Memoire Online - Etude géologique,hydrogéologique, cartographique et géotechnique de la cité Kapolowe Gare

« La science moderne s'est développée à partir de la compréhension du fait que le monde était la création ordonnée de Dieu, possédant sa propre cohérence rationnelle ».

IN MEMORIAM

Très cher papa, ton souvenir et tes actions demeurent toujours visible dans ma vie, l'éducation et les conseils que tu m'as prodigués ont fait ce que je suis devenue aujourd'hui, votre cadeau quotidien le plus cher : la voie de Dieu et les études m'ont aidé à accomplir cette oeuvre grandiose.

A vous ma grande KABEZYA SAFI Anna, l'amour qui nous a lié sera a jamais très fort que tout, car dit-on « la mort n'arrête pas l'amour ».

J'aurai voulu que des yeux et de choix, vous voyez et appréciez ce jour, votre fierté et votre joie seraient immenses si la vie n'avait pas décidé autrement.

DEDICACE

A l'Eternel mon Dieu source de toute la connaissance pour le pouvoir faire et le savoir-faire.

Si Dieu a mis le paradis sous les pieds des mères, ce n'est pas pour rien. Affable, honorable, aimable : tu représentes pour moi le symbole de la bonté par excellence, la source de la tendresse et l'exemple du dévouement qui n'a cessé de m'encourager et de prier pour moi. Ta prière, ta bénédiction m'ont été d'un grand secours pour mener à bien mes études. Tu as fait plus qu'une mère puisse faire pour que ses enfants suivent le bon chemin dans leur vie et leurs études. Ce modeste travail est le fruit de tous les sacrifices que tu as déployée pour mon éducation et ma formation. Je te dédie ce travail en témoignage de mon profond amour ;

A mes chers frères et soeur ; auprès de qui nous avons bénéficiée d'un concours intellectuel, spirituel, moral, matériel et financier, des noms de : Mike NGOIE, MWAMBA NGOIE John, MAYUNDO NGOIE Rodrigue, NYOTA MWANWA Esther ;

A celui qui m'est particulièrement exceptionnel cher Dan KAYEMBE, mon chéri de coeur, rien n'a su nous séparer...j'aurai eu surement beaucoup de lacunes si tu n'avais pas croisé mon chemin. Tu as été vraiment pour beaucoup que je ne saurai énumérer quoi que ce soit, reçois donc l'expression de ma plus haute reconnaissance, tu représentes beaucoup pour moi, ce travail t'est directement dédié.

Au bishop Michée MPITSHI pour toutes les prières et encouragements permanents. J'exprime envers vous une profonde admiration et reconnaissance. Que le tout puissant vous garde et vous procure santé et bonheur.

DEDICACE

A mon Dieu Tout Puissant qui m'a créé et donné cette intelligence, qui m'a toujours soutenu et fortifié dans mon parcours académique. C'est à Dieu que je dois ce succès aujourd'hui, à lui soit la gloire.

A mon cher Père Pascal MAMBWE KONGOLO, rien au monde ne vaut les efforts fournis jour et nuit pour mon éducation et mon bien être.

Ce travail est le fruit dessacrifices des moments précieux de ta vie pour que je puisse les avoir dans la mienne. Voici le fruit de la persévérance.

A ma très chère Mère Pascaline KAHITE AMUNAZO, Tu n'as pas cessé de me soutenir et de m'encourager. Ton amour, ta générosité exemplaire et ta présence constante ont fait de moi l'homme que je suis aujourd'hui.

Tes prières ont été pour moi un grand soutien tout au long de mes études. J'espère que tu trouveras dans ce modeste travail un témoignage de ma gratitude et ma profonde affection.

A mes très chers frères et soeurs : KABASO MAMBWE, NGOTA MAMBWE Etienne, MUSAMBI MAMBWE Mathilde, ZAWADI MAMBWE, KAHITE MAMBWE, KAKASHI MAMBWE, SANGO MAMBWE, et KABILA MAMBWE ; qui n'ont pas cessé de m'encourager et de prier pour moi.

AVANT-PROPOS

Au soir de notre dernier cycle de bachelier en géologie, nous tenons à exprimer nos remerciements à ces personnes qui nous ont été d'une importance capitale dans la réalisation de ce mémoire. Notre parcours académique qui a été long et pénible par différentes épreuves qui ont concouru à notre formation dans le but de décrocher un diplôme en sciences et d'exercer nos connaissances géologiques apprises au sein de la société.

Nos remerciements les plus sincères à l'Eternel notre Dieu source de la connaissance pour le souffle de vie et multiples faveurs divines manifestés à notre égard.

Nous tenons à exprimer aussi nos remerciements à tout le corps professoral du département de Géologie à l'UNILU de nous avoir équipé avec les connaissances géologiques durant notre parcours académique.

Nos remerciements s'adressent au Professeur Jean-Marie LUNDA ILUNGA, directeur de ce mémoire et au chef des travaux Portance KASONGO WA MUTOMBO, codirecteur ; de nous avoir dirigé malgré leurs multiples taches. N'eut été votre soutien, ce travail ne s'appellerait pas mémoire. C'est pour nous une grande occasion de vous exprimer notre sentiment de reconnaissance et de profonde gratitude. Chers directeurs, nous n'aurons que vous comme voie, car dit-on « si tu veux voir plus loin, il faut s'appuyer sur les épaules des géants ».

Nous adressons nos sincères remerciements à la chorale Feu Dévorant et Choeur de Gloire pour les prières qu'ils ne cessent de multiplier en notre faveur.

Enfin, nos remerciements s'adressent à nos chers amis et collègues de l'auditoire : MUNTOKOLE Jacques, MALOBA Berthe, BIRAKARA Giscard, MUSANGU Deborah, A FAT Victoire, ANGANGI Justine, NgoyFlory, MASANGU Jonathan, NYEJE Erick, BULOBO Mardochée, Ivonne KWALESO, Paul SALUMU, Samuel NYEMBO, Vicgol MWANGE, OrdinatSENDWE, Hubert MUSWAHILI, Francine AMISI, Alvine KYUNGU, Adèle KYUNGU, Julien MPOYO, David NASSOR, Paul YAV, Ariane MWILAMBWE.

A toute personne qui n'a pas retrouvé son nom ici mais qui, de loin ou de près aurait apporté une pierre pour l'achèvement de ce projet de mémoire.

Profitez tous de cette expression qui témoigne notre gratitude à votre égard.

INTRODUCTION GENERALE

La durabilité d'une construction en génie civil dépend de la qualité du sol d'assise. Cependant, la disponibilité des sols de bonne qualité pose de plus en plus problème. Vu leurs minéralogies complexes, ces sols ont toujours causé des méfaits pour les constructions. Ils ont un comportement très délicat dépendant de la variation de la teneur en eau. Plusieurs études ont été effectuées sur les phénomènes liés au sol de KAPOLOWE Gare, ces phénomènes qui restent non maitrisés provoquant ainsi des grands dégâts dans la cité KAPOLOWE Gare.

Ce travail représente un document guide pour les constructeurs de Kapolowe gare en général. Il est à ce propos, un support géologique et géotechnique pour arriver à leur donner une orientation claire et précise sur le choix des sites d'implantation des ouvrages.

Les études ont porté sur la« contribution à l'étude géologique, géotechnique,hydrogéophysiqueet cartographique de la cité KAPOLOWE Gare»

Le but étant celui d'anticiper à la demande des constructeurs en déterminant les caractéristiques physiques qui seront appuyées plus loin par certains essais mécaniques ; contribuer à l'élaboration d'une carte piézométrique indiquant le sens d'écoulement des eaux afin de retrouver certaines zones de captage et ainsi appuyer cette étude par un levé hydrogéophysique permettant d'intercepter l'eau à certaines profondeurs. Nous avons alors réalisé des investigations géotechniques sur terrain, la cartographie et un levéhydrogéophysique. Les travaux de laboratoire nous ont permis de :

Ø Etablir la carte géologique de la zone d'étude pour la reconnaissance de lithologies ;

Pour y arriver, 21 points ont été sélectionnés pour définir les stations afin de prélever les échantillons de sols et de déterminer les propriétés physiques (essais d'identification).

Nous avons également fait recours aux logiciels dont QGIS, SURFER et ArcGIS pour l'élaboration des cartes et MS Excel pour le traitement et analyse statistique des données, UniversalMaps Downloader pour le téléchargement de différentes cartes utilisées.

Le levé piézométrique est une technique de mesure de pression interstitielle afin de prélever, en fonction du temps, les niveaux de l'eau, contenue dans un système aquifère que contient différents sites de mesure qui sont des espaces géographiques de référence où il est recommandé d'effectuer ses étalons piézométriques. L'appareil principal de mesure est la sonde piézométrique. Théoriquement, un piézomètre ne mesure que le niveau d'une et une seule nappe. Dans les faits, un piézomètre peut atteindre plusieurs nappes dont les niveaux piézométriques peuvent être différents. Il est utilisé dans le cadre d'un ou plusieurs réseaux de façon variable dans le temps.

Pour éviter une globalité d'ordre générale, le chercheur doit circonscrire son travail dans un cadre précis, telle est la raison qui nous a également conduits à une délimitation de notre sujet de recherche dans l'espace et dans le temps. Les différentes investigations ont été réalisées au mois de mars 2022, une période caractérisée par la présence des précipitations.

· Le premier fait état d'un aperçu général de la zone d'étude, de la présentation des matériels et méthodes utilisés pour la réalisation de ce mémoire.

· Le deuxième est consacré à la présentation des résultatsliés au traitement physique de données : ici il est question d'effectuer le traitement au laboratoire pour arriver à ressortir les différents paramètres permettant de classer les sols de notre secteur ;

· Le troisième est consacré à l'interprétation des résultats : ici après le traitement et la présentation des résultats de sols, nous avons procédé à l'interprétation de chaque résultat obtenu.

CHAPITRE I : PRESENTATION DU SITE, MATERIELS ET METHODES

I.1 INTRODUCTION

La connaissance des caractéristiques physiques et du comportement mécanique et hydraulique des matériaux constituant la fondation des ouvrages et de ceux dont on envisage l'utilisation pour sa construction, est nécessaire au géotechnicien pour concevoir des ouvrages les mieux adaptés à son contexte géotechnique. Seul un professionnel expérimenté est à même d'adapter le déroulement des études au contexte géologique qu'elles mettent petit à petit en évidence et aux problèmes identifiés ou supposés, selon un processus itératif qui se traduit classiquement par un programme de reconnaissances constitué de plusieurs phases.

Cette connaissance est acquise pour partie grâce à la réalisation d'essais géotechniques en laboratoire et sur terrain.

La réalisation de ces essais requiert la mise en oeuvre de procédures normalisées et de matériels spécifiques. Elle ne peut être confiée qu'à des Laboratoires expérimentés et parfaitement équipés d'où le laboratoire géotechnique de l'UNILU à la faculté des sciences nous a été d'une importance sans précèdent.

Toute prospection géologique et ou géotechnique nécessite une certaine méthodologie et certains matériels pour l'aboutissement, c'est ainsi que dans le cadre de notre travail afin d'aboutir aux résultats mis en évidence dans notre sujet d'étude, nous vous présenterons avec détails plusieurs de nos essais.

v Les différentes techniques utilisées lors des études géologiques, géotechniques et géophysique;

v les recommandations méthodologiques concernant les différentes phases d'investigation géologiques et géotechniques voire géophysique pour l'identification du site.

I.2 RECONNAISANCE GEOGRAPHIQUE ET GEOLOGIQUE

I.2.1 SITUATION GEOGRAPHIQUE

I.2.1.1LOCALISATION DU SECTEUR D'ETUDE

La cité de Kapolowe Gare, se trouve dans la province du Haut-Katanga, l'une de vingt-six provinces actuelles que compte la République Démocratique du Congo. Elle est située à environ 95 Km de la ville de Lubumbashi et à 25 km de la ville de Likasi, elle a une superficie estimée à 1.5 Km². Elle se localise entre les méridiens 26,911° et 26,954° de longitude Est ainsi qu'entre les parallèles - 11,034° et - 11,047° de latitude Sud avec une altitude moyenne de 1139 m.

Cette cité est caractérisée par son relief plat et est entourée par deux rivières dont la Lufira et la Panda le rangeant ainsi parmi les cités attractives. Lequel potentiel s'illustre par les poissons appelés Kapolowe.

I.2.1.2HYDROGRAPHIE

La cité de Kapolowe gare est entourée de deux rivières dont la Panda qui coule au Sud-Ouest de la cité pour finir dans la Lufira qui coule vers l'Est. Elle tire sa source vers KADIDO, elle reçoit de nombreux affluents dont le plus important est la MURA. Plus près de la ville de Likasi elle reçoit les eaux provenant de la KONDJA et de la KAMPUMPI. La rivière suit son cours pour finir à KAPOLOWE dans la rivière LUFIRA, important affluent du fleuve Congo.

I.2.1.3 LA GEOMORPHOLOGIE

Le relief de la cité de Kapolowe ne présente pas des montagnes mais plutôt un relief plat ayant une altitude moyenne de 1139m. Son point culminant est à 1146m.

I.2.2 SITUATION GEOLOGIQUE

I.2.2.1 GEOLOGIE REGIONALE

Les formations géologiques du Katanga se répartissent en deux grands ensembles à savoir :

Les formations du soubassement précambrien qui sont généralement plissées et métamorphisées et les formations de couvertures qui sont restées sub-tabulaires. (Cahen, 1954 ; François, 1973 et 1987 ; Batumike, 2007).

· La série de haute Lueki (trias), la série de la Loia, la série de Kisangani et de Kwango mais n'a pas été mis en évidence au Katanga (Mésozoïque) ;

1. LITHOSTRATIGRAPHIE DU KATANGUIEN

On appelle Katanguien, toutes les formations géologiques de la région, plissées entre 950Ma et 600Ma et non affectées par des orogenèses antérieures à 950Ma.

· Le Katanguien tabulaire au Nord où il forme le plateau de Biano au Nord-Ouest et celui de Kundelungu au Nord-Est ;

· Le Katanguien plissé ou l'arc lufilien, au Sud, qui s'étend de la Zambie jusqu'à Kolwezi et en Angola.

Le Katanguien, d'âge Mésoprotérozoïque, repose en discordance sur le Kibarien à l'Ouest et au Sud-Est (Ngoyi, 1991). L'existence des diamictites dans le Gand et le Petit conglomérat a permis de subdiviser le Katanguien en trois super groupes (François1974 et 1987 ; Cailteux, 1994);

Figure I. 2: Stratigraphie de l'Arc Lufilien (Cailteux, 2005 ; Batumike, 2007) avec la nomenclature usuelle dans la chaine Katanguienne.

