Tomographie de résistivité électronique dipôle pour la caractérisation des veines de quartz aurifères dans la zone de Garoua Sambé (Est-Cameroun)

Apport de la méthode électrique dans la prospection minière


Mémoire (de fin d'études), 2020

92 Pages


Extrait

TABLE DES MATIERES

FICHE D’AUTHENTIFICATION DE L’ORIGINALITE DU TRAVAIL

FICHE DE CERTIFICATION DES CORRECTIONS APRÈS SOUTENANCE

DÉDICACES

REMERCIEMENTS

TABLE DES MATIERES

LISTE DES FIGURES ET AUTRES ILLUSTRATIONS

LISTE DES TABLEAUX

LISTE DES ANNEXES

LISTE DES ACRONYMES ET SYMBOLES

LISTE DES ABREVIATIONS

RESUME

ABSTRACT

0. INTRODUCTION GENERALE
0.1. CONTEXTE DE L’ÉTUDE
0.2. PROBLEMATIQUE
0.3. OBJECTIF
0.4. PLAN DE L’ÉTUDE

CHAPITRE I: GENERALITES
1.1. Présentation du lieu de stage: Le Processus de Kimberley (PK)
I.1.1. Historique du PK
I.1.2. Les Missions Du Processus De Kimberley
I.1.3. Présentation du SNPPK au Cameroun
I.2. Présentation de la zone d’étude
I.2.1. Situation géographique
I.2.2. Géographie humaine
I.2.3. Géographie physique
I.2.4. Contexte géologique et tectonique
I.3. Généralités sur la revue de littérature
I.3.1. Rappels théoriques sur la méthode électrique
I.3.2. LA TOMOGRAPHIE ÉLECTRIQUE
A. Présentation de la tomographie électrique
B. Protocole de mesure de la tomographie électrique 2D : cas du dispositif dipôle-dipôle
I.3.3. Propriétés électriques des roches et des matériaux
I.3.4. Profondeur d’investigation

CHAPITRE II: MATERIELS, METHODE D’ACQUISITION ET TRAITEMENTS DES DONNEES
II.1. Matériels d’acquisition des données
II.1.1. Le résistivimètre 4point light 10W
II.1.2. Le GPS Garmin 12
II.1.3. Matériels des traitements des données
II.2. Méthode d’acquisition des données d'imagerie 2D
II. 3. Traitement des données

CHAPITRE III: RESULTATS ET INTERPRETATIONS
III. 1. Interprétations des profils de trainées
III.2. Interprétations des tomographies de résistivités
III.2.1. Interprétation géophysique des tomographies
III.2.2. Contribution à l’interprétation géologique des sections géoélectrique issue dela tomographie électrique

CONCLUSION GENERALE

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

ANNEXES

REMERCIEMENTS

Je remercie tout d’abord l’éternel Dieu tout puissant, pour le souffle de vie et tous les bienfaits qu’il m’accorde, car c’est par sa grâce et sa volonté que ce travail trouve son existence.

Je remercie le Professeur IDRISSOU ALIOUM, Recteur de l’Université de Maroua pour l’attention particulière qu’il attache à notre formation.

Je remercie bien évidemment le Professeur LOURA BENOIT, actuel Doyen de la Faculté des Mines et des Industries Pétrolière. Je remercie également le Professeur NGO BUM Elisabeth ex-Doyen de la Faculté des Mines et des Industries Pétrolières de l’Université de Maroua pour ses multiples conseils et encadrement durant toute notre formation.

Je remercie plus spécialement le Professeur NGOS III Simon, Chef de Département de d’Exploration Minières Pétrolières et Ressources en Eau de la Faculté des Mines et des Industries Pétrolières pour ses enseignements, ses soutiens moraux, ses encadrements et ses multiples conseils.

Mes plus vifs remerciements au Dr NGUIMBOUS KOUOH jean jacques mon encadreur académique pour sa disponibilité, son esprit d’analyse, ses conseils, ainsi que son grand apport dans la rédaction et l’amélioration de ce travail ;

Merci à tous les enseignants de la faculté des mines et des industries pétrolières de l’Université de Maroua, en particulier ceux du département de l’Exploration Minières Pétrolières et Ressources en Eau ; Dr GOUET Daniel Herve, Dr DOMRA Kana Janvier, M. ANDRE Mbabi Bitchong, Dr ABOLO Alexis, pour leurs enseignements et pour leurs multiples conseils sans lesquels ce travail ne serait élaboré.

Toute ma gratitude à l’endroit des responsables du Processus de Kimberly et particulièrement à l’ Ingénieur ELOUNG NNA Daniel Mackaire Secrétaire National permanant du Processus de Kimberley pour l’opportunité qu’il m’a offert en me donnant accès à sa structure. Ma profonde gratitude s’adresse aussi à M. NDONGUE Constantin Mauris mon maître de stage pour sa patience, ses conseils, sa bonne humeur et son guide dans la rédaction de ce rapport dans la structure où il en a la responsabilité. Et plus loin encore il mon permis de prendre la température complexe du milieu professionnel.

Ma reconnaissance va également à mes camarades stagiaires qui m’ont rendu le climat favorable par leur esprit positif faute de quoi je ne serais jamais à la hauteur de ce stage.

Je remercie d’une façon spéciale toute ma famille et mes amis pour les efforts aménagés pendant ma formation et pour tous leurs encouragements.

