Géophysique - Site officiel MINEPAT

Transcription

REPUBLIQUE DU CAMEROUN
MINISTERE DE L’ECONOMIE, DE LA PLANIFICATION
ET DE L’AMENAGEMENT DU TERRITOIRE
BARRAGE NATUREL DU LAC NYOS
PROSPECTION GEOPHYSIQUE
Date: 24/06/2008
Ref: 08_033/CE/GP/RE001
Version
00
Date
24/06/08
Certified
Safety VCA**
Modification
Rapport final
Rédigé par
LDE-TNZ
Vérifié par
TNZ
G-tec S.A/N.V
Geophysical Exploration – Engineering
Geology
www.g-tec.eu
Rue Frumhy 34
B 4671 Blegny – Belgium
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Approuvé par
LHA
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ISO9001:2000
Souverainestraat 58 Bus 4
B 9800 Deinze - Belgium
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Banque : ING – Compte n° 340-1345192-34
CAMEROUN-MINEPAT- Barrage naturel du Lac Nyos
Prospection Géophysique
DOCUMENT DE CONTROLE
Document d’identification
Titre:
Barrage naturel du Lac Nyos – Prospection Géophysique
Projet:
Lac Nyos - CAMEROUN
Client
MINEPAT – REPUBLIQUE DU CAMEROUN
Reference du projet:
08_033/CE/GP/RE001
Project Manager
TNZ
Ref. offre
OF_07_002_SHER_lac Nyos_Géophysique_ver05
Realisation
Réalisé par
Supervisé par
Acquisition
LDE - TNZ
TNZ
Traitement
LDE – EPI - TNZ
TNZ
LDE - TNZ
TNZ
Item
Rapport
Approbation
Version
00
Date
24/06/08
Rédigé par
Vérifié par
Approuvé par
LDE - TNZ
TNZ
LHA
Liste de distribution
Nom
08_033/CE/GP/RE001
# ex.
Firme/Autorité
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Qualité
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TABLE DES MATIÈRES
1.
Introduction ...................................................................................................................5
2.
Caractéristiques géologiques ..........................................................................................6
3.
Prospection geophysique ................................................................................................8
3.1. Bathymétrie ...........................................................................................................8
3.1.1. Principe de la méthode.........................................................................................8
3.1.2. Mise en oeuvre ....................................................................................................9
3.1.3. Résultats et interprétation ..................................................................................10
3.2. Tomographie électrique ......................................................................................11
3.2.1. Principe de la méthode.......................................................................................11
3.2.2. Mise en oeuvre ..................................................................................................12
3.2.3. Résultats et interpretation ..................................................................................13
3.3. Tomographie sismique ........................................................................................14
3.3.1. Principe de la méthode.......................................................................................14
3.3.2. Mise en oeuvre ..................................................................................................17
3.3.3. Résultats et interprétation ..................................................................................17
3.4.
Synthèse des résultats ..........................................................................................19
4.
Modèle proposé ............................................................................................................20
5.
Conclusions ..................................................................................................................21
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INDEX DES FIGURES
Figure 1 : Principe de l’échosondeur
Figure 2 : Principe de la tomographie électrique
Figure 3 : Exemple de résultat : tomographie électrique
Figure 4 : Principe des mesures tomographiques entre forages
Figure 5 : Signal sismique
INDEX DES DOCUMENTS
Document 1 : Carte bathymétrique
Document 2 : Implantation et résultats des tomographies électriques
Document 3 : Implantation et résultats des tomographies sismiques
Document 4 : Interprétation schématique des résultats
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1.
INTRODUCTION
Le lac Nyos est situé au Nord-Ouest du Cameroun, près de la frontière
nigériane. Il se trouve dans une région montagneuse qui fait partie d’une
chaine volcanique connue sous le nom de « La Ligne volcanique du
Cameroun ». Il s’agit d’un lac de cratère qui couvre une superficie
d’environ 1.5 km x 1 km et la profondeur est de l’ordre de 200 m en son
centre.