Dans le Katanguien, principalement dans l'arc lufilien, le métamorphisme régional se cantonne généralement dans le faciès à séricite et chlorite, il croit vers le Sud où les faciès à biotite et à grenat apparaissent. (Lefebvre et al, 1976).

En effet, la biotite est observée au Sud-Est du Katanga, à Kinsenda, à Mbaya, Mwati, Musoshi, Kipushi, aux sources de Lualaba et de Lufira (Oosterbosch, 1962 ; François et al, 1981) tandis que le grenat almandin ainsi que la Hornblende verte ont été observés au Sud Katanga entre Kolwezi et la frontière avec la Zambie (Ngoyi, 1991).

· Des basaltes de Kibambale dans le grand conglomérat (Kampunzu et al, 1993) ;

· Des dolérites à Makakwe, Shinkolobwe et Kipushi dans le Dipeta et des Gabbros entre Kakonge et Mwadingusha(Lefebvre, 1976).

Dans le Sous-groupe des mines, Lefebvre et Cailteux (1976) signalent une Cinérite basique à l'étoile. Par contre François (1973) révèle l'existence d'une diorite dans le lambeau charrié de Kolwezi.

On trouverait également des intrusions Kimberlitiques d'âge crétacé dans le Kundelungu au plateau de Kundelungu. (Cahen, 1954 ; Lepersonne, 1974).

La tectonique Katanguienne est très complexe, notamment par ses structures extrusives, ses charriages et chevauchements ; elle serait à la base de la dislocation du Roan en megabreches.

· La phase kolwezienne qui s'est manifestée durant le dépôt du Kundelungu et a engendrée les plis déversés vers le Nord et des charriages dans le même sens ;

· La phase Kundelunguienne qui est survenue après le dépôt du Kundelungu, a donné naissance à des plis déversés vers le Sud et des chevauchements orientés dans le même sens.

Il est nécessaire de souligner que le socle ancien a lui aussi participé à cette tectonique qui s'y est superposée aux déformations antérieures. Au fait, dans le secteur Sud-Est de l'arc lufilien, les plis ont une direction NW-SE et s'ennoient en s'écartant des massifs anciens (Kipata, 2013). Par contre, ceux-ci affleurent sous forme des dômes (Konkola, Luina et Mokambo) et sont constitués des roches cristallophylliennes injectées des granites intrusifs ou d'anatexie. A l'état actuel des recherches, il est admis que les sédiments Katanguiens seraient dans un bassin de type « Rift » (Kampunzu et al, 1993).

L'arc cuprifère de l'Afrique centrale à cheval entre la république démocratique du Congo et la Zambie, renferme des nombreuses minéralisations réparties en deux districts (Cailteux, 1994) qui sont :

Il est représenté à la base par l'étage de Lubumbashi-Likasi (Ng.1) précisément l'étage de Mwale (Ng. 1.1) et au sommet par celui de Monwezi (Ng.2.2). Il débute par un niveau tillitique qui le sépare du Roan appelé « Grand conglomérat », ensuite on observe une succession des dolomies et en son sommet on trouve un niveau schisto-greseux à géodes chloriteuses et hématifères(Heijlen, 2008).

I.2.2.2GEOLOGIE LOCALE

Les travaux antérieurs effectués par J.J. LEFEBVRE (1973) sur la présence d'une sédimentation pyroclastique dans le Mwasha inférieur du Shaba méridional (ex Katanga), ces derniers ont prouvé que ces terrains ont subi une orogénèse intense donnant naissance à une série d'axes anticlinaux sensiblement Est-Ouest à l'Ouest de Kambove et Nord-Ouest Sud-Est à l'Est de Kambove. Les axes de ces anticlinaux sont fréquemment faillés au niveau correspondant à la partie inférieure du Faisceau de Mwasha. La série du Roan affleure au coeur de ces anticlinaux en éléments disloqués, noyés dans une brèche de R.3. EtR.l. (Figure I.3) Les horizons qui font l'objet de cette note ont été observés dans une ancienne carrière située au Sud-Est de Likasi. Cette carrière de Shituru est entaillée au coeur d'un anticlinal du type isoclinal légèrement déversé vers le Nord. Le Mwasha inférieur y affleure largement, mais les roches qui le constituent sont profondément altérées surtout dans les niveaux supérieurs.

On a observé le même type d'horizon particulier à Panda et à Kambove dans le prolongement du même anticlinal, mais dans un tel état d'altération et sur une trop faible extension pour permettre toute étude.

Dans la région de KapoloweMission ces mêmes roches affleurent sporadiquement et dans un état sensiblement moins altéré. C'est ainsi qu'avec la cartographie de Kapolowe Gare et de la géologie régionale prouvant que les formations environnant font partie du Nguba suivi de celles du Kundelungu, par ricochet nous pouvons dire que les formations affleurant dans la cité de Kapolowe Gare font partie du Nguba ou du Kundelungu selon la figure I.3 et cela sera prouvé par un levé géologique effectué dans ce travail.

Figure I. 3: Schéma géologique du SHABA méridional. Localisation du ROAN et du Ki 11. Extrait du Symposium de Lusaka. François A. (1962)

I.2.2LEVE GEOLOGIQUE DE LA ZONE D'ETUDE

Le levé géologique est une technique de base qui permet à un géologue d'explorer une zone donnée faisant l'objet d'études géologiques. Et pour procéder à un levé géologique, le géologue se doit, au cours de la phase préparatoire, de faire une recherche documentaire afin de circonscrire la zone d'étude dans un contexte géologique quelconque et de réunir les différentes modalités relatives à l'établissement de la carte géologique.

La première de choses à faire lorsque l'on se retrouve sur terrain est de faire un recouvrement de la zone de travail c'est-à-dire cherché déjà à déterminer la direction préférentielle des couches de façon à tracer des coupes qui seront perpendiculaires à cette direction.

Dans le terrain où il y a une forte couverture, pour réaliser un levé géologique, il faut tenir compte de :

Sapédologie : on observe ici le changement de la coloration du sol, car le sol reflète les roches que nous avons en profondeur. Ainsi la coloration du sol est caractéristique de sa roche-mère. Les roches tendres sont beaucoup plus altérées que les roches dures ;

Savégétation : Nous n'avons pas la même végétation partout, elle dépend aussi de la nature du sol, alors le changement de végétation traduit le changement de lithologie.

1. MATERIELS UTILISES

Le levé géologique étant donc une chasse aux affleurements ou encore l'ensemble d'opérations de terrain permettant essentiellement l'observation des affleurements et les renseignements stratigraphiques, son exécution nécessite une panoplie des matériels pour levé. Ainsi donc, nous nous sommes servis de :

· Un G.P.S marque GARMIN ayant une marge d'erreur de 3met appareils numériques ;

· Un fond topographique ; Un carnet de terrain, stylo, boite des couleurs, porte mine et un support en carton, un sac à échantillons;

Pour ce qui nous concerne, la cité Kapolowe gare qui constitue notre secteur d'étude est très inaccessible car il est très habité et mal loti.

De ce fait, nous avons eu à effectuer seulement trois coupes géologiques, Il est à savoir que les formations appartiennent au supergroupe du Katanguien, et les travaux antérieurs effectué par J. Lefebre (1976) prouvent que les formations sont orientées NO-SE dans cette zone ; c'est ainsi que nos coupes ont été orientées perpendiculairement à la direction de nos formations.

2. PROCEDURES ET MISES EN OEUVRE

Le levé géologique étant une discipline de la géologie fondée sur l'observation, dont l'ultime objectif est de chercher les endroits propices où la terre nous dévoile ses secrets en vue de prendre si possible les échantillons, toutes les mesures structurales possibles, les coordonnées géographiques, les informations détaillées pour une étude minutieuse qui, combinées avec les analyses au laboratoire nous aidera à prétendre élaborer une carte géologique.

· De déterminer la nature des différentes unités lithologiques observées dans la zone d'étude et leurs positions stratigraphiques ;

Le levé géologique effectué dans notre secteur de Kapolowe s'est réalisé de la manière suivante :

· L'établissement des profils, les formations géologiques étant orienté NO-SE, les profils ont été définis suivant la direction NE-SO. La longueur moyenne de chacun de ces profils est de 750 m sur 3 profils dans le secteur de Kapolowe Gare.

· Les travaux de terrain se sont réalisés en suivant les profils prédéfinis. Le repérage des affleurements et la variation de la coloration des sols, les déblais des puits, dans les zones dépourvues d'affleurements, ont constitué pour nous les points d'observation dans les deux secteurs étudiés

· Le traitement, la phase qui consiste à la compilation et l'encodage des données recueillies sur terrain permettant ainsi à la réalisation des cartes et à l'interprétation de ces dernières. Les données récoltées sur terrain ont été saisies à l'ordinateur à l'aide du logiciel MS Excel, comportant les informations géographiques, géologiques et autres observations afin d'être traité à l'aide du logiciel QGIS.

3. PRINCIPES

La carte géologique constitue le support indispensable pour l'étude des formations géologiques et la reconstitution de leur histoire. D'une manière générale, le levé géologique repose sur des principes et techniques qui sont élucidés comme suit :

· Suivre les contacts entre les unités cartographiées : cette méthode semble la plus simple et la plus naturelle, puisqu'elle permet de relever directement les limites qui seront portées sur la carte. Elle n'est cependant applicable que pour des zones à très faible couverture. Dans ce cas, il est d'ailleurs probable qu'une étude attentive des photos aériennes livrerait d'aussi bons résultats ;

· Définition des traverses : elles sont établies en connaissant la direction préférentielle des formations géologiques du secteur étudié. Lors de la préparation de l'itinéraire, on retiendra particulièrement les zones les plus propices en affleurements, à savoir les cours d'eau, les escarpements, les routes.

· La cartographie des affleurements : elle consiste à la détermination de différents faciès lithologiques observés dans le secteur faisant l'objet de la recherche. La prise des mesures structurales est indispensable lorsque les formations géologiques présentent un plan de stratification. Toutefois dans les zones dépourvues d'affleurements, la variation de la coloration et la granulométrie des sols autochtones peuvent constituer des éléments importants pouvant également permettre à l'identification des roches probables.

4. RESULTATS

Les résultats obtenus au cours du levé géologique, sont présentés sur les coupes géologiques réalisées dans notre secteur.

I.2.3. LEVE HYDROGEOPHYSIQUE PAR SONDAGE MAGNETOTELLURIQUE

I.2.3.1. Définitions

· L'aquifère (du latin aqua fero : porter l'eau) est une structure géologique perméable contenant de l'eau, comme des alluvions de rivière et des granites fissurés. Issue de l'infiltration, l'eau contenue dans un aquifère circule dans le sous-sol et nourrit une ou plusieurs sources, ou se déverse de façon occulte dans un milieu récepteur, mer, lac, cours d'eau ou autre aquifère. Un aquifère est caractérisé par sa géométrie, sa superficie et sa profondeur, et par les caractéristiques intrinsèques de la roche dont il est formé, lithologie, porosité, fracturation, homogénéité, etc.

L'aquifère permet un stockage plus ou moins important et plus ou moins long de l'eau infiltrée; le transit peut aller de quelques heures à plusieurs centaines de milliers d'années.

· La piézométrie est la mesure de la profondeur de la surface de l'eau souterraine, elle est destinée à mesurer, dans le sol, la pression inertielle existante à un endroit donné ; ces mesures interviennent le plus souvent au stade de l'étude préliminaire d'un ouvrage, dans le cadre de l'étude des nappes et de leur variation. Elles sont aussi fréquemment faites pendant la construction de l'ouvrage et poursuivies après la fin des travaux (Schlosser, 1973).

Dans la seconde partie intitulée levé géophysique, qui a pour objet la mesure des variations spatiales et temporelles des propriétés physiques du sous-sol(Kearey, 1984). En fait le géophysicien mesure certains paramètres physiques du sous-sol afin d'en obtenir une image qu'il essaie ensuite de traduire en terme géologique. Quand la prospection géophysique vise à définir des paramètres qui sont en liaison directe ou indirecte vers les ressources en eau souterraine, il s'agit de l'hydrogéophysique (Guérin,2004), (chalikakis,2007).

- Déterminer la structure interne et le sens de l'écoulement des eaux de notre secteur d'étude.

I.2.3.2. CARACTERISTIQUE LITHOSTRATIGRAPHIQUES LIEES A L'HYDROGEOLOGIE

Le Katanguien montre une succession de roches de nature variable et ayant des caractères hydrogéologiques très différents. Les travaux antérieurs, qui résument les conditions aux limites régionales, menés par différents auteurs sur les formations du Katanguien donnent les conclusions suivantes :

1. La presque totalité des roches de Kundelungu et de Nguba sont imperméables. Certaines roches sont plus ou moins perméables (en grand par suite de nombreuse failles qui découpent les assises schisto-dolomitiques) ;

2. les nombreuses failles et filons ou fillonnets créent des fissures dans le mur imperméable de la nappe et permettent ainsi des infiltrations en profondeur par drainage ;

3. De plus, les grands accidents tels que celui qui met en contact anormal les groupes de Roan et du Kundulungu, peuvent drainer la nappe phréatique.

1. Le Roan (Moyen), le Nguba et le Kundelungu contiennent des dolomies très aquifères comme des dolomies dites de « calcaire de Kakontwe » de Nguba ; cependant certaines particularités peuvent être observées ; c'est le cas des dolomies siliceuses stratifiées en petits bancs (feuilletées)(RSF), très perméables en grand ; tandis que les dolomies siliceuses vacuolaires (connues sous le nom de « roches siliceuses caverneuses »(RSC), les plus aquifère dans la série des Mines; les dolomies dites Calcaires à Minéraux Noirs (CMN) sont aquifères, mais pouvant s'altérer en sable fin peu aquifère ou moyennement aquifère selon les faciès ; les dolomies dites supérieurs (D.S) car elles se trouvent au sommet de la série des mines, sont aquifères.

2. Le grand conglomérat dont la matrice est argileuse est réputée peu perméable (cas de la région occidentale et centrale de l'arc cuprifère du Katanga) ; tans disque le grand conglomérat dont la matrice est carbonatée est réputée potentiellement aquifère (partie orientale de l'arc) ;

3. Les shales de roches argileux et talqueuses (sont réputées très peu perméables contrairement aux shales dolomitiques (SD) qui sont moyennement aquifère.

En somme, on rencontre des roches perméables en petit et en grand comme les shales et des roches perméables uniquement en grand telles que les dolomies. Entre les deux extrêmes s'arrangent les roches à perméabilités de fissures assez faibles.

