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LA METHODE DE PROSPECTION GRAVIMETRIQUE
BASES METHODOLOGIQUES
La géophysique est la science qui applique les principes physiques à l’étude de la Terre. La prospection gravimétrique utilise le champ de gravité de la Terre pour chercher des anomalies de densité en profondeur. Elle repose sur la mise en évidence d’anomalie de la pesanteur ou de ses dérivées dues à l’inégale répartition de la densité dans le sous-sol. Plusieurs corrections sont nécessaires avant d’obtenir des données exploitables.
Domaines d’application
En géologie structurale, la méthode gravimétrique permet de décrire l’allure du toit du socle, de mettre en évidence les zones de faibles contraintes dans une région de délimitation et des zones de formations meubles. En génie civil et dans le domaine de l’environnement elle s’applique actuellement à la détection des cavités naturelles ou artificielles ainsi qu’à celle des dépôts de déchets toxiques. Dans le domaine de la prospection minière, la méthode gravimétrique est utilisée surtout dans la recherche directe des amas particulièrement denses dont les amas de sulfure massif, de chromite ainsi que des gisements de fer.
Le champ de la pesanteur
Relation entre le champ de la pesanteur et la forme de la terre
Pour prédire le champ gravitationnel de la terre en tout point, sa forme et ses variations de densité doivent être connues. A cause de sa rotation, la terre n’est pas sphérique.
La formule de gth donnée précédemment suppose que le niveau des océans est lisse et que la densité ne varie qu’en profondeur. Or, il n’en est rien dans la nature. On sait que cette surface présente des rehaussements et des dépressions de plusieurs dizaines de mètres en certains endroits, et que la densité peut varier suivant toutes les directions. Ceci nous amène alors à définir le concept de géoïde que l’on définit par : « la surface équipotentielle correspondant à la surface des océans aux repos ». Sur les continents, le géoïde correspond à la surface définie par l’eau contenue dans un canal étroit reliant les océans de part et d’autre du continent.
Par définition, le géoïde est partout perpendiculaire à la verticale telle qu’indiquée par le fil à plomb. Le géoïde et le sphéroïde ne coïncident pas en tout point.
Il existe des cartes de la hauteur de géoïde par rapport au sphéroïde. Les deux plus grandes variations sont au sud de l’Inde (- 105m) et en Nouvelle-Guinée (+73m). Jusqu’ici, aucune interprétation reliant les lignes de contour du géoïde à la surface du globe ne s’est avérée possible. On a émis l’hypothèse qu’elle pourrait être expliquée par des hétérogénéités du manteau inferieur.
Relation entre le champ de la pesanteur et la géologie
Considérons un exemple géologique simple d’un minerai enfoui dans le sous-sol. Nous supposons que la densité d2 du minerai, sera plus grande que la densité d1 du sol encaissant.
Si nous laissons un objet tomber sous l’influence de la gravité, sa vitesse augmente constamment avec le temps. De ce fait, l’objet chute avec une accélération constante. En gravimétrie, nous mesurons les variations de cette accélération dues aux champs de la pesanteur. Et les variations du champ de pesanteur seraient causées par des constituants géologiques hétérogènes dans le sous-sol. En effet, cette variation de l’accélération gravitationnelle ne dépend pas des densités des roches. Elle dépend de la différence de la densité entre le corps minéralisé et le sol encaissant. C’est pour cela qu’on dit que le paramètre géologique adéquat n’est pas la densité, mais le contraste de densité d2 – d1.
LA PROSPECTION GRAVIMETRIQUE
Les campagnes de prospections gravimétriques permettent d’obtenir des informations sur les anomalies de densité des roches. Elles consistent à mesurer le champ de pesanteur sur une série de différentes stations.
Les appareillages
Les mesures des anomalies de la gravité ont été effectuées avec ces trois types d’instruments : la pendule, la balance à torsion et le gravimètre. Actuellement, on n’utilise plus que les gravimètres. Les deux autres sont devenus obsolètes.
Balance de torsion
La balance de torsion est l’ancêtre du gravimètre. L’appareil est formé par deux masses égales séparées par une barre rigide de longueur 2l (horizontale) et une d’une hauteur h (verticale). Le système est suspendu en son centre par une fibre de torsion à laquelle est attaché un petit miroirafin de mesurer la rotation d’un rayon lumineux fourni par une lampe. A partir des variations du faisceau lumineux lues sur l’écran, on mesurera le gradient horizontal de la gravité.
Le gravimètre
Les données gravimétriques sont données par le Gravimètre. Il peut être relatif ou absolu.
Gravimètre absolu
Il mesure dans le vide la vitesse de la chute d’une masse entre deux points d’altitudes différentes. La masse et la distance étant connues, on peut en déduire g. Actuellement, des équipements permettent d’atteindre la précision de 10µGal en absolu grâce à des visées technologies basées sur des chronomètres atomiques ou des visées lasers. Leur complexité et leur encombrement en font des outils de calage ponctuel de la mesure du champ pour élaborer des réseaux de base.