Il existe un barrage naturel au Nord-Ouest de ce lac dont la crête, dans sa
partie centrale, serait à 1092 m d’altitude, maintenant la cote de l’eau à
1091 m. Cette partie constitue un déversoir sur lequel s’écoule le trop
plein du lac pendant les saisons pluvieuses.
Le barrage naturel du lac Nyos semble s’être formé par comblement d’une
vallée préexistante par des produits volcaniques d’éruptions successives.
La cote du bedrock granitique, dans l’axe de l’ancienne vallée est d’environ
1052 m.
Suite à la catastrophe survenue en 1986 ayant entrainé le retournement
des eaux du lac, plusieurs rapports ont attiré l’attention sur la fragilité du
barrage. En cas de rupture de ce dernier, en plus de l’expulsion de gaz
comme en 1986, il y aurait des inondations.
Le présent rapport concerne les résultats des mesures géophysiques mises
en œuvre pour l’investigation du site de ce barrage. La campagne
géophysique s’est déroulée du 28 mai au 1er juin 2008. Elle a consisté en
la réalisation de mesures bathymétriques, de tomographies électriques et
de tomographies sismiques entre forages.
Les mesures bathymétriques avaient pour but de déterminer le profil
transversal du barrage. Les autres mesures géophysiques avaient pour
objectifs la détermination de la géométrie des formations géologiques,
l’évaluation de leur compacité, de leur degré de fracturation et/ou
d’altération. Ces informations permettraient de construire un modèle du
site en vue de l’élaboration des solutions pour le renforcement du barrage.
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2.
CARACTÉRISTIQUES GÉOLOGIQUES
Le barrage naturel du lac Nyos se présente comme un ensemble stratifié,
en couches d’épaisseurs variables, comprenant des graviers de basalte et
des blocs de granite. Cet ensemble présente un pendage Nord et repose
sur un bedrock granitique.
La crête topographique de ce barrage a la forme d’une vallée avec en son
centre un déversoir d’une vingtaine de mètres de large sur lequel s’écoule
le trop plein du lac pendant la saison des pluies. Sur ce déversoir se
creusent des marmites d’érosion dues aux déversements périodiques des
eaux du lac.
Au droit du déversoir, la face aval du barrage est une falaise d’une
quarantaine de mètres de haut. On y observe des cavités et des
surplombs qui traduisent l’altération différentielle au sein de ces dépôts
pyroclastiques. Cette altération provoque des éboulements de très gros
blocs (plusieurs m3) encombrant le pied de la falaise.
Trois forages (F1, F2 et F3) ont été réalisés le long du déversoir afin de
caractériser les différentes formations géologiques constituant le barrage
naturel. Ils ont atteint des profondeurs comprises entre 45 et 55 m. Les
forages F1 et F3 sont les plus proches respectivement du lac et de la
falaise.
La description détaillée des trois forages indique une alternance de zones
compactes et de zones à éléments friables ou de zones de consistance
molle. Afin de comparer ces données aux résultats géophysiques, les logs
de ces forages ont été modifiés en regroupant tous les niveaux compacts
successifs ou tous les niveaux de faible compacité successifs en un seul
horizon. On obtient les résultats suivants.
Forage F1 :
De 0 à 11.50 m : éléments fins et grossiers cimentés, se présentant sous
forme d’alternance de lits massifs et grossiers ;
de 11.50 à 21 m : éléments fins à moyens grisâtres et friables ;
de 21 à 37 m :
éléments fins grisâtres surconsolidés ;
de 37 à 49 m :
roche décomposée en graves sablo-argileuses avec
des blocs de granite sains à la base ;
de 49 à 55 m :
Granite sain.
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Forage F2 :
De 0 à 17 m :
éléments fins à moyens cimentés et surconsolidés ;
de 17 à 30 m :
éléments fins à moyens friables à moyennement
consolidés alternant avec des zones à consistance molle;
de 30 à 35 m :
éléments fins surconsolidés avec blocs de granite ou de
basalte;
de 35 à 46 m :
des blocs de granite sain ;
Forage F3 :
De 0 à 13 m :
éléments fins et grossiers cimentés et surconsolidés;
de 13 à 26 m :
éléments fins grisâtres moyennement consolidés
alternant avec des zones à consistance molle;
de 26 à 35 m :
éléments fins surconsolidés avec des blocs de basalte ;
de 35 à 44 m :
des blocs de granite sain à la base ;
de 49 à 55 m :
granite sain fissuré.
