Connaissance des aquifères littoraux en Guyane. Phase 2

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Connaissance des aquifères littoraux en Guyane. Phase 2 : reconnaissance géophysique de nappes alluviales sur les secteurs de la rivière Comté et du

fleuve Kourou Rapport final

BRGM/RP-63599-FR

Avril 2014

Connaissance des aquifères littoraux en Guyane. Phase 2 : reconnaissance géophysique de nappes alluviales sur les secteurs de la rivière Comté et du

fleuve Kourou Rapport final

BRGM/RP-63599-FR

Avril 2014

Étude réalisée dans le cadre des opérations de Service public du BRGM 2013

M. Baïsset, F. Mathieu Avec la collaboration de

B. Joseph, M. Parizot

Vérificateur :

Nom : Caballero Yvan

Date : 04/08/2014

Approbateur :

Nom : Blum Ariane

Directrice du BRGM GUYANE

Date : 21/08/2014

Le système de management de la qualité et de l’environnement est certifié par AFNOR selon les normes ISO 9001 et ISO 14001.

Mots-clés : Géophysique, nappes alluviales, eaux souterraines, dipôle-dipôle, Wenner-Schlumberger, Guyane, rivière Comté, fleuve Kourou En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : M. Baïsset, F. Mathieu. (2014) – Connaissance des aquifères littoraux en Guyane. Phase 2 : reconnaissance géophysique de nappes alluviales sur les secteurs de la rivière Comte et du fleuve Kourou. Rapport final. BRGM/RP-XXXXX-FR, 54 p., 13 fig.,1 tabl., 2 ann., 1 CD. © BRGM, 2014, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.

Prospection géophysique de nappes alluviales, secteur rivière Comté et fleuve Kourou

BRGM/ RP-63599-FR – Rapport final 3

Synthèse

En 2012, avec le soutien de la DEAL et de l’Office de l’Eau de Guyane, un projet de caractérisation des aquifères littoraux en Guyane a été lancé. Une première phase intitulée « Connaissance des aquifères littoraux en Guyane. Phase 1 : approche lithologique et structurale du secteur Cayenne/Kourou, mise en évidence de nappes alluviales » a permis de caractériser l’histoire tectonique de la région et de décrire la mise en place des dépôts sédimentaires quaternaires au niveau de la plaine côtière (Baïsset et Pointet, 2012). Face à l’omniprésence des niveaux argileux et à la difficulté de prédire la localisation d’anciens cordons sableux enfouis, les efforts ont porté sur la prospection de nappes alluviales à proximité des principaux cours d’eau. Ainsi, il a été montré que lors de la dernière transgression marine (18 000 ans BP) les fleuves de grande puissance ont pu déposer des sables au niveau de grands talwegs repérables par photo-interprétation. In fine, six sites favorables à la présence de nappes alluviales ont été sélectionnés.

Afin de valider le schéma conceptuel de mise en place des dépôts alluviaux au cours du quaternaire proposé à l’issue de la phase 1, deux sites pilotes ont été sélectionnés à proximité du fleuve Kourou et de la rivière Comté, pour être soumis à des investigations géophysiques par panneaux électriques. Ces dernières se sont déroulées en octobre 2012 et fournissent les résultats suivants

Sur le secteur fleuve Kourou (Figure 1) : quatre horizons électriques ont été recoupés et sont assimilés (couplé à un échantillonnage à la tarière) de bas en haut à : R2 : socle sein, C1 : argile d’altération et argiles marines, R1 : niveau de sables moyens à grossiers, C0 : argiles. Le niveau R1 représenterait l’aquifère sableux recherché. Il a été recoupé par les quatre profils à une profondeur de -10m pour une épaisseur variant de 5 à 8m reposant sur C1 et recouvert par C0. La spatialisation de ces informations et les variations latérales de résistivité au sein de R1 sont associées à l’existence d’un ancien lit du Kourou au cours du Würm (18 000 BP). Ceci implique une extension de la couche résistante R1 au-delà de la zone investiguée.

Figure 1 : Coupe géophysique du secteur Kourou


4 BRGM/ RP-63599-FR – Rapport final

Ce schéma géo-électrique viendrait confirmer le modèle conceptuel de mise en place des dépôts alluviaux énoncé en phase 1 :

o De 30 000 BP à 18 000 BP : régression du niveau marin, au sein des talwegs délimitant le

degré d’écoulement des cours d’eau, les formations argileuses C1, reposant sur le socle

sein R2, sont partiellement érodées.

o De 18 000 BP à 10 000 BP : transgression du niveau marin, mise en place de niveau

sableux R1 dans ces mêmes talwegs.

o De 10 000 BP à aujourd’hui : poursuite de la transgression marine, mise en place de

niveaux argileux C0.

Secteur rivière Comté (Figure 2) : les mêmes quatre horizons électriques ont été recoupés avec des gammes de résistivités plus faibles. A la différence du secteur fleuve Kourou, le niveau R1, dans ses gammes de résistivités assimilées à des sables moyens, est affleurant et n’est pas recouvert du niveau argileux C0. Cet horizon aquifère n’a été localisé que dans la partie Ouest du secteur. Le socle sein R2 n’aurait pas été atteint mais aurait été recoupé dans sa partie fissuré. Enfin, les argiles C1 présentent des gammes de résistivités très faibles et pourraient être contaminées par des eaux saumâtres.

Figure 2 : Coupe géophysique du secteur Comté

Le schéma géo-électrique obtenu pour le secteur de la rivière Comté n’est pas en accord avec le modèle conceptuel établi en phase 1 et témoigne de mécanismes de dépôts sédimentaires plus complexes. De plus amples investigations géophysiques permettraient de mieux comprendre ces phénomènes.

En conclusion, les investigations géophysiques réalisées ont permis de mettre en évidence deux niveaux aquifères R1 différents : un aquifère semi-captif dans le secteur du fleuve Kourou et un aquifère libre au secteur rivière Comté. Des forages de reconnaissances devront être réalisés en phase 3 (secteur fleuve Kourou en priorité) afin de confirmer l’existence de ces nappes alluviales et de les caractériser quantitativement et qualitativement. Compte tenu de la proximité de l’ouvrage avec la rivière et d’une relation supposée avec celle-ci, de forts débits d’exploitation sont attendus.



À terme, les nappes alluviales identifiées pourraient fournir une alternative aux eaux de surface, qui représentent à l’heure actuelle la quasi-totalité de l’approvisionnement en eau potable de la bande littorale Guyanaise.



Sommaire

Introduction ................................................................................................................. 9

1 Matériel et méthodes ............................................................................................ 11

1.1 OBJECTIFS DE L’ETUDE GEOPHYSIQUE .................................................... 11

1.2 TRAVAUX RÉALISÉS ...................................................................................... 12

1.2.1 Configuration d’acquisition des panneaux électriques ............................. 15

1.2.2 Topographie............................................................................................ 15

1.2.3 Moyens mis en œuvre ............................................................................ 15

1.2.4 Traitement et inversion ........................................................................... 16

2 Résultats et interprétations .................................................................................. 17

2.1. PRÉSENTATION DES RÉSULTATS ............................................................... 17

2.2. ETALONNAGE ................................................................................................ 17

2.3. SECTEUR DU FLEUVE KOUROU .................................................................. 18

2.1.1 Schéma géo-électrique ........................................................................... 18

2.1.2 Cible hydrogéologique ............................................................................ 19

2.1.3 Eléments structuraux .............................................................................. 24

2.4. SECTEUR DE LA RIVIERE COMTE ................................................................ 27

2.1.4 Schéma géo-électrique ........................................................................... 27

2.1.5 Cible hydrogéologique ............................................................................ 28

2.1.6 Eléments structuraux .............................................................................. 29

3 Conclusion ............................................................................................................ 33

