suivant: Essais de pompage
monter: Prospection et reconnaissance des
précédent: Prospection et reconnaissance des
  Table des matières
Sous-sections
Après la délimitation de la zone à prospecter et la définition
des objectifs à atteindre, toute prospection commence par une
recherche intensive des documents déjà existants. I1 s'agit
d'abord, en première étape, de rechercher les supports
topographiques utilisables: cartes et photos aériennes
principalement.
En deuxième étape, l'hydrogéologue établit un inventaire
exhaustif des manifestations hydrauliques et des ouvrages hydrauliques
existants (dans la zone à investiguer et sur sa bordure
extérieure) ainsi bien sûr que toutes les informations en relation
avec les éléments investigués.
En troisième étape, la prospection combinée pourra être
appliquée si nécessaire. Cette prospection implique que l'on
confronte de nombreuses informations d'origines très diverses dans
le but de localiser des aquifères ou de préciser l'étendue ou le
fonctionnement (le comportement) des aquifères et les cibles
d'exploitation les plus favorables qu'ils
contiennent. Généralement, on combine ou intègre les
informations suivantes dans un modèle:
- Télédétection, photos aériennes et structures
- Géologie, lithologie, tectonique
- Géophysique
- Forages, puits, tranchées.
La télédétection permet d'obtenir divers types d'informations
sur la surface de la terre. On distingue dans un premier temps, sur
les photos satellites, les zones sèches des zones humides ou
noyées ainsi que la nature et la disposition de la
végétation. Cette dernière peut donner des informations
précieuses sur la distribution des eaux souterraines de faible
profondeur.
On recherche également, avec beaucoup d'intérêt, les structures
discontinues qui correspondent à des contacts lithologiques anormaux
ou à des "accidents" tectoniques majeurs de dimension
kilométrique.
Dans un second temps, l'étude approfondie des photos aériennes et
des cartes topographiques (si elles existent) sera consacrée à
l'observation des éléments suivants:
- nature et épaisseur des sols, végétation, eaux de surface,
réseau hydrographique et émergences;
- affleurement et lithologie: affleurements rocheux, dykes,
moraines, éboulis, terrasse, alluvions;
- linéaments structuraux: failles, zones de fissuration.
La figure 101 illustre une analyse classique d'une photo aérienne de
la partie médiane du Burkina Faso (en zone de socle). On a ajouté
sur la photo aérienne les ouvrages hydrauliques recensés. Des
sites favorables ont été identifiés en vue d'une reconnaissance
ultérieure. Ces sites sont généralement à l'intersection des
accidents majeurs.
On tente de différencier les directions structurales productives des
directions moins productives en prenant, entre autres, en compte 1a
position topographique d'un site retenu (c'est-à-dire avec son
bassin potentiel d'alimentation).
La figure 102 réunit sur une même figure interprétative les
relevés des linéaments observés sur des photos satellites et
ceux observés sur des photos aériennes.
Si toute prospection d'eau souterraine se base sur une bonne
connaissance de la géologie locale, cette dernière peut jouer
cependant un rôle plus important dans les terrains sédimentaires
que dans les zones de socle à aquifères discontinus.
Les aquifères complexes des régions d'Evian et de l'Areuse
illustrent bien le rôle de la stratigraphie, de la lithologie et de
la structure dans l'explication du comportement des écoulements
souterrains.
La figure 103 tente de reconstituer l'origine et le cheminement de
l'eau de la source d'Evian, sur la base de la géologie régionale.
Les nombreuses méthodes géophysiques actuellement
opérationnelles occupent une place importante dans la prospection et
la reconnaissance des eaux souterraines. On distingue les méthodes
appliquées sur le terrain, en surface, de celles utilisées dans
les forages de reconnaissance (diagraphie de forage).
Les principales méthodes utilisées sur le terrain sont les
suivantes :
- électriques
- électromagnétiques
- gravimétriques
- sismiques
Les méthodes électriques sont des méthodes classiques très
utilisées en hydrogéologie. Elles se basent sur la mesure de la
résistivité des formations géologiques.
