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Etude géophysique du sitedu barrage d'Oum Laksab(funisie C entre - Oue st)

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Pour mieux concevoir les ouv:rages d'exploitation d'eau etles orienter vers les sites les plus favorables, lacaractérisation de la structure géologique et géométriquetridimensionnelle demeure importante, nécessitantl'utilisation d'outils de reconnaissance très élaborés.La connaissance géophysique du site du barragesouterrain d'oued Oum Laksab s'est basée surl'application des méthodes géophysiques (électrique etsismique réfraction). Elle est effectuée dans le lit del'oued afin d'étudier les variations lithologiques et définirle cadre géotechnique. En effet, les horizonsgéoélectriques et géosismiques mis en évidence montrentl'existence d'un niveau conducteur qui pourraitcorrespondre à des argiles. Cette série d'une dizaine demètres d'épaisseur pourrait servir comme un écransouterrain imperméable efficace.

Mots-clés: géophysique, site du barrage, cadre géotechniçtrue,Tunisie.

Geophysical studyof the Oum Laksab dame site(funisian C entral We stern)

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To better design water expioitation works and to choose themost favourable sites, the characterization of the geologicalstructure and three-dimensional geometry stays important,needing the use of very elaborated survey tools.The geophysical knowledge of the dam site of oued Oum Laksabis based on the application of geophysicai methods (electric andseismic refraction). It is undertaken in the rive bed in order tostudy lithological variations and to define the geotechnicalsetting. Indeed, geoseismic and geoelectrical horizons show theexistence of a conducting level that could be attributable toclays. This ten meters longer could constitute an imperviousunderground screen.

Key words: geophysics, dam site, geotechnical setting, tunisia.

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N.119lertrimestre 9007

NDIR ::les discusstons surcet article sonf acceptéesjusqu'au 1*' septembre 2007.

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lntroductionLa région d'étude est localisée au centre-ouest de Ia

Tunisie, à la frontière tuniso-algérienne. Elle est carac-térisée par un climat semi-aride où les ressourceshydriques sont fortement influencées par I'irrégularitépluviométrique. Dans le cadre de la gestion de l'eau etpour satisfaire l'augmentation de la demande en cetteressource pour l'irrigation, la construction d'un barragesouterrain pourrait être une des solutions proposées.

L'étude géologique de surface et hydrogéologiquedu site de l'oued Oum Laksab a permis de conclure àla faisabilité d'un barrage. En profondeur, la connais-sance et la caractérisation du sol est indispensable afinde suivre les couches en affleurement et détecter desfailles et des fractures, sources de pertes, et mettre enévidence un substratum argileux pouvant servird'écran imperméable empêchant toute perte.

ECadres gëologiqueet hydrogéologique

Le secteur d'étude est constitué d'une petite plainelimitée géographiquement par les longitudes 6" 72' et6" 75'et les latitudes 38'53'et 38" 58'(Fig. 1).

I1 est traversé par le grand oued d'Oum Laksab quicommunique avec quatre autres oueds, à savoir O. Bou-zaiene. O. ben Hajla, O. Nouaia et O. el Hassane.

Les formations en affleurement sont constituéesessentiellement :

- des alluvions actuelles dans le lit des oueds ;

- des limons et des cailloutis de basse terrasse del'Holocène supérieur;

- des dépôts de terrasse ou de cônes de déjection àcroûte calcaire et des galets et blocs à croûte calcaired'âge Pléistocène rxo)zen ;

- des galets et blocs avec crorlte calcaire massive duPléistocène inférieur.

Du point de vue structural , Ia zone d'étude estcaractérisée par l'absence de failles à l'affleurement [1].

Hydrogéologiquement, l'underflow de l'oued OumLaksab renferme une nappe phréatique de faible profon-deur (7 à 10 m) contenue dans des formations de sablesgrossiers et de galets. La limite sud de cette nappe estsituée au niveau des sources de sidi Ahmed Ben Saida [4].

EÉtude géophysique

Dans le cadre des études de construction d'un bar-rage et comme étape préliminaire de reconnaissancedu sous-sol, une étude géophysique par sondages élec-trique s 12, 1,11 et par sismique réfraction [8, 10] est effec-tuée au niveau de l'oued Oum Laksab. Son objectif estsurtout de vérifier la présence d'une série franchementargileuse susceptible de constituer un substratumimperméable empêchant l'écoulement souterrain. Cetteétude a consisté en la réalisation de treirte et un son-dages électriques (SE) et un profil de sismique réfrac-tion d'une longueur de l'ordre de 500 m (Fig. 1).