4 Bibliographie ......................................................................................................... 35



Liste des illustrations

Figure 1 : Localisation des sites prospectés par panneaux électriques, à gauche secteur « fleuve Kourou », à droite secteur « rivière Comté » ..................................................... 11

Figure 2: Carte géologique du secteur de la rivière Comté (gauche), Carte géologique du secteur du fleuve Kourou (droite) ........................................................................................ 12

Figure 3 : Agencement des profils géophysiques, secteur fleuve Kourou (gauche), rivière Comté (droite) ................................................................................................................ 13

Figure 4 : Extrait Annexe 2, coupe de résistivité inversé, profil KO2, secteur fleuve Kourou : mise en évidence des différents horizons géo-électriques, R0,C0,R1,C1,R2. ............... 19

Figure 5 : Valeurs de résistivités mesurées à -9m, mise en évidence de dépots sédimentaires de sables fins à moyens et sables grossiers à graviers ......................................... 20

Figure 6 :Interprétation zonale des dépôts sableux : mise en évidence du paléo-lit du fleuve Kourou et de ses systèmes de sédimentation associés : érosion en rive concave, dépôts en rive convexe et plaine d’inondation. ................................................................... 21

Figure 7 : Mise en relation du shéma conceptuel de mise en place des dépots alluvionaires au cours du Würm avec les résultats de géophyisique obtenus au fleuve Kourou. ......... 22

Figure 8 : Extension présumée de l’aquifère aluvial du fleuve Kourou ....................................... 24

Figure 9 : Emplacement des failles supposées ........................................................................... 25

Figure 10 : Carte des profondeurs du socle mis en évidence par la géophysique et interpolées par méthode IDW. Des approfondissements soudains des profondeurs de socles permettent de mettre en évidence les couloirs de fracturation. On observe également un approfondissement général du socle au Sud, là où l’extension de la couche sableuse mise en évidence par géophysique est la plus importante. ... 26

Figure 11: Valeurs de résistivités mesurées à -6m, mise en évidence de dépots sédimentaires de sables fins à moyens ......................................................................................... 28

Figure 12 : Secteur de la rivière Comte - Localisation des panneaux électriques, extension des alluvions grossières et schéma structural. ......................................................... 30

Figure 13 : Carte des profondeurs du socle mis en évidence par la géophysique et interpolées par méthode IDW. .................................................................................................... 31

Liste des annexes

Annexe 1 Principe du panneau électrique .................................................................................. 37

Annexe 2 Résultat des panneaux électriques ............................................................................ 45



Introduction

La frange littorale Kourou/Cayenne est essentiellement constituée de sédiments quaternaires récents, subdivisés en trois séries différentes (série détritique de base, série des Coswine et série de Démérara) associées aux différentes phases de régressions et de transgressions marines quaternaires (Robelin, 1997). De par une proximité relativement immédiate avec le fleuve Amazone, ces dépôts d’origine marine, sont essentiellement argileux et limoneux entrecoupés par des cordons sableux, reliques d’anciennes plages. D’un point de vue hydrogéologique, la matrice argileuse ne possède pas de propriétés aquifères. Les cordons sableux enfouis, potentiellement bons réservoirs, sont quant à eux difficiles à localiser de par leurs faibles étendues (Pointet, 2000).

Face à la difficulté de prédire l’emplacement des anciens cordons littoraux enfouis, l’attention s’est portée sur les formations continentales fluviatiles localisées sur la frange littorale, à proximité des principaux cours d’eau. En effet, les fleuves charrient du matériel érodé aux formations granitiques de l’arrière-pays (sables) et le déposent lorsque leur dynamisme le permet. Ces sables constituent une très bonne cible hydrogéologique si leur granulométrie est élevée, si l’épaisseur de cette couche déposée est importante et d’autant plus, si une connexion hydraulique existe entre cet horizon et le cours d’eau actuel.

Il y a 18 000 ans (Glaciation de Würm), le niveau marin se trouvait 120m plus bas et le rivage se trouvait à 120 km de l’actuel (Bouysse et al., 1977 ; Palvadeau, 1999). Le dynamisme des cours d’eau était donc plus fort au niveau la frange littorale actuelle et permettait de déposer des sables. Suite à la remonté du niveau marin, ces derniers ont été recouverts par des formations argileuses car la vitesse d’écoulement des cours d’eau a baissé et un système de sédimentation estuarien influencé par l’Amazone s’est mis en place.

La phase 1 de l’étude (Baïsset et Pointet, 2012) a permis d’établir un schéma conceptuel de mise en place des dépôts alluviaux sur la frange littorale (Figure 9). Ce travail a montré que le degré de liberté d’écoulement des cours d’eau est contrôlé par la morphologie du socle sous-jacent et que les fleuves s’installent dans des talwegs délimités par de francs linéaments. Ainsi, il a été possible de prédire des zones où l’on peut retrouver d’anciens lits de fleuves ayant déposé des sables.

Au cours de cette phase 2, afin de valider ce modèle conceptuel et de prouver l’existence de ces niveaux sableux récents, 8 panneaux électriques ont été réalisés à proximité du fleuve Kourou et de la rivière Comté dans des zones sélectionnées en phase 1. Ces prospections géophysiques devront être confirmées par des forages de reconnaissance en phase 3 du projet, afin de dresser une coupe géologique du secteur et de tester les propriétés aquifères de ces dépôts continentaux.



1 Matériel et méthodes

1.1 OBJECTIFS DE L’ÉTUDE GÉOPHYSIQUE

Afin de valider le schéma conceptuel de répartition des dépôts fluviatiles aquifères (sablo-graveleux) sur la frange littorale de Guyane à proximité des principaux cours d’eau, des investigations géophysiques par la méthode du panneau électrique, dont les principes sont rappelées dans l’annexe 1, ont été réalisées.

Deux sites tests ont été sélectionnés lors de la phase 1 de l’étude pour faire l’objet d’investigations géophysiques. Dans le détail, les objectifs de ces investigations sont les suivants :

Confirmer la présence de dépôts alluvionnaires sablo-graveleux de type

fluviatile et appréhender l’ordre de grandeur de l’épaisseur et de l’extension de

ces dépôts.

Confirmer la présence de failles au sein du substratum dans les compartiments

affaissés empruntés par les cours d’eau.

Le premier secteur est situé en rive gauche de la rivière Comté, en amont de l’usine de traitement des eaux au niveau de la crique Saint Régis (Figure 3 - droite). Le deuxième se trouve sur le fleuve Kourou toujours en rive gauche, non loin du dégrad Saramaka (Figure 3 - gauche). La couche géologique aquifère visée par cette investigation est celle de la série de Démérara au niveau de sa composante de dépôts sédimentaires d’origine fluviatile (Figure 4).

Figure 3 : Localisation des sites prospectés par panneaux électriques, à gauche secteur « fleuve Kourou », à droite secteur « rivière Comté »



Figure 4 : Carte géologique du secteur de la rivière Comté (gauche), Carte géologique du secteur du fleuve Kourou (droite).

1.2 TRAVAUX RÉALISÉS

Les mesures sur le terrain ont été réalisées du 16 au 18/10/2012 sur le secteur de la rivière Comté et du 22 au 25/10/2012 sur le secteur du fleuve Kourou.

Au total 8 profils de 395 à 475 m de long ont été mesurés en 7 jours de terrain.



Tableau 1 – Caractéristiques des panneaux électriques réalisés – DD : dispositif dipôle-dipôle ; WS : dispositif Wenner-Schlumberger.

