GENESE DE L’ARGILE ET DE LA TOURBE 

Télécharger le fichier pdf d’un mémoire de fin d’études

ALTERATION

Le climat tropical humide favorise l’altération qui joue un rôle fondamental dans l’évolution géochimique des roches. Elle est si poussée dans la majorité des cas que les ions provenant de la désorganisation du réseau des silicates par ‘hydrolyse permettent la constitution des argiles de néoformation par soustraction en milieu acide lessivé ( Kaolinite) à très bien lessivé (Gibbsite).
Les produits résiduels de l’altération qui sont fréquemment indurés et principalement constitués d’oxyhydroxydes métalliques et d’argiles forment souvent les cuirasses: latéritiques, bauxitiques, ferrugineuses . Le manteau d’altération est alors rést épais et atteint plusieurs dizaines de mètres .

Définition

L’altération est un phénomène de décomposition dela roche-mère entraînant des modifications de leur état physique ou de leur composition minéralogique et chimique sous l’action des agents atmosphériques ( eau, gaz, température,vent…)

Les facteurs d’altération

Les principaux facteurs qui interviennent dans l’altération sont (Fig.7):
– l’eau et ses circulations jouent un rôle essentiel.;
– le climat;
– le substrat ;
– la fluctuation du niveau de la nappe selon les saisons;
– la couverture végétale ;
– l’altérabilité dealroche- mère;
– la durée géologique tela téctonique.

L’altérabilité de la roche-mère

Celle-ci dépend de la composition minéralogique des éléments constitutifs de la rochemère-, ainsi que de son degré d’altérabilité , de sa texture , de la dimension de ses grains (la structure).

Le climat :

La température , les pluies intenses (2633 mm/ an) et régulières accroissent l’altération chimique .

La végétation:

La végétation dense favorise l’ altération , ellefournit la matière organique qui acidifie l’eau et accroît son aggresivité. Mais , elle protège le manteau d’altération contre l’érosion mécanique.

La Topographie:

L’ altération est faible sur les sommets et les pentes fortes en raison du séjour insuffisant de l’eau , par contre elle est active et progressive sur les pentes moderées à bon drainage où la migration de solutions est possible.

Processus physico-chimique de l’altération ( Tableau 3 )

Les principales actions chimiques qui provoquent l’altération d’une roche sont l’oxydation , l’hydratation , l’hydrolyse , et la dissolution ;tandis que la désagregation physique est attribuéeà l’ablation mécanique des roches .

Les mécanismes de différenciation et les produits d’altération (Fig.8 )

La réaction chimique en milieu aqueux est l’une des bases de l’altération . Comme tous les minéraux n’ont pas le même degré d’altérabilité’altération, est alors sélective ; cette sélectivitéfait que les formations latéritiques présentent des zonations subhorizontales dont on peut distinguer trois principaux ensembles qui se succèdent progressivement ou présentent entre eux des discontinuités apparentes.
* L’ensemble inférieur d’altération ou « altérit e »
Les structures et les volumes originales de la roche-mère sont conservès dans ce stade , bien qu’il y ait une perte de matières par dissolution. Les pertes de matières sont à l’origine des accumulations des produits résiduels . Elles sont uivies d’une importante accumulation absolue liée à des transferts de matière dont la base est constituée essentiellement de la Kaolinite tandis qu’à la partie sommitale elles sont généralement ferrugineuses .
* L’ensemble médiane glébulaire
C’est un horizon d’accumulation d’oxyhydrates métalliques et d’argiles. Les accumulations ferrugineuses au sommet de l’ensemble inférieur sepoursuivent dans cet horizon. Elles sont d’ailleurs à l’origine du faciès cuirassé induré dû à l’imprégnation hématitique. Cette cuirasse subit par suite de dégradations successives qui consistent en un découpage par « déferruginisation » accompagné de redistribution de fer . Ces dégradations de cuirasses transforment les faciès massifs en faciès brèchoides puis nodulaires de plus en plus fins qui vont conduire à la formation des « PISOLITES » qui sont la phase ultime de l’évolution glébulaireferrugineuse.
Suite à ces évolutions structurales et minéralogiques du faciès cuirassé, des accumulations résiduelle d’aluminium prennent place.
* L’ensemble meuble supérieur
Cet ensemble résulte du développement et de généralisation des transformations de dégratation qui ont débuté au sein de l’ensemble ébulairegl lors de la différenciation des volumes nodulaires et des volumes internodulaires. Cette évolution est dominée par une intense déferruginisation . Ce qui fait que cet ensemble est dominé surtout par la Kaolinite et le Quartz. Les produits d’altération pourraient se résumer come suit :