Les résultats de ces forages indiquent que le sous sol, au droit du barrage
naturel, est composé de dépôts pyroclastiques d’une trentaine de mètres
d’épaisseur reposant sur un bedrock granitique dont le manteau
d’altération a une dizaine de mètres d’épaisseur.
Au droit du déversoir, on observe la trace de plusieurs diaclases parallèles
au barrage naturel.
Les trois forages ont été équipés en piézomètres. Le 30/06/2008, les
profondeurs d’eau par rapport au niveau du sol étaient les suivants :
F1 : 15.47 m ;
F2 : 13.45 m ;
F3 : 16.50 m.
Ces données piézométriques indiquent que la nappe aquifère dans le
barrage n’est pas en équilibre avec l’eau du lac.
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3.
PROSPECTION GEOPHYSIQUE
La prospection géophysique a consisté en la réalisation de mesures
bathymétriques, de tomographies électriques et de tomographies
sismiques entre forages.
3.1. BATHYMETRIE
Les mesures
échosondeur.
bathymétriques
ont
été
réalisées
avec
une
sonar
3.1.1. Principe de la méthode
L’échosondeur est l’application la plus connue des techniques acoustiques
utilisées en mer, zones portuaires ou voies navigables : il permet d’obtenir
la profondeur d’eau sous le transducteur.
Son principe consiste à envoyer vers le bas une impulsion sonar. Celle-ci,
de fréquence usuellement comprise entre 100 et 300 kHz pour la
bathymétrie peu profonde est réfléchie par le fond ou tout autre obstacle,
et renvoyée vers le transducteur. L’ouverture du faisceau sonar doit être
faible, de manière à obtenir une bonne résolution horizontale. Le temps
de propagation mesuré est converti en profondeur moyennant calibration
ou détermination de la vitesse de propagation des ondes soniques par
calcul ou mesure (sonde sonique).
En déplaçant l’embarcation, on obtient un profil bathymétrique dans la
direction voulue, sous forme digitale ou analogique (voir figure 1).
Actuellement, l'échosondeur est presque systématiquement couplé à un
système de positionnement, ce qui permet de géoréférencer les données.
Temps / Profondeur
Distance horizontale
Fond
Figure 1: Principe de l’échosondeur
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3.1.2. Mise en oeuvre
Le matériel a été installé à bord d’un zodiac dans le cadre de cette étude.
Le récepteur du positionnement (antenne GPS) a été installé sur le même
support que le transducteur de l’échosondeur.
Ceci permet une
localisation très précise des points de mesure (pas d’offsets à prendre en
compte).
Les mesures bathymétriques ont été positionnées par GPS dans le
système géodésique WGS1984. Le système de coordonnées est l’UTM,
Zone 32 Nord.
Le même ordinateur portable reçoit, traite, affiche et stocke les
informations
fournies
simultanément
par
l'échosondeur
et
le
positionnement, grâce au logiciel Navipac. L'avantage de l'acquisition
simultanée tient dans la connaissance exacte des instants de chaque
mesure (bathymétrie ou positionnement) et des corrections à apporter sur
le temps de transfert des données d'un appareil à l'autre afin de faire
correspondre avec exactitude les points bathymétriques et les positions
correspondantes. On élimine de la sorte tout problème de synchronisation
entre deux appareils indépendants.
Les données étaient visualisables en temps réel de manière graphique sur
la console de l’échosondeur (bathymétrie) et sur le PC de navigation
(positionnement).
L'étalonnage de la vitesse de propagation des ondes acoustiques dans
l'eau a été réalisé par mesure de la température de l'eau, la vitesse étant
déduite des abaques vitesse/température/salinité et introduite dans
l'échosondeur. Les valeurs de profondeurs mesurées à l'échosondeur ont
été vérifiées en eau immobile au moyen d’un penta décamètre lesté.
