De la cartographie géologique à la modélisation 3D des structures géologiques. Application au triangle Bigoma-Nsanya-Lukondogolo/Mushweshwe au sud Kivu en RDC

- 0 -

APPLICATION AU TRIANGLE BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO/ MUSHWESHWE AU

SUD KIVU

DE LA CARTOGRAPHIE GEOLOGIQUE A LA MODELISATION 3D DES STRUCTURES

GEOLOGIQUES.

- 1 -

0. INTRODUCTION GENERALE

La géologie exprime, face à la cartographie, le besoin de modéliser les objets géologiques en 3D et d'analyser ces modèles pour prendre des décisions plus éclairées.

Les études géologiques commencent généralement sur le terrain puisqu'elles sont basées sur l'observation directe des phénomènes. Ce travail permet d'élaborer la carte géologique du triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO indispensable pour la construction d'un modèle 3D des structures géologiques.

0.1. PROBLEMATIQUE

La plupart des cartes géologiques qui couvrent plusieurs parties de la R.D. Congo n'ont pas fait l'objet d'un détail géologique à grande échelle et datent de l'époque coloniale. Cela nous a conduits à envisager de produire à partir du logiciel Surfer une carte géologique détaillée pour le triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO en vue de l'établissement du modèle géologique de ce secteur.

La modélisation géologique est définie comme étant l'ensemble des méthodes mathématiques qui permettent de modéliser de façon unifiée la géométrie et les propriétés physiques des objets géologiques (Lachance, B. 2005). Pour plusieurs raisons, la construction de ce genre de modèle représente un grand défi. Par exemple, les formes géométriques des objets géologiques sont beaucoup plus irrégulières que le sont les objets construits par l'homme. Pour mettre sur pied des modèles géologiques 3D, les géologues se tournent de plus en plus vers l'exploitation des systèmes géographiques. De façon plus concrète, cette compétence se traduit par le biais de l'exploitation de différents types de logiciels comme SURFER, les SIG (Systèmes d'Information Géographique), Adobe ILLUSTRATOR CS3, Autocad.

0.2. OBJECTIF DU TRAVAIL

L'objectif principal de ce travail est d'établir la carte géologique du triangle BIGOMA-SANYA-LUKONDOGOLO pour la modélisation 3D des structures géologiques. Cela en vue d'établir la cohérence entre les structures géologiques identifiées sur terrain, les coupes et la carte géologique du triangle.

- 2 -

Pour atteindre le but visé, trois objectifs spécifiques devront être réalisés :

? La construction de la carte géologique du Triangle ;

? La projection de la carte géologique sur le modèle topographique 3D ;

? La superposition des coupes géologiques en vue de l'obtention de l'extension verticale

des couches géologiques ;

? La cohérence entre la carte géologique, les coupes et le modèle géologique 3D du

triangle.

0.3. METHODOLOGIE

Documentation

Inventorier et étudier
les modèles
géologiques 3D

Inventorier et cibler les
systèmes informatiques
permettant la
modélisation 3D

Travaux de terrain

Fixation de l'itinéraire
de terrain

Levé géologique au
marteau

Travaux de laboratoire

Confection des lames
minces des échantillons

L'étude de lames minces
au Microscope polarisant

Travaux de Bureau

Les coordonnées géographiques

La Grille

Le fond topographique

Modèle géologique

Afin d'atteindre les objectifs décrits ci-dessus, la méthodologie s'organise autour de quatre différentes étapes qui sont : la documentation, les travaux de terrain les travaux de laboratoire et les travaux de Bureau (figure 1)

- 3 -

Figure 1: Méthodologie adoptée pour la réalisation de notre travail

La documentation a été effectuée pendant tout le déroulement de notre travail et avait pour objectif d'approfondir les notions d'utilisation des systèmes informatiques sur la création d'une grille à partir des coordonnées géographiques, de la création du fond topographique et de la construction du modèle géologique.

La recherche a débuté par :

0.3.1. La documentation

La documentation a consisté à :

? Inventorier et étudier les modèles géologiques 3D ;

? Inventorier et cibler les systèmes informatiques permettant la modélisation 3D.

0.3.2. Les travaux de terrain

Les travaux de terrain ont consisté essentiellement au levé géologique au marteau du secteur d'étude pour :

? La Fixation de l'itinéraire de terrain ;

? L'observation et la description macroscopique des affleurements, la mesure des éléments structuraux ainsi que la récolte des échantillons pour analyse au laboratoire.

Pour ce faire nous avons utilisé les matériels suivants :

> Un ruban décamètre (de 100m) : le ruban décamètre nous a servi à mesurer

l'équidistance entre deux stations lors du levé ;

> Un appareil photo numérique : pour la prise de vues ;

> Un G.P.S (global positionning system) : pour prélever les coordonnées géographiques

du terrain ;

> Le carnet de terrain : il permet de pouvoir sauvegarder des précieuses informations

qui seront utiles dans la confection du rapport final ;

> Les crayons, marqueurs et stylos ;

> La boussole de marque SILVA : pour mesurer les éléments structuraux.

- 4 -

0.3.3. Travaux de Bureau

Au cours de ces travaux, nous sommes parvenus à la création d'une grille à partir des coordonnées géographiques, du fond topographique sur lequel on va construire la carte géologique. Ce dernier va permettre de construire le modèle géologique 3D du terrain d'étude.

0.3.4. Travaux de laboratoire

Au cours de ces travaux nous avons procédé par :

? La confection des lames minces des échantillons sélectionnés pour analyse microscopique au Laboratoire de l'Université du Burundi ;

? L'étude des lames minces d'échantillons par observation au microscope polarisant au Laboratoire de l'Université Officielle de Bukavu.

