne sur la fiabilité d’interprétation. En fait, les zones avec une forte couverture de rayons donnent une information plus fiable et les zones avec une faible couverture impliquent qu’elles doivent être interprétées avec beaucoup de prudence (Jansen 2010). L’interprétation du profil sismique TSR1 montre la présence de trois couches (Figure 3.31). La première couche est caractérisée par une vitesse sismique comprise entre 350 et 2000 m/s avec une épaisseur qui atteint 8 m au Nord et 20 m en extrême Sud. Cette couche correspond aux rejets miniers fins. La deuxième couche est caractérisée par des vitesses sismiques modérément élevées (2000-3800 m/s) avec une morphologie irrégulière. Cette couche est attribuée aux schistes altérés. En dessous, on note la présence d’une couche à vitesse sismique supérieure à 4000 m/s qu’on attribue aux schistes sains.
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Figure 3. 31 Section de tomographie sismique TSR1 avec la couverture des rayons
Le profil TSR2 montre également trois horizons à vitesses simiques différentes (Figure 3.32). Le premier horizon caractérisé par une vitesse sismique de l’ordre de 350 à 2000 m/s et une épaisseur comprise entre 5 à 18 m. Cet horizon correspond aux rejets miniers fins. Sur le profil de couverture, cette zone est marquée par quelques trous de couverture entre les abscisses 90 et 95 m et entre 110 et 125 m. Entre les distances de 52 et 90 m, un horizon avec une vitesse sismique inférieure à 500 m/s a été mis en évidence. Il s’agit en fait des rejets miniers les plus altérés et probablement très mouillés. La couche des rejets miniers fins surmonte une couche avec une vitesse sismique moyenne de 3000 m/s, caractéristique des schistes altérés. Comme nous l’avons montré sur le profil TSR1, la limite entre les schistes altérés et sains est bien visible, notamment au niveau de la partie Nord du parc à rejets miniers. Les schistes sains offrent toujours une vitesse sismique élevée (supérieure à 3800 m/s).
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Figure 3. 32 Section de tomographie sismique TSR2 avec la couverture de rayon
L’interprétation du profil sismique TSR3 montre également l’existence des trois couches trouvées au niveau du TSR1 et TSR2 (Figure 3.33). Sur la partie NE à partir de 10 m de profondeur, une zone apparait perturbée ce qui est cohérent avec la faible couverture des rayons. Pour mieux la détailler, nous avons fait appel au profil sismique TSR0 réalisé lors d’une campagne sismique antérieure (en 2008). Ce profil montre globalement la même structure du substratum trouvé au niveau du TSR1 et TSR2. En fait, la zone altérée située au NE du profil présente la même structure que celles trouvées auparavant, aussi la présence des zones perturbées au centre du profil indiquent l’hétérogénéité du milieu (Figure 3.33).
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Figure 3. 33 Section de tomographie sismique avec la couverture de rayon, (b) TSR3 et (c)
TSR0 Interprétation électrique et sismique jointe
Dans le but d’imager le substratum des rejets miniers d’une manière succincte, nous avons adopté une interprétation conjointe des profils électriques et sismiques. La couverture des rais sismiques est superposée par transparence aux profils électriques. La figure 3.34 montre la corrélation entre le profil électrique TRE1 et le profil sismique TSR1. Sur le terrain les deux profils se coîncident. Le contact entre les schistes et les rejets miniers est à 60 m de distance. On constate que la zone de faible vitesse est bien corrélée à la couche conductrice notamment entre les abscisses 120 et 220 m. On note également que les zones avec une vitesse sismique inférieure à 350 m/s coîncident parfaitement avec les zones très conductrices (<1 Ω.m). Il s’agit des zones qui présentent par endroits des bulles de gaz (petite explosion sulfureuses).
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Cette couche correspond bien aux rejets miniers fins, la limite qui sépare cette couche des schistes altérés correspond à l’iso-valeur de 2000 m/s. Sur la section sismique, on note par endroit l’existence de quelques « couloirs » qui s’enracinent au niveau de la couche des schistes sains. Ces couloirs constituent des trajets préferentielles d’infiltration en DMA. Entre les abscisses 50 et 80 m, une zone très altérée apparait sur les deux sections. Elle pourrait être expliquée par la présence d’une fracture. La limite qui sépare les schistes altérés des schistes sains correspond à l’iso-valeur de 4000 m/s.
Sur le profil de la figure 3.34 c, nous avons présenté les différentes couches interpréteés à partir de la corrélation des profils sismiques et électriques.