LISTE DES FIGURES ET AUTRES ILLUSTRATIONS

Figure 1: Localisation du siège du SNPPK à Yaoundé au Cameroun

Figure 2: Organigramme provisoire du SNPPK au Cameroun

Figure 3: Carte de localisation représentant la zone d’étude

Figure 4: Esquisse géomorphologique de la Zone d’étude représentant la zone d’étude encadrée en rouge

Figure 5: Carte géologique (Touveron, 1953 modifier) représentant la zone d’étude encadrée en jaune

Figure 6: Carte représentant les Linéaments (A) représentant la zon d’étude encadrée en rouge et le Stéréogramme des fracturations de directions (B)

Figure 7: Photos présentant les Vacuoles d’altération hydrothermale dans le quartz (a), l’Orpaillage artisanal sur veine de Quartz(b), l’Orpaillage artisanal sur alluvion (c) et la Station de lavage artisanal (d) (SNPPK, 2020)

Figure 8: Zone d’influence du courant continu injecté dans le sol

Figure 9: Principe de mesure de la résistivité apparente - Dispositif de Schlumberger

Figure 10: Arrangement des électrodes pour une acquisition 2D et séquence de mesure pour un dispositif dipôle-dipôle (Maresco, 2008),

Figure 11: Schéma comparatif des densités des données de trois dispositifs (Maresco 2008)

Figure 12: Résistivité des roches et des minéraux (Loke, 2011)

Figure 13: Dispositif d’acquisition du résistivimètre 4point light 10W (SNPPK, 2020)

Figure 14: (a)- Résistivimètre 4point light 10W ; (b)-levés sur le terrain ( SNPPK en 2016)

Figure 15: Carte de localisation des lignes A3, A6, A10 et A13 sur le terrain

Figure 16: Arrangement des blocs utilisés en modèle 2D avec les points de données de la ligne A3 dans la pseudo-section

Figure 17: Étapes du traitement des données d’imagerie électrique 2D

Figure 18: Profils des trainés de la ligne A3

Figure 19: Profils des trainés de la ligne A6

Figure 20: Profils des trainés de la ligne A10

Figure 21: Figure : Profils des trainés de la ligne A13

Figure 22: Profils des trainés de la ligne MAMA

Figure 23: Présentation de l'inversion de la tomographie 2D de la ligne A3 dans Res2Dinv

Figure 24: Présentation du résultat de l'inversion de la tomographie 2D de la ligne A3 avec model de topographie dans Res2Dinv

Figure 25: Présentation de l'inversion de la tomographie 2D de la ligne A6 dans Res2Dinv

Figure 26: Présentation du résultat de l'inversion de la tomographie 2D de la ligne A6 avec model de topographie dans Res2Dinv

Figure 27: Présentation de l'inversion de la tomographie 2D de la ligne A10 dans Res2Dinv

Figure 28: Présentation du résultat de l'inversion de la tomographie 2D de la ligne A10 avec model de topographie dans Res2Dinv

Figure 29: Présentation de l'inversion de la tomographie 2D de la ligne A13 dans Res2Dinv

Figure 30: Présentation du résultat de l'inversion de la tomographie 2D de la ligne A13 avec model de topographie dans Res2Dinv

Figure 31: Présentation de l'inversion de la tomographie 2D de la ligne MAMA dans Res2Dinv

Figure 32: Présentation du résultat de l'inversion de la tomographie 2D de la ligne MAMA avec model de topographie dans Res2Dinv

Figure 33: Coupe géologique schématique du profil A3

Figure 35: Coupe géologique schématique du profil A10

Figure 37: Coupe géologique schématique du profil MAMA

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1: Méthodes géoélectrique a courant continue (Loke, 2014)

Tableau 2: Dispositifs de mesures (Loke, 2014 modifier)

Tableau 3: Caractéristiques des différents dispositifs Wenner, Wenner-Schlumberger et dipôle-dipôle

Tableau 4: Tableau des coefficients pour estimer la profondeur d’investigation du dispositif d’électrodes dipôle-dipôle (D’après Edwards 1977,)

Tableau 5: Information détaillées par ligne

Tableau 6: Caractéristiques de certaines formations géologiques des profils

LISTE DES ANNEXES

Annexe 1: Coupe géologique schématique du profil A6

Annexe 2: Gamme des résistivités des principaux matériaux géologiques (Palacky 1987)..

Annexe 3: Coupe géologique schématique du profil A13

Annexe 4: Arrangement par blocs utilisés en modèle 2D avec les points de données de la ligne A13 dans la pseudo-section

Annexe 5: Exemple d’élimination des mesures douteuses sur le profil A13

Annexe 6: Représentation des profils des trainés A3 et A6 pour des valeurs de n=1

Annexe 7: Superposition latéral de nos profils A3, A6, A10 et A13 dans Oasis Montaj

Annexe 8: Corrélation entre les veines de quartz sur les profils en amont de Tissanda

Annexe 9: Sensibilité relative d’arrangement par blocs utilisés en modèle 2D avec les points de données de la ligne A13 dans la pseudo-section

Annexe 10: Province minière de L’Est-Cameroun

Annexe 11: Représentation du format 2D dans Res2Dinv

Annexe 12: Représentation des cuirasses et des regolithe de Quartz sur le terrain

Annexe 13: Représentation d’une veine de quartz(A) et prise des donnees GPS (B) sur sur le terrain

LISTE DES ACRONYMES ET SYMBOLES

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LISTE DES ABREVIATIONS

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RESUME

La technique de tomographie électrique est la reconnaissance multi-dimensionnelle des propriétés électriques intrinsèques du milieu étudié. En géophysique, cette technique permet de traduire les données acquises en surface ou en subsurface en une image interprétable en termes géologique. L’investigation dans la zone de Garoua Sambé a été mené pour l’identification des veines de quartz aurifères par la technique de tomographie de résistivité électrique dipôle-dipôle qui n’avait pas encore été réalisé dans cette zone. Au total cinq profils ont été réalisés avec des distances entre les mesures de 5m et 7,5m et dont les résistivités apparentes varient de 116.06 à 499503.25 Q.m. Les trainées électriques obtenues dans ce mémoire fourni des informations sur les variations latérales des contrastes électriques de résistivités. La tomographie nous a permis de mettre en évidence de multiples veines de quartz issues des liquides résiduelles de la cristallisation magmatique des granitoïdes panafricains ou orthogneiss de la Kadeï dans les rejets des failles. L‘ensemble de ces résultats a permis de dresser les coupes géologiques schématiques de chaque profil.

