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Les réseaux hydrographiques
La ville d’Antsirabe et la commune de Vinaninkarena, partie du bassin d’Antsirabe, sont drainées par la rivière Sahalombo dans sa partie Ouest et par la rivière Sahatsio dans sa partie Est. Ces deux rivières prennent sources dans le massif volcanique d’Ankaratra dont la faible pente vers le Sud leur permet de rejoindre la rivière de Manandona au Sud.
La rivière de Sahatsio
Elle prend sa source au nord dans le massif de Masiapapango et d’Andriatsimitovizaka, au nord du village d’Ambano. Puis elle traverse les vallées agricoles au Nord et à l’Est de la ville d’Antsirabe avant de rejoindre la rivière Manandona au niveau du village de Vinaninkarena. Elle longe la périphérie de la ville d’Antsirabe où elle reçoit une partie des effluents urbains et industriels en particuliers les effluents de la société COTONA, SACIMEM, MKLEN, SOCOLAIT, COOL CONCEPT, Abattoir municipal,…
La Rivière Sahalombo
Elle prend sa source dans le massif d’Andriatsimitovizaka, au Nord du village d’Ambano, à environ 2300m d’altitude. Elle traverse une étendue agricole située au Nord et à l’Ouest de la ville d’Antsirabe. Cette rivière de Sahalombo reçoit une partie des effluents urbains et de la société STAR. Elle rejoint la rivière de Manandona au Sud du village de Vinaninkarena
Il est évident de noter que des autres rivières drainent aux alentours de la zone d’étude (cf fig.6): la Rivière de Sahanatsindry au NW, la Rivière de Iandratsay à l’W, la Rivière de Sandra et celle de Sahatany au SW alors que dans la partie Sud se trouve la Rivière de Manandona.
Contexte Géologique
Bref aperçu sur l’histoire des grands ensembles lithotectoniques du socle de Madagascar
Les 2/3 orientaux de Madagascar sont constitués par de socle cristallin. Ce socle Précambrien (Archéen à fin Protérozoïque (~3.2Ga à 540Ma)) a été subdivisé en plusieurs ensembles dès les travaux de Besairie et du BRGM (1930-1970). Les travaux et interprétations, de ce temps, se focalisaient surtout sur les lithologies et les stratigraphies d’un ensemble essentiellement magmatique et métamorphique sans véritable considération des événements tectono-métamorphiques.
Il semble que la présentation de la synthèse des connaissances réalisées par Hottin 1976 avec la carte 1/2000000 et le symposium international, en 1997, de l’UNESCO-IUGS sur le thème « La géologie du protérozoïque de Madagascar dans le cadre du continent Gondwana » ont apporté renouveau dans la présentation et l’interprétation du socle précambrien Malgache avec la théorie de la dérive des continents et de la tectonique.
D’autres auteurs comme Collins en 2000, proposent un découpage tectono – métamorphique de cinq (05) unités tectoniques majeures pour le socle de Madagascar révisés par lui-même en 2006. Finalement en 2012, le résultat des travaux dirigés par le PGRM (depuis 2008),propose six (06) domaines géologiques dont deux (02) sont subdivisés en sous- domaines, lesquels sont définis par des suites (méta) plutoniques ; des groupes (méta) sédimentaires ; une histoire géodynamique singulière.
Contexte géologique de la zone
Dans notre zone d’intervention:
– La base de formation géologique est constituée par des paragneiss fracturés (socle cristallin) et envahis par des intrusions.
– elle est surmontée de formations volcaniques.
– sur ces dernières des formations sédimentaires se sont déposées par la suite.