Légende

fF*ïiI A I luvions actuelles

1:\i\ Profils électriques

+ Forage ou piézomètre

38G59'

38G55'

39G53'

I Io o.5 1Km

F:-':l;l Galets et blocs

r-7-a Croûte calcaire massive

à croute calcaire2

\Profils électriques et sismiques

Carte géologique de la zolae étudiée et plande position de la prospection géophysique(déduits de Ia carte géologique au7/7OO 000 de Oum Laarès).

WRésultats de la sismique réfraction

La longueur du dispositif adopté est de 120 m(Z4Traces espacées de 5 m). Comme source d'énergie,on a utilisé le fusil et parfois le marteau,, ce qui a permisd'atteindre une profondeur d'investigation de l'ordrede 12 à 20 m. A partir des dromochroniques [5, 6], on adéterminé les vitesses sismiques et les épaisseurs descouches supérieures dans ie lit de l'oued.

La coupe géosismique (Fig.2) établie montre l'exis-tence des trois horizons suivants :

un premier horizon de faible vitesse sismique(V < 700mls) avec une épaisseur variant de 1 m au SW à3,5 m au NE du profil. n s'agit d'un remplissage consti-tué essentiellement de sables et de graviers Secs ;

- un deuxième horizon caractérisé par des vitessescomprises entre 1 400 m/s et 2 000 m/s et une épaisseurde l'ordre de 10 m le long du profil mais qui augmenteau NE pour atteindre 17 m. Cet horizon pourrait s'iden-tifier à des sables et des sables argileux, renfermant lanappe superficielle ;

- un substratum, à toit irrégulier, caractérisé par desvitesses sismiques supérieures à 2 000 m/s. I1 corres-pondrait probablement à des sables à passées d'argiles.

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600m). Cette variation de pu peut traduire une évolutionlithologique vers une nature argileuse en profondeur.Cette même tendance a été confirmée par les panneaux(Fig. 4) suivant les trois profils considérés où on y voitclairement la diminution des pu quand la longueur deligne augmente.

Comme on le remarque, la couche argileuse, objec-tif de cette étude, n'est pas atteinte. Ceci nous a incité àutiliser une autre méthode dont la profondeur d'inves-tigation est plus importante, le sondage électrique.

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Résultats des sondages ëlectriques (SE)

La prospection électrique (Fig. 1) a comporté trenteet un sondages électriques dont dix sont répartis sui-vant les deux profils I et II de direction NE-SW t3l. Ilssont réalisés de part et d'autre de l'oued avec une ligned'émission AB variant entre 500 et 600 m et un espace-ment entre les sondages relativement grand. Les autressondages sont effectués dans le lit de l'oued et répartissuivant les trois profils 1,,2 et 3, de même direction queceux précédents mais avec un espacement faible.L'interprétation de l'ensemble des SE a été menée qua-litativement et quantitativement.

WI nterprétation q ualitative

Les cartes établies à partir des profils 1,,2 et 3 (Fig. 3)montrent que les résistivités apparentes varient du SWvers le NE de 10 à 100 Q.m pour les courtes longueursde ligne (cartes en AB < 100 m), de 10 à 30 Çl.m pour leslongueurs intermédiaires (AB = 200 m) et à moins de20 A.m pour les grandes longueurs de ligne (Ag

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lnit:titÊjiiil t1iiiiliitffiî#iili Cartes d'isorésistivités apparentes à partirdes profils 7, 2 et 3.

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iafiiglalntffiritltiuill!;ti,irii ijii P ann e aux

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suivant les profils 7, 2 et 3.

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I nterprétation quantitative

Deux sondages électriques d'essai avaient permisde caler les résultats géophysiques et d'estimer lesrésistivités des formations de la région (Fig. 5). En effet,le remplissage inaquifère présente des résistivités

I 10 lCIt

l'1iîîirtEiiiffiîifATfA:f;Wffiftn Étalonnage du SE sur forage PZ7.

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1e, lrimesTreg00J

dépassant 100 Q.m. Si les sables argileux, les sablesgrossiers et les graviers se différencient peu (20,33 et45 A.m respectivement), les argiles se distinguent bienpar les résistivités les plus faibles (10-15 A.m).

La généralisation des résultats des SE de calage auxautres SE a permis de met[re en évidence plusieurs uni-tés géoélectriques différenciées par leurs résistivitéscontrastées.