Figure 5 : Agencement des profils géophysiques, secteur fleuve Kourou (gauche), rivière Comté (droite)



1.2.1 Configuration d’acquisition des panneaux électriques

Une configuration d’acquisition est une manière d’agencer géométriquement les électrodes de courant et de potentiel en surface. Il en existe plusieurs, chacune présentant des avantages et des inconvénients, notamment en temps d’acquisition. La mise en œuvre d’au moins deux configurations d’électrodes permet, dans un contexte géologique complexe, de mieux appréhender la géométrie des différentes formations en présence.

Durant cette prospection, deux configurations d’acquisition ont été mises en œuvre lors de la réalisation des panneaux électriques : un dispositif dipôle-dipôle pour la résolution des terrains de surface ainsi qu’un dispositif Wenner-Schlumberger pour la profondeur.

Le dispositif dipôle-dipôle donne une très bonne résolution des terrains de sub-surface et pour les discontinuités verticales. Il est moins sensible aux effets latéraux (failles parallèles au profil) que le dispositif Wenner-Schlumberger. Par contre le rapport signal/bruit décroit rapidement et de ce fait la profondeur d’investigation peut être moins importante qu’avec un dispositif Wenner-Schlumberger.

Le dispositif Wenner-Schlumberger est beaucoup plus intégrant et, de ce fait, plus sensible aux effets latéraux. La résolution au niveau des horizons de sub-surface est moins bonne et celle des structures plus globale. Son intérêt majeur est la profondeur d’investigation atteinte grâce à un meilleur rapport signal/bruit.

Les caractéristiques des panneaux électriques réalisés sont présentées dans le Tableau 1.

Les principes de la méthode du panneau électrique sont présentés en annexe 1.

1.2.2 Topographie

Les panneaux électriques ont été positionnés au GPS avec une mesure à l’extrémité de chaque profil. La précision du positionnement varie de +/- 2m à +/- 5m en fonction de la couverture végétale.

Les levés altimétriques n’ont pas été effectués, car les variations d’altitude le long d’un profil et d’un profil à l’autre n’excèdent pas le mètre.

1.2.3 Moyens mis en œuvre

1.2.3.1 Personnel

1 ingénieur géophysicien

1 technicien supérieur

1 ingénieur hydrogéologue

3 manœuvres

1.2.3.2 Matériel

L’acquisition des panneaux électriques a été réalisée à l’aide d’un Syscal-Pro (Iris Instruments, France) connecté à 6 flûtes de 16 électrodes, soit 96 électrodes métalliques régulièrement espacées de 5 mètres sur 475m. L’énergie provenait d’une batterie externe. L’espacement



inter-électrodes de 5 m a été choisi afin d’assurer à la fois une résolution acceptable des terrains de surface, et l’obtention d’une profondeur d’investigation maximale d’environ 50 m. Le matériel utilisé comprend :

1 Syscal Pro

6 flûtes de 16 traces

96 électrodes

96 cordons

3 massettes

4 clés de portages

2 batteries de voiture 70 Ah

4 connecteurs de flûtes

Câbles divers

1 GPS portable

1 véhicule et 1 bateau

1.2.4 Traitement et inversion

Après filtrage des données de résistivité apparente (mesurées sur le terrain) sur la base de critère de qualité, de courant émis ou de potentiel mesuré, celles-ci sont ensuite traitées avec le logiciel X2IPI (Bobachev Alexey, Moscow University) pour corriger les artéfacts dus aux à-coups de prise puis inversées avec le logiciel Res2DInv (Loke & Barker 1996). Les profils de topographie sont inclus lors des inversions de chaque panneau électrique.

La section de résistivité « vraie », résultat de l’inversion, sera ensuite utilisée pour l’interprétation géologique. Elle fournit des informations quantitatives permettant de caractériser l’origine des différentes anomalies mises en évidence : résistivité, géométrie et profondeur, pendage. Les résultats de l’inversion sont présentés sous forme d’une coupe présentant la distribution des résistivités calculées le long du profil en fonction de la profondeur. Cela pour les différentes configurations d’acquisition choisies.

Pour chaque cas, des paramètres d’inversion ont été choisis de manière à optimiser la réponse du modèle.

Quelles que soient les performances des algorithmes de convergence, en l’absence d’étalonnage (résistivité étalonnée, profondeur des interfaces géo-électriques), les résultats fournis par l’inversion ne sont pas définis de manière univoque (il y a plusieurs solutions satisfaisant au même jeu de données). Cette indétermination ne peut être évaluée qu’en testant différentes solutions ou en contraignant l’inversion au moyen de paramètres (résistivités, épaisseurs, profondeurs) obtenus par d’autres moyens (autre méthode géophysique, diagraphies, forages, observations des affleurements…).



2 Résultats et interprétations

2.1. PRÉSENTATION DES RÉSULTATS

Les résultats de ces panneaux électriques sont consignés en Annexe 2. Les illustrations présentant les résultats des inversions des données de résistivité apparentes mesurées sur le terrain sont construites de la manière suivante :

La première illustration montre le résultat de l’inversion jointe des données acquises selon les dispositifs dipôle-dipôle et Wenner-Schlumberger et inversées avec l’option « robuste ». Cette dernière permet d’appréhender la structure géologique dans son ensemble et notamment de déterminer la profondeur du socle sain, ainsi que d’éventuelles discontinuités au niveau de ce substratum rocheux, témoignant de jeux de failles.

La seconde illustration montre le résultat de l’inversion jointe des données acquises selon les dispositifs dipôle-dipôle et Wenner-Schlumberger et inversées avec l’option « standard ». Afin d’avoir une meilleure résolution au niveau des horizons géo-électriques de sub-surface, seule la tranche de terrain située entre +2 et -20m a été prise en considération. L’intérêt de cette illustration est de mettre en évidence les différents niveaux sédimentaires fluviatiles de sub-surface.

Les horizons ou structures géo-électriques identifiés sont notés :

o C pour conducteur

o R pour résistant

o F pour discontinuité (faille, zone de fractures)

o Les chiffres 0, 1, 2 identifient des horizons différents et/ou sont en relation, si possible, avec la notion de superposition de différents terrains (0 étant le terrain de surface).

2.2. ETALONNAGE

Il n’existe aucun forage sur les 2 sites d’étude ou à proximité qui aurait pu permettre de caler l’interprétation des coupes de résistivité.

Un sondage à la tarière a été effectué en même temps que les investigations géophysiques sur le secteur du fleuve Kourou (profil KO4 – abscisse 210m). Les résultats de ce sondage, qui a atteint la cote -5m, a permis d’étalonner avec précision les 3 horizons géo-électriques situés dans cette tranche de terrain. Les résultats de cet étalonnage sont les suivants :

0 - 1.3m : argiles bariolées Horizon résistant

1.30 – 1.80 (niveau d’eau) : argiles grises sèches R0 ρ>400 ohm.m

1.80 – 2.0m : argiles grises humides Horizon conducteur

2.0 – 4.20m : argiles vasardes C0 ρ<400 ohm.m

4.20 – 5.0m (refus) : sable fins Horizon résistant R1 ρ>400 ohm.m



2.3. SECTEUR DU FLEUVE KOUROU

2.1.1 Schéma géo-électrique

Sur le secteur du fleuve Kourou le schéma géo-électrique, établi à partir de l’interprétation des 4 panneaux électriques (annexe 2, extrait en Figure 6) et du sondage à la tarière servant d’étalonnage, serait de haut en bas le suivant :

Un premier niveau résistant R0 présent de façon discontinue sur l’ensemble du secteur.