0.4. SUBDIVISION DU TRAVAIL

Outre l'introduction et la conclusion notre travail est articulé en quatre chapitres :

CHAPITRE I LES GENERALITES

CHAPITRE II. CARTOGRAPHIE GEOLOGIQUE DU TRIANGLE BIGOMA-NSANYA-

LUKONDOGOLO.

CHAPITRE III. ETABLISSEMENT DU MODELE 3D DES STRUCTURES

GEOLOGIQUES DU TRIANLE BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO CHAPITRE IV. INTERPRETATION DES RESULTATS

- 5 -

Chapitre 1 LES GÉNÉRALITÉS

I.1. CONTEXTE GEOGRAPHIQUE.

I.1.1 SITUATION GEOGRAPHIQUE

Le triangle BIGOMA_ NSANYA _ LUKONDOGOLO constitue un système continu et qui renferme les trois collines, BIGOMA, NSANYA et LUKONDOGOLO aux quelles se sont focalisées nos recherches afin de réaliser notre rapport final.

Il appartient aux collines du village de MUSHWESHWE, à Katana, dans la province du Sud-Kivu à l'Est de la République Démocratique du Congo. Ce village est compris entre 2° 33' 00" de latitude Nord et 28° 49' 00" de longitude. (Figure 2)

1. Couverture basaltique ; 2. Massif du Kahuzi-Biega ; 3. Pointements Précambriens dans la couverture basaltique ; 4. Socle précambrien ; Faille ; 6. Marais ; 7. Route ; 8. Limite occidentale des épanchements volcanique.

Figure 2: localisation de Katana sur la carte géologique du Sud Kivu d'après GUIBERT (1977) modifiée

- 6 -

Le triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO est bien localisé sur le fond topographique créé à partir du logiciel Surfer. (Figure 3)

Figure 3: localisation du triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO sur le fond topographique crée à partir du logiciel Surfer

La colline BIGOMA est située au nord-ouest de NSANYA à une distance de 290 m et à l'ouest de LUKONDOGOLO à une distance de 340 m. les deux autres collines sont distantes de 170 m entre elles.

I.1.2. Climat

La région dans laquelle se localise notre secteur d'étude est caractérisée par trois types de vents :

? Les alizés sec et froid observés du mois de Juillet jusqu' en Août ;

? Les alizés chauds et secs observés du mois de Janvier jusqu' en février ;

? Les vents de l'Atlantique observés le reste des mois de l'année.

Le concours de ces courants fait apparaître deux principales saisons au courant de l'année :

- 7 -

· La saison pluvieuse qui s'étend du mois d'Octobre jusqu'au mois de Mai avec une petite interruption au mois de Janvier. Les précipitations y sont irrégulières ;

· La saison sèche s'étend du mois de Mai jusqu'en Septembre.

La température est fonction d'altitude, elle diminue d'environ 1°C pour 180m d'altitude.

Sa valeur moyenne est de 20°C. I.1.3. Relief et hydrographie

Le village MUSHWESHWE est dominé par des collines et des montagnes rocheuses très représentée à l'ouest du lac où se localise notre secteur d'étude et pouvant atteindre environ 1800m d'altitude.

Pour ce qui concerne l'hydrographie, on souligne la présence du lac Cishi au Sud-Est du triangle, ainsi que le Lac Kivu à l'Ouest.

I.2 APERCU GEOLOGIQUE DU SUD KIVU

Les formations géologiques au Sud Kivu sont regroupées suivant leur chronologie (RUVENGERI B., 1987). On distingue les formations précambriennes et les formations de couverture. Les formations de Mushweshwe sont celles du groupe de Katana qui appartiennent au Kibarien inférieur.

Ces formations affleurent sur la bordure occidentale du lac Kivu. Du point de vue lithologique ce groupe est subdivisé en :

· Secteur occidental : Formation de Kakondo (2150 à 2500 m environ) subdivisée en 6 membres et constituée essentiellement par des schistes rouges ou noirs graphiteux à quartz détritique, des argiles, des grès quartzitiques, des quartzites, des conglomérats, des quartzo phyllades.

· Secteur oriental : formation de Katimero (2000 m environ) subdivisée en 5 membres et constituée par des schistes noirs graphiteux, des schistes rouges siliceux, des grès anguleux gris, des quartzites, des quartzo phyllades, des grès-quartzitiques et phyllades

- 8 -

Du point de vue structural, cette région est plissée et allongée N - S sur plusieurs kilomètres mais décalée par des décrochements senestres de directions E - W.

Les formations des Katana se localisent dans le couloir allant de CIBINDA à KALEHE. (Figure 4)

Figure 4: Esquisse des systèmes de fractures du Sud-Kivu, d'après BOUTAKOFF (1939) simplifiée.

- 9 -

Chapitre 2 CARTOGRAPHIE GEOLOGIQUE DU TRIANGLE
BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO

La carte géologique constitue le préalable de la modélisation géologique. (De Kemp et Sprague, 2001). Cette carte, qui est une représentation planimétrique du territoire, montre généralement les types de roches, les données lithologiques et les données structurales

(Kirkwood, 2002). Pour le triangle, Les types lithologiques ainsi que les mesures structurales effectuées sont consignées dans le Tableau I (a, b, c) qui reprend également les coordonnées géographiques des stations d'observation.