Le traitement des données comprendra les étapes suivantes :
•
•
•
•
•
traitement du positionnement (élimination des mauvaises données) ;
traitement de la bathymétrie : élimination des données visiblement
erronées liées à une mauvaise digitalisation, ayant principalement
pour origine la présence de bulles d'air dans l'eau ou la présence
d'un sol absorbant.
correction des offsets verticaux.
fusionnement du positionnement et de la bathymétrie.
réalisation de la carte bathymétrique.
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3.1.3. Résultats et interprétation
La carte bathymétrique obtenue est reprise sur le document 1. Les
courbes de niveau sont présentées en termes de profondeur en mètres. Le
niveau de référence de la carte bathymétrique est la dalle de béton au
droit du forage F1. Le niveau 0 de l’eau se trouve 0.38 m plus bas que
l’altitude du sommet de cette dalle de béton.
La superficie investiguée couvre environ 200 m x 100 m.
Cette carte bathymétrique peut être divisée en deux parties :
•
la première partie forme une bande d’une trentaine de mètres de
large qui est orientée SW-NE. Les profondeurs d’eau varient
régulièrement entre 5 m au bord du lac et 15 m à la limite de
cette bande. Vers l’Ouest, la transition vers la deuxième partie se
fait via une pente de l’ordre de 60% alors que, vers le Sud, il
s’agit d’une paroi subverticale d’une vingtaine de mètres de haut
entre les abscisses 643090 et 643140;
•
la deuxième partie forme aussi une bande orientée SW-NE et sa
largeur est d’une soixantaine de mètres. Cette partie diffère de la
première par le fait que les profondeurs d’eau augmentent du
Nord-Est vers le Sud-Ouest. Au Nord, les profondeurs sont d’une
vingtaine de mètres et la pente semble constante jusqu’à 50 m de
profondeur. Puis cette dernière augmente brusquement et les
profondeurs de l’ordre de 80 m sont atteintes au Sud de la zone
investiguée.
La première partie ci-dessus définie, reste parallèle au barrage naturel
ainsi que les courbes bathymétriques. La deuxième partie présente des
caractéristiques morphologiques complètement différentes. Ceci est
vraisemblablement lié à l’altération des matériaux de nature différente.
Cette différence morphologique semble montrer que la première partie de
la carte bathymétrique correspondrait au prolongement du barrage naturel
sous le lac.
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3.2. TOMOGRAPHIE ÉLECTRIQUE
Cette méthode est basée sur la mesure de résistivités apparentes du soussol pour un grand nombre de positions et d’espacements d’électrodes
d’injection de courant, et d’électrodes de mesures de potentiel (figure 2).
En pratique, ces électrodes sont disposées en ligne selon un espacement
déterminé, en fonction de la profondeur d’investigation et de la résolution
désirée.
a
C1
a
a
P1
P2
C2
Equipotentielles
Station 3
C1
P1
P2
3a
3a
C2
3a
Resistivity Meter
Laptop
Computer
Station 2
C1
P1
2a
C2
P2
2a
Electrode Selector
2a
Station 1
C1 P1 P2 C2
a
1
C
1
P
S
3
in
t2
P
o
a
2
C
o
p
-iu
q
E
n
e
jila
t
1
C
2
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n
a
a
tP
S
3
1
3
a
2
C
a
a
E
rlco
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o
a
L
C
1
n
C
=
1
io
2
n
P
a
C
taS
re
tp
u
o
n
=
2
3
4
5
6
a
a
n=1
n=2
n=3
n=4
n=5
n=6
Figure 2 : Principe de la tomographie électrique
La procédure de réalisation d’un panneau électrique consiste à mesurer
pour chaque espacement entre électrodes, les valeurs de résistivité
apparente pour tous les groupes possibles de 4 électrodes disposées selon
le dispositif le long de la ligne de mesures.