Les socles cristallins :
– Le groupe d’Ambatolampy est constitué, dans notre zone par des migmatites. Ils forment l’ossature des formations récentes étant les produits volcaniques et les formations sédimentaires (dépôt lacustres et les alluvions). Des intrusions granitiques ont envahi le socle dans certains endroits dont on peut distinguer :
Les granites liés à l’orogenèse Kibarienne de 1200Ma +/- 200 dont les granites de Vavavato (âge 1060 Ma) méritent d’être signalés. Ces granites ont été mis en place durant le métamorphisme des formations précédentes (facies amphibolite) et la réactivation des formations anciennes. Ces granites migmatitiques leucocrates, porphyroblastiques, occupent une importante surface au Nord Est de la région dont le massif de Vavavato et au Sud ils constituent le massif d’Andaingo. (Alsac,1963)
Les granites liés à l’orogenèse Mozambicaine de 550Ma +/-100 qui ont été mises en place par l’anatexie locale. Ils sont en petits massifs ou filoniens de structure grenue, pegmatitique et même microgrenue. Ils sont nombreux surtout dans le domaine de l’Itremo.
– Le Sud de notre zone est bordé par le domaine peu métamorphique de facies schiste vert de l’Itremo, là où il chevauche le domaine d’Antananarivo. Ils se sont déposés au protérozoïque moyen, 1700Ma-800Ma, (Fernandez et al., 2003; Cox et al., 2004), et est caractérisé par le SQC ou Schisto-Quartzo-Carbonatée.
Volcanisme et tectonique
Le volcanisme sur le plateau central de Madagascar est lié à l’ouverture de la mer rouge (34Ma) et extension Ouest-Est que le socle précambrien de Madagascar a subi au milieu du Miocène (de 24 à 5Ma) (Bertil&Regnoult, 1998).Cette extension a laissé beaucoup d’empreintes sur la géologie de Madagascar, surtout celle des Hauts plateaux.
Les structures d’extensions : les failles « graben » et bassin, les concentrations des épicentres sismiques dans la zone, les directions préférentielles des fractures constituent des empreintes, témoins de cette extension. (Piqué et al 1999 ; Bertil&Regnoult, 1998)
En se basant sur la carte géologie d’Antsirabe de Rufer et al 2006, de Berger et al 2007 et carte de linéament de l’Itasy de Andrianaivo L. et Ramasiarinoro 2010, nous avons essayé de vérifier et de retrouver les failles en superposant l’image Landsat7 ETM+ (159-073 et 159-074) sur la carte géologique de la zone d’études et de les retracer.
Ainsi, dans la région, les directions2de fractures majeures ont la tendance générales N-S ou N05E-N010E, (graben du Néogène.) (Bertil&Regnoult, 1998.),NNW-SSE ou N160E, NNE-SSW ou N020E, NW-SE ou N140E, WNW-ESE ou N110E et ENE-WSW ou N65E- N70E. (liées à l’extension au Pliocène – Holocène) et E-W ou N085°E (liées à l’extension N-S depuis le Pliocène (Arthaud suggère un changement de direction d’extension depuis Pliocène) (Arthaud et al., 1989)).
Hydrogéologie générale de la zone
Les eaux souterraines de cette région appartiennent à la zone hydrogéologique des hauts plateaux à pluviométrie élevée (Rakotondrainibe, 2006). Les aquifères sont constitués par des alluvions, des sédiments lacustres à formation géologique très hétérogène et des aquifères de socle fracturé qui peuvent donner un débit d’exploitation plus intéressant. Dans la zone d’étude trois types de nappes peuvent être rencontrés:
– Les nappes alluviales récentes.
– Les nappes des sédiments lacustres
– Les nappes de socle fracturé liées à des évènements volcaniques
Les caractéristiques de systèmes d’aquifères de la zone d’étude
Nappe alluviale
Dans bassin tecto-volcanique d’Antsirabe, à part les formations volcaniques récentes qui offrent un paysage légèrement vallonné où l’on rencontre des cônes volcaniques plus ou moins démantelés par l’érosion (Itavo, Tritriva, Andraikiba, Amboniloha, Ambohitsokina), des cratères et des lacs de cratères ou maar (Lac d’Andraikiba, le lac Tritriva), de grandes surfaces planes décrivant de collines en forme de langue à sommets plus ou moins aplanis séparées par des vallées étroites, aux pentes transversales fortes, généralement entaillées par des cours d’eau individualisés sous forme de lits des rivières. Les écoulements superficiels provenant de ces collines à forte pente peuvent alimenter les alluvions perméables (grès argileux) dans les bas-fonds sur lesquels font trace les rivières et/ou les champs de rizières. L’épaisseur de couverture argileuse, moins de 2m (vallon de Sahatsio) leur permettent de s’infiltrer pour ravitailler la nappe de matrice grès argileux.