Altération du basalte de la région de VOHIPEN

Le basalte est une roche magmatique effusive , mésocrate à mélanocrate microlitique à verre peu abondant et de clinopyroxènes ( augite dominante).accompagnés , selon le cas , d’olivine , d’hyperstène , de magnétite , d’ilmenite. Les lavesbasaltiques sont très fluides émises à 1100 °-1200°C.
Plusieurs étapes d’ altération du basalte sain se istinguentd depuis le basalte fissuré en voie d’altération jusqu’à l’altérite et l’argile.
– Sous l’effet de la température et de la pression , le basalte se dilate et se contracte (Fig.9a) en donnant plusieurs petites fentes de retrait , ce cas est observé au village de VOHIDAVA ( Annexe 2) ; les « pain d’épices » se forment aux bordures de ces fentes . Le pain d’épices est un stadede transformation de basalte respectant les structures primitives de la roche-mère , c’ est un produit jaune , poreux , léger , peu ou pas plastique qui s’émiette facilement entre les doigts.
– Puis l’eau et le vent pénètrent dans ces fentes provoquant l’usure même de la roche, le pain d’épices devient plus épais à ce stade (Fig.b9 , 9a)
– Ensuite l’oxydation et l’hydratation attaquentles mineraux primitifs en évoluant à leur tour en matériaux amorphes et oxyhydroxydes de fer cristallin de couleur rouille , rouge ou jaune (Annexe2). A ce stade tous les minéraux de la rochesont transformés , sauf les mineraux opaques qui sont généralement intacts . Les grands microlites te phénocristaux de plagioclases peuvent être observés en detail au microscope polarisé. Ils sontransformés en gibbsite.
Les observations de GERARD MOTTET(1980) sur massif basaltique d’Ankaratra sont applicables également dans la région de Vohipeno .Il a indiqué l’action primordiale de l’eau après la dilatation et la contraction du basalte. Puis ce basalte se décompose progressivement sous forme d’enveloppe concentrique (ou écaille ) à l’extérieur et en boule rocheuse dans la partie centrale pour constituer un noyau dur compacte ( Fig.9d ) . Ce cas est observé à l’entréede l’OF5 ( Annexe 2).
Enfin les produits de l’altération du basalte sousl’effet des phénomènes physico chimiques donnent les cuirasses , le pisolite , les altérites,les argiles (Fig.10).
Les pisolites , appelés »karaoka » en géotechnie , sont des bons matériaux de construction routière. Ils sont utilisés comme couche de roulement . Les alterites sont des emprunts pour des remblais.

GENESE DE L’ARGILE ET DE LA TOURBE

Les tourbes et les argiles de la zone marécageuse de la plaine de VOHIPENO sont des matériaux récents avec ou pas de matières organiques. Elles sont classées dans les roches sédimentaires d’âge Quaternaire. En géotechnique elles forment de ce qu’on appelle « SOLS MOUS »

Génèse des tourbes

Conditions de sédimentation de la tourbe

La tourbe est une substance humique produite par la décomposition sur place des végétaux en milieu inondé : la matière ou la végétation pourrit à sa base dans l’eau tandis qu’il continue à croitre par ses parties aériennes . Celle-ci s’enfonçant progressivement sous l’eau pour qu’il y ait veritablement une tourbiére. La matière humique seprésente sous forme d’une masse poreuse noire ou brune , très lègère à structure fibreuse , granuleuse ou feuilletée. Son accumulation peut être importante , et le sol est alors constitué entièrement par la tourbe formée dans les conditions d’anaérobiose pratiquement totale .
Différentes plantes sont aptes à la formation de cette tourbe : sphaignes , hypnes , prêles ,phragnites , ericas , donatras , artelias , carex ou laîches ( cas de VOHIPENO ) …..

Conditions nécessaires à la formation de la tourbe

La tourbe ne se forme qu’au grand air et surtout dans l’air humide , car la plupart de ces plantes absorbe non seulement de l’eau par leurs racines , mais prend encore des grandes quantités de vapeur d’eau par leurs parties aériennes.
Il faut en outre que l’eau soit limpide . Dans les eaux vaseuses ou sableuses , la croissance des mousses tourbeuses est entravée. Leur température de formation est comprise entre 6° et 8° C.

