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Institut Supérieur d'Application Des
Gécsciences
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Logging Instrumentation
Measurement
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l'IrLkSTER EN GEOSCIENCES
OPTION : GEOPHYSIQUE
APPLIQUEE
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Presenté et soutaiu publiquement le ig [ ?
°0{?1 par :
Abou Hanifatou SANT
Tri.7.1a7.
Dr Ted
1[3.YALIL-T011:B4O.
Geoscientif igue
Jury dévaluation du
mimoire
NAHOL NDOLSSE Samuel Président Professeur, DJHZ
Oaagadongoa.
NT1Tr4. Julien Rapporte= Docteur. 1.7.7=4 oa
âaagoa
Dflyala-Tomba Ted Direcbear de raimoire Docteur, ISAG.
on
Armee : 2)1&-.?O1S
II
DEDICACES
Je dédie ce travail :
+ A mon père El hadji SANA Abdoulaye,
+ A ma Mère Adja SANA Azeta,
+ A mes frères et soeurs, en particulier SANA Sidi
Mohamed, son épouse SAYAOGO
Alizeta et à leurs enfants : Al Bachir, Moubarack,
Bouchra, Ridwane,
+ A mon épouse SAWADOGO Safiatou,
+ A mes enfants Abdoul Wahid et Abdoul Madjid,
+ A mon neveu Issouf et ma nièce Adidjatou.
III
REMERCIEMENTS
Ce travail s'inscrit dans le cadre de mon mémoire de
fin d'études pour l'obtention du diplôme de master en
géosciences appliquées, option géophysique
appliquée de l'Institut Supérieur d'Application des
Géosciences (ISAG). II a été réalisé au sein
de la société LIM Africa.
Je voudrais ici remercier les personnes qui ont
contribué d'une manière ou d'une autre à sa
réalisation
Je remercie tout d'abord, Docteur Ted Mayala Directeur
Général de LIM Africa, à qui je dois ma connaissance de
géophysique appliquée et qui a bien voulu m'accepter à LIM
Africa pour le stage. II a été l'initiateur de ce travail en me
proposant un sujet sur la détermination de paramètres
géotechniques par la méthode sismique. Ses conseils et ses
observations m'ont été d'un apport utile.
Je tiens à remercier tous mes professeurs d'ISAG pour
la qualité de leurs enseignements, mais aussi pour leurs conseils durant
le déroulement de mes études.
SANOU Serge, SAVADOGO Omar, pour leur entière
collaboration.
Mes remerciements vont aussi à mes amis et
collègues, Zakaria GUINKO, Adama SEBEGO, Mahamadi SORGHO, Souleymane
KONKOBO, Souleymane OUEDRAOGO, Seydou DERRA, Moumouni KONE, Ousseini OUEDRAOGO
pour leur soutien multiforme et leur disponibilité.
Je tiens également à remercier Mamadi BALBONE,
Ibrahim OUEDRAOGO, Saidou KIENTEGA pour les questions d'ordre
géologique.
Je n'oublie pas mes camarades de la 3emepromotion de
l'Institut ISAG.
Je ne saurai terminer sans remercier KOETA Dieudonné et
Da Christophe pour leur appui à la correction de ce document.
IV
RESUME
L'étude de la déformation du sol en vue de
déterminer les modules élastiques, est habituellement
simulée en laboratoire ou sur terrain. Les différentes
méthodes fréquemment employées sont l'oedométrique,
le triaxiale et la pressiomètrique. Tous ces essais bien qu'étant
fréquemment utilisés présentent des limites. Comment
déterminer alors les paramètres géotechniques permettant
de pallier ces insuffisantes constatées ? C'est en réponse
à ces interrogations qu'il nous a paru nécessaire de
déterminer ces modules par la méthode sismique.
Sur demande de la société minière, deux
types de levés sismiques ont été effectués le 18
décembre 2018 dans le permit Orezone par LIM Africa. Ces deux types de
levés sont la méthode de sismique réfraction et la
méthode d'analyse multicanaux des ondes de surface (MASW). Les
résultats obtenus de la SR donnent un profil de 5 couches avec
différentes vitesses Vp. Ceux obtenus de la méthode d'Analyse des
Ondes de Surface donnent également 5 couches avec différentes
vitesses VS. Les vitesses Vp varient de 500 à 4000 m/s et les vitesses
Vs de 367 à 1543 m/s.
L'utilisation des relations entre les constantes
élastiques, les vitesses de propagation des ondes sismiques obtenus lors
des levés sismiques de la zone d'étude ont permis de calculer les
modules géotechniques des différentes couches du sous-sol. Les
valeurs des paramètres géotechniques calculées sont les
suivantes :
|
Module de
Young (GPa)
|
Coefficient du
Poisson
|
Module de
Coulomb (GPa)
|
Module
d'incompressibilité
(GPa)
|
|
Couche 1
|
0,36
|
-0,08
|
0,19
|
0,10
|
|
Couche 2
|
0.93
|
0.37
|
0.33
|
1.29
|
|
Couche 3
|
2.27
|
0.42
|
0.8
|
4.68
|
|
Couche 4
|
8.8
|
0.34
|
3.27
|
9.32
|
|
Couche 5
|
16,58
|
0,41
|
5,86
|
31,60
|
V
SIGLES ET ABREVIATIONS
?d . contraction relative des arêtes perpendiculaires
à la direction de la force ; ?l . allongement ;
?V . variation de volume ;
A . tir en bout de dispositif (tirs en bout) ;
BEGE . Bureau d'Etudes des Géosciences et
Environnement ;
B . tir en bout de dispositif (tirs en bout) ;
C . tir au centre du dispositif ; d . arête ;
d . indice indiquant des constantes dynamiques obtenues par
les méthodes de prospection
sismique ;
D . tir intermédiaire entre les capteurs 6 et 7 ; d.