· l'enseignement et la recherche au sein des structures de formation (universités et grandes écoles) et des organismes de recherche (CNRS, INRA, ministères) ;

· la recherche, l'étude, la protection et la gestion des ressources en eau souterraine ;

· l'examen de l'influence des eaux souterraines lors des grands travaux et des chantiers de génie civil, ainsi que l'impact de leur réalisation sur l'environnement hydrogéologique ;

· l'analyse du rôle de l'eau dans les mouvements gravitaires (éboulements, glissements, effondrements) et la prévision des remontées critiques de nappes.

I.2.3.3 LEVE PIEZOMETRIQUE

La réalisation de ce travail a demandé un matériel approprié et une méthodologie stricte et rigoureuse menée au niveau de l'étude piézométrique. Dans cette partie, nous allons commencer par présenter les différents matériels et méthodes utilisés.

La formation géologique ou roche suffisamment poreuse pour stocker de l'eau et perméable pour laisser l'eau circuler est appelée aquifère. La nappe étant définie comme l'eau contenue et circulant dans les pores ou fissures d'un aquifère, la piézométrie quant à elle est la mesure de la profondeur de la surface de cette dernière.

La mesure du niveau des eaux souterraines est effectuée à l'aide d'une sonde dont le capteur mesure la conductivité de l'eau.

Lorsque la sonde atteint le niveau de l'interface air/eau, un contact électrique est établi entre deux tiges métalliques, déclenchant un signal sonore et lumineux. Une fois cela fait, on lit à l'aide d'un décamètre qui est la corde même de la tige métallique, la valeur de la profondeur en centimètre (cm) qui sépare la surface topographique du niveau de la nappe.

- Evaluer la recharge naturelle (fluctuation de la surface piézométrique), régime d'alimentation de l'aquifère ;

- Explorer, apprécier les caractéristiques d'une nappe sur un territoire (propriétés hydrodynamiques, limites de l'aquifère, étude géotechnique avant réalisation d'un ouvrage...) ;

Elle permet ainsi de contrôler en permanence l'évolution de la pression inertielle, qui joue un rôle très important dans le comportement du sol.

En hydrogéologie et dans les études piézométriques, les outils sont variées et plus précis les uns que les autres, permettant de faire une étude (mesure des latitudes, des longitudes, des altitudes et des niveaux piézométriques) précise. Nous pouvons citer comme matériels utilisés pour ce travail de terrain(figure I.4) :

L'observation de la carte piézométrique permet d'en tirer un certain nombre d'informations sur l'allure des écoulements (Kakwata, 1998) :

Dans notre travail nous nous sommes limités à la détermination de la direction de l'écoulement et aux gradients hydrauliques.

· Placer dans un forage la sonde piézométrique à côté du trou de forage mise en oeuvre par le pénétromètre dynamique ;

· Plonger le bout de la sonde dans le trou jusqu'à atteindre l'eau de la zone sondé ;

· Une fois atteint ce niveau piézométrique par le bout de la sonde cela émet un son qui atteste qu'il a atteint le niveau phréatique ;

· Faire la lecture en mettre de la profondeur sur le ruban gradué que possède l'enrouleur pour enfin avoir le niveau piézométrique.

Par comparaison entre le dispositif expérimental du laboratoire de Darcy et le terrain, le gradient hydraulique est la différence de niveau piézométrique entre deux points de la surface, par unité de longueur, mesurée le long d'une ligne de courant (sens d'écoulement des eaux souterraines). Le gradient hydraulique, i, est assimilable à la pente de la surface piézométrique ; la pente étant la perte de charge par unité de longueur. Le gradient hydraulique est exprimé par :

Dans la pratique le gradient hydraulique est calculé sur le terrain, à l'aide des niveaux piézométriques mesurés dans deux ouvrages d'observation, alignés sur une ligne de courant, l'un en amont H1, l'autre en aval H2, séparés d'une distance L (Kouassy, 2010).

I.2.3.4 LEVEHYDROGEOPHYSIQUE PAR SONDAGE MAGNETOTELLURIQUE

La méthode magnétotellurique (MT) est une technique géophysique qui fournit des informations sur la distribution des conductivités électriques des roches souterraines(Figure I.5).

La géophysique a besoin d'informations primaires permettant d'avancer avec précision sur l'interprétation des données acquises sur le terrain, sans elles, les résultats obtenus risquent de ne pas correspondre à la réalité géologique.

Il est ensuite possible d'effectuer une modélisation du sous-sol pour déduire de la cartographie des invariants en fonction de la fréquence une cartographie de la résistivité en fonction de la profondeur.

L'intérêt du levé géophysique réside dans le fait que l'on peut prospecter de grande surfaces relativement afin de pouvoir adapter le réseau de drainage aux anomalies recueillies par la prospection sachant qu'il faut pouvoir transcrire ces anomalies en termes concrets directement utilisables par le concepteur du futur réseau (Bush et al,1991).

Pour l'hydrogéologue, les méthodes géophysiques sont des outils susceptibles de répondre à des questions relatives aux eaux souterraines (Guérin, 2005).

Les études théoriques concernant les variations naturelles du champ électrique et du champ magnétique sont anciennes et remontent dans la seconde moitié du 20^e siècle vers les années 1950 que les idées se précisent. Comme dit Durpis (1971) certains auteurs établissent à cette date des relations susceptibles de résoudre les cas simples constitués par des modelés à deux terrains concernant des couches très puissantes (bassins sédimentaires très épais) ou très profondes (manteau). C'est le professeur français Cagniard cité par même auteur qui, à la même époque a proposé un nouveau procédé de prospection géophysique dans une étude plus élaborée que les précédentes dont la parution n'aura lieu qu'en 1953. La méthode magnétotellurique (M.T) dont Cagniard exposa le principe permet en effet l'étude électrique du sous-sol quel qu'en soit le nombre de couches.

L'objectif est d'essayer de localiser, si possible, à l'échelle métrique, les zones les plus favorables à l'implantation de forage pour que les hydrogéologues dans un premier temps, établissent un suivi de contrôle et d'évaluation des ressources en eau, en vue de leur exploitation dans les années à venir (Chalikakis, 2007)

D'après les études antérieurs effectuées par ASTIER, celui-ci a une grande pratique de la prospection géophysique appliquée à l'hydrogéologie qui s'ajoute à une formation initiale d'ingénieur géologue. Il a voulu écrire un livre simple, accessible, montrant quelles sont les différentes méthodes de la géophysique et quels sont leurs champs d'application. Il a parfaitement réussi. L'auteur donne un panorama général des résistivités des eaux et des roches.

I.2.4.SONDAGES GEOTECHNIQUES

L'ensemble de tout ce qui englobe la technique géologique du terrain s'accompagne d'une étude qui est une opération pas trop simple et facile dont dépend en grande partie la qualité de l'ouvrage concerné. Sa procédure complète consiste premièrement à bâtir un modèle structural du site d'étude, ensuite à caractériser et étudier tous les phénomènes naturels qui y sont induits, et enfin à proposer des solutions pratiques aux problèmes géotechniques que pose l'adaptation spécifique de l'ouvrage à ériger au site.

Il nous convient de noter que lors d'un projet d'aménagement, tout constructeur doit (de manière à assurer la pérennité des futurs ouvrages) prendre en compte la nature des formations constituant le sous-sol du site ou il est prévu de réaliser cet aménagement.

Cette prise en compte permet d'adapter le projet au site envisagé, de définir le système de fondation de l'ouvrage avec le meilleur rapport sécurité/coût et de se garantir contre les effets de la réalisation des travaux sur les constructions voisines.

L'exécution de sondage et d'essais in situ, la collecte et l'épreuve d'échantillonnage, doivent être les derniers d'une suite d'opérations ordonnées en étapes successives ; y recourir directement et exclusivement, reviendrait à attribuer un rôle de synthèse à des moyens d'analyse, à confondre l'étude géotechnique et la campagne de sondages et d'essais.

I.2.4.1 DESCRIPTION, ECHANTILLONNAGE DES SOLS ET ESSAI IN SITU

La reconnaissance in situ intervient comme un moyen indispensable permettant de fournir les renseignements sur la nature des différentes couches et d'estimer leurs caractéristiques mécaniques à partir de la description sur terrain d'une entité géologique (le sol dans notre cas) nécessite la juxtaposition de différentes caractéristiques notamment : la couleur, la texture, la structure, l'angulosité, la forme des grains, la consistance, la profondeur, le degré d'humidité, la localisation, la date, etc.

Ainsi pour arriver au terme de notre travail des campagnes de prélèvements des échantillons ont été effectuées en mars 2022. Les matériels utilisés sont : une bèche, un GPS GARMIN, un décamètre, un carnet de terrain, un stylo, un crayon, une barre de mine, des sachets.

L'échantillonnage étant l'étape primordiale de notre étude, il consistait en une identification d'un sous-ensemble d'individus à l'intérieur d'une population pour estimer les caractéristiques de l'ensemble de la région nouvellement lotis de Kapolowe Gare. On a procédé par des trous d'environ 70 cm où la maille entre les points de prélèvement des échantillons est irrégulière, au total 21 échantillons ont été récoltés et décrits sommairement sur le site de notre travail. Pour la désignation des échantillons, chaque identifiant porte un code ayant en préfixe les lettres «MMN» et en suffixe une numérotation. A l'aide d'un GPS on a pu établir un tableau des coordonnées géographiques pour tout point de prise des mesures.

I.2.5.IDENTIFICATION DES SOLS

Il existe de nombreux essais mécaniques en laboratoire. Dans cette partie, seuls les essais donnant accès aux paramètres mécaniques seront abordés. Ces essais ont été développés initialement en laboratoire pour découvrir, comprendre et modéliser, dans des conditions contrôlées, le comportement mécanique des sols. Ils sont maintenant couramment utilisés dans la pratique pour caractériser les matériaux présents dans un site donné.

En raison de la grande diversité des essais et des modes opératoires à notre disposition, il est nécessaire, pour un projet spécifique, de préciser le programme expérimental.

Ces essais, généralement simples, sont destinés à décrire et à identifier les sols, à les classer et à apprécier leur état.

Pour pourvoir classer un sol du point de vue géotechnique et lui donner un nom précis, il faut l'identifier en déterminant les paramètres de nature et paramètres d'état qui sont des propriétés physiques caractérisant un matériau.

Les paramètres de nature indiquent les caractéristiques intrinsèques du sol. Ils ne varient pas au cours du temps.

Les paramètres d'état sont fonction de l'état du sol et caractérisent le comportement du sol sous l'effet d'un changement donné.

Ces essais servent de base aux divers systèmes de classification des sols car leurs résultats permettent à leur tour d'estimer au moyen de corrélations des ordres de grandeur des propriétés mécaniques des sols et établir un pré dimensionnement grossier des ouvrages au stade des premières études.

Nous regroupons dans ce paragraphe les essais géotechniques de laboratoire classiques qui permettent de caractériser un sol :

· Analyse granulométrique à sec qui est la distribution des grains (% massique) selon leur diamètre (un paramètre de nature).

La connaissance de cette identité permet de prévoir l'ordre de grandeur de certaines caractéristiques : cohésion, perméabilité, aptitude à être compacté par exemple. Elle permet de connaître de manière assez précise la sensibilité au gel et la sensibilité à l'entrainement des particules fines par les écoulements. Détermination de paramètres physiques.

Tableau I. 2: Normes françaises sur les essais de laboratoire (IFSTTAR, 2012)

NF ISO 11074	Qualité du sol. Vocabulaire.
XP P 94-010	Sols : Reconnaissance et Essais - Glossaire géotechnique : Définitions. Notations. Symboles.
XP P 94-011	Sols : Reconnaissance et Essais - Description - Identification -Dénomination des sols - Terminologie - Éléments de classification.
XP P 94-041	Sols : Reconnaissance et Essais - Identification granulométrique - Méthode de tamisage par voie humide.
NF P 94-050	Sols : Reconnaissance et Essais - Détermination de la teneur en eau pondérale des matériaux - Méthode par étuvage.
NF P 94-051	Sols : Reconnaissance et Essais - Détermination des limites d'Atterberg - Limite de liquidité à la coupelle - Limite de plasticité au rouleau.
NF P 94-053	Sols : Reconnaissance et Essais - Détermination de la masse volumique des sols fins en laboratoire - Méthodes de la trousse coupante, du moule et de l'immersion dans l'eau.
NF ISO 11074	Qualité du sol. Vocabulaire.
NF P 94-055	Sols : Reconnaissance et Essais - Détermination de la teneur pondérale en matières organiques d'un sol - Méthode chimique.
NF P 94-056	Sols : Reconnaissance et Essais - Analyse granulométrique - Méthode par tamisage à sec après lavage.
NF P 94-071-2	Sols : Reconnaissance et Essais - Essai de cisaillement rectiligne à la boîte - Partie 2 : Cisaillement alterné

I.2.5.1PARAMETRES D'ETAT

Comme leur nom l'indique, ces paramètres sont fonction de l'état du sol c'est-à-dire qu'ils caractérisent les différents comportements du sol sous l'effet d'un chargement donné (teneur en eau, indice des vides, porosité, degré de saturation,...).

Ces essais constituent une série d'essais consacrée à la caractérisation des sols. La détermination des différents paramètres de cet essai permet de classer les sols en différentes familles et donner, par corrélation, des informations sur certaines propriétés.

I.2.5.1.1 TENEUR EN EAU ET DENSITE (Norme NF P94-050)

C'est le rapport du poids d'eau que le sol contient au poids de ses éléments secs, après dessiccation à l'étuve à 105°C (60°C dans le cas des sols contenant des éléments organiques):

La mesure de la teneur en eau est principalement utilisée pour réaliser des calculs de poids volumique dans les sols. La teneur en eau est également une mesure du retrait-gonflement et des caractéristiques de la résistance de sols cohérents comme démontré dans les tests de limite de liquidité et de plasticité.

La connaissance de la teneur en eau d'un sol est très importante car elle permet, avec d'autres caractéristiques, d'apprécier l'état dans lequel se trouve ce sol.

Matériel : Une grille à maille carrée, un carottier, une tare, une étuve, une balance(figure I.6).

Figure I. 6: Matériels utilisés pour la mesure de la teneur en eau naturelle

I.2.5.1.2 DETERMINATION DE LA DENSITE (Gs) AU PYCNOMETRE

· Verser le mélange et remplir de nouveau le pycnomètre avec de l'eau seulement et mesurer (W4) ; - Puis calculer.

I.2.5.1.3 DETERMINATION DU pH DU SOL

Le potentiel d'hydrogène (pH) d'une solution est la concentration en ion H+. Sa valeur varie entre 0 et 14. Une solution est dite neutre si le pH est de 7 en solution aqueuse. Une valeur plus faible correspond à une solution acide ; une valeur plus élevée correspond à une solution alcaline ou basique. Une eau souterraine acide peut attaquer le béton des ouvrages (Vulliet et al).