Les formations géologiques possèdent très souvent des
résistivités spécifiques restant approximativement constantes,
en tous les cas localement, alors qu'elles varient considérablement
d'une formation à l'autre.
Le travail du prospecteur-géophysicien consiste d'abord à diviser
l'espace constitué par le sous-sol soumis à son investigation, en
un certain nombre de domaines séparés par des surfaces de
discontinuité. I1 s'agit ensuite de préciser l'allure de ces
surfaces, tout en indiquant la valeur moyenne des paramètres des
milieux qu'elles limitent et finalement, le géologue remplit de
matière ce cadre physique.
1) Mise en oeuvre:
On injecte du courant électrique par des électrodes (A et B) et on
mesure la distribution du potentiel (M et N). Cette distribution varie
selon la nature physique des terrains investigués.
On calcule la résistivité apparente du sol ra, figures 104 et 105.
![\begin{displaymath}
\rho_a = K \frac{\Delta V}{I}
\end{displaymath}](img163.gif) |
(6.1) |
avec:
La résistivité des formations est fortement fonction de leur
teneur en eau, figure 105 b.
2) Le sondage électrique:
Le centre du dispositif est fixe et l'on éloigne les électrodes,
augmentant ainsi la profondeur d'investigation. L'interprétation des
mesures permet de reconnaître la succession des résistivités
vraies et des profondeurs des formations profondes, figure 105c.
3) Le trainé électrique:
En déplaçant le dispositif de dimension fixe (AB, MN), on peut
étudier les variations latérales de la résistivité apparente
du sol et ainsi indirectement localiser des zones aquifères
favorables.
La figure 106a illustre les résultats d'une recherche classique de
formation aquifère dans un dépôt lacustre argilo-limoneux.
La réalisation de trainés de différentes longueurs de ligne peut
également permettre de reconnaître des zones aquifères
spécifiques, figure 106b.
On développe aujourd'hui des méthodes électro-magnétiques
toujours plus perfectionnées dans le but de s'affranchir de la
contrainte des électrodes plantées dans le sol.
Le principe consiste à mesurer la déformation de champs
électromagnétiques provoqués
artificiellement. L'interprétation de cette déformation peut
permettre d'identifier la nature des couches sous-jacentes ainsi que
la profondeur de celles-ci.
Ces méthodes (V L F, dipôle-dipôle) sont actuellement
développées dans plusieurs instituts ou entreprises. Dans le
domaine spécifique des eaux souterraines, le CHYN contribue
aujourd'hui activement à ces développements.
Dans des zones particulières, où la topographie n'influence que
peu 1a valeur de l'attraction terrestre, la gravimétrie peut se
révéler une méthode de prospection très performante,
économique et rapide.
Le principe consiste à mesurer les variations relatives de
l'attraction terrestre g dont la valeur est fonction de la densité
des roches sous-jacentes.
Récemment, cette méthode a été appliquée avec succès dans
la région de Zinder au Niger où le contraste des densités
était suffisant pour que l'on obtienne facilement l'allure du toit
du substratum, figure 107.
La sismique, dont le principe consiste à différencier les
formations sur la base de la vitesse de propagation des ondes qui les
traversent, est une méthode relativement coûteuse et lente avec
cependant des résultats souvent excellents. On applique
fréquemment cette méthode sur des sites alluvionnaires, lorsque
l'on veut connaître l'épaisseur des roches meubles sur le socle
(vitesse des sables: 600 m/s, vitesse du calcaire: 5000 m/s).
En hydrogéologie, on utilise principalement la sismique
réfraction. Cependant les progrès récents de l'informatique
autorise aujourd'hui l'utilisation de la sismique réflexion même
pour les faibles profondeurs investiguées généralement par les
hydrogéologues.
Cette technique développée dans le cadre de la recherche pétrolière est maintenant très fréquemment utilisée en hydrogéologie.