La densité ;
di . densité d'un constituant individuel i de la roche
; dm . densité moyenne de la matrice solide de la roche ; dp
. densité moyenne des fluides des pores ;
E . Module d'allongement ou module d'élasticité
(longitudinale) de Young ; E . tir intermédiaire entre les capteurs 18
et 19 ;
E-W . direction Est-Ouest ;
F . force ;
K . module d'incompressibilité ;
m . masse;
MASW . Multichannel Analysis of Surface Waves ;
O . tirs offset ou tirs lointains (tirs extérieurs au
dispositif) ;
P . onde primaire ;
P . pression ;
P . tirs offset ou tirs lointains (tirs extérieurs au
dispositif) ; PAB . Projet aurifère de Bomboré ;
VI
S : surface ,
·
SH : le mouvement des particules est contenu dans le plan
horizontal, perpendiculairement au sens de propagation de vitesse VSh
,
·
S-N : direction sud-nord ,
·
SV : Le mouvement des particules est contenu dans le plan
vertical, perpendiculairement au sens de propagation de vitesse
VSv,
·
SPAC : Spatial Autocorrelation
TB : Time Break ou temps zéro ,
·
v ou V : volume,
·
VP : vitesse de propagation des ondes longitudinales
,
·
VS : vitesse de propagation des ondes de cisaillement
,
·
Z : impédance acoustique ,
·
á : angle entre les faces latérales et sa
déformation ,
·
fi : module de compressibilité avec fi = 1/K
,
·
? : contrainte ,
·
ì : (ou G) Le module de Coulomb module de
rigidité, module de glissement ou encore module de cisaillement
,
·
? : coefficient de Poisson ,
· O :
porosité.
VII
LISTE DES FIGURES
Figure 1: Localisation du site du projet de
Bomboré (Source : BEGE, 2015) 5
Figure 2 : Carte géologique régionale
incluant la zone du projet (Orezone 2015) 8
Figure 3: Carte géologique de la zone du projet
aurifère de Bomboré (Orezone, BEGE) 9
Figure 4: Relation de la contraction
latéraleà la dilatation longitudinale 12
Figure 5: Déformation de cisaillement
13
Figure 6 : Essai de compression simple 19
Figure 7: Distorsion lors d'un cisaillement simple
22
Figure 8 : Courbepressiométrique 24
Figure 9 : Représentation du rayon sismique
30
Figure 10: Loi de Snell-Descartes 30
Figure 11: Dispositif de 24 capteurs et 7 tirs
31
Figure 12: Position des fronts d'ondes (onde
longitudinale), cas de deux terrains séparés
par un plan horizontal. 35
Figure 13:Dromochroniques dérivées du
schéma de la figure 12 35
Figure 14:Représentation schématique des
rayons sismiques, pour le cas de la figure 13.
36
Figure 15 : Cas de plusieurs couches planes
horizontales 37
Figure 16 : Cas d'un seul marqueur plan incliné
(tirée du Dictionnaire de Géophysique
Appliquée - P. Chapel - 1980) 39
Figure 17 : Les ondes de Rayleigh de basses
fréquences (a), pénètrent plus
profondément
que les ondes de Rayleigh de hautes fréquences
(b) et (c). (Evrett, 2013) 44
Figure 18 : Exemple d'un profil de mesure avec la
méthode MASW. (Bodet,2005) 46
Figure 19 : Courbe de dispersion des ondes de surface
47
Figure 20 : Image de dispersion en deux dimensions
obtenue par la méthode de
déphasage. 48
Figure 21 : Image de dispersion en trois dimensions
obtenue par la méthode de
déphasage. 48
Figure 22 : Caractéristiques de dispersion du
mode fondamental 49
VIII
Figure 23 : Courbe de dispersion en mode fondamental
obtenue à partir de l'image de
dispersion illustré à la figure 22.
50
Figure 24 : Profil vertical de la vitesse des ondes de
cisaillement, Vs 50
Figure 25 : Géophone enfoncé dans le sol
53
Figure 26 :Sismographe et accessoires 54
Figure 27 : « Trigger » ou
déclencheur relié au marteau sur une plaque 54
Figure 28 : Dispositif de 24 capteurs et 7 tirs
55
Figure 29 : Pointage des premières
arrivées des tirs avec l'application PickWin 57
Figure30 : courbes distance-temps obtenues des
pointés des premières arrivées 57
Figure 31 : modèle de vitesses des couches du
sous-sol 58
Figure 32 : image de dispersion en deux dimensions et
la courbe de dispersion obtenues
grâce à l'application PickWin
60
Figure 33 : Profil de vitesses des ondes de
cisaillement VS 61
IX
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1: Paramètres élastiques pour
différents matériaux présents dans la
subsurface
(Schön 2011) 14
Tableau 2: Différentes densités des
matériaux terrestres 17
Tableau 3 : Vitesses des ondes de compression
59
Tableau 4 : Vitesses des ondes de cisaillement
61
Tableau 5 : Synthèse des résultats
62
Tableau 6 : Tableau récapitulatif des modules
élastiques 66
X
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