Son épaisseur varie de 0 à 4m (4m étant l’épaisseur maximale mise en évidence sur ce

secteur). Sa résistivité s’établit aux environs de 400 à 600 ohm.m. D’après les résultats

de la tarière effectuée sur le profil KO4 – abscisse 210m, cet horizon serait attribué à

des argiles situées au-dessus du niveau d’eau, ce qui expliquerait leur caractère

résistant ;

Un deuxième terrain conducteur C0 dont la résistivité varie de 40 à 400 ohm.m. La

variabilité de cette résistivité est probablement en relation avec le pourcentage d’argile

(conducteur) et le pourcentage de matière organique (résistant). L’épaisseur de cet

horizon est comprise entre 1 et 8 m. L’étalonnage et le sondage à la tarière montrent

que cet horizon conducteur correspondrait aux argiles vasardes situées sous le niveau

d’eau. Le toit de l’horizon C0 pourrait donc être considéré comme représentatif de la

position du niveau statique ;

Un troisième terrain résistant R1 dont la résistivité peut varier de 350 à plus de

800 ohm.m. D’après les résultats du sondage à la tarière qui a atteint le toit de cet

horizon, celui-ci pourrait correspondre à des dépôts alluvionnaires, qui d’après le

schéma conceptuel, seraient d’origine fluviatile.

Les variations de résistivité au sein de cet horizon sont théoriquement en relation avec

la granulométrie des sédiments en présence : sables fins plus conducteurs, sédiments

sablo-granuleux plus résistants.

L’épaisseur de cet horizon est de 5 à 8 m maximum. Une zone d’approfondissement a

été mise en évidence au niveau du panneau électrique KO2 à la station 220m, qui

pourrait correspondre à un ancien chenal. Cependant on ne retrouve pas cet

approfondissement sur les autres profils, le niveau résistant R1 étant globalement

tabulaire à sub-tabulaire.

Cet horizon R1 constitue donc notre principale cible hydrogéologique. Dans le but de

circonscrire les zones potentiellement les plus favorables, une hypothèse sur la relation

entre granulométrie et résistivité a été émise :

Résistivité > 450 ohm.m = sables grossiers – graviers

Résistivité < 450 ohm.m = sables fins

Un quatrième terrain conducteur C1 dont la résistivité est inférieure à 100 ohm.m. Son

épaisseur est relativement constante sur l’ensemble du secteur d’étude et s’établit aux

environs de 20 à 25m. Il correspondrait :

Soit à un dépôt argileux d’origine marine ;

Soit à la frange d’altération (saprolite) du substratum ;



Soit à la superposition de ces 2 formations. Le contraste de résistivité entre les

dépôts argileux d’origine marine et les argiles d’altération du socle n’est

probablement pas suffisant pour mettre en évidence le contact entre ces 2

formations.

Un substratum résistant R2 dont la résistivité est supérieure à 500 ohm.m. La

profondeur d’investigation des panneaux électriques permet de pénétrer d’une vingtaine

de mètres au sein de ce substratum. D’après les informations géologiques disponibles, il

serait attribué à l’horizon fissuré des schistes de BONIDORO (schistes et quartzites)

Figure 6 : Extrait Annexe 2, coupe de résistivité inversé, profil KO2, secteur fleuve Kourou : mise en évidence des différents horizons géo-électriques, R0,C0,R1,C1,R2.

2.1.2 Cible hydrogéologique

2.1.2.1 Spatialisation de l’information

Niveau aquifère

L’horizon résistant R1 constitue la cible hydrogéologique recherchée. Ce dernier a été mis en évidence par méthode électrique au droit des quatre profils à partir d’une profondeur de 8 m (+/-1m) sur une épaisseur s’étalant de 5 à 8 m. Des variations latérales de résistivité évoluant dans une gamme de 300 à 800 ohm.m sont observées au sein de cette couche résistante et sont attribuées à des variations granulométriques des sables :

Résistivité > 450 ohm.m = sables grossiers – graviers

Résistivité < 450 ohm.m = sables fins

Une spatialisation des données de résistivité, inversées et mesurées à 9 m de profondeur, permet de mieux comprendre la mise en place de ces dépôts et d’appréhender leurs géométries (Figure 4Figure 7).



Figure 7 : Valeurs de résistivités mesurées à -9m, mise en évidence de dépots sédimentaires de sables fins à moyens et sables grossiers à graviers

Un couloir résistant avec des valeurs mesurées supérieures à 600 Ω.m est ainsi mis en évidence. Il recoupe les quatre profils et a été intercepté dans sa longueur au niveau de K01. L’extension latérale de cet horizon est limitée à une centaine de mètres (80 au droit de K02, 50 à K04, 110 à K03). D’après l’étalonnage à la tarière et le schéma géo-électrique énoncé précédemment, il s’agit de sables grossiers à graviers.

Au vu du schéma conceptuel de mise en place des dépôts fluviatiles énoncé en phase 1 de l’étude (Baïsset, 2012) et de la géométrie de cet horizon, on peut penser que ce couloir résistant constitué de sables grossiers à graviers représente l’ancien lit du fleuve Kourou. Ce couloir représenterait ainsi un ancien méandre du fleuve, ou celui-ci s’écoulait au cours de la dernière transgression Würmienne, lorsque le dynamisme du cours d’eau était plus fort et permettait la mise en place de dépôts sédimentaires détritiques grossiers. Cette hypothèse est soutenue par le fait qu’aucun autre dépôt sableux n’a été mis en évidence au niveau de la rive concave du méandre alors que l’on en trouve au niveau de la rive convexe (Figure 8). De plus, lorsque le paléo-lit de la rivière adopte une géométrie rectiligne (au niveau de K01), des résistivités plus faibles assimilées à des dépôts de sables fins sont observées de part et d’autre du couloir résistant et correspondraient à une ancienne plaine d’inondation (Figure 8). L’extension latérale de cet horizon de sables fins à moyens, en connexion avec l’horizon de sables grossiers, et de 300 m environ.



Figure 8 :Interprétation zonale des dépôts sableux : mise en évidence du paléo-lit du fleuve Kourou et de ses systèmes de sédimentation associés : érosion en rive concave, dépôts en rive convexe et plaine

d’inondation.

Schéma géo-électrique et modèle conceptuel de mise en place des dépôts

La spatialisation du schéma géo-électrique observé (Annexe 2 Figure 7) semble confirmer le modèle conceptuel établi en phase 1 de l’étude. En effet, il est possible de corréler les horizons électriques avec les lithologies pressenties dans le modèle conceptuel (Figure 9). L’histoire sédimentaire récente de ce talweg serait ainsi la suivante :

1. De 30 000 BP à 18 000 BP : régression du niveau marin. Au sein des talwegs contenant

les cours d’eau, les formations argileuses C1, reposant sur le socle sein R2, sont

partiellement érodées ;

2. De 18 000 BP à 10 000 BP : transgression du niveau marin, mise en place de niveau

sableux R1 dans ces mêmes talwegs.

3. De 10 000 BP à aujourd’hui : poursuite de la transgression marine, mise en place de

niveaux argileux C0.



Figure 9 : Mise en relation du shéma conceptuel de mise en place des dépots alluvionaires au cours du Würm (Phase1 : Baïsset, 2012) avec les résultats de géophyisique obtenus au fleuve Kourou (Phase 2).



2.1.2.2 Description de l’aquifère visé

L’aquifère mis en évidence par prospection géophysique peut être conceptualisé comme un aquifère à double lithologie (sable fin à moyen et sable grossier à gravier) d’une extension latérale limitée à 300 m et d’une épaisseur de 5 à 8 m. En outre, sur la base de l’hypothèse émise plus haut de l’existence d’un paléo-lit du fleuve Kourou, il est possible que l’extension longitudinale de cet aquifère soit kilométrique (voir Figure 10), plus ou moins parallèlement au sens d’écoulement actuel du fleuve Kourou.