Le report de ces valeurs de résistivité à une pseudo-profondeur,
dépendant de l’espacement entre électrodes, fournit une pseudo-section
trapézoïdale des résistivités apparentes. La section des résistivités réelles
est obtenue par inversion combinée de l’ensemble des mesures, basée sur
une modélisation du sous-sol par éléments finis ou différence finie
(figure 3 : exemple d’une section de tomographie électrique).
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Elevation (m)
Resistivity in ohm.m
Figure 3: Exemple de résultat : tomographie électrique
Dans la figure ci-dessus les faibles valeurs de résistivités (inférieures à
une centaine d’ohms mètre) représentent les terrains de couverture et les
résistivités plus élevées, le bedrock avec une poche d’altération dans la
partie centrale.
Les avantages de la méthode sont la bonne discrimination entre terrains
limoneux ou argileux (résistivité faible), et rocheux (résistivité élevée)
ainsi que la visualisation des variations verticales et latérales.
Il est important d'attirer l'attention sur le fait qu'il existe des limitations
inhérentes d'une part à la méthode elle-même, mais aussi à la technique
d'interprétation :
la résolution de la méthode décroît avec la profondeur. Il est
important de garder à l'esprit cette limitation lors de la
comparaison de résultats tomographiques avec des données
géotechniques ;
la procédure d'interprétation suppose une région investiguée
bidimensionnelle. Bien qu'étant susceptibles d'influencer les
mesures, les variations latérales ne sont donc pas prises en
considération lors de l'interprétation ;
une limite nette entre deux terrains ou matériaux de nature
différente apparaît sur le panneau tomographique comme une
transition rapide et non comme une frontière franche.
•
•
•
La mise en œuvre de cette méthode nécessite l’emploi:
•
•
•
•
d’un résistivimètre pour l’injection d’un courant continu dans le
sol, la mesure du potentiel associé et l’enregistrement des
données ;
d’un module de contrôle permettant la liaison entre le
résistivimètre et les électrodes définies pour chaque mesure ;
d’électrodes métalliques ;
de câbles multiconnecteurs reliant les différentes électrodes au
module de contrôle.
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Trois profils de tomographie électrique ont été réalisés sur le site étudié.
Ils ont été implantés parallèlement au barrage naturel. Ces profils ont été
nommés TE01, TE02 et TE03 respectivement implantés au droit des
forages F1, F2 et F3.
Les profils TE01 et TE03 ont été réalisés avec un dispositif de 64
électrodes espacées de 2 m pour une longueur totale de 126 m et une
profondeur d’investigation d’une vingtaine de mètres. Pour le profil TE02,
l’espacement des électrodes était de 5 m correspondant à une profondeur
d’investigation d’une cinquantaine de mètres.
3.2.3. Résultats et interpretation
Les résultats obtenus sont présentés sur le document 2.
Les résultats du panneau tomographique TE01 indiquent que le sous sol
peut être divisé en deux entités :
•
un horizon superficiel de résistivité comprise entre 400 et
4000 Ω.m et d’épaisseur variant entre 10 et 15 m. Au sein de cet
horizon des zones de plus faible résistivité peuvent être
rencontrées ;
•
un horizon de résistivité comprise entre 80 et 400 Ω.m constituant
la base du profil réalisé.
Au droit du profil TE02, on observe un horizon superficiel de résistivité
comprise entre 1000 et 4000 Ω.m. Son épaisseur est très variable. Elle est
de 5 m au centre de la tomographie et peut varier localement pour
atteindre une dizaine voire une vingtaine de mètres.
A la base du panneau tomographique, vers 40 m de profondeur, on
observe un horizon dont la résistivité est supérieure à 1100 Ω.m. Cet
horizon semble présenter un pendage vers le Nord-Est. Il s’agit
vraisemblablement du bedrock granitique.
Entre ces deux horizons, on distingue trois zones qui semblent isolées les
unes des autres et dont la résistivité augmente du centre vers la
périphérie. Les résistivités varient entre 80 et 700 Ω.m.
Les résultats du panneau tomographique TE03 sont assez semblables à
ceux du panneau TE02. Cependant, l’épaisseur de l’horizon superficiel ne
varie qu’entre 3 et 5 m et les zones de plus faibles résistivités ont un
diamètre d’une dizaine de mètres. Les résistivités élevées à la base du
panneau
tomographique
caractérisent
une
partie
des
dépôts
pyroclastiques.