Mots clés : Tomographie électrique, Résistivité, Dipôle-Dipôle, Profils, Veine de quartz.

ABSTRACT

The electric tomography technique is the multi-dimensional recognition of the intrinsic electrical properties of the medium studied. In geophysics, this technique makes it possible to translate the data acquired on the surface or in the subsurface into an image that can be interpreted in geological terms. The investigation in the Garoua Sambé area was carried out for the identification of gold-bearing quartz veins by the dipole-dipole electrical resistivity tomography technique which had not yet been performed in this area. A total of five profiles were produced with distances between the measurements of 5m and 7m and whose apparent resistivities vary from 116.06 to 499503.25 Q.m. The electrical trails obtained in this thesis provide information on the lateral variations of the electrical contrasts of resistivities. The tomography allowed us to highlight multiple quartz veins resulting from the residual liquids of the magmatic crystallization of the Pan-African granitoids or orthogneiss of the Kadeï in the releases of the faults. All of these results made it possible to draw schematic geological sections of each profile.

Keywords: Electrical tomography, Resistivity, Dipole-Dipole, Profiles, Quartz vein.

0. INTRODUCTION GENERALE

0.1. CONTEXTE DE L’ÉTUDE

De nos jours, le Cameroun est devenu une destination attrayante pour le développement des projets miniers par des entreprises internationales. Ces sociétés ciblent les divers produits minéraux qu’il regorge à savoir : la bauxite, le fer, le cobalt, le nickel, l'uranium, le manganèse, le rutile, l'or, le diamant et les substances de carrières (Newman, 2008). Le Cameroun se voit ainsi atteindre son émergence d’ici 2035 en développant ce secteur via la valorisation de ces substances utiles (Braux et al., 2013).

La région de l’Est Cameroun est une vaste province minière. Elle fait l’objet de nombreux travaux de recherches et d'exploitations de pierres précieuses et de minéraux utiles dont l’or depuis les années 1930. Plusieurs estimations de ressources et réserves aurifères ont été publiées sur la base de production (CAPAM, 2015).

Des résultats des récents projets d’exploration dans la zone de Batouri ont par ailleurs relevé des teneurs en or de l’ordre de 66g/t dans les échantillons de roches prélevés dans les puits et forages réalisés dans la zone de cisaillement. De plus, les teneurs en or de plus de 2g/t ont été signalé dans les quartzs à hématite prélevé dans les chantiers artisanaux des zones de Dja, Mama, et Mbougmama (African Aura Mining, 2009).

0.2. PROBLEMATIQUE

Aucune donnée géophysique des récents projet d’exploration n’est disponible dans la zone de Garoua Sambé ou du moins jusqu’à nos jours, demeure extrêmement rare. Dès lors les limitent et l’extension de la minéralisation aurifère primaire dans les veines de quartz sont mal connu. Ainsi, pour mieux articuler des recherches dans cette zone, une réflexion profonde et des contributions dans la modélisation des zones potentiellement intéressantes par des méthodes géophysique comme les méthodes DC et en particulier les techniques de tomographies électriques sont indispensables, d’où l’intérêt de notre travail.

0.3. OBJECTIF

L’objectif principal de ce mémoire est la caractérisation des veines de quartz aurifère dans la zone de Garoua Sambé

Pour parvenir à l'objectif général, les différents sous-objectifs suivants ont été réalisés :

- La détermination d'un intervalle de résistivités caractéristiques pour chacun des types des formations géologiques (dépôts meubles et roches) rencontrés dans la région d’étude ;
- La localisation et la caractérisation probable des différentes formations dans la zone prospectée non seulement par des résultats des trainées électriques mais également à l’aide des pseudo-sections des résistivités obtenues par inversion dans le logiciel RES2Dinv de cinq profils électriques ;
- La réalisation les coupes géologiques schématiques de chaque profil par les résultats de tomographie contribuant à la cartographie de la surface du socle rocheux.

0.4. PLAN DE L’ÉTUDE

Ce document est subdivisé en trois chapitres: Le premier chapitre présente la structure d’accueil du stage et la zone d’étude, par la suite les notions de base sur lesquels repose le calcul de la résistivité électrique en courant continu. Il traite de façon relativement claire la méthode de tomographie électrique, les différentes géométries d'acquisition de résistivité électrique, les propriétés électriques des matériaux, les avantages et les limitations de cette technique.

Le deuxième chapitre nous présente les matériels, les méthodes ainsi que les différentes phases de traitements de nos données de tomographies.

Le troisième chapitre quant à lui nous présente les résultats et les interprétations de nos données à partir de la technique de tomographie électrique dans le cadre de la détermination de nos veines de quartz aurifère.

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CHAPITRE I : GENERALITES

I.1. Présentation du lieu de stage : Le Processus de Kimberley (PK)

Le Processus de Kimberley en abrégé PK est un forum de négociation international tripartite réunissant les représentants des États, de l’industrie du diamant et de la société civile depuis mai 2000 avec pour objectif de prévenir l’entrée des diamants de conflits dans le marché international.

I.1.1. Historique du PK

Conclu en 2000 et entré en vigueur en 2003, le processus de Kimberley représente une réaction remarquablement rapide à une campagne lancée par les ONG (Global Witness et Partenariat Afrique Canada principalement) dès 1998, après les guerres civiles qui ont affecté certains pays producteurs de diamants, comme l’Angola, la Sierra Leone ou le Liberia.

Cet accord volontaire conclu entre une quarantaine d’États producteurs, exportateurs et importateurs de diamants, vise à bannir du commerce international les diamants bruts provenant de zones affectées par des guerres, civiles ou autres, ou des tentatives de sécession. Le but est de moraliser le commerce, et en même temps de tarir une source de revenus pour les mouvements rebelles et sécessionnistes, voire de décourager des tentatives de guerre civile ou de sécession qui seraient inspirées par la volonté de contrôler des régions de productions et d’accaparer les revenus de la production des diamants.

