Notions sur les propagations des ondes sismiques

Dans le cadre du développement rapide et durable de Madagascar, le secteur minier s’est beaucoup développé ces dernières années. Le pays, du reste, dispose de ressources géologique et minière relativement abondantes qui ne demandent qu’à être exploitées de manière rationnelle et plus respectueuse de l’environnement. C’est pourquoi, avant l’exploitation minière, il faut utiliser des méthodes géophysiques qui sont non destructives, légères, faciles à mettre en œuvre et qui permettent de mesurer les paramètres physiques d’un terrain directement de la surface sans faire des destructions. C’est dans ce contexte que les travaux de stage ont été entrepris. Ils ont été faits au sein de la Société Géosciences pour le Développement de Madagascar, la SGDM. Cette étude, entreprise dans le cadre de ce mémoire, a pour but de reconnaître les formations du sous-sol qui y existe, et de modéliser les toits des formations afin de localiser la répartition des zones favorables à des dépôts alluvionnaires dans une partie du bassin sédimentaire de Morondava.

RAPPEL THEORIQUE 

GÉNÉRALITÉS

Notions sur les propagations des ondes sismiques
Pour mieux comprendre les techniques sismiques, il est nécessaire de préciser quelque point essentiel sur la propagation des ondes élastiques dans des solides homogènes et isotropes. Considérons une force F appliquée sur une petite surface d’un matériel homogène et isotrope. Trois sorte de déformations peuvent être mentionné : déformation de compression, déformation de tension et déformation de cisaillement Les deux premiers ondes ci-dessus sont de même nature seule la direction de la force appliquée perpendiculairement à la surface varie. Mais dans le cas d’une déformation de cisaillement, la force est parallèle à la surface c’est à dire qu’il y a une déformation angulaire.

Les ondes de compression
Pour ces ondes, les mouvements des particules qui subissent des déformations sans rotation et de même direction que celui de l’onde caractérise la longueur d’onde, ces ondes sont appelées ondes P .

Les ondes de distorsion
Les mouvements des particules qui subissent des déformations sans changement de volume sont perpendiculaires à la direction de déplacement de l’onde donc tangente à l’onde ; ces ondes sont notées ondes S .

La vitesse sismique
La vitesse sismique est le paramètre physique qui joue un rôle important dans la sismique réfraction .Elle nous permet de déterminer la profondeur, le pendage, la position des miroirs et même la nature des roches et leur fluide interstitiel. La vitesse sismique des roches dépend de plusieurs facteurs comme le degré de compacité et d’altération, et de la lithologie. On ne peut pas fixer à une seule valeur la vitesse d’une formation car on peut avoir d’une même vitesse mais de formation différente lors des contraintes citées en dessus (voir annexe 1, quelque donnée de vitesse sismique).

Les différents types des méthodes sismiques

Dans toute les techniques de géophysique, ce sont les méthodes sismiques qui sont les plus utilisé tant sur mer que sur terre pour la recherche des structures géologiques de la croûte terrestre ; Ces techniques sont basées sur la mesure du temps de propagation des ondes élastiques généralement engendré par l’explosion. Deux méthodes peuvent être employer : la méthode sismique réfraction ou la méthode sismique réflexion.

La méthode sismique réflexion

Définition
C’est l’un des méthodes géophysiques qui sert à mesurer la vitesse sismique des roches. Parmi toutes les techniques de prospection géologique, la méthode sismique réflexion est sans doute, celle qui est la plus utilisée. Elle permet en effet, un relevé directe et détaillée de structure géologique profonde avec une précision qui seule peut de dépasser les mesures effectuées par forage. La méthode sismique réflexion largement employer pour la prospection individuelle tant sur terre que sur mer et est responsable de la découverte de très nombreux gisements de pétroles.

Principe
Cette méthode est simple, sur chaque plan séparant deux formations de natures différentes on est en droit d’attendre la réflexion d’où le nom de miroir que l’on donne souvent à ces plans. La profondeur d’un miroir est déterminée par l’observation du temps de propagation d’une onde élastique engendrée près de la surface et réfléchie vers la surface par le miroir considérer. L’angle de réflexion égale l’angle d’incidence, lorsque les ondes sont toutes les deux longitudinale ou transversale. Étant donné que seule un faible partie de l’énergie de l’onde incidente est réfléchie par une interface, la plus grande partie étant réfractée dans le niveau intérieur, il sera possible d’obtenir des réflexions sur des interfaces profondes d’où l’intérêt de la méthode. Si l’on connaît la vitesse de propagation des ondes sismiques dans les différents niveaux dont les plans de séparation ont fourni des réflexions, la mesure des temps de propagations permettent de calculer la hauteur de ce niveau.