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3.3. TOMOGRAPHIE SISMIQUE
La tomographie sismique se base sur la mesure du temps de propagation
d'une onde de choc à travers le massif à étudier.
Elle nécessite
généralement l'existence de deux forages encadrant la zone à investiguer
(figure 4). Une source sismique est descendue dans l'un des forages, une
série de récepteurs (hydrophones) dans l'autre. Pour chaque position de
la source (1 à 11 dans le forage 1 - figure 4), un signal est enregistré par
les récepteurs régulièrement espacés le long de l'autre forage (positions a
à k dans le forage 2).
Dans certains cas, un dispositif peut être envisagé avec à chaque fois la
source dans un forage et les récepteurs régulièrement espacés en surface
(positions l à r en surface). Les sources et les récepteurs peuvent aussi
être placés uniquement en surface.
Chaque signal enregistré (figure 5) correspond à un trajet (tir / capteur),
et on détermine pour chacun d'eux le temps de propagation du signal, qui
dépend des matériaux dans lesquels l'onde s'est propagée ainsi que de la
géométrie entre le point de tir et le récepteur.
La zone investiguée, qu’on suppose plane, est ensuite discrétisée en
cellules (pixels) de caractéristiques supposées uniformes (voir figure 4).
En utilisant l'ensemble des temps de propagation mesurés, un procédé
d'inversion tomographique permet de calculer la distribution des vitesses
sismiques (tomogramme des vitesses). Les résultats sont généralement
présentés sous forme de sections couleurs de la vitesse des ondes de
compression, principalement liée à la compacité des terrains.
Le tableau suivant donne, à titre indicatif, les vitesses sismiques observées
dans divers types de terrain.
Gamme
de
Type de terrain
vitesse (m/s)
< 300
Terre végétale, sol lâche
300 – 700
Terrains meubles hors nappe
700 – 1400
Terrains meubles de compacité moyenne, roche
décomposée, hors nappe
1400 – 1600
Eau et terrains meubles ou roche décomposée
sous nappe
1600 – 2000
Terrains meubles compacts, roches très altérées
2000 – 2500
Roches altérées ou fracturées
2500 – 3000
Roches légèrement altérées ou fracturées
3000 – 4000
Roches compactes : altération ou fracturation très
faible
> 4000
Roches très compactes
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Les ondes de choc peuvent être générées par différents types de sources
(air-gun, sparker, …), caractérisées par des fréquences centrales variant
de quelques dizaines de Hertz à quelques kiloHertz, et des énergies très
différentes. Le choix de la source s'effectue en fonction des conditions de
site (nature des terrains, distance entre forages, résolution, etc.). Dans le
cas présent, le sparker a été utilisé.
Par ailleurs, la méthode étant volumique, des effets latéraux peuvent
influencer les résultats.
Le processus d'inversion tomographique ne permet pas d'identifier
correctement une couche parallèle aux forages.
La distribution des vitesses sismiques, fournie par inversion, est d'autant
plus précise que la couverture angulaire des terrains investigués est
grande ; il faut donc disposer de rais entre les différents points émetteurs
et récepteurs, avec une grande diversité de pentes. C'est pour cette raison
que la distance entre forages doit idéalement être inférieure à la hauteur
investiguée en forages. Il en résulte que la zone centrale des panneaux
tomographiques est plus fiable que ses bords.
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Récepteurs
(Forage 2)
Source
(Forage 1)
surface
couche de vitesse
sismique V1
cellule
(pixel)
couche de vitesse
sismique V2
Légende :
Scan n°1
Scan n°2
etc
Scan n°11
Géophones
mV
Figure 4 : Principe des mesures tomographiques
Amplitude
Temps de propagation
Temps (en ms)
Figure 5: Signal sismique
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La prospection sismique nécessite l'emploi :
•
•
•
•
d’une source pour générer des vibrations dans le sous-sol : un
sparker pour les tirs en forage et un marteau pour les tirs en
surface ;
d'une série d’hydrophones et de géophones (capteurs), destinés
à convertir les vibrations du sol en signaux électriques ;
des flûtes sismiques, c'est-à-dire un câble multiconducteur
reliant les hydrophones et/ou les géophones au sismographe ;
d'un sismographe, destiné à acquérir, afficher et stocker les
signaux.