Tableau I : LES DONNEES DE TERRAIN Tableau Ia : les données de la colline NSANYA

N°	Latitude	Longitude	Altitude (m)	Direction	Pendage P	Types lithologique
1	9744208	712213	1580	N34°E	46°SE	Grès siliceux
2	9744131	712182	1568	N44°E	46°SE	Grès siliceux
3	9744123	712179	1582	N50°E	40°SE	Grès siliceux
4	9744126	712180	1568	N50°E	40°SE	Grès siliceux
5	9744088	712157	1567	N62°E	60°SE	Grès siliceux
6	9744066	712150	1563	N56°E	58°SE	Grès siliceux
7	9744066	712145	1561	N60°E	60°SE	Grès siliceux
8	9744061	712140	1560	N56°E	52°SE	Grès siliceux
9	9744055	712133	1556	N40°E	60°SE	Grès siliceux
10	9744033	712114	1556	N36°E	70°SE	Grès siliceux
11	9744015	712099	1541	N56°E	56°SE	Grès siliceux
12	9744039	712088	1548	N30°E	70°SE	Grès siliceux
13	9744043	712096	1552	N79°E	42°SE	Grès siliceux
14	9744048	712099	1554	N58°E	44°SE	Grès siliceux
15	9744070	712123	1561	N63°E	47°SSE	Grès siliceux
16	9744085	712135	1565	N23°E	60°SE	Grès siliceux
17	9744096	712140	1569	N70°E	40°SSE	Grès siliceux
18	9744110	712153	1574	N52°E	50°SE	Grès siliceux
19	9744135	712157	1574	N46°E	40°SE	Grès siliceux
20	9744155	712168	1575	N59°E	49°SE	Grès siliceux
21	9744182	712182	1577	N30°E	50°SE	Grès siliceux
22	9744260	712213	1587	N62°E	50°SSE	Grès siliceux
23	9744330	712204	1587	N30°E	38°SE	Grès siliceux
24	9744241	712180	1586	N45°E	80°SE	Grès siliceux

- 10 -

25	9744241	712185	1584	N184°E	80°E	Grès siliceux
26	9744056	712274	1518	N45°E	54°SE	Schistes
27	9744070	712304	1524	N32°E	52°ESE	Schistes
28	9744122	712277	1527	N42°E	60°SE	Schistes
29	9744077	712300	1530	N38°E	65°SE	Schistes
30	9744055	712161	1532	N48°E	75°SE	Schistes
31	9744264	712304	1537	N5°E	60°E	Schistes
32	9744340	712273	1540	N6°E	50°E	Schistes
33	9744324	712333	1492	N172°E	40°E	Quartzites
34	9744292	712390	1508	N176°E	55°E	Quartzites

Tableau Ib : les données de la colline BIGOMA.

N°	Latitude	Longitude	Altitude (m)	Direction	Pendage	Types lithologique
1	9744204	712135	1574	N32°E	50°SE	Grès siliceux
2	9744180	712150	1575	N54°E	52°SE	Grès siliceux
3	9744156	711990	1573	N50°E	40°SE	Grès siliceux
4	9744165	711981	1574	N44°E	40°SE	Grès siliceux
5	9744180	711979	1580	N42°E	50°SE	Grès siliceux
6	9744211	711952	1594	N64°E	74°SSE	Grès siliceux
7	9744221	711945	1597	N50°E	66°SE	Grès siliceux
8	9744241	711931	1596	N50°E	70°SE	Grès siliceux
9	9744257	711917	1600	N40°E	70°SE	Grès siliceux
10	9744275	711903	1600	N50°E	71°SE	Grès siliceux
11	9744301	711856	1606	N64°E	70°SSE	Grès siliceux
12	9744320	711851	1605	N22°E	70°ESE	Grès siliceux
13	9744379	711996	1592	N16°E	40°ESE	Grès siliceux
14	9744371	712012	1589	N14°E	46°ESE	Grès siliceux
15	9744291	712174	1578	N9°E	58°E	Schistes
16	9744284	712198	1591	N0°E	70°E	Schistes

- 11 -

Tableau Ic : données de la colline LUKONDOGOLO.

N°	Latitude	Longitude	Altitude (m)	Direction	Pendage P	Types lithologique
1	9744357	712612	1492	N34°E	76°SE	Schistes
2	9744361	712608	1495	N30°E	40°SSE	Schistes
3	9744356	712596	1498	N174°E	40°E	Schistes
4	9744350	712596	1502	N160°E	70°E	Schistes
5	9744342	712585	1504	N130°E	50°NE	Schistes
6	9744305	712418	1508	N187°E	70°E	Quartzites
7	9744323	712447	1509	N180°E	60°E	Quartzites
8	9744228	712474	1596	N2°E	76°E	Quartzites
9	9744158	712474	1600	N185°E	78°E	Quartzites
10	9744204	712561	1600	N178°E	65°E	Quartzites
11	9744194	712560	1606	N4°E	54°E	Quartzites
12	9744188	712531	1605	N8°E	40°E	Quartzites
13	9744265	712303	1592	N40°E	72°SE	Quartzites
14	9744087	712474	1504	N46°E	64°SE	Quartzites
15	9744342	712580	1506	N170°E	76°E	Schistes Siliceux
16	9744339	712577	1508	N185°E	60°E	Schistes Siliceux
17	9744344	712579	1508	N190°E	40°E	Schistes Siliceux
18	9744366	712577	1509	N160°E	40ENE	Schistes Siliceux
19	9744363	712570	1512	N32°E	42°SSE	Schistes Siliceux
20	9744375	712571	1511	N170°E	36°E	Schistes Siliceux
21	9744420	712571	1509	N 182°E	44°E	Schistes Siliceux
22	9744433	712563	1517	N175°E	50°E	Schistes Siliceux
23	9744453	712556	1518	N22°E	66°ESE	Schistes Siliceux
24	9744456	712250	1518	N2°E	56°E	Schistes Siliceux
25	9744431	712538	1524	N3°E	50°E	Schistes Siliceux
26	9744421	712535	1527	N8°E	44°E	Schistes Siliceux
27	9744414	712530	1530	N7°E	52°E	Quartzites
28	9744413	712533	1532	N2°E	50°E	Quartzites
29	9744390	712525	1537	N7°E	40°E	Quartzites
30	9744388	712516	1540	N0°E	40°E	Quartzites
31	9744355	712405	1560			Itabirites
32	9744354	712412	1560			Itabirites
33	9744361	712398	1562			Itabirites
34	9744369	712383	1563			Itabirites
35	9744387	712375	1557			Itabirites
36	9744379	712359	1556			Itabirites

La carte géologique du triangle sera établie sur la base des études pétrographiques et structurales.