Enfin, si dans une même région, les points de mesures sont suffisamment denses. On pourra établir une carte de profondeur des différents réflecteurs, carte dont on devine aisément l’intérêt pour la recherche fondamentale qu’appliqué.

La méthode sismique réfraction

Définition
On appelle «sismique réfraction » ce qui est en réalité la sismique des ondes coniques. La méthode par réfraction n’est pas en mesure de détaillée, comme la méthode par réflexion (la morphologie de formation profonde). Elle permet en revanche de déterminer les vitesses sismiques des différents niveaux réfracteurs ainsi que les différentes moyennes des différentes interfaces. Elle est particulièrement bien adaptée à la détermination de la profondeur du substratum rocheux et de la rippabilité des roches.

Principe
Cette méthode consiste à étudier la variation de temps de propagation des ondes sismiques en fonction de la distance séparant le point d’enregistrement des signaux noté E et le point de tir ou source S où l’on fait des explosions. En pratique, on utilise plusieurs capteurs équidistants les uns les autres.

Avantages et désavantages

Les avantages pour l’étude des formations par la méthode sismique sont :
– un équipement simple
– une bonne détermination de vitesse
– une détermination rapide de la profondeur .

Par contre, elle présente aussi des désavantages :
– la vitesse de couche doit impérativement augmenter avec la profondeur, ce qui n’est pas toujours le cas dans ce genre de formation plus ou moins compactés.
– une couche de trop faible profondeur peut rechaper totalement à la perspicacité du géophysicien, et ce d’autant plus que le contraste de la vitesse n’est pas important. Dans ce cas, les profondeurs trouvées sont erronées.
– Cette méthode ne permet pas de cartographier en détail les structures.

Table des matières

INTRODUCTION
PARTIE I : DÉVELOPPEMENT MÉTHODOLOGIQUE
1. RAPPEL THEORIQUE
1.1. Généralités
1.1.1. Notions sur les propagations des ondes sismiques
1.1.2. La loi de Snell Descartes
1.1.3. Les différents types des méthodes sismiques
1.2. Description des modes des calculs
1.2.1 Cas du modèle tabulaire à 2 terrains
1.2.2. Cas du modèle tabulaire à 3 terrains
1.2.3. Cas du modèle incliné à 2 terrains
1.2.4. “ Delay time ”
1.2.5. Correction topographique:
2. MATERIELS ET ACQUISITION
2.1. Les matériels d’acquisition des données
2.1.1. Matériels pour des mesures sur terrain
2.1.2. Outils de traitements des données
2.2. Acquisitions des données
2.2.1. Les données brutes
2.2.2. Levée topographique
PARTIE II : PRESENTATION DE LA ZONE D’ÉTUDE – IMPLANTATION DES PROFILS SISMIQUES ET TRAITEMENT DES DONNEES
4. CONTEXTE GÉNÉRAL DE LA ZONE ETUDIE
4.1. Localisation
4. 2. Aperçu géologique et géomorphologique
4. 2.1. Historique géologique du bassin de Morondava
4. 2.2.Géologie générale
4.2.3. Géomorphologie
4. 3. Phénomène d’érosion
4.4. Cadre tectonique et structural
4.5- L’hydrographie du bassin
5. PRÉSENTATION DU SITE ET IMPLANTATION DES PROFILS SISMIQUES
5.1. Présentation du site
5.2. Implantation des profils
6. TRAITEMENT DES DONNÉES
6.1. Données topographiques
6.2. Données sismiques
6.2.1. Le système de pointage
6.2.2. La modélisation à 2D
6.2.3. La cartographie
PARTIE III : RESULTATS ET INTERPRETATION
7. RESULTATS ET INTERPRÉTATION DES PROFILS SISMIQUES
8. RESULTATS ET INTERPRÉTATION DES ALLURES DES TOITS DE CHAQUE FORMATION
8.1. L’allure topographique
8.2. Toit de l’Isalo II
8.3. Toit de l’Isalo I
8.4. Conclusion
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES

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