Les diffèrents types de tourbes

Les tourbes sont classées suivant leurs aspects , eursl plantes d’origine , les conditions topographiques de leur lieu de formation.

La tourbe calcique

Elle est formée à partir des dépressions où la nappe permanente repose sur un substratum calcique à pH 7 à 8 .
La végétation est constituée par des mousses desauxe ( hypnacées) , et autres cyperacées et des roseaux ( phragnites ) , l’ensemble constitue des tourbières plates emergées alcalins .Sa structure est pâteuse (C/N<30).

La tourbe acide

Elle est produite dans une eau acide et provient de la décomposition d’une mousse particulière « sphaignum ».
Ces tourbières se rencontrent sous climat froid et humide et souvent en montagne .

L’anmoor

C’est un type d’humus très voisin des tourbes quise forme sur sols ou dans des sols interessés des oscillations périodiques d’une nappephréatique peu profonde qui les noie ou les submerge fréquemment mais laisse des horizons supérieurs dans les conditions aérobies pendant la saison sèche. Les débris végétaux subissent donc ternativemental l’action des deux populations microbiennes , l’une anaérobie dans la phase d’inondation , l’autre aérobie d’une faune aquatique saisonière . Le pH et le taux de saturation sont variables : C/N<20.
Il résulte de cette pedogénèse un sol hydromorpheà gley , dans lequel la matière organique bien humifiée est melangée à des alluvions généralement argileuses mais parfois plus légères . La teneur en matière organique peut atteindre30% de l’ensemble . Elle est de structure compacte grasse et plastique .
On distingue selon la nature du rapport lithologique dans lequel cet humus s’est formé , un type d’anmoor acide et oliotrophe et un type calcique et mésotrophe plus actif.

Génèse des argiles

Les argiles minéralogiques proviennent de la décomposition lente , c’est à dire l’altération , des minéraux primitifs tels que les feldspaths , micas , amphiboles , pyroxènes et constituent donc l’essentiel du « COMPLEXE D’ALTERATION » ce sont des silicates d’alumine plus ou moins hydratés.

Conditions géologiques de dêpo(t argile marine )

L’histoire géologique récente ( Holocène du Quaternaire ) est marquée par la fonte des glaciers du continent Nord du globe et la transgression marine générale qui en a résulté dans le monde entier . A la fin du Pléistocène , les trois grandes zones glaciaires de l’hémisphère Nord sont :
– le glacier de Winsconsin ( Nord de l’ Amerique : USA Canada );
– le glacier nord Européen couvrant légèrementoute la Scandinave;
– le glacier centre Européen – des Alpes.
Ces glaciers ont une étendue et une épaisseur considérable de sorte que leur fonte va entraîner des évolutions considérables des continents : soulèvement local des terres ( de l’ordre de 800 m en Amérique du Nord ) et élevation généralisée niveaudu des mers ( jusqu’à 137 m ) . Il en resulte des conditions de dépôt favorable à la mise en plac e de matériaux fins , soit le long des côtes , soit à l’intérieur des terres , dans les lacs (ou les mers) , les vallées ou les bassins envahis par la mer.
Cette vaste transgression marine est très généralement connue sous le nom « transgression flandrienne ». Son évolution a été datée souvent parla méthode du Carbone 14 , soit par des facteurs directs ( âge des fossiles ou des matériaux subsistant dans les dépôts , localisation des surfaces d’érosion et du dépôt) , soit par des facteurs indirects ( variation des climats et des températures , mouvements des glaciers ).

Les principaux types de dépôt des argiles ( argiles molles )

L’origine des argiles molles est essentiellement détritique . Le type de dépôt ainsi que leurs évolutions physiques ou chimiques sont en rélationétroite avec leurs conditions de dépôt . ( dépôts fluviatiles , dépôts lagunaires , dépôts deltaiques , dépôts lacustres et glacio-lacustres )

Dépôts fluviatiles:

Les fleuves transportent un débit solide comportan aussi bien des argiles que des graviers , les alluvions se déposent préferentiellement selon les zones du lit de fleuve :
– le lit mineur;
– les levées naturelles;
– le lit majeur qui reçoit les sédiments fin qui peuvent se déposer lors de la stagnation ou de l’évacuation lente des eaux d’inondation. c’est là que se produisent les produits d’argile dont la surface est cependant fréquemment surconsolidée du fait de la dessication qui survient avec l’abaissement de la nappe lorsque le fleuve regagne le lit mineur.
Les estuaires de fleuve sont complexes puisque les eaux du fleuve rencontrent les eaux salées de la mer sur des distances variables en fonction du niveau des marées. Les alluvions argileuses mises en présence de l’eau de mer tendent à floculer et à se déposer plus abondamment .