Les mesures les plus simples sont celles du PS et des profils de
résistivité obtenus à partir d'un dispositif appelé
single-point, figure 108.
Un logging classique d'un forage est généralement composé par un
log d'avancement du forage et un log des pertes de fluide de forage,
un log gamma et un caliper log.
Les résultats obtenus permettront de bien préciser les limites des
formations, leur nature hydrogéologique voire même d'évaluer la
porosité et la perméabilité des formations aquifères
identifices, figure 109. Sur la base de ces loggings et même en
l'absence de carottage, un bon plan d'équipement (position des
crépines et des tubes pleins) du forage sera relativement facile à
établir.
Réaliser des forages de reconnaissance (voire des puits ou des
tranchées) constitue une des étapes majeures d'une prospection
hydrogéologique. Le but sera double:
- confirmer et préciser les hypothèses faites à partir des
premières étapes.
- préparer les sites pour les captages d'essai ou d'exploitation.
- permettre d'étalonner la géophysique, voire de
réinterpréter des données déjà acquises.
Le forage de reconnaissance est un forage réalisé uniquement dans
un but de recherche et non d'exploitation. Suivant les conditions et
les objectifs, il peut être fait rapidement et économiquement, ou
inversement très soigneusement.
I1 permettra, outre les observations géologiques et l'étalonnage
de 1a géophysique, de reconnaître l'aquifère soit principalement
les éléments suivants:
- nature de l'aquifère
- charge hydraulique, parfois gradient
- physico-chimie et chimie de l'eau
- perméabilité par flow-meter
La réalisation de forages est un travail spécialisé qui demande
une longue expérience. Selon la nature du terrain, la nature et la
profondeur de l'aquifère, il s'agit de choisir la méthode optimale
parmi les principales suivantes:
- forage rotary (rotation de la tête et circulation de boue)
- forage à câble (outils suspendus à un câble)
- forage M F T (marteau fond de trou)
Ces méthodes sont bien décrites dans les manuels de forage, en
particulier le Detay (1993).
Dès que le forage est terminé, on procédera à son équipement
et cela en fonction de l'objectif: reconnaissance (un ou plusieurs
piézomètres, figure 110) ou essais, ou exploitation (forages de
gros diamètre, mise en place de massif filtrant).
La figure 111 illustre les 2 types d'équipement classique des
forages, l'un en aquifère meuble, l'autre en roche indurée.
I1 existe de grandes variétés de puits dont les deux exemples
suivants illustrent bien les types classiques:
A) Puits à très haute productivité, près des eaux de surface
ou dans des alluvions très étendues mais de faible épaisseur: on
réalisera un puits à drains rayonnants, figure 112.
B) Puits à faible productivité, réalisé à la main et
permettant d'atteindre de grandes profondeurs, figure 113. La
contamination de l'eau des puits sera traitée plus bas.
Le captage de sources naturelles se fait de plus en plus souvent par
des tranchées drainantes qui sont extrêmement fréquentes en
Suisse. Sur la base d'indices de surface, on creuse une tranchée
dans la direction des lignes de courants supposées.
Dès que l'on a obtenu un débit suffisant, on équipera cette
tranchée d'un drain et d'un massif filtrant. L'eau sera alors
dirigée vers une chambre de jaugeage en prenant bien soin d'éviter
toute contamination, figure 114.
I1 existe des tranchées drainantes de très grande longueur
(plusieurs kilomètres) qui sont conçues pour amener l'eau d'un
aquifère poreux, gravitairement en surface. On les appelle
généralement des foggaras. Leur entretien est très fastidieux
car il s'agit de drainer l'eau dans la zone saturée puis de la
conserver dans la tranchée ouverte jusqu'à l'air libre (attention
aux pertes).
suivant: Essais de pompage
monter: Prospection et reconnaissance des
précédent: Prospection et reconnaissance des
  Table des matières
2002-08-27