En termes de volume du réservoir, les sables grossiers, dont la porosité efficace admise dans la littérature est de 20%, représentent un quart du volume aquifère prospecté tandis que les sables fins à moyens d’une porosité de 10 % occupent le reste du volume. Une porosité efficace moyenne de l’aquifère peut être estimée aux alentours de 12 – 13%, soit un volume d’eau de 66 000 m3, pour la partie prospectée par géophysique, et de 300 000 m3 pour le volume total de l’aquifère présumé (en prenant la superficie extrapolée). Les perméabilités dans ce type de formations sont généralement comprises entre 10-1 et 10-4 m/s permettant d’envisager, si ces systèmes ne sont pas hydrauliquement déconnectés, la mise en production de forages avec de forts débits d’exploitation. Ces débits seront d’autant plus élevés si cet horizon est en connexion hydraulique avec le fleuve Kourou.

Les résultats de cette prospection géophysique apparaissent donc prometteurs. Cependant, pour s’assurer de l’intérêt d’exploiter l’aquifère alluvial présumé, plusieurs points restent à préciser :

l’extension longitudinale de l’aquifère (limites du paléo-lit du Kourou) ;

les paramètres hydrodynamiques de l’aquifère : perméabilité, transmissivité, coefficient

d’emmagasinement ;

la porosité des formations sableuses ;

l’origine des formations sableuses, afin de valider le modèle conceptuel énoncé en

phase 1.

Afin de répondre à ces questions, un forage de reconnaissance, dont l’implantation est matérialisée en Figure 10, est préconisé. Ce dernier permettrait de valider la coupe géologique avancée par la prospection géophysique et fournirait, à l’aide d’essais de pompages par paliers et de longue durée, les paramètres hydrodynamiques de la nappe alluviale que l’on espère capter, ainsi que ses conditions aux limites (relations nappes-rivières et limites étanches). Une étude minéralogique des cuttings du forage devra aussi être réalisée afin de déterminer l’origine des sables.

De nouvelles prospections géophysiques et des sondages à la tarière peuvent aussi être envisagés plus au sud, pour valider l’extension de la nappe et préciser sa géométrie.



Figure 10 : Extension présumée de l’aquifère aluvial du fleuve Kourou

2.1.3 Eléments structuraux

Les 4 panneaux électriques effectués sur le secteur du fleuve Kourou ont mis en évidence la présence d’au moins 2 failles F1 et F2. Ces failles sont marquées, au sein du substratum résistant, par des anomalies conductrices de faible amplitude et parfois par un faible décrochement du toit du socle.

Les anomalies conductrices qui caractérisent ces failles ont une emprise de l’ordre de 30 à 40m et correspondraient à la zone de fracturation et/ou d’argilisation associée à ces accidents tectoniques. A ces niveaux-là, on observe une altération plus prononcée des formations de socle.

La spatialisation de l’information structurale (Figure 11) émanant de l’interprétation des 4 panneaux électriques permet de dresser un schéma structural, qui n’est pas univoque, compte tenu de la surface investiguée (<25ha) et du nombre de profils (4). La solution présentée sur l’illustration 3 donne une direction E-W pour F1 et une direction NW-SE pour F2.



Figure 11 : Emplacement des failles supposées

Ce tracé a été obtenu grâce à une interpolation des profondeurs de socle sur logiciel SIG. La carte des profondeurs de socle a ainsi pu être créée par méthode d’interpolation IDW qui permet de garder les valeurs mesurées au niveau des profils (Figure 12). On observe qu’il n’est pas possible de relier l’anomalie conductrice observée à 200 m sur KO2 avec celle observée à 300 m sur KO4 car on ne recoupe pas d’anomalie sur KO1 (voir Annexe 2). Des anomalies conductrices recoupées sur les quatre profils permettent de tracer le couloir de fracturation F2. Cependant, concernant F1, le doute plane. Une orientation est proposée ici, mais demande à être confirmée par d’autres investigations géophysiques menées un peu plus loin et dans d’autres orientations. Une autre hypothèse peut aussi être avancée concernant l’anomalie conductrice attribuée à F1 qui assimilerait cette variation soudaine de conductivité à un changement de lithologie du socle.

La carte des profondeurs de socle apparaît cependant cohérente avec l’hypothèse que la couche résistante observée à l’aide de la prospection géophysique serait l’ancien lit du Kourou. En effet, on observe un approfondissement du socle vers le nord-ouest à l’endroit où l’ancien lit changerait aussi de direction, ce qui serait en cohérence avec un contrôle du lit du cours d’eau par la topographie du socle, au Riss (Figure 7a). Cet approfondissement de socle pourrait être relié à la présence d’une faille dans l’axe de KO2, abaissant le compartiment Sud où à un changement de lithologie entre des roches plus altérables au sud et moins altérables au nord.

C’est également à l’endroit où le socle est le plus profond que l’extension de la couche sableuse est la plus grande. Cet approfondissement permettrait la mise en place des plaines d’inondation pressenties (Figure 12).



Figure 12 : Carte des profondeurs du socle mis en évidence par la géophysique et interpolées par méthode IDW. Des approfondissements soudains des profondeurs de socles permettent de mettre en

évidence les couloirs de fracturation. On observe également un approfondissement général du socle au Sud, là où l’extension de la couche sableuse mise en évidence par géophysique est la plus importante.



2.4. SECTEUR DE LA RIVIERE COMTE

2.1.4 Schéma géo-électrique

Le schéma géo-électrique sur le secteur de la rivière Comté a été établi à partir de l’interprétation des 4 panneaux électriques (annexe 2) et en se référant aux résultats obtenus (sondage à la tarière et interprétation des panneaux électriques) sur le secteur du fleuve Kourou. Ce schéma géo-électrique diffèrent sensiblement de celui du fleuve Kourou et serait de haut en bas le suivant :

Le terrain résistant de sub-surface R0 qui était omniprésent sur l’ensemble du secteur

du fleuve Kourou n’a été mis en évidence que sur le profil CO1 entre les abscisses 0 et

130m puis entre 290 et 320m.

Le niveau d’eau serait donc sub-affleurant sur une bonne partie du secteur.

Un terrain conducteur C0 dont la résistivité varie de 50 à 300 ohm.m. Son épaisseur

peut atteindre une dizaine de mètres (extrémité SE de CO4). Par contre, il serait absent

sur tout le quart NW du secteur. Il correspondrait également aux argiles situées sous le

niveau d’eau ;

Un terrain résistant R1 dont la résistivité varie entre 150 et 600 ohm.m. Cet horizon, qui

correspondrait aux dépôts alluvionnaires, est parfois sub-affleurant notamment sur la

partie W du secteur (profils CO3 et extrémité SW de CO2) et dans cette zone son

épaisseur atteint une quinzaine de mètres ;

Un terrain conducteur C1 dont la résistivité est inférieure à 40 ohm.m. C’est-à-dire plus

conducteur qu’au niveau du secteur du fleuve Kourou. Son épaisseur est également

sensiblement plus importante (25 à 30m). Son origine serait la même que sur le secteur

précédent : soit un dépôt argileux marin, soit la frange d’altération du socle, soit la

superposition des 2. Au vu des faibles valeurs de résistivités < 20 ohm.m, il se pourrait

que ces dépôts soient contaminés par des eaux salées.

Un substratum résistant R2 dont la résistivité est supérieure à 100 ohm.m et qui

correspondrait aux schistes de l’Orapu au sommet de l’horizon fissuré saturé en eau

(d’où les faibles valeurs de résistivités)

D’un point de vue géomorphologique, la présence d’un paléo-chenal a été mise en évidence au niveau du profil CO1 entre les abscisses 250 et 340m. La longueur d’onde de cette structure serait donc d’environ 100m et le surcreusement de l’ordre d’une vingtaine de mètres. Au sein de ce paléo-chenal, on trouverait deux dépôts d’alluvions grossières (R1 à la base et R1a en sub-surface) avec une couche d’argile (C0) intercalée.