Table des matières

PREMIERE PARTIE : GENERALITES
Chapitre 1 : APERCU GEOGRAPHIQUE ET GEOLOGIQUE 
1.1 Milieu naturel
111. Situation géographique
112. Climat
113. Végétation
114. Hydrographie
12. Cadre géomorphologique
13. Contexte géologique
131. Généralités sur Madagascar
132. Aperçu sur la géologie de la côte orientale
133. Géologie de la région
1331. Le socle ancien
1332. Les coulées volcaniques du Crétacé moyen.
1333. Les formations littorales et dunaires d’âge Quaternaire
14. Tectonique de la région
Chapitre 2: ALTERATION 
21. Définition
22. Les facteurs d’altération
221. L’altérabilité de la roche-mère
222. Le climat
223. La végétation
224. La topographie
23. Processus physico-chimiques de l’altération
24. Les mécanismes de différenciation et les produits d’altération
25. Altération du basalte dans la région de VOHIPENO
Chapitre 3: GENESE DE L’ARGILE ET DE LA TOURBE 
31. Genèse des tourbes
311. Conditions de sédimentation de la tourbe
312. Conditions nécessaires à la formation de la tourbe
313. Les différentes types de tourbes
3131. La tourbe calcique
3132. La tourbe acide
3133. L’anmoor
32. Genèse des argiles
321. Conditions géologiques de dépôt
322. Les principaux types de dépôt des argiles
3221. Dépôts fluviatiles
3222. Dépôts deltaïques
3223. Dépôts lagunaires
Chapitre 4: LES DIFFERENTES METHODES D’AMELIORATION ET DE RENFORCEMENT DU SOL 
41.Substitution
42. Banquettes latérales
43. Renforcement par géotextiles et géogrillages
44. Drains verticaux
45. Pilonnage intensif
46. Inclusions rigides verticales
47. Compactage en profondeur
471. Vibroflottation
472. Colonnes ballastées
473. Compactage à explosif
DEUXIEME PARTIE : ETUDES GEOLOGIQUES ET GEOTECHNIQUES DU SITE DE PROJET
Chapitre 5: MEMORADUM SUR LE PROJET DE REHABILITATION DE LA VOIE DE DESSERTE VOHITRINDRY ANOSIVELO ( OUVRAGE DE FRANCHISSEMENT N°5 « 0F5 » ) 
Chapitre 6: RECONNAISSANCE GEOTECHNIQUE DES TERRAINS
61. Buts
62. Déroulement de la reconnaissance
621. La reconnaissance préliminaire
622. Etude géotechnique sommaire
623. Etude géotechnique détaillée
63. Méthodologie de la reconnaissance
631. Les essais in situ
6311. Essai au scissomètre
6312. Essai au pressiomètre
6313. Essai au pénétromètre
632. Les essais au laboratoire
633. Le sondage mécanique carotté
634. Les méthodes géophysiques
64. Les facteurs influençants la reconnaissance
65. Synthèse des résultats de reconnaissance du LNTPB à l’OF5 de la piste IVOHITRINDRY-ANOSIVELO
Chapitre 7 : ETUDES GEOLOGIQUES 
71. Histoire géologique de la région
72. Reconnaissance géologique du terrain
721. Analyse de la carte géomorphologique
722. Observation sur terrain
73. Interprétation des résultats d’analyse chimique
731. La tourbe
732. L’argile
7321. Caractères chimiques des argiles
7322. Interprétation des analyses d’argile
74. Etude hydrogéologiques et interprétation
75. Synthèse des résultats
TROISIEME PARTIE : COMMENTAIRES ET SUGGESTIONS CONCERNANT DES TRAVAUX REALISES SUR LE SITE DE PROJET
Chapitre 8. COMMENTAIRES 
81. Phase de l’exécution de l’étude
82. Phase d’élaboration des travaux
Chapitre 9. SOLUTIONS PROPOSEES 
91. Les drains verticaux
92. La substitution
93. Les colonnes ballastées
94. Pieux forés
Chapitre 10. ETUDES COMPARATIVES 
10.1. Coût des colonnes ballastées
10.2. Coût des pieux forés
CONCLUSION GENERALE

Télécharger le rapport complet