L'objectif de cet essai est de définir la concentration de l'ion hydronium (H30+) dans le sol, c'est-à-dire l'acidité du sol en évaluant le paramètre indicateur de cette acidité, paramètre qu'est le potentiel d'hydrogène (pH).

D'une manière générale, on peut affirmer que l'acidité des sols est essentiellement liée à la production des protons (H+) provenant de toute activité biologique à la surface du sol comme en subsurface.

Le pH du sol varie, à court terme, avec la saison. Ces variations sont en général d'une demi-unité, parfois d'avantage et sous climat tempéré le pH est minimum en été et maximum en hiver. Ces variations s'expliquent par le phénomène de dilution de la solution du sol qui a tendance, en hiver, à diminuer la concentration en H+, et donc à relever le pH en été.

I.2.6.2 PARAMETRES DE NATURE

Pour indiquer les caractéristiques vrais des sols c'est-à-dire ceux qui ne varient pas au cours du temps, on détermine les paramètres dites : paramètres de nature. Ces paramètres sont les suivants : la granularité, l'argilosité, les limites d'Atterberg,...

I.2.6.2.1 LIMITES D'ATTERBERG (NF P94-051)

La présence des couches d'eau adsorbées autour des particules d'argiles, confère au matériau la faculté de former des pâtes, dans lesquelles chaque grain est relié aux autres par des forces de cohésion. Il en résulte le phénomène de consistance, qui peut être modifié en fonction de la teneur en eau du sol (COSTET et al. 1983)

L'essai des limites d'Atterberg se fait sur une fraction d'échantillon, qui passe au tamis de 0.40mm (400 micromètre), l'échantillonnage se fait sur matériau séché à l'étuve, une quantité suffisante de matériau devant être tamisée pour obtenir150 à 200g de d'échantillon.

But de l'essai : Caractériser l'argilosité d'un sol, et donc déterminer les teneurs en eau remarquables situées à la frontière entre ces différents états sont les « limites d'Atterberg » :

· Cet essai s'applique généralement sur les sols comportant un pourcentage de fines (80 micromètre) supérieur à 35% ;

Les limites d'Atterberg permettent de calculer l'indice de consistance qui caractérise l'état hydrique d'un sol (80 à 90% d'élément inférieur à 400 micromètre.

a. LIMITE DE LIQUIDITE Wl (NF P94-051)

Le but du test de cette limite pratiqué dans le sol disposé dans la coupelle de Casagrande est la détermination de la teneur en eau (exprimée en pourcentage) qui définira la dite limite. D'après la méthode de Casagrande, c'est la teneur en eau pour laquelle une entaille de 10 mm se ferme après un nombre de coups (N) compris entre 15 et 35.

Appareil de Casagrandeconstitué d'une coupelle pouvant recevoir des chocs, d'un outil à rainurer et d'une spatule.

· Etaler l'échantillon dans le bol, de manière à avoir une épaisseur à peu près constante, de 1 (cm), avec une surface horizontale ;

· Appliquer une rainure au milieu, séparant l'échantillon en deux parties distinctes et égales, de manière à voir le fond du bol ;

· Tourner la manivelle en comptant la norme de fois que le bol s'est élevé puis rabattu jusqu'à ce que la fente se referme ;

Par convention, la limite de liquidité est la teneur en eau du matériau qui correspond à une fermeture de 1 cm des lèvres de la rainure après 25 chocs. Un intervalle des coups (N) allant de 15 à 35 chocs est définit vu la difficulté d'atteindre facilement 25 chocs à chaque essais.

v Si : N < 15 ; le processus est recommencé avec un matériau plus sec et homogénéise à nouveau.

v Si : N > 35 ; l'opération est renouvelée prélèvement de pâte au quel a été ajouté un peu d'eau distillée ou déminéralisée.

- placer l'ensemble du prélèvement sur un verre de montre (bouchon dans notre cas) de poids T ;

On mesure la teneur en eau (W) de l'échantillon au moment de la fermeture conventionnelle. La limite de liquidité est donnée, en fonction du nombre de coups N pour obtenir la teneur en eau correspondante à cette fermeture, on utilise par convention la formule suivante:

Outre la méthode analytique, la teneur de liquidité est aussi déterminer par la méthode graphique par interpolation sur la droite d'ajustement graphique ; le graphique portant en abscisse les nombres des coups N et en ordonnée les teneurs en eau W correspondantes.

Sur base du protocole ci-haut présenté, des tests de limite de liquidité ont été réalisés sur les 21 échantillons du présent projet, choisissant pour chaque échantillon 3 prélèvements c'est-à-dire au tour de 25coups. Ainsi, la teneur de liquidité de chaque échantillon (Wl) est la moyenne arithmétique des teneurs de ces 3 prélèvements.

Appareil de Casagrande constitué d'une coupelle pouvant recevoir des chocs et d'un outil à rainure (Figure I.9).

b. LIMITE DE PLASTICITE Wp (NF P94 051)

C'est la teneur en eau au-dessus de laquelle le sol devient plastique. C'est la teneur en eau des rouleaux qui se fissurent au moment où leur diamètre atteint 3mm. Le test de limite de plasticité, comme celui de la limite de liquidité, a pour but de fournir des informations concernant l'effet de la teneur en eau (ù) sur les propriétés mécaniques du sol.

La plasticité est l'aptitude à changer de forme sous une charge constante. Elle dépend de la forme, de la grandeur, de la composition chimique et minéralogique des grains constituant le sol.

Il convient également de déterminer un autre paramètre ; la limite de retrait. C'est un paramètre beaucoup moins utilisé qui marque le passage de l'état solide avec retrait à l'état solide sans retrait.

c. INDICE DE PLASTICITE Ip

L'indice de plasticité mesure l'étendue de la plage de teneur en eau dans laquelle le sol se trouve à l'état plastique.

L'indice de plasticité est la différence donné entre la limite de plasticité et la limite de liquidité.

· Ces essais ne s'appliquent qu'aux sols cohérents à grains fins tels que les argiles.

· les limites d'Atterberg sont insuffisantes pour caractériser un matériau dont l'indice de plasticité se situe entre 5 et 10.

· L'indice de plasticité permet donc une indication assez avancée sur la nature d'un sol fin. Un Indice de plasticité (Ip) élevé correspond à un sol argileux dont les propriétés seront très sensibles à la teneur en eau et un Ip faible correspond à un sol peu argileux, moins sensible aux variations en teneur en eau.

· Les indices de plasticité les plus forts se découvrent dans les sols aux cohésions fortes, Selon Atterberg (1908).

Tableau I. 3 : Classification des sols selon l'indice de plasticité Ip (Verdeyen et al.1969)

d. DEGRE DE PLASTICITE

Suivant la valeur de leur indice de plasticité, les sols peuvent se classer comme suit selon le degré de plasticité :

Tableau I. 4: Degré de plasticité des sols en fonctions de l'indice de plasticité.

e. INDICE DE CONSISTANCE (NF P94-051)

Cet indice permet de prévoir et déterminer le comportement du sol naturellement. Si la teneur en eau naturelle est supérieure à la limite de liquidité, le sol se comporte comme un liquide. Dans le cas contraire le sol est plastique.

Selon Sanglerat et al (1975), nous avons la classification suivante en fonction de l'indice de consistance :

Tableau I. 5: Classification des sols en fonctions de l'indice de consistance

f. INDICE DE COMPRESSION (NF P94-051)

D'après l'équation mathématique de Skempton, l'indice de compression est fonction de la limite de liquidité :

Tableau I. 6: Classification des sols en fonctions de l'indice de compression

g. INDICE DE GROUPE (Ig)

L'indice de groupe est un paramètre qui définit la portance d'un sol sur base des essais d'identification. Il peut servir d'une part, à préciser la classification des sols, et d'autre part à évaluer les épaisseurs des couches de fondation de chaussée d'après la méthode de STEELE. Il est calculé à partir des résultats de l'analyse granulométrique (teneur en particules fines), de la limite de liquidité ùL et de l'indice de plasticité Ip.

La formule de l'indice de groupe (USDA, 1987 ; Das et al, 2012) est donnée par :

· X200 : La masse de particules fines, qui est obtenue en faisant la soustraction du poids avant lavage et le poids sec après lavage ;

L'indice de groupe est un nombre compris entre 0 et 20 (Verdeyen et al, 1968).

Plus cet indice augmente, moins bonne sera la qualité des sols et vice versa, en fonction des valeurs obtenues, nous avons dans le tableau I.7 la classification des sols en fonction de l'indice de groupe :

I.2.6.2.2 ANALYSE GRANULOMETRIQUE (NF P94-056)

· La granulométrie : c'est-à-dire la détermination de la grandeur des grains,

· La granularité : la répartition dimensionnelle des grains dans un granulat.

L'analyse granulométrique consiste à fractionner le matériau en différentes coupure au moyen de tamis. Les masses des différents refus sont rapportés à la masse initiale sèche du matériau. Les pourcentages ainsi obtenus sont exploités sous forme de graphique (courbe d'analyse granulométrie).

A. ANALYSE GRANULOMETRIQUE PAR TAMISAGE (NF P 94-056)

Le tamisage est l'opération qui consiste à séparer un matériau en différentes fractions au moyen d'une série de tamis de caractéristiques.

On obtient la granulométrie du gravier et du sable par tamisage, tandis que celle des sols à grains fins est déterminée par sédimentation. (Roubitaille, 1997) Et au bout de l'essai, le résultat attendu est l'établissement d'une courbe granulométrique intégrale, montrant les proportions relatives de chaque classe de granulat contenu dans le sol analysé.

Le granulat est défini comme étant un ensemble de grains minéraux, de dimensions comprises entre 0 et 125 mm, de provenance naturelle ou artificielle, destinés à la confection (Ghomari et al, 2008) :

En fonction de la dimension et du nombre des grains composant un granulat, on dénomme les granulats fins, sables, gravillons ou cailloux. Cependant, pour un granulat donné, tous les grains qui le constituent n'ont pas tous la même dimension et cela suivant chaque échantillon.

Pour cela, on procède au classement des grains sur une série de tamis emboités les uns sur les autres. Les dimensions des mailles des tamis sont décroissantes du haut vers le bas. Le granulat est placé sur le tamis le plus haut et par vibrations, on répartit les grains sur les différents tamis selon leur grosseur.

L'analyse granulométrique par tamisage permet de séparer les grains de dimensions différentes et de dresser une courbe cumulative dont les proportions pondérales sont fonction de l'ouverture des tamis. (Lunda, 2003)

L'analyse granulométrique par tamisage a pour but de déterminer la grosseur et les pourcentages pondéraux respectifs des différentes familles de grains constituant les échantillons. Elle s'applique à tous les granulats de dimension nominale inférieure ou égale à 63mm, à l'exclusion des fillers.

A noter qu'il faut éviter la confusion entre la granulométrie qui s'intéresse à la détermination de la dimension des grains et la granularité qui concerne la distribution dimensionnelle des grains d'un granulat.

L'essai consiste à faire passer un échantillon représentatif de sol à travers des tamis superposés dont les ouvertures(mailles) vont en décroissant du haut vers le bas. Les particules plus grosses restent donc emprisonnées sur les tamis les plus hauts, tandis que les particules fines se dirigent vers les tamis inférieurs.

Mécaniquement ou manuellement, on soumet la colonne des tamis à des mouvements horizontaux et verticaux de façon à laisser l'échantillon de sol constamment en contact avec la surface des tamis et ainsi augmenté l'efficacité du tamisage.

Le tamisât ou passant est la partie du matériau qui passe au travers du tamis et le refus celle qui y est retenue ; les tamis étant eux-mêmes définis par la norme [EN 933-2] qui préconise, pour l'analyse granulométrique, la série de tamis suivante en (mm) : 0.063, 0.125, 0.25, 0.50, 1, 2, 4, 8, 16, 31.5, 63, 125. Dans ce projet, nous avons utilisé la série suivante en (mm) : 20, 16, 12.5, 10, 8, 6.3, 3.15, 2.5, 2,1.6, 1, 0.63, 0.5, 0.4, 0.315, 0.25, 0.16, 0.125.

Lorsque les masses retenues sur chaque tamis deviennent constantes, le tamisage est terminé et tous les refus sont pesés. La masse de chaque refus est ensuite comparée à la masse totale de l'échantillon, ce qui permet de calculer les pourcentages cumulés de refus et de passant.

Les résultats sont exprimés sous forme d'une courbe granulométrique. Cette courbe Contribue à l'identification du matériau et permet de prévoir certaines de ses propriétés. Elle est utilisée pour la classification des sols grenus, qui nécessite le calcul de deux coefficients : le coefficient d'uniformité et le coefficient de courbure.

· Coefficient d'uniformité : permet d'exprimer l'étalement de la courbe granulométrique. Il est obtenu par la relation :

Selon la valeur du coefficient d'uniformité, on reconnait cinq classes de granulométrie (Amar, 2016).

· Coefficient de courbure : Le coefficient de courbure (Cc) permet de décrire la forme de la courbe granulométrique. Il est obtenu par la relation :

Selon la valeur du coefficient de courbure, on reconnait deux classes de granulométrie (Amar 2016).

Par définition la teneur en particule fine est la prédominance du caractère argileux sur le caractère sableux d'un sol ou soit encore celle du caractère sableux sur celui des argiles. Elle permet de prédire le comportement d'un sol en fonction de son caractère dominant : argileux ou sableux.

Figure I. 10: matériels utilisés pour l'analyse granulométrique par tamisage

B. ANALYSE GRANULOMETRIQUE PAR SEDIMENTOMETRIE

La sédimentometrie est un essai qui complète l'analyse granulométrique par tamisage des sols. Elle s'applique aux éléments de diamètre inférieur à 0,100 mm (module AFNOR 21).

Les grains de diamètre différent sédimentent dans un milieu liquide au repos à vitesses différentes. La relation entre diamètre des grains et vitesse de sédimentation est donnée par la loi de Stockes. Comme cette relation a été établie pour des grains sphériques, on n'obtiendra en l'appliquant aux éléments d'un sol que des diamètres équivalents.

Le principe de cet essai consiste à relever, dans un milieu liquide au repos, la vitesse de décantations des grains fins à très fins en fonction de leurs dimensions. Cette analyse qui est basée sur la loi de stockes donne dans le cas des grains sphériques de même masse volumique la relation entre le diamètre des grains et leur vitesse de sédimentation exprimé par cette équation (Ifsttar, 1987) :

En réalité les particules ne sont pas sphériques. Le diamètre obtenu par la loi de Stokes est donc un diamètre équivalent qui correspond en fait au diamètre d'une sphère constituée par le même matériau dont la loi de décantation serait la même que celle de la particule.