En République du Cameroun, il est représenté sous la dénomination de Secrétariat National Permanent du Processus de Kimberley (SNPPK) qui est une structure qui représente l’État du Cameroun auprès dudit processus. Le Cameroun entre au processus de Kimberley depuis le 22 Août 2012 et fait partie des a 54 pays membre de ce processus.

I.1.2. Les Missions Du Processus De Kimberley

Le PK placé sous l’autorité du secrétaire national permanant il a des missions de forme multiple à savoir :

- Coordonner les activités des services et organes impliqués dans la mise en œuvre du Processus de Kimberley ;
- Suivre la traçabilité de la production nationale de diamants destinés à l’exportation et des échanges de diamants ;
- Délivrer les certificats attestant la conformité des diamants à exporter ;
- Détenir les certificats du Processus de Kimberley, enregistrés à l’importation et confirmer leur réception aux autorités d’exportation compétentes ;
- Tenir à jour une base des données sur tous les mouvements de diamants à l’exportation et à l’importation ;
- Rédiger un rapport mensuel sur tous les certificats aux fins de vérification ;
- Fournir aux autorités de contrôle et de suivi du Processus de Kimberley des statistiques périodiques conformément aux exigences du Système (trimestrielle ou semestrielle) ;
- Assurer la gestion administrative et financière du Secrétariat National Permanent ;
- Élaborer les plans d’actions et programmes d’activités du Secrétariat National Permanent ;
- Préparer le budget de chaque exercice soumis à la validation du Comité de Pilotage ;
- Élaborer les rapports d’activités ;
- Mettre en œuvre des résolutions du Comité de Pilotage ;
- Organiser le volet matériel des sessions du Comité de Pilotage ;
- Exécuter toutes autres tâches à lui confiées par le Comité de Pilotage

I.I.3. Présentation du SNPPK au Cameroun

- Situation géographique du siège du SNPPK au Cameroun

Le Secrétariat National Permanent du Processus de Kimberley (SNPPK) au Cameroun se trouve dans la région du centre. Il est situé dans le département du Mfoundi dans la ville de Yaoundé en face du stade omnisport.

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Figure 1 : Localisation du siège du SNPPK à Yaoundé au Cameroun

- Organisation et fonctionnement du SNPPK Le Secrétariat National Permanent du Processus de Kimberley (SNPPK) en République du Cameroun est une structure qui représente l’État du Cameroun auprès dudit processus. Son organisation et son fonctionnement sont encadrés par la législation et la règlementation en vigueur. Toutefois ce dispositif semble être limité, ce qui génère en termes de palliatifs des pratiques organisationnelles et fonctionnelles quasi informelles et parfois inconsistantes, au regard des exigences organisationnelles en la matière. Il importe donc de présenter le dispositif organisationnel et fonctionnel de ladite structure.

À l’état actuel, le SNPPK dispose de cent trois (103) postes de travail. Son fonctionnement est encadré par les dispositifs législatifs et réglementaires que sont : le Code des Douanes de la CEMAC ; le Code Minier du Cameroun arrêté n° 002102/MINMIDT/CAB du 4 juin 2012 fixant les modalités d’exportation, d’importation et de commercialisation des diamants bruts ; le Décret n°2011/3666/PM du 02 novembre 2011 portant création, organisation et fonctionnement du système de certification du processus de Kimberley en République du Cameroun ; l’arrêté n°002104/MINMIDT/CAB/CJ du 08 juin 2012 portant création, organisation et fonctionnement du Comité chargé de la mise en place du système de certification du Processus de Kimberley en République du Cameroun.

Au plan opérationnel, le dispositif organisationnel et fonctionnel du SNPPK se présente ainsi qu’il suit : le sommet stratégique composé du Comité chargé de la mise en place du système de certification du processus de Kimberley au Cameroun, le Cabinet du Secrétaire National Permanent du Processus de Kimberley, la ligne hiérarchique composé du Bureau de Traçabilité et de Contrôle Interne (BTCI), Bureau d’Évaluation et d’Expertise des Diamants Bruts (BEED), les services d’appui logistique composé du service des ressources humaines et des services financiers, le centre opérationnel composé des points focaux.

La figure 2 illustre l’organigramme provisoire du Secrétariat national Permanent du Processus de Kimberley au Cameroun.

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Figure 2 : Organigramme provisoire du SNPPK au Cameroun

I.2. Présentation de la zone d’étude

I.2.1. Situation géographique

L’étude a été menée dans un site situé au Nord-Ouest de la ville de Batouri entre la localité de Garoua Sambé et Mboungmama. Ce regroupement est situé dans l’arrondissement de Batouri, département de la Kadeï, région de l’Est Cameroun. La localité se trouve dans le domaine du massif forestier de l’Est Cameroun.

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Figure 3 : Carte de localisation représentant la zone d’étude

I.2.2. Géographie humaine

La Ville de Batouri est une cité cosmopolite majoritairement peuplée par les Kako, Mbororo, Gbaya, Peuls, Maka et autres ethnies du pays. Les tribus locales (Kako et les Mbororo) pratiquent une agriculture de subsistance basée sur la culture du manioc, les élevages domestiques (ovins et caprins) et le nomadisme bovin. Elles vivent en parfaite harmonie avec les réfugiées centrafricains et autres citoyens du monde installés pour diverses activités telles que la foresterie, l’orpaillage, la recherche minière et les programmes (ONG et religieux).

Les activités économiques les plus propices de la zone est le commerce. Les cultures de rentes sont le tabac, la canne à sucre et l’hévéa. La foresterie, l'artisanale minier manuel et mécanisée sont en expansions.