- 12 -

I.1. ETUDE PETROGRAPHIQUE I.1.1. Introduction

Le triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO est constitué du point de vue pétrographique par une abondance d'affleurements rocheux. (Figure 5)

Figure 5 : affleurements de grès siliceux à la colline NSANYA.

Ces affleurements sont constitués pour la plupart des grès siliceux dont la proportion dépasse 75% car regorgent presque la totalité des affleurements de la colline NSANYA, celle de BIGOMA ainsi que la base de LUKONDOGOLO.

En plus des grès, on observe au niveau de la colline de LUKONDOGOLO une succession lithologique constituée de bas vers le sommet par des schistes suivis des quartzites et enfin les itabirites.

Ces affleurements rocheux débitent pour la plupart en dalles et présentent des contacts nets à l'exception des itabirites qui à leur tour, débitent en boules.

Ils sont affectés par des réseaux de fractures qui attestent une activité tectonique intense dans la région.

Au cours de nos travaux de terrain, nous avons prélevé autant que possible des échantillons en différentes stations.

- 13 -

Ces échantillons ont été sélectionnés sur base de la lithologie et envoyés au laboratoire en vue de confectionner des lames minces que nous avons par la suite étudiés sur place par les observations au microscope polarisant du Laboratoire de l'Université Officielle de Bukavu.

C'est ainsi qu'on a sélectionné des échantillons les plus représentatifs possibles et cela de la manière suivante :

? Un échantillon prélevé sur la colline NSANYA ;

? Un deuxième échantillon prélevé sur la colline BIGOMA ;

? Trois échantillons prélevés sur la colline LUKONDOGOLO.

L'interprétation des lames minces a mise en évidence les lithologies suivantes : I.1.2. Les grès siliceux

I.1.2.1. Description macroscopique

Les grès siliceux constituent la majorité d'affleurements observés sur terrain. Ils débitent en dalles et constituent plus de 75% des massifs rocheux.

Ils constituent aussi avec les schistes de contacts nets au niveau de la colline

LUKONDOGOLO.

Du point de vue minéralogique, ils sont constitués d'une importante proportion de Quartz à plus de 80% et sont cimentés par des feldspaths qui constituent moins de 20% de la composition totale.

Nous avons observé par endroits des oxydes de fer dans le grès dus à l'altération météorique.

- 14 -

I.1.2.2. Description minéralogique

? Lame BSNL 1 (Figure 6)

LPNA LPA

Fs Fs

Qz Qz

Sc

Ox 1mm 1 mm

Figure 6: lame mince d'échantillon du grès prélevé sur la colline NSANYA.

1. Les Quartz (Qz)

En LPNA : ils sont plus abondants que les feldspaths (Fs) et les oxydes de fer (Ox);

Ce sont des phénocristaux pour la plupart de taille d'environ 1mm qui sont xénomorphes, sous forme des plages limpides.

En LPA : les cristaux ont des teint es de polarisation allant de blanc à gris

2. Le Feldspath (Fs)

En LPNA : les cristaux de Feldspaths sont plus abondants que ceux de la Séricite. Ils présentent un aspect poussiéreux du l'altération météorique qui les caractérise les phénocristaux ont une taille dépassant le 1mm.

En LPA : ils présentent des teintes de polarisation allant de gris clair à blanc.

3. La Séricite (Sc)

C'est un mica très altéré qui présente les caractéristiques suivantes :

En LPNA : elle a une couleur brunâtre, et sont inclus dans les feldspaths. Ils sont de petite taille par rapport aux cristaux quartz.

En LPA : les cristaux de Séricite présentent une teinte de polarisation allant de jaune orange à jaune orange claire.

- 15 -

4. Les oxydes de fer (Ox)

En LPNA : ils sont moins abondants que la Séricite. Ils sont Xénomorphes et apparaissent très noirs. Ils sont de très petite taille, environ 1/4 mm. On constate une inclusion dans ces oxydes des microfilons de quartz qui traduit différentes phases de déformation qui ont affectées les grès.

En LPA : ils apparaissent noirs.

I.1.3. les Schistes à bancs grossiers (phyllades) I.1.3.1. Description macroscopique

Ce sont essentiellement des schistes de couleur grisâtre à rougeâtre qui affleurent sur la colline LUKONDOGOLO et représente environ 20% d'affleurement de LUKONDOGOLO, soit 9 à 10% d'affleurement de notre secteur d'étude, le triangle BIGOMA-NSNYA-LUKONDOGOLO.

Ils débitent essentiellement en surface de coloration en rouge et des grains à granulométrie fine.

Ils présentent avec les Quartzites des contacts nets.

I.1.4. les Quartzites

I.1.4.1. Description macroscopique

Les Quartzites affleurent également à la colline LUKONDOGOLO où ils débitent en dalles et représentent environ 40% des affleurements rocheux.

Les affleurements de Quartzites se trouvent en contacts nets avec ceux des schistes. Ces Quartzites ont été affectés par divers plans de fractures résultant de la tectonique régionale.

Du point de vue minéralogique, ils sont constitués essentiellement de Quartz et ont subi des fractures dont leurs déplacement ont générés de filons de Quartz d'épaisseur allant jusqu'à 26cm.

- 16 -

I.1.4.2. Description microscopique

lame BSNL 3 (Figure 7)

Fs Fs

Qz Qz

1mm 1mm

Figure 7: lame mince de Quartzites prélevé sur la colline LUKONDOGOLO.

1. Les Quartz (Qz)

En LPNA : ils sont plus abondants que les felpaths (Fs) de taille inférieure à 1/4 mm qui sont xénomorphes et sous forme des plages limpides.

