Les milieux karstiques ont un intérêt hydrogéologique très particulier car ils représentent pour certains pays, notamment autour de la Méditerranée, les ressources essentielles en eau souterraine. La prospection géophysique est souvent envisagée dans les études hydrogéologiques de ces milieux pour caractériser leur structure. Le manque croissant en eau au niveau mondial requiert de rechercher toujours des méthodes et des techniques plus performantes, rapides et moins coûteuses adaptées à l’exploration de tels milieux. Il y a une vingtaine d’années, des développements technologiques ont permis l’apparition de nouvelles générations de techniques géophysiques plus efficaces et mieux adaptées aux milieux discontinus comme le cas du karst. Malgré tout, l’implantation de forages positifs en milieu karstifiés reste toujours un défi délicat et nécessite une collaboration efficace entre des géologues, des hydrogéologues et des géophysiciens.
Dans la littérature, de nombreuses publications ont abordé l’utilisation de la géophysique dans l’étude hydrogéologique des milieux aquifères discontinus. Dans la plupart des cas, les informations fournies sont toujours modestes et les exemples de réussite sont rares et limités soit par la profondeur d’investigation soit parce que la vérification des résultats par d’autres méthodes est difficile. Dans cette étude expérimentale, nous montrons que la géophysique peut être un moyen efficace et utile en choisissant les techniques les mieux adaptées aux milieux complexes comme le karst.
Ce travail a consisté à évaluer la mise en œuvre, les performances et l’intérêt de différentes méthodes géophysiques (électrique et microgravimétrique) pour la description d’un milieu karstique typiquement semi-aride. Nous avons cherché à :
Montrer l’intérêt de la géophysique dans la connaissance de la structure et de la cartographie des cavités karstique souterraines dans une gamme de profondeur de 0 à 40 m.
Déterminer quelle(s) méthode(s) est capable de décrire convenablement la zone superficielle du karst (épikarst et ses relations avec les parties plus profondes).
Tester la performance, l’efficacité et la mise en œuvre de ces méthodes en milieu complexe et résistant tel que le karst.
Cartographier et analyser les formations alluviales couvrant un milieu karstique.
L’utilisation de plusieurs méthodes géophysiques sur un site où les caractéristiques structurales et hydrogéologique bien connues comme dans le cas du MChentel, avait pour but de proposer une démarche méthodologique applicable aux aquifères carbonatés. Dans cette synthèse nous allons essayer de confronter les résultats fournis par les deux méthodes géophysiques avec les données du terrain en particulier en milieu karstique afin de montrer l’intérêt et l’efficacité de chaque méthode.
A. Site karstique du MChentel
Le site karstique du MChentel a été choisi comme site expérimental du fait qu’il a beaucoup d’avantages pour l’application d’un certain nombre de méthodes géophysiques. Sa surface et caractéristique des milieux karstiques ; sa structure générale, géologique et topographique, est simple et bien connue ; les conduits karstiques, sont bien localisés par exploration à des profondeurs variant entre 15 et 80 m (Les forages de l’eau potable sur la région et la cartographie spéléologique entre les deux effondrements). Ces avantages permettent de caler et de confirmer les données acquises par les deux méthodes avec les données géologiques et hydrogéologiques du terrain.
B. En surface
La connaissance des caractéristiques de la surface des milieux karstifiés représente une étape fondamentale dans la compréhension structurale et fonctionnelle de ces karsts. L’état physique et la nature lithologique de la surface jouent un rôle très important dans la distribution des écoulements et dans l’organisation de différentes parties de l’aquifère (zones d’infiltration, noyée, conduits et cavités …).
En milieux karstifiés, l’écoulement vertical est en général dominant sur l’écoulement horizontal dans les zones superficielles et d’infiltration. Cette composante verticale d’écoulement est liée directement aux parties les plus fracturées de l’épikarst et aux fractures verticales sous-jacentes qui assurent la liaison hydraulique entre la surface et le souterrain par l’intermédiaire de la zone d’infiltration. La localisation de ces effondrements contribue à déterminer les lieux de relation hydrodynamique préférentielle entre les zones superficielles et profondes.