L'essai consiste à mesurer, pour différents temps donnés de décantation, la densité d'une suspension à une profondeur H. Au temps t = 0 la suspension est considérée homogène ; à t quelconque la densité de la suspension varie avec la profondeur. Les particules qui à t = 0 étaient en surface se trouvent à un instant t à la profondeur H. Elles ont décanté avec une vitesse constante v = H/t. Leur diamètre équivalent dy est alors donné par l'expression :

En effet, la Sédimentométrie ne s'applique pas pour des particules plus petites.

Dans le cas d'un matériau sablo-argileux par exemple illustratif, la courbe granulométrique globale sera donc obtenue par tamisage et par sédimentométrie(Hamida, 2016)

Figure I. 11: Matériels utilisés pour l'analyse granulométrique par sédimentometrie

I.2.6. CLASSIFICATION PARTIELLE

Les limites d'Atterberg sont des essais qui permettent de prévoir le comportement des sols fins pendant les phases de terrassement et/ou lorsqu'ils sont sollicités mécaniquement, en particulier sous l'action des variations de teneur en eau. L'abaque de CASAGRANDE est la référence préférentielle pour la classification des sols fins.

Dans ses études sur les argiles et les silts, Casagrande porte sur un graphique l'indice de plasticité en fonction de la limite de liquidité et observa que les points obtenus à partir d'échantillons de sol provenant d'un même dépôt et ayant une même origine géologique s'alignaient sur une droite. En répétant l'expérience avec différents dépôts de sol, il obtint une série grossièrement parallèle. Il remarqua que la plasticité d'un sol inorganique dépendait de sa fraction d'argile : plus celle-ci était grande, plus la limite de liquidité et l'indice de plasticité étaient élevés. D'autre part, il constata qu'une augmentation de la quantité de matière organique dans un sol provoquait l'accroissement des limites de liquidité et de plasticité.

En 1932, Casagrande proposa un diagramme de plasticité permettant d'identifier les sols à grains fins à partir des limites d'Atterberg.

Figure I. 12: Abaque de l'indice de plasticité et limite de liquidité de Casagrande (Casagrande 1932)

I.2.7.CLASSIFICATIONS GEOTECHNIQUES DES SOLS

Pour résoudre les problèmes de mécanique des sols, il est important de les caractériser mais aussi de les classer, autrement dit mettre dans un même groupe ceux ayant des comportements similaires. C'est par là que sont nés les systèmes de classification des sols, et surtout du besoin des ingénieurs civils de disposer de renseignements suffisamment fiables sur le comportement des sols pour pouvoir prendre des décisions rapides et efficaces, le plus souvent dans les domaines de construction routière et des infrastructures des pistes d'atterrissage ou des barrages.

· Les uns sont basés sur l'aptitude du sol pour un emploi particulier du Génie Civil. Ces classifications présentent en général l'inconvénient de ne pouvoir être étendues à d'autres usages que celui pour lequel elles ont été établies ;

· Les autres sont basés sur certains essais d'indentification. Parmi ces systèmes, plusieurs se réfèrent uniquement à la granularité du sol et diffèrent par les seuils granulométriques adoptés ;

§ Classification AASHTO (American Association State Highways and Transportation Officials);

§ Classification LCPC (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées) identique à la classification USCS ;

§ Classification USCS (UnifiedSoil Classification System) établie par Casagrande.

1. CLASSIFICATION DES SOLS SELON AASHTO

La classification A.A.S.H.T.O (American Association State Highways Transportation Officials) est basée sur l'analyse granulométrique, la limite de liquidité (??l) et l'indice de plasticité (IP).

En dépit des systèmes de classification cités ci-haut, le choix dépendra non seulement des objectifs poursuivis, mais aussi et surtout des paramètres disponibles (paramètres requis par le système). Pour le présent projet, nous avons opté pour le système de classification AASHTO qui se restreint aux paramètres suivants : l'analyse granulométrique, la limite de liquidité (??l) et l'indice de plasticité (IP) ; auxquels s'ajoute l'indice de groupe. En appliquant ce système de classification à nos échantillons, nous avons distingué 4 classes des sols notamment les classes A-4, A-6, A7-5 et A7-6.

Les sols A1 sont des mélanges à granulométrie étalée avec un mortier non plastique, ils comprennent donc des mélanges de fragments des pierres ou graviers, de sable et des fines particules. Ces sols peuvent être également constitués de matériaux grossiers sans mortiers ; dans ce cas, il s'agit des fragments des pierres, des graviers, des sables grossiers, des cendres volcaniques, des scories, de schistes miniers ; etc...

· Le sous-groupe (A1a), comprend les matériaux avec prédominance de pierre cassée ou de gravier, avec ou sans matériau fin agglomérant (mortier) ;

· Le sous-groupe (A1b), est constitué principalement de gros sable sans mortier.

Les sols du groupe A2 sont des matériaux granulaires intermédiaires entre les sols de classe A1 et A3 d'une part à ceux du groupe A4, A5, A6, A7 d'autre part.

· LE SOUS - GROUPES A2-4 ET A2 -7 : Comprennent des matériaux semblables à ceux du groupe A2-4 et A2-5 à la différence que la proportion d'Argile plastique a les caractéristiques du groupe A4 et A5. Tandis que,

· LE SOUS - GROUPES A2-6 ET A2 - 7 : Comprennent des matériaux semblables à ceux du groupe A2-4 et A2-5 sauf que la proportion d'Argile plastique a les caractéristiques du groupe A2-6 et A2-7.

Le matériau type du sol A3 est le sable fin des plages ainsi que des déserts, sans fines argileuses ou limoneuses ou encore avec des fines limoneuses non plastiques.

Ce groupe comprend aussi les sables fins des rivières à granulométrie serrée. La caractéristique principale de ces sols est, qu'ils ne présentent pas de plasticité. Ils peuvent contenir des petites quantités de gros sables et graviers.

Les matériaux types de ce groupe sont des limons de plasticité faible ou nulle.

Ces matériaux sont semblables à ceux décrit au groupe A4 mais ils sont généralement constitués des matériaux provenant des diatomées ou des micas et peuvent comme l'indique sa haute limite de liquidité présente, les propriétés élastiques considérables et une faible stabilité.

Les matériaux type de ce groupe sont les argiles plastiques. Ils subissent des variations des volumes importantes en passant de l'état sec à l'état humide et vice-versa. Ces sols sont caractérisés par les fissures de retrait (fenêtres de dessiccation).

Les matériaux types de ce groupe sont semblables à ceux décrits au groupe A6 sauf qu'il présente les caractéristiques de haute limite de liquidité (??l) du groupe A5 et peut être élastique, et sujet à gonflement important.

· SOUS - GROUPE A7-5 : Comprend les matériaux ayant un indice de plasticité modéré par rapport à la limite de liquidité, ces sols peuvent être très élastiques et sujet à des changements de volume très importants ;

· SOUS-GROUPE A7-6 : comprend les matériaux semblables au groupe de A7-5 mais ayant un indice de plasticité assez modéré par rapport à sa limite de liquidité mais sont tous de nature argileuse car cela est très plastique.

Cette classification est la plus utilisée parce qu'elle tient compte des résultats de plusieurs essais notamment : l'analyse granulométrie, l'indice de plasticité et l'indice de groupe (LUNDA I., 2013).

Tableau I. 11. : Représentation globale de l'origine des sols en fonction de leurs sous-groupes AASHTO

Sous-groupe AASHTO	Classe_Ig	Classe_Ic	Origine probable
A-1-a	Bon sous-sol	Très dur	Les veines siliceuses. Les sols reposent sur les shales.
A-1-b	Bon sous-sol	Très dur	Le complexe schistes-phyllithes-quartzites
A-2-6	Bon sous-sol	Très dur	Le shale dolomitique, du complexe schistes-phyllithes-quartzites
A-4	Mauvais sous-sol	Très dur	Le complexe schistes-phyllithes-quartzites, des shales gréseux, des dolomies, des microgrès.
A-6	Mauvais voire très mauvais sous-sol	Très dur, par endroit dur à mi-dur	Le shale, des calcaires, du complexe schistes-phyllithes-quartzites, de la dolomie
A-7-6	Sous-sol passable, mais par endroit très mauvais	Très dur	Les dolomies, les shales

2. CLASSIFICATION GTR

La classification G.T.R (Guide des terrassements routiers) est basée sur la nature, l'état et le comportement des sols. Ce système français du guide technique «réalisation des remblais et des couches de forme», couramment appelés GTR, comporte une classification précise et complète d'une grande variété des matériaux. Cette classification utilise : les paramètres de nature et les paramètres d'état.

Les paramètres de nature sont ceux qui ne varient (ou varient peu) ni dans le temps, ni au cours des manipulations comme la granularité, l'indice de plasticité et la valeur de bleu de méthylène. L'introduction dans cette classification des paramètres de comportement mécanique résulte du fait que des sols de nature comparable peuvent se comporter de manière relativement différente sous l'action des sollicitations subis au cours de leur mise en oeuvre. Les paramètres mécaniques considérés sont : la valeur de Los Angeles (LA) et la valeur Micro Dévale en présence d'eau (MDE) ou la valeur de friabilité des sables (FS) pour les sols sableux.

Les paramètres d'état sont des paramètres qui ne sont pas propres au sol, mais fonction de l'environnement dans lequel ils se trouvent. Pour les sols meubles sensibles à l'eau, le seul paramètre d'état considéré dans la classification est l'état hydrique.

· L'état très humide (th) : état d'humidité très élevé ne permettant plus la réutilisation du sol dans des conditions technico-économiques normales ;

· L'état humide (h) : état d'humidité élevé autorisant toutefois la réutilisation du sol en prenant des dispositions particulières estimées comme normales dans le contexte technico-commercial actuel comme l'aération et le traitement ;

· L'état d'humidité moyenne (m) : état d'humidité optimal avec un minimum des contraintes pour la mise en oeuvre ;

· L'état sec (s) : état d'humidité faible mais autorisant encore la mise en oeuvre en prenant des dispositions particulières estimées comme normales dans le contexte technico-économique actuel comme l'arrosage ;

· L'état très sec (ts) : état d'humidité très faible n'autorisant plus la réutilisation du sol dans des conditions technico-économiques normales.

Il y a lieu de distinguer 3 familles au sein de cette classification (norme NF P 11 300) :

Les 4 classes de sols (famille 1) sont rangées en fonction de leur comportement en présence de l'eau : Classe A : sols fins ; Classe B : sols sableux et graveleux avec fines ; Classe C : sols comportant des fines et des gros éléments ; Classe D : sols insensibles à l'eau.

3. CLASSIFICATION LCPC

La classification LCPC (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées) est établie à partir des résultats fournis par :

Les sols sont désignés par le nom de la portion granulométrique prédominante qualifiée par un adjectif relatif aux portions secondaires.

La classification des sols fins utilise les critères de plasticité liés aux limites d'Atterberg. Elle est précisée dans le diagramme de plasticité. Selon la position dans le diagramme du point représentatif ayant pour abscisse la limite de liquidité et pour ordonnée l'indice de plasticité, quatre grandes catégories principales sont définies :

4. CLASSIFICATION USCS

La classification U.S.C.S (UnifiedSoil Classification System) se base sur l'analyse granulométrique, la limite de liquidité (ùL) et l'indice de plasticité (IP). Il considère également la quantité des matières organiques.

Avec ce système tous les sols sont classés en 15 groupes, chaque groupe étant désigné par deux lettres, ces lettres sont des abréviations de certaines caractéristiques des sols :

Cette classification est complétée par la position des sols dans l'abaque de Casagrande.

CONCLUSION PARTIELLE

La caractérisation des sols à la sub-surface est très importante pour la construction des divers ouvrages dans le domaine de génie civil. C'est ainsi que le premier chapitre a porté sur la présentation du site, les matériels et méthodes afin que les deux derniers chapitres soient éclairés.

La connaissance de ces paramètres (très souvent mécanique ou physique) est impérativement incontournable pour tout projet géotechnique et cela après avoir réalisé une étude géologique basée sur une visite de terrain et une représentation en deux dimensions sur un plan topographique des informations sur la nature des roches en surface ou en sub-surface en se basant sur leur propriétés physiques et mécaniques à travers plusieurs essais in situet de laboratoire qui seront appuyés plus loin par un levé géologique et par une approche hydro géophysique pour la caractérisation des eaux souterraines.

C'est ainsi que nous nous sommes proposés quelques essais géotechniques pour identifier les sols en déterminant un ensemble des propriétés physiques dans le but de les classifier suivant les systèmes de classification existants ; un levé géologique pour mettre en évidence les formations géologiques du secteur d'étude et pour finir avec une reconnaissance hydro géophysique.

CHAPITRE II. PRESENTATION DES RESULTATS

II.1. INTRODUCTION

Pour aboutir à l'établissement d'une carte géologique, géotechnique et piézométrique de la cité de Kapolowe gare dans le cadre d'implantation d'ouvrages, nous avons réalisé plusieurs opérations d'ordre de la reconnaissance in-situ et de la reconnaissance in-vitro. Les données obtenues et traitées à partir des différentes investigationsseront présentées dans ce chapitre.

II.2. RESULTATS DE LA RECONNAISSANCE IN-SITU

Cette partie du travail comprend la description et l'échantillonnage des sols, la reconnaissance géologique ainsi que le levé hydrogéophysique par sondage magnétotellurique.

La description macroscopique in situ a pu révéler les informations ci-dessous, comme présentées dans le tableau II.1.