L’enquête menée lors des descentes sur terrain a révélé que ce type de nappe est accessible à partir de 4m, de capacité de puits de 1 à 2m et de niveau statique de 3m. La plupart des puits construits dans ces nappes, tarissent pendant la saison d’étiage.Le débit spécifique de la nappe d’alluvions d’Antsirabe varie de 3 à 6L/s/m (Rakotondrainibe, 2006).
Les nappes des sédiments lacustres
Les nappes en étage /superposée
La nappe de fracture est surmontée ultérieurement par des formations récentes de dépôts sédimentaires lacustres très hétérogènes. Certaines d’entre elles sont aussi réputées d’être des réservoirs d’eau souterraine par leur pouvoir d’emmagasinement de quantités assez importantes d’eau. Des aquifères à nappes superposées se trouvent à différents niveaux et de nombres variant d’un endroit à un autre (entre 1 à 4) c’est-à-dire d’un ouvrage à un autre. Bien que les successions lithologiques des sédiments lacustres soient très hétérogènes, alors les successions sur les types et les niveaux de nappes ne sont pas aussi identiques. Selon les synthèses des successions lithologiques dans les coupes de forages hydrothermaux, on peut identifier trois types de nappe aquifère de haut en bas: un aquifère à nappe libre suivi ou non par de l’aquifère à nappe captive et/ou de l’aquifère multicouche.
– L’aquifère à nappe libre: elle présente le premier niveau de nappe, à moins de 10m de profondeur. La lithologie est généralement formée par des sables argileuses ou de cinérite sablo-argileuse suffisamment perméables et poreuses, apte à emmagasiner de l’eau.
– L’aquifère à nappe captive : la nappe est emprisonnée soit par de l’argile ou soit par de tourbe argileuse d’épaisseur de centimétrique (trentaine) à métrique. La matrice, réservoir, est formée soit par des sables, soit par des sables argileux ou soit par des graviers et sables (cas de source de Mahazina), d’épaisseur variant de 50cm à 4m.
Normalement, ce type d’aquifère se trouve juste au-dessous l’aquifère à nappe libre cité ci-dessus. Ce qui veut dire qu’elle se situe à plus de 10m. On note toutefois que l’interface (le toit) de ce type d’aquifère est faible (de l’ordre du centimètre à 1m au plus (cf. fig.8)) dans certains endroits. Elle est constituée généralement par des couches imperméables telles que des argiles ou de la tourbe.
– L’aquifère multicouche : une structure hydrogéologique, constituée d’une alternance de formation hydrogéologique perméable et semi-perméable formée par l’alternance de galet de rhyolite et de cinérite ( cas dans le forage de l’hippodrome (annexe II) ) ou encore de sable argileux et de sable et gravier d’épaisseur importante (jusqu’à 20m et plus) (cas dans le forage de Mahazina (fig.8)). L’emplacement et la présence de ce type d’aquifère dépendent directement des successions lithologiques perméables et/ou semi-perméables des sédiments lacustres.
Nappe de socle fissuré liées à des évènements volcaniques
Le socle de notre zone a subit beaucoup de déformations tectoniques importantes, il est largement ondulé et fracturé (figure 7). Le réservoir fissuré se situant juste au-dessus de la roche saine traduit une zone partiellement altérée. Certaines zones de fissuration, comme le cas de la fracture qui donne les eaux thermominérales, pourraient constituer de meilleurs aquifères permettant la circulation et le réservoir d’eaux souterraines ou nappe aquifère.