En LPA : les cristaux ont des teint es de polarisation allant de blanc à gris.

2. Le Feldspath (Fs)

En LPNA : les cristaux de Feldspaths sont mois abondants et de taille inférieure à 1/3 mm. Ils présentent un aspect sale.

En LPA :ils présentent des teintes de polarisation allant de gris clair au blanc.

I.1.5. Les itabirites ou encore les « Banded Iron Formation, BIF »

Ce sont des formations ferrifères essentiellement composées d'une alternance de niveau de silice et de fer et qui débitent en boules. Le fer se trouve sous forme d'hématite et de magnétite.

Elles représentent dans notre secteur d'étude, moins de 10% des affleurements rocheux de la colline LUKONDOGOLO.

Ces amas d'hématites se sont formés in situ par altération météorique des itabirites.

- 17 -

I.1.5.1. Description microscopique

Lame BNSL 2 (Figure 8)

Qz Qz

Ox Ox

1mm 1mm

Figure 8: Lame mince d'Itabirite prélevé à la colline LUKONDOGOLO.

? oxydes de fer :

En LPNA : ils sont très abondant, de grande taille environ 1mm, ils sont xénormorphes et sont de couleur noire.

En LPA : ils apparaissent noirs.

? Veines de Quartz :

Ils ont les mêmes caractéristiques que le quartz de la lame BNSL 3 mais ils sont de grande taille d'environ 1mm.

- 18 -

I.2. ETUDE STRUCTURALE

Il convient de signaler dans ce chapitre que l'acquisition de nos relevés ponctuels au cours de nos travaux de terrain a été faite par la méthode dip right et cela lors de nos différentes descentes sur terrain pour de besoin de traitement des données structurales dans le logiciel Dips.

En effet, Dip right est un principe d'utilisation de la boussole pour le prélèvement et le traitement de mesures structurales. Son principe stipule que :

· Si dans la prise de mesure sur terrain, la formation géologique pend vers votre main droite, on lit la mesure de la direction du côté du miroir (boussole type SILVA Ranger 15T) mais par contre si elle pend vers votre main gauche, on lit vers l'observateur.

· Pour avoir le sens de pendage, on ajoute 90⁰ à la valeur de la direction mesurée et on reporte la somme sur la rosace de fréquence afin d'obtenir le sens du pendage trouvé lors de la prise des mesures.

I.2.1. Description macroscopique

Les formations géologiques observées sur terrain ont été affectées par diverses structures lors des différentes phases de déformation. Ces structures sont essentiellement planaires mais leur intersection a relevé certaines structures linéaires.

Les structures planaires observés sur terrain sont les suivantes :

· La schistosité ;

· Les Fractures (joins et diaclases) ;

· Les filons et veines de Quartz ;

· Les foliations (litage tectonique).

Au cours de nos différentes descentes nous avons prélevé les coordonnées géographiques de terrain et par la même occasion, mesurer les orientations des couches des différents affleurements.

- 19 -

I.2.2. Description microscopique

? Lame BNSL1 (Figure 9)

F F

1mm 1 mm

F1 F2

Figure 9: Lame mince du grès prélevé sur la colline BIGOMA

En LPNA : présence des microfilons (F) de Quartz dans une lame mince de grès siliceux dans les oxydes de fer qui révèle que les affleurements rocheux ont subi différentes phases de déformation.

En LPNA : les filons de Quartz qui montrent la présence des deux fractures conjugués (F1 , F2) caractéristiques de notre terrain d'étude.

Le traitement de ces données d'orientation des affleurements rocheux du Tableau I(a, b, c) dans le canevas de Wulff, nous a conduits à la représentation dans le stéréogramme des différentes orientations qu'ils adoptent ainsi que leurs valeurs moyennes. (Figure 10).

Figure 10: stéréogramme présentant les formations du triangle

- 20 -

Les valeurs moyennes d'orientation sont données par

1. Structures planaires

? Le plan A : direction N177°E, pendage 44°E ? Le plan B : direction N52°E, pendage 45° SE

2. Structure linéaire : c'est l'intersection de ces deux plans, direction N204°E, plongement 25°ESE

La plupart des affleurements rocheux du triangle BIGOMA-NSANYA-

LUKONDOGOLO sont affectés par différents plans de fractures dont les plus représentatifs sont repris dans le Tableau II.

Tableau II: Mesures d'orientation des fractures représentatives du Triangle

N°	LATITUDE	LONGITUDE	DIRECTION	PENDAGE	FRACTURES
1	9744241	712180	N138°E	72°WSW	Filon de Quartz
2	9744204	712135	N170°E	28°W	Filon de Quartz
3			N114°E	36°SSW	Filon de Quartz
4	9744256	711990	N85°E	69°S	Filon de Quartz
			N70°E	54°SSE	Filon de Quartz
5	9744180	711979	N78°E	33°S	Filon de Quartz
			N88°E	26°S	Filon de Quartz
6	9744221	711945	N153°E	67°WSW	Filon de Quartz
			N108°E	40°SSW	Filon de Quartz
7	9744284	712198	N106°E	60°SSW	DIACKASE
8	9744356	712596	N158°E	83°WSW	DIACKASE
9	9744342	712585	N70°E	43°SSE	DIACKASE
10	9744344	712579	N100°E	80°S	JOINT
			N78°E	40°S	JOINT
			N86°E	22°S	JOINT
11	9744288	712516	N180°E	45°W	JOINT

Le traitement de ces données conduit à représenter un stéréogramme des orientations de deux familles de fractures (Figure 11).

- 21 -

Figure 11: stéréogramme présentant les différentes familles de fractures du triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO.