Batouri est relié à la capital Yaoundé par la voie routière N10 longue d’environ 411 Km dont 82 Km de route non bitumée jusqu’à Bertoua doté d’un aérodrome pouvant accueillir des aéronefs et d’un important tracé routier qui desservent plusieurs villes pays et la sous- région Afrique centrale ; c’est un point de départ des routes qui mène à Berberati (RCA), 206 km à l’Est et à Ouessso (République du Congo) via Yokadouma puis Mouloundou respectivement à 186 km et 406 km au Sud-Est (Sources : catalogue des routes classées du Cameroun, 2011). Bien paralyser par le délestage électrique récurrents, la ville est couverte par tous les réseaux mobiles GPRS 2G/3G connus au Cameroun.

I.2.3. Géographie physique

La zone d’étude correspond à la zone climatique du front intertropical (FIT), zone de variation de la mousson, courant d’air océanique humide et de l’harmattan courant d’air continental sec et stable cette variation du FIT fait de la latitude Batouri une zone de transition entre les végétations de forêt du Sud et de Savane du Nord. Dans la ville, il règne un climat subéquatorial dû à l’influence de la forêt congolaise. Les températures sont constantes autour de 25°C, la moyenne annuelle des précipitations est de 1524 mm avec des pics de 2500 mm au mois d'octobre.

La zone d’étude se situe au nord de la ville de Batouri, dans la savane de type guinéenne de plus en plus sèche à mesure que l’on s’éloigne vers le septentrion. Une végétation de foret à feuillage caduc s’observe tout de même dans les vallées irriguées et en bordure des pentes abruptes qui jonchent les collines.

La géomorphologie de la région appartient au vaste plateau du Sud-Cameroun d’altitudes variant entre 600 m et 800 m, mis en place à la fin de l’Éocène (Segalen, 1967). Cette zone est caractérisée par un relief résiduel au-dessus du quelle beigne plusieurs fragment de quartzs issus de la fracturation des veines (filons de quartz) en dessous qui est mélanger à plusieurs matériels meubles, comme de la poussière ou de la terre (régolithe de quartz), fait de collines légèrement arrondies parfois rompus par des affleurements granitiques aux bancs incisés qui s’érigent dans le paysage comme des icebergs. Ce relief est la conséquence de la fracturation du substratum et du drainage des eaux superficielles qui l’ont sculpté pour façonner un réseau hydrographique dense et dendritique. Mama, Wabo et Mbougmama sont des affluents de la Kadeï, principale collecteur des eaux superficielles de la régionales de la région et fleuves du vaste bassin du Congo. Le nord de Batouri, dont se trouve notre zone d’étude est caractérisé par des sols peu développés de couleurs rouge, gris, brun à brun-jaunâtre dont la structure varie en fonction de la topographie ; ce sont des sols latéritiques dont le lessivage de la partie argileuse a laissé paraître des nodules latéritiques et des cuirasses ferralitiques sur les plateaux et les interfluves (Surface comprise entre deux talwegs voisins et comprenant donc deux versants appartenant à deux vallées différentes) des collines peu fertiles et constituent un obstacle à l’excavation lors des activités d’exploitation et d’exploration minières de l’or primaire.

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Figure 4 : Esquisse géomorphologique de la Zone d’étude représentant la zone d’étude encadrée en rouge

I.2.4. Contexte géologique et tectonique

Le contexte géologique à l’échelle de notre zone d’étude est celui des massifs de granitoïdes de la zone mobile d’Afrique, chaine panafricaine vieux de 640-600 Ma appelés orthogneiss de la Kadeï. Cette zone est située au sud de la Sanaga et est marquées par les discontinuités du cisaillement centre Camerounais (CCC) et la faille de la Sanaga (SF). Dans cette partie de l’Afrique, la ceinture panafricaine est le résultat de la collision entre le craton du Sahara à l’Est, le Craton Ouest africain et le paléocontinent de l’Afrique centrale (craton du Congo inclus) survenue à cette époque-là (Ngako et al., 2003). Les unités lithostratigraphiques sont constituées d’un substratum Eburnéen (Paléoprotérozoïque) dans les batholites granitiques panafricains du domaine panafricain du Centre Cameroun, des granulites, migmatites et granites du domaine panafricain Sud Cameroun. Les données des contraintes tectoniques et les relations cinématiques entre déformations (décrochements, failles et zones de cisaillements) enregistrées dans les unités géologiques révèlent une histoire complexe. Batouri appartient au paléo-intracontinent du panafricain Sud-Cameroun, composé des groupes du Lom et de Yaoundé. Les observations pétrographiques des différents affleurements des granites ont permis de distinguer plusieurs facies (Figure 5) liés à la cristallisation différentielle du massif granitique originel, au métamorphisme général de faible degré (facies des schistes verts) et au métamorphisme de contacts associé à la mise en place des corps intrusif magmatique. Ces formations granitiques rencontré (granite porphyroïde calco-alcalin, granite porhyroide liées aux intrusions granodioritiques, granite équigranulaire à biotite et amphibole) sont caractérisées par des bandes milonitisées (N70, N60) qui recoupent un granite équigranulaire à structures planaire et fluidité magmatique discrète. Ces fabriques planaires (fluidité magmatique) sont recoupé par des foliations planes (directions) obliques aux plis failles, boudins et zone de cisaillements. La cinématique des déformations montre des décrochements dextres et senestres (rotations horaires et antihoraires). Plusieurs générations de fractures ont affecté le granite originel et favorisé la mise en place des veines et veinules à remplissages quartzifère et quartzofelpathiques. La fracturation a été régit par les contraintes qui ont prévalu dans ce contexte panafricain tandis que les remplissages sont associés d’une part aux migrations des fluides issus des liquides résiduels de la cristallisation magmatique (veine de quartz) et d’autre part à la recristallisation des mobilisas, fusion partielle liée au métamorphisme. La géométrie des remplissages typique des contraintes qui ont gouvernées leurs mises en place tandis que les accidents tardifs ayant affectés la région sont les diaclases observables sur les affleurements rocheux et les micro-fractures dans les veinules. À l’échelle de la veine ces fractures portent très souvent les traces de l’altération hydrothermale favorable à la remobilisation des minéralisations aurifères.