Pour mieux élucider la structure générale de larégion, deux coupes géoélectriques suivant les profils Iet II sont présentées (Fig. 6). Elles sont assez compa-

ir,i,#,:ffii,{,ifriiiT!tn\i,ji,,ffil#W;in, Coupes géoélectriques suivant les profils I et II.

rables et montrent Ia succession lithostratigraphiquede quatre horizons : un horizon superficiel très mince etassez résistant représentant probablement des sableset des graviers secs. Un deuxième horizon moyenne-ment conducteur (20-25 A.m) et d'épaisseur variable de6 m du SW à20 m au NE. Il pourrait être constitué pardes sables grossiers et des galets constituant l'aquifèresuperficiel. Un troisième niveau, peu résistant (35-55) etépais de 25 m, représentant des sables argileux. Enfin,un substratum conducteur (< 20 A.m) constitué proba-blement par des argiles et des argiles sableuses.

0 250

fi 259

Suivant le profïl I

l'-4l.iûm

iili,#,,f,i.ffiîj,TÉf;f#iin!+ffiffiflr Coupes géoélectriques suivant les profils 1, 2 et 3.

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Du point de vue structural,, les deux coupes géo-électriques montrent que la zone est un petit synclinaldont l'axe est longé par oued Oum Laksab. Une seulediscontinuité géoélectrique a été mise en évidence ducôté SW des profils et qui pourrait correspondre à unefaille.

Pour se focaliser sur la structure détaillée de l'oued,trois coupes géoélectriques suivant les profils 1, 2 et 3sont présentées (Fig.7).Elles sont presque identiqueset montrent, de haut en bas,, la succession suivante :

- un premier horizon très résistant (250 à 1 500 A.m).Son épaisseur est de l'ordre de 1 à 3 m mais augmenteen allant vers le NE (sur la rive gauche de l'oued). Il cor-respond probablement à une croûte très hétérogène ;

- un deuxième horizon résistant (< 229 A.m) avec desépaisseurs variant de 1à7 m, mais semble se biseauterdu coté SW des profils. Il pourrait correspondre à unremplissage inaquifère constitué de sables et de gra-viers Secs ;

- un troisième horizon moyennement résistant (21 à55 O.m) dont l'épaisseur augmente du SW vers le NEdes profils. Au niveau du profll2 cet horizon est consti-tué de deux sous-unités électrlquement différente s (17 -

31 Q.m et 33-60 A.m). I1 s'agit d'un remplissage desables grossiers et de graviers contenant la nappephréatique logée dans l'underflow de l'oued Oum Lak-sab ;

un quatrlème horizon conducteur (11 à 17 A.m)d'épaisseur moyenne de 10 m. Cet horizon s'approfon-dit progressivement en allant vers le NE. I1 pourraitcorrespondre à une formation essentiellement argi-leuse avec parfois des silts et des sables fins ;

- un substratum relativement conducteur (15 à 30 O.m)constitué d'un remplissage essentiellement sablo-argi-leux.

Du point de vue structural, les trois coupes géoélec-triques montrent l'absence totale de failles de rejetimportant dans le lit d'oued, ce qui constitue un bonsigne pour la construction du barrage.

La carte en isobathes de la couche argileuse (Fig. B)

montre qu'elle s'approfondit régulièrement du SW demoins de 5 m vers le NE à plus de 90 m. Le creux auNE pourrait être expliqué par le paléoravinement del'oued.

La carte en isopaques de la même couche (Fig. 9)

montre que son épaisseur varie de 6 m au centre del'oued à plus de 30 m , surtout vers le sud.

E

L'étude géophysique entreprise dans le lit de l'oueda permis d'améliorer la compréhension de sa structureet de donner une image approximative du sous-sol. Eneffet, cinq horizons lithostratigraphiques ont été mis enévidence. La nappe phréatique de l'underflow de l'ouedOum Laksab est confinée dans le troisième horizonrelativement résistant constitué de sables et de gra-viers. En dessous, la couche argileuse et épaisse peutjouer le rôle d'un efficace écran souterrain imper-méable. Cette couche montre un approfondissementass ez régulier en passant de la rive droite à la rivegauche de l'oued.

La confrontation des études géologiques, hydro-géologiques et géophysiques a fourni des résultatssatisfaisants quant à la différenciation des natures litho-logiques et la précision des épaisseurs et des profon-deurs des couches constituant le remplissage de l'ouedOum El Ksab.

Suite à ces résultats, le cadre de l'étude géotech-nique paraît vraisemblable 17 , 91, l'existence d'unecouche argileuse imperméable et l'absence probable defailles qul risquent de jouer le rôle de drains conduisantà des fuites.

t::ii:t11r'1:m;:i11:tt:::;:i1ir:!:ir'ir1t:i',1rgfig'igt'i't1 Carte en isobathes du niveau argileux.

Conclusion

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N' 1181e, Trimeslre200J

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