ID	Longitude	latitude	Altitude	description	Roche probable
MMN-01	494760	8778872	1129	Roche argileuse de coloration jaunâtre, tendre au toucher, collant à la langue et à granulométrie très fine. Fortement altérée	argilite
MMN-02	494644	8778802	1133	Roche argileuse de coloration jaunâtre, tendre au toucher, collant à la langue et à granulométrie fine. Fortement altérée	argilite
MMN-03	494495	8778853	1137	Roche argileuse de coloration jaunâtre, tendre au toucher, collant à la langue et à granulométrie très fine. Fortement altérée	argilite
MMN-04	494604	8779014	1141	Roche argileuse cohérente, à granulométrie très fine, de coloration brunâtre, collant à la langue et d'aspect massive, tendre au toucher.	argilite
MMN-05	494424	8779097	1141	Roche argileuse cohérente, à granulométrie très fine, de coloration brunâtre, collant à la langue et d'aspect massive, tendre au toucher.	argilite
MMN-06	494252	8778905	1145	Roche argileuse cohérente, à granulométrie très fine, de coloration brunâtre, collant à la langue et d'aspect massive, tendre au toucher.	argilite
MMN-07	493829	8779160	1146	Roche argileuse cohérente, à granulométrie très fine, de coloration brunâtre, collant à la langue et d'aspect massive, tendre au toucher.	argilite
MMN-08	494163	8779482	1145	Roche argileuse de coloration jaunâtre, tendre au toucher, collant à la langue et à granulométrie très fine. Fortement altérée	argilite
MMN-09	494540	8779663	1143	Roche argileuse de coloration jaunâtre, tendre au toucher, collant à la langue et à granulométrie très fine. Fortement altérée	argilite
MMN-10	493865	8779565	1140	Roche argileuse de coloration jaunâtre, tendre au toucher, collant à la langue et à granulométrie très fine. Fortement altérée	argilite
MMN-11	493691	8779489	1138	Sol constitué des particules très fines de coloration rougeâtre qui proviendrait de l'altération des carbonates	dolomie
MMN-12	493616	8779803	1137	Sol constitué de particules très fines de coloration rougeâtre qui proviendrait de l'altération de carbonates	dolomie
MMN-13	493770	8779875	1138	Sol constitué des particules très fines de coloration rougeâtre qui proviendrait de l'altération des carbonates	dolomie
MMN-14	493853	8780019	1140	Sol constitué des particules très fines de coloration rougeâtre qui proviendrait de l'altération des carbonates	dolomie
MMN-15	494020	8780142	1142	Sol constitué des particules très fines de coloration rougeâtre qui proviendrait de l'altération des carbonates	dolomie
MMN-16	494105	8779892	1141	Sol constitué des particules très fines de coloration rougeâtre qui proviendrait de l'altération des carbonates	dolomie
MMN-17	494300	8779982	1137	Sol constitué des particules fines de coloration rougeâtre qui proviendrait de l'altération des carbonates	dolomie
MMN-18	494131	8779710	1134	Sol constitué des particules fines de coloration rougeâtre qui proviendrait de l'altération des carbonates	dolomie
MMN-19	494414	8779377	1136	Roche argileuse de coloration jaunâtre, tendre au toucher, collant à la langue et à granulométrie très fine. Fortement altérée	argilite
MMN-20	494652	8779249	1135	Roche argileuse de coloration jaunâtre, tendre au toucher, collant à la langue et à granulométrie très fine. Fortement altérée	argilite
MMN-21	494938	8779023	1134	Roche argileuse de coloration jaunâtre, tendre au toucher, collant à la langue et à granulométrie très fine. Fortement altérée	argilite

L'échantillonnage fait référence à la sélection d'un échantillon d'une partie du sol lorsque cette sélection repose sur le principe de la randomisation(répartition au hasard). Ainsi le tableau II.1 ci-haut et la carte d'échantillonnage (figure II.1) rendent compte de l'échantillonnage effectué.

II.2.2. RECONNAISSANCE GEOLOGIQUE

ID	LONGITUDE	LATITUDE	ALTITUDE	LITHOLOGIE
1	494155	8780120	1138	Sol rouge à grains l'égerment tendre fortement altérer (dolomie)
2	494049	8779887	1138	Sol rouge à grains l'égerment tendre fortement altérer(dolomie)
3	493971	8779756	1137	Sol rouge à grains l'égerment tendre fortement altérer(dolomie)
4	493898	8779606	1136	Sol jaune à brun non homogène à grains fins fortement altérer (argilite)
5	493811	8779426	1139	Sol brun homogène à grains fin fortement altérer (argilite)
6	493729	8779261	1141	Sol jaune à brun homogène à grains fins fortement altérer (argilite)

Figure II. 2: Carte géologique de la cité Kapolowe Gare sur base des coupes AA', BB' et CC'

La carte d'échantillonnage produite (figure II.1) ainsi que les coupes (figure II.2), nous ont servi à l'élaboration de la carte géologique de la cité de Kapolowe Gareillustrée sur la figure II.3.

II.2.1. LEVE TOPOGRAPHIQUE

Dans le but d'avoir une idée générale sur la géomorphologie de notre secteur d'étude, un levé topographique a été réalisé, dont les résultats sont présentés sur la figure II.4.

Après campagne et investigation, nous avons abouti à la réalisation de la carte topographique de notre zone d'intérêt, comme reprise par la figure ci-dessous

II.2.3. LEVE HYDROGEOPHYSIQUE PAR SONDAGE MAGNETOTELLURIQUE

II.2.3.1RESULTAT DU LEVE PIEZOMETRIQUE

Le suivi de l'évolution piézométrique de la nappe dans le temps et dans l'espace permet de reconnaître d'une part la direction générale de l'écoulement et d'autre part d'identifier le gradient hydraulique. Ces derniers nous renseignent sur le temps de séjour des eaux dans la couche aquifère et par conséquent nous informe sur le degré des échanges géochimiques entre l'eau et la roche.

Comme les eaux souterraines représentent le moyen de transport des substances minérales et organiques, la détermination de leur itinéraire renseigne sur leur minéralisation et l'origine de leur pollution. La cartographie piézométrique a été illustrée à la base des relevés piézométriques des différentes campagnes.Le levé piézométrique effectué dans notre zone d'étude nous a conduits à l'élaboration de la carte piézométrique illustré sur la figure II.5. Au total 20 puits nous ont permis d'arriver à l'établissement de la carte piézométrique.

v Figure II. 6 Carte piézométrique montrant deux sens d'écoulement pour le calcul du gradient hydraulique

- Entre les courbe isohypse 1128.8 et 1124.8 le long du drain de l'extrême Sud-Ouest :

- Entre les courbes hydro isohypse 1128.8 et 1124.8 le long du drain de l'extrême Sud-Est :

II.2.3.2 RESULTATS DU LEVE HYDROGEOPHYSIQUE PAR SONDAGE MAGNETOTELLURIQUE

Etant une des sciences de la géologie permettant de connaitre les objets géologiques en profondeur, la géophysique utilise plusieurs méthodes et techniques. Dans le cadre de notre travail, nous avons utilisé levé hydro géophysique par sondage magnétotellurique

Dans cette étude, l'équipement utilisé est un capteur magnétotellurique de marque ADMT-300S. Ce résistivimètre utilise des fréquences entre 25.04Hz et 11041.87Hz soit une profondeur d'investigation allant de 0 à 300m dans le sous-sol. La série des instruments ADMT utilise le champ électromagnétique naturel. Cette étude a porté sur 6 zones de notre secteur d'étude.

La technique dite magnéto tellurique nous a permis d'obtenir des résultats présentés dans les figures suivantes :

La figure II.5 nous montre une distribution de la résistivité faible, allant de 0 à 0,5 ohm. Cette résistivité est trop faible en profondeur s'accroit vers la surface.

La figure II.6 nous montre une distribution de la résistivité faible, allant de 0 à 0,25ohm. Cette résistivité est faible de la surface jusqu'à 100mde profondeur où elle s'accroit en allant de 0.2 à 0.25 ohms couvrant 40m et qui rechute pour remonter à 200m de profondeur.

La figure II.7 nous montre une distribution de la résistivité faible, allant de 0 à 3.8 ohms. Cette résistivité est faible de la surface jusqu'à100de profondeur où nous rencontrons une résistivité élevé allant de 1.4 à 3.8 ohms couvrant 40 m et qui rechute pour remonter à 200m de profondeur.

La figure II.8 nous montre une distribution de la résistivité faible, allant de 0 à 1.2 ohms. Cette résistivité est faible de la surface jusqu'à la profondeur maximale.

La figure II.9 nous montre une distribution de la résistivité faible, allant de 0 à 0.14 ohms. Cette résistivité est faible de la surface jusqu'à la profondeur maximale d'investigation.

La figure II.10 nous montre une distribution de la résistivité faible, allant de 0 à 1.2 ohms. Cette résistivité est faible de la surface jusqu'à la profondeur maximale.

II.3 RECONNAISSANCE IN VITRO

La reconnaissance in vitro pour notre travail comprend les étapes ici-bas énumérées, dont les résultats sont présentés dans les lignes qui suivent :

II.3.1. RESULTATS DE LA DENSITE SPECIFIQUEET TENEUR EN EAU.

Les résultats de la densité spécifique des grains et de la teneur en eau naturelle sont présentés dans le tableau II.5.

ID	Mh (g)	Ms (g)	%W	Gs
MMN 01	126	101,2	24,5	2,1
MMN 02	108,7	90	20,8	2,1
MMN 03	120,1	101,2	18,7	2,2
MMN 04	117,4	106,3	10,4	2,1
MMN 05	118,3	101,2	16,9	2,3
MMN 06	117,9	92,2	27,9	2,5
MMN 07	114,5	95,3	20,1	2,1
MMN 08	125,8	102,7	22,5	2,5
MMN 09	109,1	91,7	19	2
MMN 10	98	85,3	14,9	2,1
MMN 11	109,7	88,5	24	2
MMN 12	103,1	87,2	18,2	2
MMN 13	101,8	87	17	2,1
ID	Mh (g)	Ms (g)	%W	Gs
MMN 14	126,3	110,2	14,6	2,3
MMN 15	125,9	110,8	13,6	2,2
MMN 16	119,9	97,7	22,7	2,2
MMN 17	132,5	109,8	20,7	2
MMN 18	118	102,2	15,5	2
MMN 19	106,8	89,8	18,9	2
MMN 20	124	102	21,6	2,1
MMN 21	110,9	89,3	24,2	2,4

II.3.2. RESULTATS DE L'ESSAI AU PH-METRE.

ID	PH	ID	PH
MMN01	5,5	MMN11	5,4
MMN02	5,4	MMN12	5,8
MMN03	5,6	MMN13	6
MMN04	5,6	MMN14	6,2
MMN05	5,9	MMN15	6,5
MMN06	5,6	MMN16	5,6
MMN07	5,8	MMN17	5,8
MMN08	6	MMN18	5,4
MMN09	6,2	MMN19	5,8
MMN10	5,2	MMN20	5,5
		MMN21	5,5

II.3.3. LIMITES D'ATTERBERG

Les différents essais menés au laboratoire à la coupelle de Casagrande nous ont permis de déterminer les limites d'Atterberg, dont les résultats sont affichés dans le tableau II.6 .

ID	WL	WP	IP	IC	IG
MMN01	40,3	29,2	11,1	1,4	12
MMN02	34,9	30,4	4,5	3,2	5
MMN03	34,8	27,7	7,1	2,3	7
MMN04	37,2	29	8,2	3,3	9
MMN05	33,4	22	11,3	1,5	10
MMN06	57,5	27,3	30,2	1	32
MMN07	38,3	21,1	17,2	1,1	15
MMN08	47,8	24	23,8	1,1	15
MMN09	58,1	30,4	27,6	1,4	22
MMN10	47,9	36,8	11,1	3	10
MMN11	40,4	20,7	19,7	0,8	17
MMN12	32,8	23,1	9,8	1,5	9
MMN13	31,9	25,5	6,4	2,3	4
MMN14	37,9	24	13,9	1,7	9
MMN15	57,7	28,6	29,1	1,5	18
MMN16	35,7	26,1	9,6	1,4	9
MMN17	36,1	20,7	15,4	1	11
MMN18	42,7	19,4	23,3	1,2	15
MMN19	34,2	28	6,2	2,5	7
MMN20	35,3	26,9	8,3	1,6	9
MMN21	37	33,3	3,7	3,5	5

ID	IP	QUALITE	ID	IP	QUALITE
MMN-01	11,1	Matériau à plasticité moyenne	MMN-12	9,8	Matériau à plasticité faible
MMN-02	4,5	Matériau à plasticité légère	MMN-13	6,4	Matériau à plasticité faible
MMN-03	7,1	Matériau à plasticité faible	MMN-14	13,9	Matériau à plasticité moyenne
MMN-04	8,2	Matériau à plasticité faible	MMN-15	29,1	Matériau à plasticité élevée
MMN-05	11,3	Matériau à plasticité moyenne	MMN-16	9,6	Matériau à plasticité faible
MMN-06	30,2	Matériau à plasticité élevée	MMN-17	15,4	Matériau à plasticité moyenne
MMN-07	17,2	Matériau à plasticité moyenne	MMN-18	23,3	Matériau à plasticité élevée
MMN-08	23,8	Matériau à plasticité élevée	MMN-19	6,2	Matériau à plasticité faible
MMN-09	27,6	Matériau à plasticité élevée	MMN-20	8,3	Matériau à plasticité faible
MMN-10	11,1	Matériau à plasticité moyenne	MMN-21	3,7	Matériau à plasticité légère
MMN-11	19,7	Matériau à plasticité moyenne

Tableau II. 9 : Qualité sur la Classification des sols selon l'indice de plasticité Ip(Verdeyen et al.1969)

ID	IP	QUALITE	ID	IP	QUALITE
MMN-01	11,1	argile sablonneuse	MMN-11	19,7	argile
MMN-02	4,5	sable argileux	MMN-12	9,8	argile sablonneuse
MMN-03	7,1	argile sablonneuse	MMN-13	6,4	sable argileux
MMN-04	8,2	argile sablonneuse	MMN-14	13,9	argile sablonneuse
MMN-05	11,3	argile sablonneuse	MMN-15	29,1	argile
MMN-06	30,2	argile	MMN-16	9,6	argile sablonneuse
MMN-07	17,2	Argile	MMN-17	15,4	argile sablonneuse
MMN-08	23,8	Argile	MMN-18	23,3	argile
MMN-09	27,6	Argile	MMN-19	6,2	sable argileux
MMN-10	11,1	argile sablonneuse	MMN-20	8,3	argile sablonneuse
			MMN-21	3,7	sable argileux

ID	IC	QUALITE	ID	IC	QUALITE
MMN-01	1,43	sol dur	MMN-13	2,31	sol dur
MMN-02	3,15	sol dur	MMN-14	1,68	sol dur
MMN-03	2,27	sol dur	MMN-15	1,51	sol dur
MMN-04	3,27	sol dur	MMN-16	1,35	sol dur
MMN-05	1,45	sol dur	MMN-17	1	sol dur
MMN-06	0,98	sol mi-dur	MMN-18	1,17	sol dur
MMN-07	1,05	sol dur	MMN-19	2,47	sol dur
MMN-08	1,06	sol dur	MMN-20	1,64	sol dur
MMN-09	1,41	sol dur	MMN-21	3,49	sol dur
MMN-10	2,98	sol dur
MMN-11	0,83	sol mi-dur
MMN-12	1,5	sol dur