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Figure 5 : Carte géologique représentant la zone d’étude encadrée en jaune modifier d’après Touveron, 1953

La tectonique cassante y est faiblement représentée (moins de 5% des structures observées diffusées dans les images SRTM (Shutle Radar Topography Mission) et Landsat 8 de la zone d’étude) et caractérisées par des failles et diaclases des directions conjuguées (figure 6). L’analyse statistique de linéaments et l’observation des rosaces directionnelles montrent un type important d’élément structuraux pénétratif. Les linéaments sont vraisemblablements des trajectoires de foliation et leur orientation globale NE-SW qui correspond à l’expression cartographique à l’échelle régionale (mégascopique). Ils sont entre autres linéaires et représentent des fractures de direction conjuguées, preuve du caractère décrochant de la région.

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Figure 6 : Carte représentant les Linéaments (A) représentant la zone d’étude encadrée en rouge et le Stéréogramme des fracturations de directions (B)

I.2.5. Minéralisations

L’orogenèse panafricaine et le plutonisme des granitoïdes de la ceinture centrafricaine auraient entrainé la large circulation des fluides hydrothermaux qui ont ensuite cristallisé sous forme de filons (veines) de quartz dans les fractures du substratum granitique. La mise en place des filons d’or primaires de Garoua Sambé a été gouvernés par la tectonique ductilo-cassante post et syntagmatique et les réactivations de certaines fractures auraient ensuite favorisée leurs enrichissements. La datation U/Pb du Zr associe la mise en place du granite entre 640-620Ma tandis que celle de l’Ar/Ar de muscovite hydrothermale situe les évènements hydrothermaux ayant favorisé la minéralisation dans le quartz a 480Ma (Ngako et al., 2003). La paragenèse minérale enrichissante est très souvent issue du liquide de fin de cristallisation d’un pluton et des roches encaissantes porteuses des disséminations, que les fluides traversent pendant leur migration. Les veines exploitées sont des quartz brêchifiés présentant des vacuoles d’altération hydrothermale où l'or et les sulfures métalliques se sont déposés par précipitation (figure 7).

La structure allongée de ces corps (veines) suggère des extensions latérales de plusieurs dizaines, centaines de mètres voir des kilomètres, mais les sites d’exploitation d’or primaire connus se limitent à quelques puits isolés atteignant 15 m de profondeurs ou groupé dans des chantiers de moins d’un kilomètre carré sur de superficie. Les concentrations d’or secondaire dans les niveaux à galets, graviers et sables de certaines zones placées résultent des processus sédimentaires altération désagrégation, transport, et dépôts des particules arrachés aux granites et veines. L’extraction des poudres et paillette, pépites d’or ou des pierres de diamants de ses dépôts alluvionnaires se font par lavage. Cette activité est très pratiquée par les orpailleurs de la région et les techniques d’exploitation sont de plus en plus mécanisées.

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Figure 7 : Photos présentant les Vacuoles d’altération hydrothermale dans le quartz (a), l’Orpaillage artisanal sur veine de Quartz(b), l’Orpaillage artisanal sur alluvion (c) et la Station de lavage artisanal (d) (SNPPK, 2020)

I.3. Généralités sur la revue de littérature

I.3.1. Rappels théoriques sur la méthode électrique

En géophysique appliquée, la méthode géoélectrique est considérée parmi les techniques d’exploration les plus répandues, et ceci grâce à sa facilité d’exécution et la simplicité de son instrumentation. Cette technique se base essentiellement sur la mesure de la différence de potentiel ou la mesure du champ électrique associé au passage du courant électrique dans la subsurface. La grandeur physique mesurée est la résistivité électrique. Celle- ci, caractérise la capacité d’un matériau à s’opposer au passage du courant électrique. Cette partie a pour objectif de reprendre, les bases théoriques de la méthode électrique, de décrire et de quantifier les mesures de résistivité électrique d’un terrain, ainsi que les techniques complémentaires de cette méthode.

Les méthodes geoélectriques se définissent comme des méthodes non invasives ou destructives dont le principe est basé sur la mesure des propriétés électriques des roches prospectées par injection du signal électrique. Parmi ces méthodes, on peut citer : La méthode électrique à courant continu (DC), La méthode de Polarisation Provoquée (PP), La méthode d’Induction Electromagnétique, La méthode de Potentiel Spontané (SP), La méthode de Pénétration Radar...

- Différents types des méthodes électriques à courants continus

Le principe de la méthode électrique est basé sur la loi d’Ohm (V=RI). L’injection d’un courant continu à très basse fréquence dans le sol et la mesure du potentiel permettent de remonter à partir des résistivités apparentes à la résistivité vraie des formations traversées.

Le but de la méthode électrique a courant continue (DC) est de faire une imagerie des structures et des hétérogénéités du sous-sol au moyen des résistivités mesurées. L’acquisition des données électriques est la mesure de la résistivité électrique des formations du sous-sol prospecté à l'aide d'un résistivimètre. En pratique le signal émis consiste à envoyer un courant électrique I dans le sol à travers des électrodes d’émission (A, B) et de mesurer la réponse du sous-sol ou différence de potentiel (dpp) à travers les électrodes de réception (M, N).