Cette structure n’a été intersectée par aucun des autres profils et reste donc sujette à caution (artéfact d’inversion).



2.1.5 Cible hydrogéologique

2.1.5.1 Spatialisation de l’information

L’horizon résistant R1 mis en évidence par cette prospection géophysique constitue l’aquifère recherché. D’une manière similaire à la démarche effectuée pour la prospection géophysique du fleuve Kourou, les valeurs de résistivité supérieures à 300Ω.m sont assimilées à des sables s’avérant de plus en plus grossiers plus les valeurs de résistivités sont élevées.

La spatialisation de cet horizon conducteur pour le secteur Comté s’avère cependant différente de celle du Fleuve Kourou. En effet, contrairement au fleuve Kourou, l’horizon R1 dans ses gammes élevées de résistivités (R>300 Ω.m) n’est pas recouvert d’une couche d’argile conductrice C0. Ce niveau est sub-affleurant, d’une épaisseur variant de 10 à 15 m et n’a été mis en évidence que dans la partie Ouest de la zone prospectée (Figure 13).

Figure 13: Valeurs de résistivités mesurées à -6m, mise en évidence de dépots sédimentaires de sables fins à moyens

Bien qu’un surcreusement ait été mis en évidence au niveau de CO1 (à la côte 300m), il est difficile de conclure à la mise en évidence d’un ancien chenal de la rivière Comté. Dans cette zone prospectée, la mise en place des dépôts sableux ne suit pas le schéma conceptuel avancé en première partie de l’étude. Une autre explication doit donc être proposée afin de prédire l’extension de cet aquifère présumé. Plusieurs hypothèses peuvent être établies :

L’ancien lit de la Comté, mis en place au Würm, se trouve plus au Nord ou plus au Sud

de la zone investiguée.



Dans cette zone investiguée, le moteur de la sédimentation n’est pas uniquement

d’origine fluviale mais aussi d’origine marine ce qui pourrait expliquer une couche de

sable sub-affleurant non reprise par une sédimentation plus argileuse.

La couche d’argile C0 a été érodée ?

La faible superficie de la zone investiguée ne permet pas de tirer des conclusions franches quant à l’origine et les mécanismes de dépôt de ce corps résistant R1.

2.1.5.2 Description de l’aquifère visé

Bien que l’origine et les mécanismes de mise en place de ce corps résistant R1 demandent à être développés, la prospection géophysique du secteur rivière Comté a permis de mettre en évidence un horizon assimilé à des sables fins à moyens.

Un horizon sableux d’une superficie de 7 hectares et de 10 à 15 m d’épaisseur a ainsi pu être mis à jour. En faisant l’hypothèse d’une porosité de 10 % dans ce type de formation, cela représente un volume d’eau libre de 88 000 m3. Cependant, seule une zone restreinte a pu

faire l’objet d’investigation géophysique. Il y a fort à penser que la superficie de cet aquifère est sous-évaluée et se prolonge plus à l’Ouest de la zone. De plus amples investigations géophysiques ou par tarière permettraient de lever ce doute.

Seul un forage de reconnaissance (voir implantations proposées en Figure 13) permettra de caractériser qualitativement et quantitativement ce corps résistant R1 mis en évidence par géophysique. Il s’agira d’étudier également les relations existantes entre ce niveau potentiellement aquifère et la rivière Comté.

Enfin, contrairement au secteur investigué au fleuve Kourou, ici, ce corps résistant R1 n’est pas recouvert d’argile. Ceci implique que cet horizon sub-affleurant constitue un aquifère libre, plus vulnérable que celui mis en évidence au fleuve Kourou.

2.1.6 Eléments structuraux

Les 4 panneaux électriques effectués sur le secteur de la rivière Comté ont mis en évidence la présence d’au moins 5 failles notées F1 à F5. La signature de ces failles est généralement bien marquée au sein du substratum. Elle est caractérisée par la présence d’une anomalie conductrice dont la largeur est d’environ 30 à 40m et le contraste de résistivité avec l’encaissant est supérieur à 3. Ces anomalies conductrices sub-verticales qui entaillent le substratum résistant sont attribuées à la zone de fracturation associée à la présence d’une faille.

La spatialisation de l’information structurale issue de l’interprétation des 4 panneaux électriques permet de dresser un schéma structural (Figure 14). Celui-ci, compte tenu de sa surface investiguée (<25ha) et du nombre de panneaux électriques (4) n’est pas univoque. Les failles F1 à F5 ont été tracées avec une direction NW-SE, direction régionale mentionnée sur la carte géologique et bien représentée au niveau de l’étude photo-linéamentaire (cf. Phase 1).



Figure 14 : Secteur de la rivière Comte - Localisation des panneaux électriques, extension des alluvions grossières et schéma structural.

L’interpolation par méthode IDW des profondeurs du socle mesurées par les 4 panneaux électriques permet de préciser ce tracé et de regrouper les familles de failles (Figure 15). La présence de F1 et F2 se confirme sur cette carte. Cependant concernant F3 et F4, il semblerait plutôt qu’un approfondissement matérialisant un couloir de fracturation (recoupé par C01, C02 et C04) affecte la zone suivant une orientation quasi N/S. On observe en effet une zone large d’une centaine de mètres où le socle atteint des profondeurs de -60m.

Aucun lien ne peut être établi entre la morphologie du socle et le remplissage sédimentaire sableux.



Figure 15 : Carte des profondeurs du socle mis en évidence par la géophysique et interpolées par méthode IDW.



3 Conclusion

Une prospection par panneaux électriques réalisée sur les zones du secteur du fleuve Kourou et de la rivière Comté, a permis de mettre en évidence un horizon résistant R1 dont les résistivités, suite à un étalonnage à la tarière, ont pu être assimilées à des sables potentiellement aquifères.

Sur le secteur fleuve Kourou, l’horizon résistant R1 a été recoupé au droit des quatre panneaux électriques à une profondeur (toit de l’horizon) de -8m pour une épaisseur variant de 5 à 8m. Des variations latérales de résistivités sont observées au droit de cet horizon et ont été interprétées par des variations de granulométries : Résistivité > 450 ohm.m = sables grossiers ; Résistivité < 450 ohm.m = sables fins. En spatialisant ces variations de résistivités, il est possible d’observer que les fortes gammes de résistivités assimilées à des sables grossiers (R> 600 ohm.m) adoptent une forme chenalisée, bordée par des dépôts plus fins. Cette structure géo-électrique peut être interprétée par l’ancien lit du fleuve Kourou lors de la transgression Würmienne et vient conforter le schéma conceptuel établit en première partie de l’étude (Baïsset et Pointet, 2012) ». Si cette interprétation est confirmée, cela implique que l’extension de l’aquifère sableux présumé s’étend bien au-delà de la zone prospectée.

Pour être confirmée, cette prospection géophysique sur le fleuve Kourou doit être suivie de la réalisation d’un forage de reconnaissance. Un tel forage permettra de quantifier quantitativement et qualitativement la ressource en eaux souterraines contenue dans l’horizon R1. Des essais de pompage de longue durée et par paliers permettront de plus de définir l’extension de la nappe et de déterminer les limites étanches et de réalimentation. L’intérêt ici est de vérifier s’il existe une connexion hydraulique avec le fleuve Kourou. Si cette hypothèse s’avère justifiée, alors les débits d’exploitation seront probablement importants et permettront de fournir une eau de meilleure qualité (moins turbide) que celle directement prélevée dans le fleuve.