L’arénisation, c’est-à-dire la désagrégation des feldspaths et altération des micas, est très importante dans cette partie superficielle du socle et elle remplit les espaces ouverts (les fractures superficielles). Elle devrait être principalement la conséquence des fracturations qui deviennent de plus en plus intenses et à pendages variables vers le haut entraînant une altération de plus en plus poussée vers la surface (cf fig.12). Ce qui fait que cette partie, dans notre zone, pourrait à la fois être la zone d’alimentation de la nappe profonde et/ou une nappe de fracture remplie d’arène ou réservoir.
Les températures et dynamisme de l’eau
Température de l’eau
Il est possible que certaines eaux apparaissent non thermales alors qu’elles le sont peut-être en profondeur. Il semble qu’elles ne le seraient alors que faiblement, les eaux thermales arrivent toujours franchement à la surface même à travers la zone d’altération.(A. Le Maréchal, 1974).Cette remarque tendrait donc à montrer que si l’eau d’une source thermominérale est froide cela ne signifie pas forcément qu’elle n’a pas circulé à de grandes profondeurs, soit elle n’a pas eu le temps de s’échauffer au cours de son infiltration (infiltration rapide), soit elle a perdu sa thermalité pendant son trajet ascendant (remontée lente). Ceci explique les variabilités de température des eaux thermominérales d’un même aquifère émergeant en des sources différentes. Pourtant l’estimation à base de quartz, effectuée par Sarazin et al (1986), dans les sources thermominérales d’Antsirabe (Ranovisy, Lac, Ranomafana, Antsirakely, Hôpital, Antsiravazokely), ont donné une température de 150°C pour les eaux en profondeur du site géothermal de cette zone alors qu’à l’émergence, elle est voisine de 20 et 50°C comme montre le graphe de la fig.
Etude préliminaire: analyses documentaires
Les travaux de synthèses bibliographiques, webographiques ainsi que les études antérieures nous ont apporté :
des données précises concernant le milieu physique, biologique et anthropique de la zone d’intervention et plus particulièrement de sa la géologie.
des informations sur l’état de connaissance de la matière
Cette première étape de notre travail a été effectuée dans plusieurs centres de documentation et d’information tels que la bibliothèque du PRGM (Projet de Gouvernance de Ressources Minérales), du Ministère de l’Energie et des Mines Ampandrianomby (MEM) ; de l’ENS (Ecole Normale Supérieure Antananarivo), de l’ESSA (Ecole Supérieur des Sciences Agronomiques) Antananarivo, du DST Antananarivo (Département des Sciences de la Terre), et enfin le service de la météorologie d’Ampandrianomby.
Par la suite, avant la descente sur le terrain, une étude cartographique de la zone d’étude a été effectuée et cela nous a permis de cadrer la zone d’étude.
Choix du site et zone d’étude
A l’issu de mon stage effectué dans la société SEMINA Visy Gasy3 qui se rapporte à l’étude de la source thermale d’Antsirakely, au début de l’année 2011, les points suivants ont été constatés, expliquant les principales raisons pour lesquelles le site a été choisi :
– La zone d’étude (la commune d’Antsirabe Ambonivohitra et Andranonahoatra Vinaninkarena) présente la grande majorité de sources thermales répertoriées de la région de Vakinankaratra.
– Les travaux d’investigation hydrogéologique sur les eaux thermales réalisés dans cette région sont encore rares. Seuls les travaux d’A. Lenoble (1962 et 1964), les travaux de forages hydrothermaux des services des mines (1962) et les travaux Bachy (1999) ont été enregistrés mais les documents y afférent sont inutilisables vu leur états et certains ont même disparus.
– Et souvent les travaux géologiques antérieurs effectués dans cette région ne les ont mentionnés que par quelques phrases et souvent ne font que citer les superficielles.