Les valeurs moyennes sont données par :

1. Les structures planaires :

? Famille 1 : direction N104°E, pendage 35°S

? Famille 2 : direction N154°E, pendage 69° WSW

2. La structure linéaire : c'est l'intersection de ces deux familles, direction N169°E et plongement 34°W

L'interprétation des données structurales et pétrographique nous a conduits à dresser la carte géologique du Triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO. (Figure 12)

- 22 -

B1 A1 B1'

A1'

Légende

Grès siliceux

Schistes à bancs grossiers (phyllades)

Quartzites

Itabirites

Orientation des couches

Courbes de niveau

Limites des couches

Colline BIGOMA

Colline NSANYA

Colline LUKONDOGOLO

Figure 12: Carte géologique du Triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO.

- 23 -

Chapitre 3 ETABLISSEMENT DU MODELE 3D DES

STRUCTURES GEOLOGIQUES DU TRIANLE BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO

La modélisation 3D des structures géologiques sera établie sur base de la cartographie géologique du triangle. La carte géologique du triangle sera projetée sur le modèle topographique 3D du triangle.

III.1. Modélisation topographique du triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO

Le logiciel Surfer nous a permis de construire le modèle topographiques 3D du triangle à partir des coordonnées géographiques (latitude, longitude et altitude) du Tableau I(a,b,c). Pour ce faire nous obtenons au préalable le fond topographique. (Figure 3)

Les coordonnées des Z (altitude) permettent d'obtenir le modèle topographique. (Figure 13)

0 100 200

m

Figure 13: modèle topographique 3D du triangle

- 24 -

III.2. Modélisation géologique du triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO

La modélisation géologique et numérique du triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO sera établit sur base de la cartographie géologique ce triangle.

Pour ce faire nous allons procéder par :

? La projection de la carte géologique sur la modèle topographique ;

? L'établissement des coupes géologiques : on va établir différentes coupes géologiques équidistantes et parallèles les unes les autres suivant les perpendiculaires aux orientations préférentielles des couches géologiques. Ces coupes seront superposées pour apprécier l'extension verticale des formations géologiques.

III.2.1. PROJECTION DE LA CARTE GEOLOGIQUE SUR LE MODELE TOPOGRAPHIQUE

La projection de la carte géologique sur le modèle numérique de terrain est l'une des étapes dans la démarche à la construction du modèle géologique du Triangle. Elle permet de déterminer l'extension verticale des formations géologiques.

Pour ce faire nous avons procédé grâce au logiciel Surfer, par la superposition de la carte géologique sur le modèle topographique 3D du triangle. (Figure 14)

Figure 14: projection de la carte géologique du triangle sur le modèle topographique

- 25 -

III.2.2. ETABLISSEMENT DES COUPES GEOLOGIQUES

Sur base de la carte géologique préétablie, 18 coupes géologiques distantes de 50m entre elles ont été dressées. Ces coupes géologiques sont réparties de la manière suivante :

? 8 coupes géologiques parallèles et orientées perpendiculairement au plan A ; ? 10 coupes géologiques parallèles et orientées perpendiculairement au plan B

Les coupes géologiques dessinées sur la carte géologique du Triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO permettent d'interpoler les informations géologiques pour créer le modèle géologique en trois dimensions de celui-ci.

La carte géologique nous a permis de dresser les coupes géologiques qui seront réparties en deux principaux groupes :

? Groupe I

Le groupe I est constitué de huit coupes géologiques parallèles distantes entre elles de 50 m et orientées E - W soit suivant la perpendiculaire à la direction du Plan A orienté N - S. (Figure 15)

Ces coupes géologiques sont les suivantes :

Coupe B1B1' Coupe B2B2'

Coupe B3B3' Coupe B4B4'

Coupe B5B5' Coupe B6B6'

- 26 -

Coupe B7B7' Coupe B8B8'

Légende

Grès siliceux

Schistes à bancs grossiers (Phyllades)

Quartzites

Itabirites

Figure 15: coupes géologiques dessinées sur la carte du Triangle et orientées E - W.

? Groupe II

Le groupe II est constitué de dix coupes géologiques parallèles et distantes entre elles de 50 m. ces coupes sont orientées NW - SE soit suivant la perpendiculaire à la direction du Plan B orienté N E- SW. (Figure 16)

Ces coupes géologiques sont les suivantes :

Coupe A1A1' Coupe A2A2'

Coupe A3A3' Coupe A4A4'

Coupe A5A5' Coupe A6A6'

- 27 -

Coupe A7A7' Coupe A8A8' Coupe A9A9' ^Coupe A10A10'

Figure 16: coupes géologiques dessinées sur la carte du triangle et orientées NW-SE

La superposition de ces deux groupes d'orientation des coupes géologiques permet d'apprécier l'extension verticale des différentes formations géologiques représentées par la carte géologique du site d'étude, le triangle BIGOMA-NSANYA- LUKONDOGOLO. On obtient ainsi les modèles représentatifs de l'extension verticale de ces couches géologiques suivant principaux groupes d'orientation des différentes coupes géologiques. (Figure 17 et 18)

- 28 -

Figure 17: Modèle interprétatif de la superposition du groupe I des coupes perpendiculaires au plan A

Figure 18: Modèle interprétatif de la superposition du groupe II des coupes perpendiculaires au plan B

L'extrapolation de l'extension verticale des affleurements rocheux du triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO à partir de ces deux modèles interprétatifs ainsi que la projection de la carte géologique sur le modèle topographique de terrain permet d'établir le

- 29 -

modèle géologique 3D qui est la représentation en trois dimensions des structures des formations géologiques du Triangle. (Figure 19)

m

Figure 19: Modèle géologique 3D du triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO.

II.2.3. ETUDE SIMILATIVE DES DIFFERENTES PHASES DE DEFORMATION

Dans ce point, nous avons établie des différents modèles descriptives permettant de représenter en trois dimensions les différentes phases de déformation ainsi que les contraintes correspondantes en vue d'établir une cohérence entre le modèle géologique du triangle BIGOMA-NSANYS-LUKONDOGOLO et les informations géologiques mises en évidentes par le levé géologique et le travaux antérieur qui coïncident avec le contexte géologique générale.