Il faut noter qu’une méthode géophysique est fiable quand les variations du paramètre étudié sont importantes ou quand il est marqué sur son environnement. Le choix de la méthode dépend donc de la nature et de l’intensité de la singularité étudiée. Selon la géométrie des électrodes, ces dispositifs prennent plusieurs noms : Werner, Schlumberger, pôle-pôle, pôle- dipôle etc. Dans tous les cas de dispositifs, le calcul de la résistivité (qui est l’inverse de la conductivité) se fait de la même manière. Il s’obtient par la relation ci-dessous :

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Avec: pa résistivité du terrain (en Ohm.m) 1 Ohm.m = 1000 mS/m K : coefficient géométrique du dispositif (en mètre)

Ay: Différence de potentiel (en Volt)

I: intensité du courant (en Ampère)

Cette valeur de résistivité permet de caractériser une formation. Comme les grains d'un matériau (partie solide) sont en général des isolants parfaits, la résistivité dépend essentiellement de l'état d'humidité et de la proportion d'argile dans le volume de sol intéressé par la mesure. L'argile et l'eau étant présents dans les vides de toutes sortes, on conçoit que la résistivité sera en relation avec des caractéristiques comme la fracturation et la pollution argileuse des fractures et fissures, la porosité, le colmatage argileux des alluvions.

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Figure 9 : Principe de mesure de la résistivité Figure 8 : Zone d’influence du courant apparente - Dispositif de Schlumberger continu injecté dans le sol

Cette résistivité est supposée être la résistivité apparente d’une tranche de sol de profondeur moyenne égale à AB/4, des dimensions latérales égales à 3AB/2 dans la direction des électrodes et AB/2 perpendiculairement à celles-ci

Les mesures sont effectuées principalement sur terre et dans les trous de forage. La méthode électrique offre trois techniques d’acquisition selon que l’on s’intéresse aux variations en profondeurs, latérales ou en profondeurs et latérales de la résistivité : les sondages électriques, les traînés électriques et les panneaux électriques.

- Le sondage électrique ou « VES (Vertical Electrical Sounding) » est une technique d’investigation verticale, qui permet d’explorer successivement les couches de terrain traversées afin de déterminer la résistivité et l’épaisseur de celles-ci. Il permet de caractériser les terrains saturés en eau d’une part et ceux non saturés d’autre part. Lors des sondages électriques, l’opérateur ou le géophysicien reste fixe en un point et les électrodes d’injection A et B sont écartés, et parfois les électrodes de réception aussi M et N.
- Les traînés électriques sont conçus pour porter l’investigation sur une épaisseur plus ou moins constante de terrain et de fournir des informations qualitatives sur les variations latérales des contrastes électriques de résistivités (zones faillées, contact lithologique et d’autres accidents tectoniques) selon une épaisseur d’investigation constante. Les traînés sont exécutés parallèles, perpendiculaires ou sécants entre eux. Les traînés parallèles permettent en plus de mettre en évidence des anomalies conductrices, de déterminer l’extension et l’orientation de ces anomalies. Les traînés perpendiculaires sont susceptibles de recouper toutes discontinuités existantes quelle que soit leurs orientations. Ici, le dispositif est déplacé le long du profil. Les distances entre les électrodes sont fixes.
- La tomographie électrique ou panneau électrique est une technique principalement multi-électrodes qui consiste à mesurer la résistivité apparente avec un dispositif déterminé où l’on a une distance inter-électrodes a que l’on fait varier d’un multiple n de telle façon que le résultat final soit une section ou pseudosection de résistivité à divers niveaux n en profondeur et sensible aux variations verticales (profondeurs) et horizontales de la résistivité. Un panneau ou une tomographie électrique peut aussi être obtenu en combinant les traînés et les sondages (VES) avec un dispositif quadripôle.

Le tableau suivant illustre les différentes techniques d’acquisition des Méthodes géoélectriques a courant continue

Tableau 1: Méthodes géoélectriques a courant continu (Loke, 2014)

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I.3.2. LA TOMOGRAPHIE ÉLECTRIQUE

L’exploration géophysique a évolué au cours des trente dernières années en général et les méthodes géoélectriques en particulier. Celles-ci sont plus diversifiées (sondage électrique vertical, polarisation provoquée, polarisation spontanée et tomographie électrique) que les autres méthodes géophysiques (électromagnétiques, gravimétriques et sismiques, etc.). Cette évolution a compris l’exploration 1D et 2D à l’exploration 3D et 4D. De même, que le développement des logiciels utilisés dans le traitement des données et les travaux de modélisation et l'interprétation des données. Dans cette partie du chapitre nous présenterons la méthode de tomographie électrique, les dispositifs de mesures utilisés et les avantages qu’elles offrent.

A. Présentation de la tomographie électrique

La méthode de tomographie ou imagerie électrique est une technique géophysique apparue à la fin des années 1980, dérivant des méthodes classiques de résistivité utilisées pour identifier les terrains de subsurface. La tomographie électrique permet d’obtenir des images 2D, 3D et 4D de haute résolution du sous-sol ausculté. Les développements récents de techniques géophysiques électriques consistant les appareils automatisés afin de contrôler l’acquisition automatiquement et les différents algorithmes mathématiques d’inversion itératifs (DC2DInvRes, Res2Dinv, Res3Dinv, etc.), ont donné un essor considérable à la tomographie électrique. Ce progrès a mené cette méthode à se diversifier et se perfectionner. La tomographie électrique permet d'obtenir un modèle de la résistivité du sous-sol, où la répartition de la résistivité varie horizontalement et verticalement le long du profil (2D) et parfois transversalement (3D). La résistivité électrique du sous-sol dépend de la teneur en eau de la roche, de la salinité de l’eau interstitielle et de la teneur en argile des roches (Hebbache, 2017). Le principe de la méthode repose essentiellement sur la mesure de différences de potentiel électrique associées au passage du courant électrique. L’objectif de la méthode est la caractérisation des propriétés électriques invariables du sol. La loi d’Ohm permet de calculer la résistivité électrique dite « apparente ». Cette valeur résulte de la contribution de toutes les portions du milieu qui sont traversées par le courant émis en surface. Ainsi, la mesure représente une valeur qui intègre les résistivités sur un certain volume du sous-sol (3D).