Figure 3. 34 Corrélation entre le profil électrique TRE1 et le profil sismique TSR1 (a) profil
sismique interprété, (b) superposition des iso-valeurs sismiques sur le profil électrique et (c) coupe lithologique interprétée
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La corrélation entre le profil électrique TRE2 et le profil sismique TSR2 montre que la couche de faible vitesse sismique correspond bien à la zone très conductrice sur le profil électrique (Figure 3.35). Les enracinements par endroits dans les schistes sains constituent des drains priviligiés pour la circulation en DMA (Figure, 3.35 a). Vers la partie NNO du profil éléctrique entre les abscisses 40 et 60 m (Figure 3.35 b), on constate que les iso-contours de la vitesse sismique sont bien corrélés avec la la section de resistivité électrique et se matérialise par la présence d’une zone très altérée qui pourrait correspondre à une discontinuité (faille, fracture). Nous avons pris la limite de 2000 m/s comme limite des rejets miniers et la limite de 4000 m/s comme limite des schistes altérés. Une coupe lithologique interprétée à partir de l’interprétation conjointe est présentée sur la figure 3.35 c.
Figure 3. 35 Corrélation entre le profil électrique TRE2 et le profil sismique TSR2 (a) profil
sismique interprété, (b) superposition des iso-valeurs sismiques sur le profil électrique et (c) coupe lithologique interprétée
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L’interprétation du profil sismique TSR0 révèle que le contact entre les résidus miniers et le substratum schisteux se situe à 2 m vers le Nord et se prolonge selon une pente plus au moins régulière vers le Sud pour atteindre plus de 10 m (Figure 3.36). La section sismique montre aussi que les rejets miniers contiennent par endroits des bulles de gaz à vitesse inférieure à 350 m/s. Des zones très altérées sont également mises en évidence entre les abscisses 0 et 6 m et à la verticale de l’abscisse de 28 m. L’enracinement de cette zone semble être lié à un couloir fracturé ou à une faille qui affecte le substratum schisto-gréseux. Ce couloir devra donc susciter un intérêt particulier pour minimiser l’infiltration des éléments polluants issus du DMA vers la nappe phréatique.
Figure 3. 36 Profil sismique TSR0 et sa coupe lithologique interprétée
L’interprétation des données de tomographie électrique relatives au profil de Benslimane loin du parc à rejets miniers, nous a servi de profil étalon. Le substratum est bien constitué par les schistes altérés dont le toit correspond à l’iso-valeur 60 Ω.m. Cette couche surmonte celle des schistes sains (résistivité supérieure à 100 Ω.m). On constate que la structure de ce susbstratum schisteux est très irrégulière, ceci est dû à la présence d’une sorte de couloirs entre les abscisses 240 et 280 m et entre les abscisses 340 et 380 m. Ces couloirs correspondent aux failles sub- verticales notées N50° et N70° (Figure 3.37).
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Figure 3. 37 Profil électrique de Benslimane (TRE4) et sa coupe lithologique interprétée
La figure 3.38 montre une vue 3D des interprétations des profils électriques et sismiques. Cette figure a été élaborée sur la base des coupes lithologiques interprétées à partir des corrélations faites entre les profils sismiques et électriques. On constate que l’extension de la partie polluée est plus grande au niveau de la partie Est du parc à rejets miniers.
Disposant du levé topographique du parc à rejets miniers et de l’épaisseur de ces rejets estimée à partir des profils réalisés, on peut estimer le volume total des rejets miniers (Chambers et al. 2005). Pour se faire, nous avons calculé le volume des rejets miniers pour l’iso-contour de résistivité électrique 15 Ω.m (pour les profils TRE1 et TRE2). Le volume ainsi estimé pour le parc à rejets miniers Ouest est de 176 200 m3, et de 286 200 m3 pour la partie Est, soit un total de 462 400 m3.
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Figure 3. 38 Vue 3D des interprétations des profils géophysiques au niveau du parc à rejets
miniers
L’oxydation de 1 780 000 t de rejets miniers fins va générer plus de 280 000 t de sulfates. En effet, ces rejets génèrent en moyenne 2000 à 8000 mg SO4/kg/semaine, ce qui prouve que ces rejets vont continuer à produire cette pollution pendant longtemps (Hakkou et al. 2008a). Les résultats des profils électriques et sismiques réalisés au niveau du parc à rejets miniers fins montrent l’existence de structures faillées ainsi que des couloirs privilégiés pour l’infiltration du DMA, notamment au niveau de la partie Est (Figure 3.39).
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Figure 3. 39 Schéma illustrant la structure du substratum du parc à rejets miniers