ID	WL	Cc	Qualité	ID	WL	Cc	Qualité
MMN01	40,3	0,27	Argile moyenne	MMN13	31,9	0,2	Argile raide (Kaolinite)
MMN02	34,9	0,22	Argile raide (Kaolinite)	MMN14	37,9	0,25	Argile moyenne
MMN03	34,8	0,22	Argile raide (Kaolinite)	MMN15	57,7	0,43	Argile moyenne
MMN04	37,2	0,24	Argile raide (Kaolinite)	MMN16	35,7	0,23	Argile raide (Kaolinite)
MMN05	33,4	0,21	Argile raide (Kaolinite)	MMN17	36,1	0,23	Argile raide (Kaolinite)
MMN06	57,5	0,43	Argile moyenne	MMN18	42,7	0,29	Argile moyenne
MMN07	38,3	0,25	Argile moyenne	MMN19	34,2	0,22	Argile raide (Kaolinite)
MMN08	47,8	0,34	Argile moyenne	MMN20	35,3	0,23	Argile raide (Kaolinite)

ID	WL	Cc	Qualité	ID	WL	Cc	Qualité
MMN09	58,1	0,43	Argile moyenne	MMN21	37	0,24	Argile raide (Kaolinite)
MMN10	47,9	0,34	Argile moyenne
MMN11	40,4	0,27	Argile moyenne
MMN12	32,8	0,21	Argile raide (Kaolinite)

ID	IG	QUALITE	ID	IG	QUALITE
MMN-01	12	très mauvais sous-sol	MMN-11	17	très mauvais sous-sol
MMN-02	5	mauvais sous-sol	MMN-12	9	mauvais sous-sol
MMN-03	7	mauvais sous-sol	MMN-13	4	sous-sol passable
MMN-04	9	mauvais sous-sol	MMN-14	9	mauvais sous-sol
MMN-05	10	très mauvais sous-sol	MMN-15	18	très mauvais sous-sol
MMN-06	32	très mauvais sous-sol	MMN-16	9	mauvais sous-sol
MMN-07	15	très mauvais sous-sol	MMN-17	11	très mauvais sous-sol
MMN-08	15	très mauvais sous-sol	MMN-18	15	très mauvais sous-sol
MMN-09	22	très mauvais sous-sol	MMN-19	7	mauvais sous-sol
MMN-10	10	très mauvais sous-sol	MMN-20	9	Mauvais sous-sol
MMN-21	5	mauvais sous-sol

Les résultats obtenus de l'analyse granulométrique par sédimentation sont associés à ceux de l'analyse granulométrique par tamisage et sont exprimés sous forme des courbes granulométriques totales ou intégrales, qui sont donnés en ordonnée par le pourcentage cumulé des passants et en abscisse les différentes tailles des tamis utilisés.

Voici les résultats unissant l'analyse granulométrique par sédimentometrie et par tamisage, le tout représentés au moyen des courbes granulométriques choisies en fonction de la classe U.S.C.S suivi des tableaux qui donnent des interprétations de nos courbes granulométriques suivant trois types de classification qui sont :

· A.A.S.H.T.O: American Association State Highways and Transportation Officials.

Les figures II.13 et II.14 présentent les résultats de l'analyse granulométrique.

Tableau II. 14 Représentation du pourcentage en particules fines de l'analyse granulométrique

ID	Pfine%	ID	Pfine%
MMN 01	92,58	MMN 12	90,72
MMN02	89,1	MMN 13	72,22
MMN 03	82,18	MMN 14	69,08
MMN 04	90,86	MMN 15	64,98
MMN 05	90,2	MMN 16	85,36
MMN 06	91,28	MMN 17	77,12
MMN 07	85,42	MMN 18	71,12
MMN 08	68,48	MMN 19	94
MMN 09	74,14	MMN 20	90,96
MMN 10	75,84	MMN 21	87,98
MMN 11	85,54

II.3.4 RESULTAT DE LA CLASSIFICATION PARTIELLE

Ayant des fractions en particules fines élevées dans les échantillons, nous avons recouru à l'abaque de Casagrande pour faire la séparation géotechnique des sols suivant leur degré de plasticité, ainsi que la séparation entre les limons (encore appelés silts) et les argiles.

Tableau II. 15: Présentation des données selon la classification partielle

ID	WL	IP	APPELATION CASAGRANDE
MMN01	40,3	11,1	Argiles inorganiques moyennement plastiques
MMN02	34,9	4,5	Limons (Silts) inorganiques fortement compressibles et argiles organiques
MMN03	34,8	7,1	Limons (Silts) inorganiques fortement compressibles et argiles organiques
MMN04	37,2	8,2	Limons (Silts) inorganiques fortement compressibles et argiles organiques
MMN05	33,4	11,3	argiles inorganiques moyennement plastiques
MMN06	57,5	30,2	argiles inorganiques très plastiques
MMN07	38,3	17,2	argiles inorganiques moyennement plastiques
ID	WL	IP	APPELATION CASAGRANDE
MMN08	47,8	23,8	argiles inorganiques moyennement plastiques
MMN09	58,1	27,6	Limons (Silts) inorganiques fortement compressibles et argiles organiques
MMN10	47,9	11,1	argiles inorganiques moyennement plastiques
MMN11	40,4	19,7	argiles inorganiques moyennement plastiques
MMN12	32,8	9,8	Limons (Silts) inorganiques fortement compressibles et argiles organiques
MMN13	31,9	6,4	Limons (Silts) inorganiques fortement compressibles et argiles organiques
MMN14	37,9	13,9	argiles inorganiques moyennement plastiques
MMN15	57,7	29,1	argiles inorganiques très plastiques
MMN16	35,7	9,6	Limons (Silts) inorganiques fortement compressibles et argiles organiques
MMN17	36,1	15,4	argiles inorganiques moyennement plastiques
MMN18	42,7	23,3	argiles inorganiques moyennement plastiques
MMN19	34,2	6,2	Limons (Silts) inorganiques fortement compressibles et argiles organiques
MMN20	35,3	8,3	Limons (Silts) inorganiques fortement compressibles et argiles organiques
MMN21	37	3,7	Limons (Silts) inorganiques fortement compressibles et argiles organiques

Figure II. 15: Abaque de l'indice de plasticité et limite de liquidité de Casagrande des échantillons 1à11

Figure II. 16: Abaque de l'indice de plasticité et limite de liquidité de Casagrande des échantillons 12à21

II.3.5. RESULTATS DE LA CLASSIFICATION GEOTECHNIQUE

Les différents types de classification utilisés ont donné des résultats repris dans les tableaux II.16, II.17 et II.18 respectivement pour AASHTO, USCS et GTR, comme présentés dans les lignes suivantes.

ID	AASHTO_sub_Groupe	AASHTO_Groupe	AASHTO_Class
MMN01	A-7-6	A-7	A-7-6(12)
MMN02	A-4	A-4	A-4(5)
MMN03	A-4	A-4	A-4(7)
MMN04	A-4	A-4	A-4(9)
MMN05	A-6	A-6	A-6(10)
MMN06	A-7-6	A-7	A-7-6(32)
MMN07	A-6	A-6	A-6(15)
MMN08	A-7-6	A-7	A-7-6(15)
MMN09	A-7-5	A-7	A-7-5(22)
MMN10	A-7-5	A-7	A-7-5(10)
MMN11	A-7-6	A-7	A-7-6(17)
MMN12	A-4	A-4	A-4(9)
MMN13	A-4	A-4	A-4(4)
MMN14	A-6	A-6	A-6(9)
MMN15	A-7-6	A-7	A-7-6(18)
MMN16	A-4	A-4	A-4(9)
MMN17	A-6	A-6	A-6(11)
MMN18	A-7-6	A-7	A-7-6(15)
MMN19	A-4	A-4	A-4(7)
MMN20	A-4	A-4	A-4(9)
MMN21	A-4	A-4	A-4(5)

ID	GTR sous-groupe	GTR Groupe	GTR Classe	appellation sous classe	appellation classe
MMN01	A1th	A	A	limons peu plastiques	sols fins
MMN02	A1th	A	A	limons peu plastiques	sols fins
MMN03	A1th	A	A	limons peu plastiques	sols fins
MMN04	A1th	A	A	limons peu plastiques	sols fins
MMN05	A1th	A	A	limons peu plastiques	sols fins
MMN06	A3th	A	A	argile et limons très plastiques	sols fins
MMN07	A2th	A	A	sables fins argileux	sols fins
MMN08	A2th	A	A	sables fins argileux	sols fins
MMN09	A3th	A	A	argile et limons très plastiques	sols fins
MMN10	A1th	A	A	limons peu plastiques	sols fins
MMN11	A2th	A	A	sables fins argileux	sols fins
MMN12	A1th	A	A	limons peu plastiques	sols fins
ID	GTR sous-groupe	GTR Groupe	GTR Classe	appellation sous classe	appellation classe
MMN13	A1th	A	A	limons peu plastiques	sols fins
MMN14	A2th	A	A	sables fins argileux	sols fins
MMN15	A3th	A	A	argile et limons très plastiques	sols fins
MMN16	A1th	A	A	limons peu plastiques	sols fins
MMN17	A2th	A	A	sables fins argileux	sols fins
MMN18	A2th	A	A	sables fins argileux	sols fins
MMN19	A1th	A	A	limons peu plastiques	sols fins
MMN20	A1th	A	A	limons peu plastiques	sols fins
MMN21	A1th	A	A	limons peu plastiques	sols fins

Sur base de la classification géotechnique des sols nous sommes arrivés à établir trois cartes géotechniques de notre secteur d'étude, une pour chaque type de classification. Les résultats sont présentés dans les figures II.17, II.17, II.18 pour respectivement AASHTO, USCS, GTR.

CONCLUSION PARTIELLE

Le deuxième chapitre concerne la présentation des résultats de différentes investigations. C'est ainsi que nous sommes arrivés à représenter par des tableaux et cartes les résultats obtenus dans le but d'avoir une connaissance précise des caractéristiques du sol mais aussi l'avantage de dégager les paramètres particuliers et méthodes qui nous ont permis d'orienter et de circonscrire au mieux notre projet depuis l'acquisition des données. Cette partie est abordée en tenant compte de l'environnement dans lequel les différents essais ont été réalisés pour une compréhension et représentation des résultats.

CHAP III. INTERPRETATION DES RESULTATS

Au cours de nos recherches, nous avons réalisé différentes investigations en deux phases dont la première sur terrain (in situ) et la seconde s'est réalisée au laboratoire.

La statistique est une partie de la mathématique qui traite les informations d'un échantillon relativement à une population d'origine. Ici il est question de faire une description statistique et afficher des graphiques pour l'ensemble de variables quantitatives et/ou qualitatives afin de mieux interpréter les résultats.

III.1. INTERPRETATION DU LEVE GEOLOGIQUE

III.1.1. NATURE DU TERRAIN OBSERVE

Un horizon des terres rouges vifs aux rouges brunâtres issus successivement d'altération des dolomies et des shales dolomitiques.Dans notre secteur d'étude affleure une bande de terre de couleur rouge foncé qui apparait généralement mieux en surface que nous avons rattaché aux dolomies.

Le levé géologique effectué nous a permis d'avoir une idée concise concernant les formations en place et la structure générale de la cité Kapolowe Gare, ainsi nous avons mis en évidence deux unités lithologiques dont un sol dolomitique (dolomie) et un sol argileux (argilite), les deux retrouvés en état d'altération très avancé. Ces formations nous ont permis de nous situer à l'échelle litho stratigraphique du Katanguien. Ainsi nous sommes dans les formatons du Nguba marquées par la présence d'un sol dolomitique et par la présente d'un sol argileux provenant probablement de l'altération des shales.

L'investigation géotechnique nous a permis à la réalisation des cartes géotechniquesselon différentes classifications et géologique de la cité sur base du levé géologique.

III.2. INTERPRETATION DES DONNEES HYDROGEOPHYSIQUES

La configuration et la structure des réservoirs sont imposées par les formations litho stratigraphiques, lesquelles déterminent les formations et les structures hydrogéologies. Celles-ci sont la base de l'identification géologique de l'aquifère (Castany, 1982).

Il a donc été nécessaire, pour identifier les formations de la cité Kapolowe Gare, de commencer par une étude géologique du secteur qui sera complétée par celles hydro-géophysique. La première opération consistait à passer un certain temps à parcourir le terrain pour débrouiller la structure générale, voir les affleurements s'ils existaient (ce qui n'a pas été le cas pour la présence d'affleurements) et se familiariser avec les faciès. C'est ainsi avec la cartographie effectué nous a prouver l'existence d'un horizon des terres rouges vifs aux rouges brunâtres issus successivement d'altération des dolomies et des shales permettant d'appuyer les données hydro géophysique.

III.2.1. INTERPRETATION DE LA CARTE PIEZOMETRIQUE

La carte piézométrique, en courbes hydro-isohypse, synthèse essentielle de l'étude hydrogéologique, schématise la fonction conduite du réservoir et le comportement hydrodynamique de l'aquifère avec figuration des conditions aux limites.

La carte piézométrique (figure II.5) est une transcription cartographique de la surface de la nappe d'eau. Cette carte peut être lue comme une carte topographique, les courbes des niveaux correspondent aux altitudes de la nappe. Les cartes piézométriques sont des documents de base de l'analyse et schématisation des fonctions captive et conductrice du réservoir et du comportement hydrodynamique de l'aquifère.

Au regard, il ressort que l'allure générale n'est pas semblable sur toute l'étendue du terrain et que la configuration des courbes isohypses corrobore avec le fait que la forme de la surface piézométrique est identique à la surface topographique. Le sens d'écoulement est marqué par les lignes de courant indiquant un drainage de la nappe vers une direction sud-ouest pour finir dans la rivière Panda et du coté Sud-Est pour finir dans la rivière Lufira.

Le levé piézométrique effectué dans la cité Kapolowe nous a permis de circonscriretrois points de captage et deux sens d'écoulement des eaux (Figure II.5).

III.2.2. INTERPRETATION DU LEVE GEOPHYSIQUE

La couleur bleue nous montre la résistivité faible de 0 à 0.18. Dans ce cas, elle représente une surface piézométrique continue du fait que, les réservoirs ne sont pas séparés par les blocs des roches imperméable, ces surfaces en profondeur contiennent d'eaux d'épaisseurs différentes.

Les différentes résistivités nous montrentla présence d'uneforte accumulation d'eau en fonction des faibles résistivités apparentesobservées, nous ramenant à l'hypothèse du profil magnéto 1où du point de vue lithologique il s'agirait de la dolomie.

· La couleur bleue nous montre ici la résistivité apparente faible de 0 à 1.2ohms, dans ce cas elle représenteune forte accumulation d'eau de la surface jusqu'à une profondeur de 100m. L'alternance des couleurs rougeâtre, jaunâtreet verdâtre nous montre des résistivités apparentes variables de 1.4 ohms à 3.8ohms. Du point de vue lithologique il s'agirait de l'argilite.

· La couleur bleue domine et est représentée par une résistivité apparente faible qui montre une forte accumulation des eaux allant de la surface jusqu'en profondeur.