Sur le secteur rivière Comté, l’horizon résistant R1 a été recoupé à l’Ouest de la zone sur une superficie de 7 hectares pour une épaisseur variant de 10 à 15m. Contrairement au secteur fleuve Kourou, ce niveau est sub-affleurant et n’est pas recouvert d’un niveau argileux C0. Cette structure géo-électrique possède des gammes de résistivités plus faibles (350-400 ohm.m en moyenne) ce que l’on interprète en supposant que les sables observés sont plus fins que sur le secteur Kourou. La mise en place de ces dépôts ne peut pas être expliquée par le schéma conceptuel établi en phase 1 de l’étude. Il suggère aussi un moteur de sédimentation plus complexe que celui mis en évidence sur le fleuve Kourou. Néanmoins, ce corps résistant R1 pourrait représenter un aquifère productif qui s’étendrait vraisemblablement au-delà de la zone prospectée. Un forage de reconnaissance pourrait également y être implanté, afin de lever les inconnues et caractériser quantitativement et qualitativement cette ressource.



4 Bibliographie

Bakalowicz, M et Lachassagne, P – De nouvelles techniques pour la mise en valeur des aquifères discontinus : aquifères de socle et aquifères karstiques Blès J.L., Lachassagne P., Gandolfi J.M. (1999) – PRR 301 – Fonctionnement et gestion des Hydrosystèmes. Projet « Village des Fleuves ». Fracturation et contraintes actuelles en Guyane. Application à la recherche d’eau souterraine en contexte de socle. Synthèse des données structurales recueillies dans le cadre du projet. Rap. BRGM R 40594, 92 p., 25 fig., 4 tabl. BOUYSSE.P., KUDRASS.H.R., LE.LANN.F. (1977) - RECONNAISSANCE SEDIMENTOLOGIQUE DU PLATEAU CONTINENTAL DE LA GUYANE FRANCAISE (MISSION GUYAMER 1975), BRGM/77-SGN-078-MAR, 48p Cautru J.P., Pointet T., Tournery H., Pasquet R. (1994) – Aménagement de la région Guyane. Feuille Kourou SE à 1/50 000. Rap BRGM R 38 111, 73 p., 5 fig., 4 ann. Cautru J.P., Pointet T., Tournery H., pasquet R., Denis L. (1997) – Aménagement de la région Guyane. Feuille Kourou NO à 1/50 000. Rap BRGM R 38353, 113 p., 7 fig., 2 tabl., 4 ann., 5 cartes hors-texte Choubert B. (1958) – Carte géologique détaillée de la France (1/100.000ème), département de la Guyane, feuille de Cayenne et Kourou et notice explicative – Imprimerie nationale, Paris Delille J.C. (1977) – Inventaire du département de la Guyane –Prospection minéraux lourds – Reconnaissance alluvionnaire 1976 – Rapport BRGM 77 GUY 010, 24 p. Delor C., Lahondère D., Egal E., Lafon J.M., Cocherie A., Guerrot C., Rossi P., Truffert C., Théveniaut H., Phillips D., de Avelar V.G. (2003) – Transamazonian crustal growth and reworking as revealed by the 1 :500,000-scale geological map of French Guiana (2nd edition), Géologie de la France, Geology of France and surrounding areas – Coédition BRGM-SGF – p. 5-43 Fillion E., Rampnoux N., Laporte P., Mercier F. (1995). – Evaluation des ressources en eaux souterraines – Aquifère du cordon littoral – zone d’Iracoubo. Rapport d’avancement au 31/12/95. Rapport BRGM R 38658 GUY 95, 37 p., 15 fig., 4 tabl., 4 ann.. Gouyet S. (1988) – Evolution tectono-sédimentaire des marges guyanaises et nord-brésilienne au cours de l’ouverture de l’Atlantique Sud. – Thèse 3ème cycle, Université de Pau, 374 p. Lachassagne P., Laporte P., Pointet Th. (1995). – recherche d’eau souterraine au sein du socle fracturé en Guyane : Ile de Cayenne. Rapport d’avancement au 31/12/94. – Rapport BRGM R 38284 DR/HYT 95, 45 p., 21 fig., 4 tabl., 3 ann. Lachassagne P., Rampnoux N., Deroin J.P., Dutartre Ph., Laporte P., Mercier F. (1996). – Compréhension de l’hydrogéologie du socle fracturé. Mise au point de méthodologies de prospection : villages des fleuves de Guyane. Rapport d’avancement au 31/12/95.- BRGM/ Direction de la Recherche.- Rapport BRGM R38760 DR/HGT 96, 41 p., 19 fig., 2 tabl., 2 ann..



Lachassagne P., Castaing C., Négrel Ph. et Rampnoux N. (1997) – Villages des fleuves de Guyane. Hydrogéologie du socle fracturé. Mise au point de méthodologies de prospection, exploitation et gestion des aquifères. Rapport d’avancement au 31 décembre 1996. Rap. BRGM R39310, 77p., 27 fig., 1 tabl., 2 ann. Ledru P., Lasserre J.L., Manier E., Mercier D. (1991) – Le Protérozoïque inférieur du Craton Nord Guyanais : Révision de la lithologie, tectonique transcurrente et dynamique des bassins sédimentaires. Bull. Soc. Géol. Fr, t. 162, n°4, p.627-636 Palvadeau E. (1996) – Evolution géodynamique de la marge continentale de la Guyane française - Implications morphostructurales hydrologiques et hydrogéologiques. Rapport d’avancement. 59 p. , 37 fig., 1 ann. Palvadeau E (1999) - Géodynamique quaternaire de la Guyane française. – Doc BRGM 287, 232 p., 88 fig., 3 ann. Pointet T. (2000) - Les ressources en eaux souterraines de la Guyane. – Rapport BRGM RP50549-FR. 37 p., 16 fig. Robelin C. avec la collaboration de Farjanel G. (1997) – Evolution géologique et sédimentologique du littoral guyanais. Rap. BRGM R39883, 179 p., 32 fig., 8 tabl., 2 ann.

Theveniaut H., Delor C. avec la collaboration de Bernard de Sanchez B., Capus F. et Graviou P. (2004) – Connaissance Géologique de la Guyane, livret de l’enseignant Trebossen H., Deffontaines B., Classeau N., Kouame J., Rudant J-P. (2005) - Monitoring coastal evolution and associated littoral hazards of French Guiana shoreline with radar images , Suivi des évolutions côtières et des risques littoraux en Guyane française par imagerie radar à synthèse d'ouverture – Geosciences 337



Annexe 1

Principe du panneau électrique



La tomographie électrique (ERT pour Electrical Resistivity Tomography) est une méthode géophysique permettant d'obtenir la distribution de la résistivité électrique des matériaux (roches ou structures) en profondeur (2D et 3D selon le dispositif d’acquisition mis en place) à partir de mesures de potentiel électrique en surface. Les termes «panneau électrique» ou «tomographie électrique» sont utilisés pour qualifier une prospection électrique (initialement basée sur quatre électrodes) automatisée le long d’un profil multi-électrodes (2D) ou sur une surface (3D). Ce type d’acquisition présente l’avantage de fournir des résultats fiables en 2D ou 3D, et d’être rapidement mis en œuvre.

Le principe de base de la prospection électrique est d’injecter dans le sol un courant électrique d’intensité I entre deux électrodes A et B et de mesurer la différence de potentiel ΔV induite entre une autre paire d’électrodes M et N (figure 1).