– Il ne faut pas oublier non plus que la zone d’étude regroupe de sociétés publiques (CNTC) et privées (SEMINA Visy Gasy, SEER Ranovisy…) participant à l’exploitation de ces ressources à Madagascar,
Etude sur terrain
Les travaux de terrain ont consisté à vérifier et rectifier les données mais également de collecter d’autres informations qualitatives et quantitatives nécessaires pour la compréhension des caractéristiques physiques et chimiques de la nappe et pour l’élaboration de la carte de répartition des sources thermominérales dans la zone d’étude.
Les travaux de descente sur terrain se sont déroulés à deux reprises la première en février 2011 et la deuxième en décembre 2012.
Echantillonnages- Mesures et Enquêtes
Mesure in situ
L’utilisation du GPS, du conductimètre, de la sonde électrique, et de la boussole, a permis respectivement de géoréférencier, de mesurer les conductivités, de déterminer le niveau piézométrique et la capacité des puits (sonde électrique),ainsi que de mesurer les plans et/ou les directions des couches/ fractures observées.
Pour les paramètres physico-chimiques, l’échantillonnage des eaux de la source thermominérale d’Antsirakely a été fait pour être analysé au laboratoire du CNRE.
Les travaux de mesures in situ effectués dans la zone d’étude
Nous avons d’abord effectué des mesures et d’enquêter sur les points d’eaux existant aux alentours d’Andranonahoatra (lieu où s’est implantée la société SEMINA) et certains points d’eaux à Antsirabe Ambonivohitra:
La détermination des caractéristiques des ouvrages d’exploitations d’eau souterraine ont été effectués grâce à l’utilisation de :
o Un conductimètre pour mesurer la conductivité électrique de l’eau.
o Un GPS pour la géolocalisation, accompagné d’une carte topographie (E = 1⁄10 000) qui sert de support visuel notamment pour d’éventuelles observations et descriptions géomorphologiques, l’hydrographiques et repérages.
o Sonde électrique pour déterminer le niveau statique, la profondeur de l’ouvrage et la détermination de la capacité de l’ouvrage.
o Une calculatrice pour les différents calculs (capacité des puits, …)
o Un appareil photo pour l’état de l’ouvrage (pour le support visuel
Les enquêtes ont porté sur :
o L’utilisation de l’eau de l’ouvrage
o L’effectif des utilisateurs (nombres de personne et/ou toit)
o La fluctuation de niveau statique pendant la période de décrue et de crue.
o Les entretiens de l’ouvrage et l’utilisation des produits de traitements de l’eau à consommer.
Alors que dans la commune Antsirabe Ambonivohitra, les travaux se sont limités uniquement aux collectes de documents auprès des différents centres thermaux (publique et quelque sociétés privées) avec quelques mesures in situ des points d’eaux (sources et puits) dans les zones accessibles. Les infrastructures urbaines (publiques et privées) et les effluents urbains ont rendus un peu complexe voire impossible certaines mesures dans cette partie.
Mesures et suivis des échappements des gaz sec ou avec eau dans le vallon de Sahatsio
Ces travaux de suivis des échappements des gaz ont été effectués à deux reprises, le premier en février 2011 et l’autre en décembre 2012 dans le vallon le long de la rivière de Sahatsio. Le but étant de délimiter la zone d’extension des fractures probablement existantes par lesquelles s’échappent les gaz en surface et d’effectuer les mesures de conductivité de ces gaz. Ces travaux consistent plus précisément
o Relever les positions ou repérage géographique des échappements des gaz à l’aide d’un GPS.
o Apprécier l’importance et les variations des débits gazeux à travers l’espace.
o Mesurer directement la conductivité de l’eau, présentant des bulles de gaz, par l’intermédiaire d’un conductimètre.