La technique de tomographie électrique consiste à faire varier la position et l’espacement d’un grand nombre de quadripoles afin d’obtenir des valeurs de résistivités apparentes correspondant à différentes positions et profondeurs. Les données recueillies peuvent être présentées sous forme des panneaux de résistivité apparente ou de pseudo-sections sur lesquelles les mesures sont reportées au milieu du dispositif d’acquisition. Cette méthode suppose les variations de la résistivité électrique non seulement verticales mais également latérales d’un milieu. Les acquisitions se font généralement perpendiculairement à la dimension ne présentant pas de variation. La configuration géométrique des électrodes est appelée dispositif. Chaque configuration d’électrode mesure la sensibilité, c'est-à-dire, de mesurer la distribution des résistivités dans le sous-sol. Dans la littérature, il existe une gamme de dispositifs ou montages (Hebbache, 2017) qui se différencient par l’écartement des électrodes et par la position respective des électrodes d’injection et de mesure, adaptés pour le sondage électrique vertical (SEV), le trainé et l’imagerie électrique. Les dispositifs les plus couramment utilisés en tomographie électrique comprennent : Wenner, Wenner-Schlumberger, Dipôle-dipôle, Pôle-pôle, Pôle-dipôle et Gradient. Ces dispositifs sont basés sur l’arrangement et/ou la séparation des électrodes de courant et de potentiel. Il existe d’autres dispositifs de mesures mais ils sont en général moins répandus. La disposition des électrodes dans la tomographie électrique 2D est rectiligne. Chaque dispositif possède ses propres caractéristiques tels que la résolution horizontale et verticale, le nombre de points à l’acquisition, la profondeur d’investigation et la sensibilité de mesure. Le choix de l’un ou de l’autre va dépendre de quelques facteurs importants comme : la géologie, la profondeur d’investigation suffisante, la résolution verticale et horizontale désirée et la faisabilité de terrain.

Le type de dispositif peut aussi influencer l’image de résistivité finale, car chaque dispositif présente une différente sensibilité au bruit et une différente qualité de résolution.

Tableau 2 : Dispositifs de mesures (Loke, 2014 modifier)

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B. Protocole de mesure de la tomographie électrique 2D: cas du dispositif dipôle- dipôle

La technique d’acquisition consiste à réaliser des profils en augmentant l’espacement entre les électrodes. L'espacement inter-électrodes définit le volume de sol exploré. Les mesures de terrain permettent ainsi d’obtenir une pseudo-section de la résistivité apparente du sous-sol.

Prenons comme exemple le dispositif dipôle-dipôle avec 19 électrodes (figure 10), la distance entre deux électrodes est notée a, la première mesure du fichier d’acquisition va se faire à l’aide des électrodes 1, 2, 3 et 4 ; les électrodes 1 et 2 serviront à l’injection du courant (conventionnellement nommées A et B), et les électrodes 3 et 4 à la mesure du potentiel (nommées M et N). Le point de mesure est reporté à l’aplomb du centre de dispositif. Tout le dispositif va ensuite se déplacer d’une distance a (Marescot 2008). Les électrodes 2 et 3 serviront alors à l’injection du courant et les électrodes 4 et 5 pour la mesure du potentiel. L’opération se répète sur toute la ligne d'électrodes jusqu'aux électrodes 17, 18 et 19. Le calcul de la résistivité apparente se fait automatiquement dans la boîte de commutation. On a donc pour le premier niveau d’acquisition 16 possibilités. Comme la caractéristique du dispositif dipôle-dipôle est de garder une distance constante entre les électrodes BA et MN, on va donc, pour le niveau suivant prendre un écartement entre les pôles d’électrodes (na) de 2a (Fig. 10). La première mesure du 2ème niveau impliquera donc les électrodes 1 et 2 pour l’injection du courant et 4 et 5 pour la mesure du potentiel. L’opération se répète à nouveau jusqu’à l’électrode 19. On a donc pour le deuxième niveau d’acquisition 15 possibilités et 14 possibilités pour le troisième niveau d’acquisition. La profondeur d’investigation est réglée en faisant varier la distance entre les électrodes (Marescot 2008). Le nombre de mesure dépend du type de dispositif utilisé

Pour un Dipôle-dipôle, les mesures commencent habituellement avec une distance 1*a entre les électrodes d'injection du courant (A et B) et de mesure de potentiel (M et N). La première séquence de mesure est alors effectuée en donnant une valeur de 1 pour le facteur n (qui est le rapport AM/MN) puis une valeur de 2 toute en maintenant la distance AB et MN fixe à 1*a. Lorsque n vaut 2, la distance AM est donc le double de la distance AB (ou MN). Pour les mesures suivantes, la valeur de n est habituellement incrémentée jusqu'à 6. À partir de n=6, la valeur du potentiel mesurée n'est plus précise car trop faible. Pour accroître la profondeur d'investigation, on augmente la distance AB à 2*n et une même séquence de mesure est effectuée de manière similaire. Si nécessaire, cette opération peut être encore répétée. En effet, plus la distance inter-électrode augmente, plus le nombre de possibilités diminue (Loke, 2011). La figure suivante illustre le schéma d’acquisition des données de tomographie électrique par le dispositif de mesure Dipôle-dipôle avec 19 électrodes.

[...]

Fin de l'extrait de 92 pages

Résumé des informations

Titre
Tomographie de résistivité électronique dipôle pour la caractérisation des veines de quartz aurifères dans la zone de Garoua Sambé (Est-Cameroun)
Sous-titre
Apport de la méthode électrique dans la prospection minière
Université
University of Maroua  (Faculté des mines et des industries pétrolières)
Cours
Géophysique
Auteur
Année
2020
Pages
92
N° de catalogue
V981128
ISBN (ebook)
9783346337832
ISBN (Livre)
9783346337849
Langue
Français
Annotations
Mentions excelente au cours de la soutenance
mots-clé
dipôle-dipôle, or, veines de quartz
Citation du texte
Pabame Ngoubdou Firmin (Auteur), 2020, Tomographie de résistivité électronique dipôle pour la caractérisation des veines de quartz aurifères dans la zone de Garoua Sambé (Est-Cameroun), Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/981128

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