Gravimètre relatif
Il se base sur la mesure de l’élongation d’un ressort retenant un levier soutenant une masse étalonnée (Lacoste et Romberg). La précision obtenue en relatif est de 5µGal. Sur ces gravimètres, le ressort est sensé avoir une élongation quasi-nulle au repos. Les gravimètres relatifs sont les plus utilisées et présentent les avantages d’être faciles à utiliser, moins cher et pas encombrant. On note que les gravimètres utilisés en prospection ne permettent que la mesure relative deg. Cette valeur relative de g c’est-à-dire la différence de la pesanteur entre deux points de mesure est déduite à partir des lectures correspondantes sur un tambour gradué. Ainsi la longueur du ressort est proportionnelle à la tension qui lui est appliquée. Pour atteindre une bonne précision dans la mesure de g, certains facteurs qui agissent sur la position du fléau sont éliminés ou atténués autant que possible. Ces facteurs sont les suivants :
● La pression atmosphérique
● La variation de la température
● La non-horizontalité de l’appareil.
Acquisition des données
L’exécution des mesures doit tenir compte de ces points essentiels :
● Les mesures devront être effectuées par programme de deux heures en moyennes, avec retour à la base de départ à la fin de chaque programme.
● Le filtrage des résultats et, par conséquent, la mise en évidence des anomalies intéressantes sont facilités si les mesures sont plus ou moins réparties équitablement dans la zone étudiée et si elles sont disposées sur de profils rectilignes parallèles entre eux et perpendiculaire à l’allongement présumé des structures cibles.
● L’étude doit être étendue hors de la zone d’anomalie, ce qui permet d’obtenir une référence et un filtrage adéquat.
● Les variations de g avec la position des stations, principalement en fonction de leur altitude contraint l’opérateur à effectuer un levé topographique de bonne précision.
La phase préparatoire
Cette phase est essentielle. Elle doit précéder toute prospection gravimétrique. Elle permet compte tenu de la géologie locale d’imaginer la nature, la forme et les dimensions des cibles que peuvent receler la zone d’étude. A partir de ce modèle, quelques calculs simples fournissent l’ordre de grandeur et l’allure des anomalies gravimétriques à rechercher. Il est possible dès lors de choisir la disposition des mesures, leur espacement et le seuil de précision à respecter. Au pire, les anomalies simulées sont telles qu’elles conduisent à renoncer à toute prospection gravimétrique.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I : DESCRIPTION DE LA ZONE D’ETUDE
Chapitre I : LES CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DE LA REGION
I.1. Situation géographique et administrative
I.2. Topographie et relief
I.3. Hydrographie
I.4. Climatologie
I.5. Pluviométrie
Chapitre II : CONTEXTE GEOLOGIQUE
II.1. Géologie régionale
II.2. Gîtologie
II.3. Caractères tectoniques
II.4. Pédologie
II.5. Pétrographie de la chromitite
II.5.1. Chromitite de l’harzburgite à grain grossier
II.5.2. Chromitite des orthopyroxénites
II.5.3. Chromitite de l’anorthosite
II.5.4. Chromitite de la diorite
II.5.5. Chromite des soapstones
II.6. Les caractéristiques de la chromite d’Andriamena
II.7. Les indice de chromite
PARTIE II : LA METHODE DE PROSPECTION GRAVIMETRIQUE
Chapitre I : Bases méthodologiques
I.1. Domaines d’application
I.2. Historique et principe de la gravimétrie
I.2.1. Lois de Newton
I.2.1.1. 1e Loi de Newton
I.2.1.1. 2e Loi de Newton
I.2.2. Le champ de la pesanteur
I.2.2.1. Relation entre le champ de la pesanteur et la forme de la terre
I.2.2.2. Relation entre le champ de la pesanteur et la forme de la terre
Chapitre II : LA PROSPECTION GRAVIMETRIQUE
II.1. Les appareillages
II.1.1. La pendule
II.1.2. Balance de torsion
II.1.3. Le gravimètre
II.1.3.1. Gravimètre absolu
II.1.3.2. Gravimètre relatif
II.2. Acquisition des données
II.2.1. La phase préparatoire
II.2.2. Le numérotage des stations
II.2.3. Le nivellement
II.2.4. Choix du pas de mesure
Chapitre III : LES CORRECTIONS APPORTEES AUX DONNEES GRAVIMETRIQUES
III.1. Correction de dérive
III.2. Correction de latitude
III.3. Correction de d’altitude
III.4. Correction de plateau
III.4.1. La méthode de Nettleton
III.4.2. La méthode de Parasnis
III.5. Correction de terrain (ou de relief ou topographique)
III.6. L’anomalie de Bouguer
III.7. L’anomalie Régionale
III.8. L’anomalie résiduelle
PARTIE III : PRESENTATION ET INTERPRETATIONS DES RESULTATS
Chapitre I : ESSAI D’INTERPRETATION
I.1. Anomalies dues aux de corps simples
I.1.1. Sphère
I.1.2. Le cylindre
I.1.3. Plaque mince
I.1.4. Feuillet vertical
I.2. Interprétation directe : Modélisation
I.3. Interprétation indirecte : Inversion
Chapitre II : PRESENTATION ET INTERPRETATION
II.1. Présentation du secteur
II.2. Moyens et travaux
II.2.1. COMINA (Compagnie Minière d’Andriamena)
II.2.1. CGG (Compagnie Générale de Géophysique)
II.3. Les mesures gravimétriques
II.4. Anomalie résiduelle
II.4.1. Interprétation qualitative
II.4.1. Interprétation quantitative
II.4.2.1. Excès de masse
II.4.2.2. Tonnage minimum
II.4.2.3. Applications et modélisation 2,5D
CONCLUSION