Figure 1 : Principe de la mesure en courant électrique continu

A partir de la valeur du courant injecté I, de la mesure de la différence de potentiel ΔV et de l’écartement entre les différentes électrodes, on peut déterminer la résistivité électrique apparente du sous-sol sur base de la loi d'Ohm :

I

VKapp

où K est un facteur dépendant de la géométrie du dispositif de mesure (figure 2) :

1

22211211

11112

rrrrK

MN

A

BIAB

VMN



Figure 2 : Disposition générale d'électrodes où A et B sont les électrodes de courant,

M et N, les électrodes de potentiel (0 < θ, Φ < π)

La résistivité apparente d'un terrain hétérogène correspond à la résistivité d'un terrain homogène qui, pour une configuration identique des électrodes et un même courant injecté, donnerait la même mesure ΔV. Elle est fonction de la résistivité, de la géométrie des diverses couches et de la disposition des électrodes. Il existe plusieurs dispositifs d’électrodes utilisés en pratique : Schlumberger, Wenner, dipôle-dipôle, pôle-pôle , etc.

Dispositifs d’électrodes / configurations d’acquisition

Une configuration d’acquisition est une manière d’agencer géométriquement les électrodes de courant (AB) et de potentiel (MN) (soit les quadripôles ABMN) en surface. Il en existe plusieurs, chacune présentant avantages et inconvénients. Les différences majeures entre ces configurations sont la distribution des lignes de courant électrique dans le sol et donc la forme des équipotentielles en surface ainsi que la valeur du coefficient géométrique K qui conditionnera les valeurs du courant minimal I à injecter pour mesurer un potentiel électrique minimal U fiable. Selon les équipements utilisés, certains dispositifs sont également plus rapides (dipôle-dipôle) à acquérir que d’autres (Schlumberger) grâce à des acquisitions multi-voies (plusieurs mesures de ΔV pour une injection de courant.

Pour la configuration Wenner, par exemple, la profondeur d’investigation est estimée égale à la moitié du plus grand écartement utilisé entre deux électrodes successives mais elle peut varier suivant la nature des terrains et leur résistivité. L’écartement entre électrodes détermine donc la profondeur d’investigation ainsi que les résolutions horizontale et verticale. Par rapport aux autres configurations, le dispositif Wenner rend les structures plus facilement reconnaissables sur la pseudo-section.

D’une manière générale, la mise en œuvre d’au moins deux configurations d’électrodes permet dans la plupart des contextes de mieux appréhender la géométrie des différents corps en présence. Ci-dessous sont présentées trois configurations souvent mises en œuvre avec les équipements automatisés actuels.



Le dispositif dipôle-dipôle donne une très bonne résolution des terrains de subsurface et pour les discontinuités verticales. Dans cette configuration, le rapport signal/bruit décroit rapidement et la profondeur d’investigation se réduit également (figure 3).

Figure 3 : Configuration dipôle-dipôle

Le dispositif Schlumberger est plus intégrant et, de ce fait, plus sensible aux effets latéraux. La résolution au niveau des horizons de sub-surface est moins bonne et celle des structures plus globale. Son intérêt majeur est la profondeur d’investigation atteinte (de l’ordre de 80m) grâce à un meilleur rapport signal/bruit (figure 4).

Figure 4 : Configuration de Schlumberger

Le dispositif Wenner est un dispostif présentant la particularité d’avoir trois espacements identiques entre les quatre électrodes. Avec ce dispositif, les résistivités apparentes sont moins affectées par les variations latérales superficielles (figure 5).

Figure 5 : Configuration de Wenner



Construction d’une pseudo-section de résistivité apparente

Après filtrage des données brutes de résistivité apparente (mesurées sur le terrain) sur la base de critère de qualité, de courant émis ou de potentiel mesuré (logiciels Iris Instruments et X2ipi), celles-ci sont agencées de manière à obtenir une coupe (pseudo-section) de résistivité apparente du sous-sol. Cette dernière est construite (automatiquement) en reportant la valeur de la résistivité apparente mesurée au centre du dispositif et à une profondeur dépendant de l’écartement entre les électrodes. Cette représentation conduit à une image pour laquelle les valeurs de résistivité (puisqu’apparentes) et celles de profondeur ne sont pas correctes (figure 6).

Figure 6 : Principe de construction d’une pseudo-section pour un dispositif Wenner

Traitement et inversion des données

Afin d'obtenir une image quantitative représentant les variations de résistivité réelle (et non apparente) en fonction de la vraie profondeur, il est nécessaire d’inverser la pseudo-section (figure 7). Cette étape est réalisée à l’aide du logiciel Res2DInv (Loke & Barker). Cette inversion des données est réalisée suivant un processus itératif qui tente de minimiser l’écart entre la pseudo-section de résistivités apparentes mesurées et une pseudo-section recalculée à partir d’un modèle de résistivité électrique. Ce modèle est modifié à chaque itération jusqu’à ce que les données mesurées et calculées atteignent une concordance acceptable ou jusqu’à ce qu’aucune nouvelle amélioration ne soit possible. Afin de prendre en compte les morphologies rencontrées, la topographie de chaque profil est incluse lors de l’inversion (figure 8).



Figure 7 : Résultats complets (en images) d’une inversion. En haut la pseudo-section de résistivité apparente mesurées. En bas, le modèle de résistivité issu de l’inversion. Au centre, la pseudo-section de résistivité calculée sur la base du modèle de résistivité. L’erreur (RMS) constitue la différence entre les deux premières pseudo-sections (ici 4.4 %).

La pseudosection de résistivité « vraie » (illustration du bas de la figure 7), résultat de l’inversion, sera ensuite utilisée pour l’interprétation. Elle fournit des informations quantitatives permettant de caractériser l’origine des différentes anomalies mises en évidence : résistivité, géométrie des horizons, profondeur, pendage. Les résultats de l’inversion sont présentés sous forme d’une coupe (pseudosection) semblable à celle de résistivité apparente présentant la distribution des résistivités calculées le long du profil en fonction de la profondeur. Cela pour les différentes configurations d’acquisition choisies.

Figure 8 : Résultat de l’inversion de la figure 7 avec la topographie.

Pour chaque cas, des paramètres d’inversion sont choisis de manière à optimiser la réponse du modèle en incluant une information « à priori ».



Quelles que soient les performances des algorithmes de convergence, en l’absence d’étalonnage (résistivité étalonnée, profondeur des interfaces géoélectriques) les paramètres fournis par l’inversion ne sont pas définis de manière univoque (il y a plusieurs solutions satisfaisant au même jeu de données) et sont soumis à des principes d’équivalence. Cette indétermination ne peut être évaluée qu’en testant différentes solutions ou en contraignant l’inversion au moyen de paramètres (résistivités, épaisseurs, profondeurs) obtenus par d’autres moyens (autre méthode géophysique, diagraphies, forages, observations de terrain).

Applications

La tomographie électrique proche surface (< 100m) s’applique globalement à toutes les sciences environnementales dans des domaines divers et variés.

Hydrogéologie (épaisseur d’aquifère), profondeur du substratum, identification d’invasions salines en milieu côtier

Volcanologie : identification des zones de fortes altérations hydrothermales

Géologie : identification de contact géologique ou tectonique

Environnement : suivi de panache de contamination dans le sol ou dans un aquifère

Risques naturels : délimitation de la base de glissements de terrain

Dans le domaine minier (associée à des mesures de polarisation provoquée (PP)), pour mettre en évidence des corps minéralisés

En archéologie pour l’identification de structures enterrées

Risques naturels : recherche de cavité en proche surface

Géotechnique : qualité de fondations



Annexe 2

Résultat des panneaux électriques



















Centre scientifique et technique

3, avenue Claude-Guillemin BP 36009

45060 – Orléans Cedex 2 – France

Tél. : 02 38 64 34 34 - www.brgm.fr

BRGM Guyane

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Documents

Connaissance des aquifères littoraux en Guyane. Phase 2