Microgravimétrie
La gravimétrie est l’étude des variations du champ de pesanteur g à la surface de la Terre, provoquées par la variation de masse du sous-sol ausculté. La microgravimétrie est une méthode géophysique qui permette la définition d'un modèle fiable géo-structural de la mise en souterrain de la zone étudiée. La méthode microgravimétrique utilisée dans cette section est adéquate pour enquêter sur des anomalies karstiques à différentes échelles. Les résultats d'une interprétation 3D des données microgravimétrique donnent de nouveaux aperçus sur l'extension locale des anomalies négatives qui sont attribués à la présence des cavités karstiques souterraine.
La carte de l’anomalie résiduelle souligne une zonalité gravimétrique reflétant les caractéristiques du sous terrain dans la partie centre de la carte. En fonction de la géologie locale, ceci s’expliquerait par la présence des cavités karstiques plus importantes dans cette partie de la région de MChentel d’après les études passées sur cette région. Ces derniers sont présents au centre de la zone d’étude ce qui explique les faibles valeurs de l’anomalie de Bouguer complète observées dans ces zones.
Tomographie électrique 2D
Cette technique permet d’étudier les variations verticales et latérales de la résistivité électrique du terrain. Sur le karst du MChentel, un profil par panneau électrique a été réalisé directement à la verticale de l’effondrement principale dans le but de comparer la réponse électrique avec les données microgravimétrie. L’inversion des données a permis de caractériser les variations de la résistivité électrique en fonction de la profondeur et de déterminer les différentes structures déjà montrées par la prospection microgravimétrique en particulier la position de la cavité karstique (première anomalie sur la carte de l’anomalie résiduelle ; voir la fig. 30 chapitre 01). Cependant cette méthode est plus difficile à mettre en œuvre que la microgravimétrie, car il faut réaliser de très bons contacts dans le calcaire pour les électrodes pour augmenter la profondeur d’investigation effective ou bien augmenter la longueur total de profil électrique jusqu’au 400 m pour atteindre la profondeur des calcaire karstifiés d’âge Eocène de notre site d’étude d’après les résultats de la microgravimétrie et les colonnes stratigraphique des forage hydraulique existants dans la région de Cheria.
Intérêts de l’utilisation conjointe de différentes méthodes
L’application conjointe de deux méthodes géophysiques au cours de cette étude a permis non seulement d’évaluer l’intérêt et l’efficacité de chaque technique, mais aussi de confirmer les données obtenues par les différentes méthodes. Ainsi, l’interprétation conjointe de plusieurs
Les résultats fournis par les différentes méthodes géophysiques utilisées concordent parfaitement avec les données de terrain. Le traitement des données gravimétriques et leur interprétation basée notamment sur la technique d’analyse des contacts a permis de mettre en évidence un réseau de structures dont la plupart n’ont pas été observées auparavant et constitue un complément de la carte structurale existante sur laquelle sont également représentées les limites approximatives des anomalies gravimétriques négatives qui pourrait coïncider avec les zones topographiquement bas de site d’étude (Fig. 27 et 30 chapitre 01).
Les résultats fournis par la prospection microgravimétrique utilisées concordent parfaitement avec les données réelles de terrain (profil spéléologique) sauf pour la troisième cavité que ne peut pas détecté par la microgravimétrie. Cette lacune résulta de l’espacement (maillage) utilisé pour notre investigation microgravimétrique.
Par ailleurs, la réinterprétation des données de profil électriques disponibles a permis une caractérisation ponctuelle de la zone d’étude en se basant sur les variations verticales de la résistivité. Les résultats obtenus mettent en évidence un modèle du sous-sol montrant un terrain complexe composé de trois entités : un Calcaire saint à la base (les deux extrémités), une zone de graviers et un complexe argilo gréseux.
Pour le profil électrique, comme prévu, les structures karstiques n'est pas identifiable mais les mesures ont permis d'identifier deux partie des Calcaire de l’Eocène. En surface, un affaissement du calcaire et/ou une intense fracturation analogue à l'épikarst (Les petits effondrements A, B, C sur la figure 52).