- 30 -

Le traitement des données structurales, la carte géologique ainsi que le modèle géologique et numérique révèlent l'existence des différents épisodes de dépôts sédimentaires. (Figure 20)

Sigma 3

Sigma 1

Figure 20 : modèle représentatif des différents épisodes de dépôts d'arènes lacustres et d'argiles qui ont généré les différentes formations du Triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO.

Ces formations sédimentaires ont subies différentes phases de déformations qui ont générée :

1. Le plissement orienté suivant le plan B, NE - SW et déversé vers le NW. (Figure 21)

Figure 21:modèle représentatif du pli déversé mis en évidence par le traitement des données et représenté sur le modèle géologique.

2. Des fractures orientées suivants les deux principales familles F1 orientée E -W et F2 orientée NNW - SSE, ces fractures ont conduit au cisaillement se traduisant par la virgation vers le NW. (Figure 22).

- 31 -

Figure 22: modèle représentatif des différentes orientations préférentielles des fractures qui ont affectées les affleurements rocheux de terrain d'étude.

Le mouvement de cisaillement par la variation de l'orientation des formations qui ont adoptées deux directions préférentielles NE -SW et N - S. (Figure 23)

Figure 23: Modèle représentatif de la variation de l'orientation des affleurements rocheux du Triangle BIGOMA - NSANYA - LUKONDOGOLO.

Figure 24: Rosace de fréquence montrant l'orientation générales des différentes familles de fractures qui ont affecté les formations du triangle BIGOMA-NSANYA- LUKONDOGOLO

- 32 -

Chapitre 4 INTERPRETATION DES RESULTATS

Ce chapitre met l'accent sur l'interprétation des résultats obtenus dans les chapitre précédents ainsi que la cohérence entres les différentes structures observées sur terrain et leur modèle géologique et numérique 3D établie au Chapitre précédent.

L'établissement de cette cohérence nous permettra d'avoir une vue d'ensemble sur les contraintes et les différentes phases tectoniques qui ont affectées les formations géologiques après leur mise en place en vue d'établir les modèle interprétatif des différents épisodes de dépôts sédimentaires de notre Site et insérer nos formations dans le contexte régional.

En effet, les formations caractéristiques du Triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO sont métamorphiques et sédimentaires caractérisées essentiellement par les grès siliceux, les quartzites, les schistes affleurant en bancs grossiers (phyllades) ainsi que des fréquences d'Itabirites.

Ces formations sont affectées par des déformations qui sont attestées du point de vue microscopique par une extinction roulantes des minéraux incolores en LPA.

Ces formations sont orientées suivant le plan A et le plan B avec des pendages respectivement orientés vers l'Est et vers le SE. Elles sont affectées par deux familles de fractures orientées respectivement vers le NNW -SSE et E - W. (Figure 24 et 25)

- 33 -

Figure 25: Rosace de fréquence montrant l'orientation générales des différentes formations du triangle BIGOMA-NSANYA- LUKONDOGOLO

Ces affleurements rocheux sont pour la plupart des formations métamorphiques d'origine détritique dont les différents épisodes de dépôts sédimentaires se présentent comme suit :

? Un premier épisode de dépôt de sables, consolidés par diagenèse pour donner les quartzites ;

? Un deuxième épisode de dépôt d'argiles générant les schistes (phyllades) ;

? Un nouvel épisode de dépôt de sables, consolidés par diagenèse pour former les grès siliceux.

Ces formations ont subies différentes contraintes qui ont généré des fractures. (Figure 26)

Figure 26 : stéréogramme montrant les directions des différentes contraintes qui ont généré le plissement.

- 34 -

Les valeurs moyennes d'orientation ces contraintes sont données par :

· Sigma 1 : c'est la contrainte principale maximum. Il est de direction N279°E et de plongement 27°N ;

· Sigma 2 : c'est la contrainte intermédiaire de direction N169°E et de plongement 34°W ;

· Sigma 3 : c'est la contrainte principale minimum de direction N9°E et de plongement 54°E ;

· Le plan de glissement D1 est de direction N154°E et de pendage 69°SW et D2 de direction N104°E et pendage 36°SSW.

Le broyage des quartzites a généré suite à l'altération météorique et accumulation d'oxydes de Fer, des fréquences d'Itabirites.

Ces contraintes tectoniques sont subdivisées en 3 phases :

· Une première phase de déformation D1 : elle se traduit par la genèse des plissements et d'une schistosité de flux S1, orienté en gros suivant le plan B orienté NE - SW. Ces plis sont déversés vers le NW et leurs axes plongent vers le SW ;

· Une deuxième phase de déformation D2 : elle est postérieure à D1 et s'est traduit par la genèse des fractures qui ont affecté les formations du triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO.

· Une troisième phase de déformation D3 : c'est une phase de cisaillement qui est traduite par des fréquentes virgations vers NW, qui est à l'origine de l'orientation suivant le plan A orienté N - S, des affleurements de la colline LUKONDOGOLO et générant en même temps les filons de quartz suite aux déplacements des fractures.

- 35 -

CONCLUSION GENERALE

Ce travail s'est assigné comme objectif d'établir la carte géologique du triangle BIGOMA-SANYA-LUKONDOGOLO pour la modélisation 3D des structures géologiques. Cela en vue d'établir la cohérence entre les structures géologiques identifiées sur terrain, les coupes et la carte géologique du triangle.

A l'issue de celui-ci, les grands points saillants ci-après sont à épingler :

· La construction de la carte géologique du Triangle ;

· La projection de la carte géologique sur le modèle topographique 3D ;

· La superposition des coupes géologiques en vue de l'obtention de l'extension verticale des couches géologiques ;

· La cohérence entre la carte géologique, les coupes et le modèle géologique 3D du triangle.