Ensuite nous sommes allés sur les sites d’eaux thermominérales existant à Antsirabe pour :
Vérifier les données et récolter les documents qui nous manquent :
o Les coordonnées géographiques et altitude de tous les emplacements des autres forages hydrothermaux à l’aide d’un GPS ;
o Les archives de l’ouvrage: croquis et/ou coupe de forages, les données hydrochimiques
Reconstruire les coupes des forages, de certaines sources thermominérales dans la zone d’étude et rassembler toutes les données physico-chimiques des sources qui nous semblent utiles.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I : PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE
I-1- Localisation de la zone d’étude
I-2- Contexte hydrologique
I-2-1- climat
I-2-1-1- Pluviométrie
I-2-1-2- Température
I-2-1-3- Diagramme ombrothermique
I-2-2- Les réseaux hydrographiques
I-2-2-1- La rivière de Sahatsio
I-2-2-2- La Rivière Sahalombo
I-3- Contexte Géologique
I-3-1- Bref aperçu sur l’histoire des grands ensembles lithotectoniques du socle de Madagascar
I-3-2- Découpage générale de la géologie de la zone d’étude
I-3-2-1- Contexte géologique de la zone
I-4-Contexte hydrogéologique
I-4-1- Les travaux de forages hydrothermaux antérieurs
I-4-1-1- Synthèses sur les successions lithologiques des sédiments lacustres d’Antsirabe.
I-4-2- Hydrogéologie générale de la zone
I-4-2-1-Les caractéristiques de systèmes d’aquifères de la zone d’étude
I-4-2-1-1 Nappe alluviale
I-4-2-1-2- Les nappes des sédiments lacustres
I-4-2-1-3- Nappe de socle fissuré liées à des évènements volcaniques
Chapitre II: METHODOLOGIE
II-1- Etude préliminaire: analyses documentaires
II-2- Choix du site et zone d’étude
II-3- Etude sur terrain
II-4- Echantillonnages- Mesures et Enquêtes
II-4-1- Mesure in situ
II-4-2- Les travaux de mesures in situ effectués dans la zone d’étude
II-4-3- Mesures et suivis des échappements des gaz sec ou avec eau dans le vallon de Sahatsio.
II-5- Analyse et traitement des données
II-5-1- Echantillonnage et analyses en laboratoire
II-5-2- Traitement des données
Chapitre III : RESULTATS ET INTERPRETATIONS
III-1-RESULTATS
III-1-1- Résultats des points d’eaux à Andranonahoatra et à Antsirabe Ambonivohitra
III-1-1-1-Resultats des mesures sur les points d’eaux
III-1-1-1-1- Points d’eau d’Andranonahoatra
III-1-1-1-2- Points d’eau d’Antsirabe Ambonivohitra
III-1-1-1-3- Carte de répartition des eaux thermominérales
III-1-2- Résultats des analyses physico-chimiques de la source thermominérale d’Antsirakely
III-2- INTERPRETATIONS
III-2-1- Les conductivités de points d’eau dans les sédiments lacustres
III-2-2- Les conductivité et les eaux thermominérales
III-2-3 Emergence des eaux thermominérales –failles et volcanisme
III-2-4- hydrogéochimie des eaux des sources thermominérales de la zone d’étude
III-2-4-1- Caractéristiques physiques des eaux
III-2-4-1-1- Température
III-2-4-1-2-Mofettes
III-2-4-1-2- pH de l’eau
III-2-4-1-3- Alcalinité et Dureté totale de l’eau
III-2-4-2- Facies chimiques
III-2-4-3- Origines et processus de minéralisations en éléments majeurs
III-2-4-3-1- Altérations des roches et acquisitions des ions
III-2-4-3-2- Les relations entre bicarbonate et cations majeurs
III-2-4-3-3-Cations majeurs
III-2-4-3-4- La salinité des eaux thermominérales
III-2-4-3-5- Les sulfates
III-2-5- Nappe des bassins lacustres – Nappe de socle fissuré origine des eaux thermominérales
III-2-6- Classification et comparaisons des eaux thermominérales
III-2-6-1- Caractéristiques des eaux thermominérales
III-2-6-2- Autre type de classifications
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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