Quatre panneaux tomographiques ont été réalisés au centre du barrage.
Les forages ont été équipés en piézomètres. De ce fait, seuls les terrains
sous nappe ont pu être investigués.
Le premier panneau est réalisé entre le forage F1 et le fond du lac. Les tirs
étaient espacés d’un mètre dans le forage et les hydrophones de 2 m sous
le lac.
Le deuxième et le troisième panneau ont été réalisés respectivement entre
les forages F1-F2 et F2-F3. Les pas de tir et l’espacement des
hydrophones étaient de 1 m.
Le dernier panneau a été réalisé entre le forage F3 et la face aval du
barrage. La présence de cavités sur la falaise n’ont permis de placer les
récepteurs qu’à la base de celle-ci. Ce qui a fortement limité la section
investiguée par ce panneau tomographique.
3.3.3. Résultats et interprétation
Les résultats obtenus sont présentés sur le document 3.
3.3.3.1. Panneau tomographique TS1
Les vitesses sismiques élevées, présentes au centre et à la base du
panneau tomographique et sur le fond du lac ainsi que les très faibles
vitesses obtenues sur le fond, représentent vraisemblablement des effets
de bord dus à la modélisation. Ils doivent être négligés dans
l’interprétation des résultats obtenus.
Dans son ensemble ce panneau tomographique présente de vitesses
sismiques comprises entre 2000 et 2500 m/s.
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Ce panneau est réalisé entre les forages F1 et F2. A la base de ce
panneau, un horizon de vitesse comprise entre 3000 et 4000 m/s est mis
en évidence. Il correspond au bedrock granitique sain.
Une zone de vitesse d’environ 3000 m/s est présente au sommet du
panneau tomographique à proximité du forage F2.
Le reste du panneau tomographique présente des vitesses de l’ordre de
2500 m/s.
La moitié supérieure de ce panneau tomographique est caractérisée par
deux zones : une zone de vitesse sismique élevée et une zone de faible
vitesse sismique situées respectivement à proximité des forages F3 et F2.
Pour les vitesses élevées, les valeurs d’environ 5000 m/s sont atteintes.
Ces valeurs sont très élevées pour des dépôts pyroclastiques et sont
vraisemblablement dues à des effets numériques. Les vitesses de l’ordre
de 1250 m/s sont rencontrées dans l’autre zone.
La moitié inférieure semble homogène et la vitesse sismique est de l’ordre
de 2500 m/s.
La couverture angulaire est très faible pour ce panneau tomographique
(récepteurs seulement situés à la base de la falaise). De ce fait, les
vitesses calculées au voisinage de F3 et à proximité de la paroi de la
falaise ne sont pas significatives. Seuls les résultats de la partie centrale
de ce panneau peuvent être pris en compte. Les vitesses sismiques sont
de l’ordre de 3500 m/s.
3.3.3.5. Panneau tomographique de surface
La profondeur d’investigation est de 2 m au droit du forage F3 et atteint
6 m au droit du forage F1. Les vitesses sismiques obtenues sont comprises
entre 1000 et 1500 m/s entre les forages F2 et F3 alors qu’elles sont
comprises entre 2000 et 2500 m/s autour du forage F1.
L’ensemble des résultats des panneaux de tomographie sismique indique
que :
•
le bedrock granitique sain a été mis en évidence entre les forages
F1 et F2 ;
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•
il n’existe pas de différence de vitesse significative entre le
manteau d’altération du bedrock et la base des dépôts
pyroclastiques ;
•
les dépôts pyroclastiques sont caractérisés des vitesses de l’ordre
de 2000 à 2500 m/s. localement, des zones de vitesses élevées (à
proximité des forages F2 et F3 et à la base de la falaise) et des
zones de faibles vitesses (à proximité du forage F2 et en surface
entre les forages F2 et F3) sont rencontrées.