Le levé piézométrique effectué nous montre que le niveau le plus bas des eaux souterraines est 1124.4m est le plus haut est 1130 m. Le sens d'écoulement n'est pas uniforme sur toute l'étendu, ainsi sur la partie sud-ouest le sens est informe vers la rivière panda ; nous avons un sens sud-Est qui se plonge vers la rivière Lufira et sur la partie nord nous avons une zone marécageuse.

Dans cette partie du levé géophysique, nous trouvons trois niveaux différents qui sont différenciés par la coloration qui est fonction de la résistivité relative ainsi que de la lithologie, il y a des zones où la résistivité apparente est faible et où elle s'accroit, chaque type de résistivité traduit le type de formation à la surface ou en profondeur.

III.3. DONNEES DE LABORATOIRE

Les essais réalisés au laboratoire comportent les essais d'identifications géotechniques et mécaniques enrichis par la méthode géophysique et nous a permis à la réalisation de la carte géologique et géotechnique.

III.3.1. ESSAI D'IDENTIFICATION ET CORRELATION ENTRE LES PARAMETRES

III.3.1.1 TENEUR EN EAU NATURELLE (norme NF P 94-50)

La teneur en eau pour notre cas dans sa globalité est fonction de la saison de prélèvent de l'échantillon, on pourra ainsi préciser que la saison de prélèvement de nos échantillons était pluvieuse et caractérisée par une présence totale des précipitations des eaux des pluies et cela a un impact directe sur les résultats obtenus.Statistiquement parlant nous remarquons que la teneur en eau de saturation minimale équivaut à 10.09%% tandis que celle maximale à 26.8 % ; et que la majorité des échantillons, soit 61.90% de l'effectif, ont des teneurs en eau de saturation variant entre 10% et 19% et 38.09% de l'effectif des échantillons ont des teneurs en eau de saturation variant entre 20 à 27%.

En observant les données de la densité spécifique le sol faisant objet de notre étude est caractérisé par une densité moyenne de 2.14.

III.2.1.2LIMITES D'ATTERBERG

En comparant les valeurs des indices de plasticité de nos échantillons de sol, on constate que le sol de notre secteur d'étude, présente toutes les marges soient un degré de plasticité léger, faible, moyen et élevé. Les proportions de différents degrés de plasticité (figureIII.1) sont telles que : 9.5% de plasticité légère, 33.3% de plasticité faible, 33.3% de plasticité moyenne et 23.8% de plasticité élevée. Les sols à plasticité faible et moyenne sont représentatifs sur notre terrain car ils présententles plus grands pourcentages.

Figure III. 1: Représentation graphique de la répartition de l'indice de plasticité en fonction du degré de plasticité

Ø Classification du sol en fonction de l'indice de plasticité, telle qu'illustrer sur la figure III.2 nous montre une proportion élevée en argile sablonneuse sur notre terrain suivi de l'argile pour finir avec le sable argileux.

Figure III. 2 : Représentation graphique de la répartition de l'indice de plasticité.

La représentation graphique illustrée sur la figure III.3, nous montre que la majorité de sols de notre secteur d'étude est dominée par les sols durs et en faible proportion la qualité d'un sol mi-dur.

Figure III. 3 : Représentation graphique de la répartition de l'indice de consistance sur notre zone d'étude.

L'indice de groupe est un paramètre qui donne l'état du sol en tenant compte de sa limite de liquidité, son indice de plasticité, et sa teneur en particules fines. Les différents échantillons de sol ont un indice de groupe inférieur à 30 ce qui les rends facile à manoeuvrer dans les travaux de terrassement ou de compactage. Ainsi, notre sol varie du sous-sol passable au très mauvais sous-sol avec une prédominance des très mauvaissous-sols (figureIII.4).

La qualité du sol rencontré sur notre terrain d'après le diagramme en secteur illustré sur la figure III.5 nous montre que notre terrain est envahi par un sol solide sans retrait suivi d'un sol solide avec retrait pour finir avec un sol solide avec retrait faiblement rencontrer.

Figure III. 5: Représentation graphique des effectifs de la qualité du sol en fonction de la teneur en eau.

Les sols de notre secteur d'étude selon l'indice de compression possèdent deux qualités(figure III.6) : l'argile moyenne et l'argile raide(Kaolinite).

Figure III. 6. : Représentation graphique des effectifs de la qualité du sol en fonction de l'indice de compression

L'essai granulométrique permet de donner une conception de la distribution des particules constituant la matrice du sol suivant leurs diamètres respectifs au moyen des tamis, puis à reporter sur une courbe granulométrique les résultats obtenus.C'est ainsi que l'analyse granulométrique révèle un sol fin en générale car le pourcentage des particules fines se trouve à plus de 50% à la majorité de nos échantillons (figure III.7 et figure III.8).

Figure III. 7 : Représentation graphique en particules fines des échantillons 1à11.

Figure III. 8 : Représentation graphique en particules fines des échantillons 12à21.

III.3.1.5 CLASSIFICATION PARTIELLE

Le résultat de la classification partielle nous montre que notre terrain est dominé par les argiles inorganiques moyennement plastiques les limons(silt) inorganiques fortement compressibles et argiles organiques (figure III.9). Cette classification prouve que les limons prédominent.

Figure III. 9 : Représentation graphique de la réparation selon Casagrande de la proportion de sol en fonction des appellations selon Casagrande

III.3.1.6 INTERPRETATIONDES CLASSIFICATIONS GEOTECHNIQUES

Pour le présent travail, nous avons opté pour le système de classification A.A.S.H.T.O qui se restreint aux paramètres suivants : la limite de liquidité (ùL) et l'indice de plasticité (IP) ; auxquels peut s'ajouter l'indice de groupe (Ig) ; le système de classification U.S.C.S qui se base sur la granulométrie des trois composantes : Graviers (Gr), Sables (Sa) et fines ainsi que sur la limite de liquidité et le système de classification GTR.

En appliquant ce système de classification à nos échantillons, nous avons distingué 4 classes des sols notamment les classes A-4, A-6, A-7-5, A-7-6.

v A-4 il caractérise les échantillons MMN02,MMN03,MMN04, MMN12, MMN13, MMN16, MMN19. les matériaux types de ce groupe sont des limons de plasticité faible ou nulle. Il faut savoir que les sols de cette classe subissent de variations importantes lorsqu'ils passent de l'état sec à l'état humide et vice versa. Ils présentent une granulométrie étalée et semi-étalée. En raison de leur faible perméabilité, ces sols subissent des tassements progressifs dus aux poids de l'ouvrage ce qui conduit à une déstabilisation de ce dernier, cela n'est en aucun cas souhaitable.L'origine probable de ce sol peut être le complexe schistes-phyllithes-quartzites, des shales gréseux, des dolomies ou des microgrès.

v A-6 il caractérise les échantillons MMN05, MMN07, MMN14, MMN17 il faut noter que les matériaux type de ce groupe sont les argiles plastiques. Ils subissent des variations des volumes importantes en passant de l'état sec à l'état humide et vice-versa. Ces sols sont caractérisés par les fissures de retrait (fenêtres de dessiccation).L'origine probable de ce sol peut être le shale, des calcaires, du complexe schistes-phyllithes-quartzites ou de la dolomie

v Classe A-7-5 et A-7-6 : Dans la classe A-7-5 nous avons deux échantillons : MMN09 et MMN10. Et dans la classe A-7-6 nous avons les échantillons suivants : MMN01, MMN06, MMN08, MMN11, MMN15, MMN18. Les matériaux de ce groupe sont semblables à ceux décrits au groupe A-6 sauf qu'il présente les caractéristiques de haute limite de liquidité et peut être élastique, et sujet à un gonflement important. Ce sol proviendrait probablement d'une dolomie.

II.2.1.6.1 SYNTHESE STATISTIQUE DES RESULTATS DE LA CLASSIFICATIONS GEOTECHNIQUE

Notons que cette classification présente de façon générale le résultat de l'application d'une méthode statistique à un ensemble de données. Dans le calcul de la moyenne arithmétique, par exemple, l'algorithme consiste à calculer la somme de toutes les valeurs des données et à diviser par le nombre de données (échantillons).

La statistique descriptive globale des échantillons par rapport aux sous-groupes AASHTO se présente comme suit :

Figure III. 10: Représentation graphique des effectifs sous-groupes AASHTO

La classification AASHTO nous montre une prédominance des sols A-4 sur notre terrain

La classification GTR nous montre une prédominance des sols A1th qui sont des limons peu ^plastique.

CONCLUSION PARTIELLE

Dans le cadre de ce chapitre qui a porté sur l'interprétation des résultats obtenus et présentés dans le deuxième chapitre, nous sommes arrivés à classer les sols de notre secteur d'étude sur base des systèmes de classification tenant compte de données provenant des essais in situ et de laboratoire. Outre cela quelques levés ont été interprétés dont le levé géologique, piézométrique et par sondage magnétotellurique. Ces levés nous ont permis de mettre en évidence les unités lithologiques rencontrées dans notre zone d'étude à l'aide des coupes préétablies et aussi de prouver la présence d'une faible ou forte accumulation d'eau en profondeur en indiquant le sens d'écoulement.

L'analyse des données de la présente recherche relève essentiellement des différents essais effectués et cela, pour avoir une interprétation quantitative et qualitative de nos données.

- Dans l'interprétation quantitative basée sur une statistique descriptive des données, on a déterminé: le nombre d'observations, la moyenne, le minimum et le maximumdes données d'identifications géotechniques.

- L'interprétation qualitative correspond à une catégorie bien déterminée des données et sont non mesurables. Nous avons déterminé les paramètres suivants : le nombre d'observations, les modes, effectifs des modes et modalités.

CONCLUSION GENERALE

En géotechnique la connaissance de la nature des substratums rocheux constitue un atout dans l'étude de caractérisation géotechnique des formations superficielles (sols).

Le levé géologique effectué dans la cité Kapolowe gare nous a permis de mettre en évidence une succession des formations géologiques en les situant spatialement par rapport à la litho stratigraphie du Katanguien dans le Nguba.

Nonobstant l'existence d'une activité tectonique intense dans la région ainsi que l'intensité d'altération, nous avons pu déceler au cours de ce levé géologique deux formations dont la dolomie et l'argilite provenant de l'altération de shale. Ces formations correspondent aux lithos faciès appartenant au Nguba.

La carte piézométrique obtenue nous montre trois pointsde captage rencontrés, une dans la partie Nord, une autre dans la partie centrale et vers le Sud ; un gradient hydraulique faible variant entre 6x10^-3 et 7x10^-3 selon deux sens d'écoulements.

Il est à constater que les rivières Panda et Lufira drainent la nappe et influencent donc la direction des écoulements souterrains. En direction de la rivière Panda la nappe s'écoule avec de gradient hydraulique faible en raison de la distance de parcours. Les travaux antérieurs prouvent que le resserrement des isohypses peut également être le signe d'un changement d'aquifère en profondeur (changement de faciès sous-entendu) ; on peut donc émettre l'hypothèse selon laquelle la perméabilité de l'aquifère est croissante en direction de nos deux rivières ; la nappe phréatique présente un écoulement non uniforme.

La campagne hydrogéophysique nous a permis deprouver la présence d'eau allant de la surface jusqu'à des très longues profondeurs et ces eaux sont contenues dans les formations superficielles issues de l'altération du groupe de Nguba.

En tenant compte des essais d'identification marqués par la détermination des propriétés physiques où nous voyons les paramètres d'état et de nature tels que les limites d'Atteberg et l'analyse granulométrique, nous avons décelé pour les échantillons de la cité Kapolowe les caractéristiques suivantes :

Du point de vue géotechnique ces sols présentent, une faible teneur en eau naturelle dont les valeurs extrêmes sont respectivement de 10% pour la plus faible et 27% pour la plus élevée et des valeurs de pH variant de 5.5 pour les sols le plus acide à 6,2 pour ceux tendant vers la neutralité ; des teneurs en particules est très élevées qui passent de 64.98% à 94% et peuvent être facilement compacté. En tenant compte de l'indice de groupe nous avons des sols allant de la classe sous-sol passable à la classe très mauvaissous-sol.

La combinaison de tous les paramètres énumérés précédemment et faisant partie de la gamme d'essais portant le nom d'essai d'identification nous a permis de regrouper tous les échantillons des sols prélevés en 3 classes selon la classification AASHTO, en trois classe selon la classification GTR, et 3 classes selon la classification USCS. Ce qui se présente de la manière suivante : La classification géotechnique de ces sols selon AASHTO, nous révèle l'existence des sols A-4 (42.96%),A-6 (19.05%) et A-7 ou nous avons A-7-5(9.52%) et A-7-6 (28.57%). La classification GTR nous montre quetous les échantillons concernent une seule classe, celle des sols fins, la sous classe A1th est dominante à 57% sur l'effectif de nos échantillons caractérisé par les limons peu plastique suivis de celle A2 à 29% pour finir avec la sous classe A3th à 14%. Par ailleurs nous avons fini par ajouter la classification USCS qui nous a donné 3 classes et où la classe CL domine à 61.9% (le limon argileux)suivi de la classe ML à 23.8% et CH à 14.3%.Nous pouvons dire que notre zone d'étude est dominée par les sols finsmajoritairement les limons argileux.

Grâce à leurs limites de liquidité élevés et indices de plasticité différents de zéro, ils nous font penser à l'idée qu'ils peuvent résister longtemps au stockage de l'eau avant d'acquérir un comportement liquide dangereux. La consistance de ces sols prouve qu'ils sont durs et peuvent s'adapter aux travaux de fondation.

Cette étude doit êtreappuyée plus loin par des essais mécaniquespermettant de démontrer les contraintes admissibles du lieu afin d'envisager le type de construction en déterminant la capacité portance. A notre stade nous nous limitons à ce qui précède.

Compte tenu de la facilité des argiles à absorber de l'eau, cette dernière sera évaporée lorsque la température du lieu va croire. Le problème en est que cette évaporation laissera des fentes de dessiccation d'où nous envisageons une étude approfondie de l'essai Proctor pour permettre le choix de compactage du sol pouvant aider à augmenter la capacité portance du sol . Du point de vue matériaux de construction vu que notre terrain est fortement argileux on peut envisager la fabrication des briques en céramique et des matériaux en céramique avec l'argile rencontrée dans notre zone d'étude.

Pour prévenir les risques et construire des ouvrages présentant une longue durée de vie nous suggérerons pour les projets avenir les éléments suivants :

Pour les sols de teneur en particules fines élevées, nous prescrivons de procéder par un décapage dans le cas où l'épaisseur de la couche argileuse n'est pas importante ou procéder aux essais mécaniques, entre autre à l'essai de cisaillement et DCP.

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