Les formations de notre secteur d'étude sont métamorphiques issue du métamorphisme régional car il appartient au rift centrafricain dans la direction structurale albertienne NE-SW, attesté par le plan B d'orientation des affleurements rocheux, dans la région septentrionale s'étendant de Kalehe à Cibinda, plus précisément dans le groupe de Katana.

Mais, elles portent les empreintes des différentes phases de déformation énumérées dans ce travail en trois phases qui ont conduit à :

· la genèse des plissements orientés NE - SW, déversés vers le NW avec des axes qui plongent vers le SW ;

· la genèse des fractures qui ont affecté les formations du triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO ;

· le cisaillement qui s'est traduit par des fréquentes virgations vers NW, qui est à l'origine de l'orientation suivant le plan A, orienté N - S.

De ce fait, Comme l'ont démontré les travaux antérieurs (RUMVENGERI B, 1987 ; MEYER et al, 1957 ; BAVUKAHE, 1975 ; KAMPUNZU et al.,1979 ; BUSANE A. et al, 2011), nos formations sont cohérentes à celles précambriennes (méso protérozoïque : Kibarien moyen) en générale et du groupe de Katana en particulier. Cette cohérence est remarquable sur le

- 36 -

modèle géologique 3D du triangle BIGOMA - NSANYA - LUKONDOGOLO du point de vue :

? Structurale : le modèle géologique 3D a mis en évidence un pli déversé vers le NW et orienté NE - SW, un axe qui plongent vers le SW ; ainsi que la virgation par la variation de l'orientation vers le N - S ;

? Pétrographiques: les formations représentées sont des grès siliceux, des quartzites, des schistes (phyllades) et des itabirites.

- 37 -

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

BAVUKAHE R. (1975) - Géologie et pétrographie de la chaine. Volcanique de Tshibati-Tshibinda. Rapp. Annuel 1974 du Dpt. IRSAC, D. Bukavu - Rép. Du Zaïre, pp. 3439 (inédit)

BOUTAKOFF, N., 1939. Géologie des territoires situés à l'ouest et au nord-ouest du fossé tectonique du Kivu. Mém. Inst. Géol. Univ. Louvain, 9 : 7-207.

BUSANE A. et BALIBUNO M. (2011), Contribution à l'étude pétrographique et structurale de Cishugi, Sud Kivu (RD. Congo). Inédit.

De Kemp, E. A. et Sprague, K. B. (2001) New interpretive tools for three-dimensional de recherche, Geological Survey of Canada, Ottawa.

GUIBERT, Ph., 1977. Contribution à l'étude du volcanismedu Sud-Kivu (Zaïre); I. La chaîne volcanique Tshibinda- Kalehe. II. Les épanchements basaltiquesanciens et récents de l'île Idjwi. Arch. Sc. Genève, 30 (1) : 15-43.

KAMPUNZU, A.B., POTTIER, Y et VELLUTINI, P.J., (1979). A propos des produits volcaniques de Cibinda, Région de Bukavu (Sud-Kivu, Zaïre). Ann. Fac. Sc. (Géol.), Lubumbashi, Zaïre, 2 : 21-30.

Lachance, B. (2005) Développement d'une structure topologique des données 3D pour l'analyse des modèles géologiques 3D. Faculté de Foresterie et de Géomatique, Université de LAVAL Québec

MEYER A. et BURETTE H. (1957) - Nouveaux phénomènes volcaniques au Sud-Kivu. Bull. Serv. Géol. Du Congo - Belge, Bull. N° 7, Fasc. 4.

RUMVENGERI B, 1987, le Précambrien de l'Ouest du Lac Kivu et sa place dans l'évolution géodynamique de l'Afrique centrale et Orientale : Pétrologie et tectonique, Thèse Doct. Spéc. Fac. Sci et Techn. St Jérôme, Marseille, France.

- 38 -

Table des matières
0. INTRODUCTION GENERALE	- 1 -
Chapitre 1 LES GENERALITES	- 5 -
I.1. CONTEXTE GEOGRAPHIQUE.	- 5 -
I.1.1 SITUATION GEOGRAPHIQUE	- 5 -
I.1.2. Climat	- 6 -
I.1.3. Relief et hydrographie	- 7 -
I.2 APERCU GEOLOGIQUE DU SUD KIVU	- 7 -

Chapitre 2 CARTOGRAPHIE GEOLOGIQUE DU TRIANGLE BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO - 9

-

I.1. ETUDE PETROGRAPHIQUE	- 12 -
I.1.1. Introduction	- 12 -
I.1.2. Les grès siliceux	- 13 -
I.1.3. les Schistes à bancs grossiers (phyllades)	- 15 -
I.1.4. les Quartzites	- 15 -
I.1.5. Les itabirites ou encore les « Banded Iron Formation, BIF »	- 16 -
I.2. ETUDE STRUCTURALE	- 18 -
I.2.1. Description macroscopique	- 18 -
I.2.2. Description microscopique	- 19 -

Chapitre 3 ETABLISSEMENT DU MODELE 3D DES STRUCTURES GEOLOGIQUES DU TRIANLE

BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO	- 23 -
III.1. Modélisation topographique du triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO	- 23 -
III.2. Modélisation géologique du triangle BIGOMA-NSANYA-LUKONDOGOLO	- 24 -

III.2.1. PROJECTION DE LA CARTE GEOLOGIQUE SUR LE MODELE TOPOGRAPHIQUE . - 24 -

III.2.2. ETABLISSEMENT DES COUPES GEOLOGIQUES - 25 -

II.2.3. ETUDE SIMILATIVE DES DIFFERENTES PHASES DE DEFORMATION - 29 -

- 39 -

Chapitre 4 INTERPRETATION DES RESULTATS - 32 -

CONCLUSION GENERALE - 35 -

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES - 37 -