3.4. SYNTHÈSE DES RÉSULTATS
Les données bathymétriques indiquent que le barrage naturel s’étendrait
sous le lac. Si cette hypothèse est vérifiée, la section de barrage aurait
une soixantaine de mètres de large au droit du déversoir.
Une extrapolation du toit du bedrock altéré semble coïncider avec le pied
de la falaise et le fond de la deuxième partie définie sur la carte
bathymétrique en amont. Si cette hypothèse est vérifiée, la trace de la
surface topographique sur laquelle reposent les dépôts pyroclastiques
serait déterminée le long du déversoir.
Le bedrock granitique sain a été mis e évidence à 45 m de profondeur
entre les forages F1 et F2 par tomographie sismique. Les vitesses
sismiques sont comprises entre 3000 et 4000 m/s.
Le manteau altération, d’une dizaine de mètres d’épaisseur, est
caractérisé par des vitesses sismiques comprises entre 2000 et 2500 m/s.
Les résistivités électriques obtenues sont peu précises et sont comprises
entre 1000 et 1500 Ω.m.
La prospection géophysique a montré que les dépôts pyroclastiques sont
caractérisés par des vitesses sismiques de l’ordre de 2000 à 2500 m/s et
pouvant localement atteindre 3000 à 3500 m/s. Ces valeurs de vitesse
indiquent que ces dépôts pyroclastiques sont relativement compacts. Les
résistivités électriques sont comprises entre 400 et 3000 Ω.m atteignant
localement 4000 Ω.m.
Ces dépôts sont aussi caractérisés par la présence de zones de faibles
résistivités (comprises entre 80 et 400 Ω.m) et de faibles vitesses
sismiques (comprises entre 1000 et 1500 m/s). Ces zones sont de
dimension variable (5 m à plus d’une dizaine de mètres) et ne semblent
pas interconnectées.
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4.
MODÈLE PROPOSÉ
Le modèle géologique ci-dessous présenté est basé sur les données
actuellement disponibles et sur notre interprétation de ces dernières. Il
peut être réactualisé sur base de nouvelles données. Ce modèle est
présenté sur la coupe du document 4. Plusieurs unités sont définies. Pour
chaque unité, un résumé des caractéristiques géologiques et géophysiques
est présenté. Les différentes unités sont les suivantes :
•
Unité I : bedrock granitique sain et fissuré. Vitesse sismique
comprise entre 3000 et 4000 m/s et résistivité électrique
supérieure à 1500 Ω.m ;
•
Unité II : manteau d’altération du bedrock. Il est composé de
matériaux sablo-argileux contenant des blocs de granite sain.
Il a une dizaine de mètres d’épaisseur. Les vitesses sismiques
sont comprises entres 2000 et 2500 m/s les résistivités
électriques entre 1000 et 1500 Ω.m ;
•
Unité III : cette unité représente les dépôts pyroclastiques.
Elle peut être subdivisée en deux parties :
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Unité IIIa : zones de dimension variable et
vraisemblablement isolées (5 m à plus d’une dizaine de
mètres). Elles sont composées de matériaux friables ou
moyennement consolidés souvent associés à des
passages à consistance molle. Les vitesses sismiques
sont comprises entre 1000 et 1500 m/s et les
résistivités électrique varient entre 80 et 400 Ω.m ;
Unité IIIb : ensemble autour des zones ci-dessus
présentées (unité IIIa). Il s’agit de matériaux fins à
grossiers cimentés et surconsolidés. Les vitesses
sismiques sont de l’ordre de 2000 à 2500 m/s et les
résistivités électriques sont comprises entre 400 et
4000 Ω.m.
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5.
CONCLUSIONS
Les résultats des campagnes géologique et géophysique, réalisées au droit
du barrage naturel du Lac Nyos, ont fournies des informations utiles pour
la compréhension de la structure du sous sol de ce site. Ces informations
ont permis de proposer un modèle du site étudié présenté au
paragraphe 4.
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