Memoire Online - Essai de caractérisation d'une couverture d'altération de la région d'Efoulan (Sangmelima, sud-Cameroun) à Â partir des données géoélectriques (p.s. et sondage) électrique et granulométriques

Le contexte pédologique de la zone intertropicale humide est marqué par l'existence d'un important manteau d'altération, sols latéritiques, mis en place pendant des millions d'années à la faveur du climat et de la végétation. Les latérites sont les produits d'une intense altération subaérienne des roches suite aux processus climatiques et biologiques. Elles sont constituées d'un assemblage minéral à prédominance de kaolinite, de goethite, d'hématite, d'hydroxydes d'aluminium (gibbsite) et de quartz (Cady, 1962).

La couverture pédologique du plateau forestier du Sud Cameroun a fait l'objet de plusieurs travaux axés sur l'organisation et l'évolution des profils d'altération. La présence des niveaux indurés ainsi que l'hétérogénéité spatiale et la grande épaisseur de ces sols (Tardy, 1993) ne facilitent pas la réalisation des ouvrages tels que les fouilles, fosses, tranchées et sondages nécessaires à une étude détaillée.

L'approche géophysique de l'étude de ces matériaux extrêmement complexes vise à acquérir rapidement et de façon précise, les informations permettant une caractérisation adéquate. Les méthodes géoélectriques de courant continu (sondages, traînés, panneaux et tomographies électriques) appliquées dans ce domaine sont assez établies et ont permis d'obtenir des informations précises sur les épaisseurs des différents horizons, la variation latérale des faciès (texture) et la nature des contrastes entre les différentes formations (Robain et al., 1996 ; Beauvais et al.,1999 ; Ritz et al.,1999).

Très utilisée en recherches hydrogéologiques, minières et en diagraphies pétrolières, la méthode des potentiels spontanés (P.S.) est encore récente dans le domaine d'étude des sols ferrallitiques. Sa première application sur les sols latéritiques à kaolinite prédominante de la région de Nsimi (Zoétélé), a montré qu'elle pouvait être utilisée dans l'identification des horizons riches en argiles (Yéné et al, 2003).

l'expérimentation de la méthode des P.S. dans la caractérisation de la couverture spatiale des sols latéritiques riches en gibbsite de la localité d'Efoulan ;

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Les données géophysiques recueillies sur le site sont traitées à l'aide des logiciels d'analyses statistiques et graphiques Origin5.0, Surfer8.0, ainsi que du logiciel de modélisation GéoElect.Mod. Les données de P.S. sont couplées à celles de l'analyse granulométrique afin de caractériser la couverture spatiale des sols de la surface étudiée. Les investigations verticales se font par sondage électrique et par description du profil pédologique.

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PREMIERE PARTIE :

MILIEU NATUREL

CHAPITRE I : GENERALITES

Introduction

La région Sud-Cameroun située entre 2° et 6° de latitude Nord s'étend du golfe de Guinée à l'Ouest, jusqu'à la cuvette du Congo à l'Est (fig. I.1). Elle s'ouvre à l'Océan Atlantique sur 380 km de côte et se partage le vaste domaine équatorial d'Afrique Centrale avec la République Centrafricaine à l'Est, la Guinée Equatoriale, le Congo et le Gabon au Sud.

I. CONTEXTE GEOGRAPHIQUE

I. 1 CLIMAT

Le Sud-Cameroun est balayé par la mousson (fig. I.2), courant d'air maritime humide et instable qui souffle de la côte vers le continent dans la direction SW-NE. Son climat est gouverné par les oscillations saisonnières du Front Intertropical (FIT), limite Nord de la mousson avec l'harmattan (courant d'air continental sec et stable). Il y règne un climat Equatorial humide subdivisé en deux types :

? le climat équatorial type camerounéen est dominant dans la région du Mont Cameroun. Les précipitations y sont très abondantes et sont comprises entre 2000 et 10000mm de pluies par an.

Ce dernier règne sur le reste du territoire sud camerounais ; c'est un climat chaud et humide caractérisé par l'existence de quatre saisons dont deux saisons sèches (Décembre - Mars ; Juillet - Août) et deux saisons des pluies (Avril - Juin ; Septembre - Novembre). Les précipitations y sont abondantes avec des moyennes pluviométriques annuelles de 1500 - 2000mm (Mélingui, 1983).

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I. 2 RELIEF

Cinq grands ensembles géomorphologiques (fig. I.3) ont été définis en fonction des évidences paléogéographiques (cycles d'érosion) et des altitudes des surfaces d'aplanissement (Ségalen, 1967) :

la Surface gondwanienne (altitude supérieure à 1750m) correspondant aux hauts reliefs de l'Ouest et aux massifs volcano-tectoniques qui constituent la Ligne du Cameroun ;

la Surface post gondwanienne (altitude 1200m) est représentée au Centre, dans le Nord-Ouest et dans le Sud-Ouest : c'est la Surface fondamentale ;

la Surface Africaine I (Surface Intérieure) de750m d'altitude moyenne occupe la presque totalité du Sud. Son relief est un plateau qui se présente comme une pénéplaine ondulée faite d'interfluves convexes en prolongement des versants concaves fortement cuirassés.

la Surface Africaine II (altitude 500m) couvre l'extrémité SE du pays; la Plaine côtière qui est une surface de 300m d'altitude moyenne.

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I. 3 HYDROGRAPHIE

La partie sud du Cameroun est drainée par deux principaux bassins hydrographiques (fig. I.4) :

Le Bassin de l'Atlantique est de loin le plus important par son étendue, la densité de son réseau et la dynamique de ses cours d'eau (Olivry, 1986) ; cette dynamique est fortement influencée par le relief. Ses cours d'eau prennent naissance dans les hauts reliefs de l'Adamaoua et de l'Ouest (Sanaga, Mbam, Noun Nkam, Moungo) et dans le plateau Sud (Nyong, Lokoundjé, Ntem) puis convergent vers l'Océan Atlantique.

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Le bassin du Congo couvre la partie SE du pays, ses principaux cours d'eau sont le Dja, la Lobo, la Kadeï et la Boumba-Ngoko (Mélingui, 1983).

Figure I.4 : Bassins Hydrographiques du Sud Cameroun (Mélingui et al, 1983)

II. 4 VEGETATION

Le climat a favorisé au cours des temps, le développement d'une végétation de forêts denses équatoriales toujours vertes, mais qui présentent quelques dégradations par endroits. Les forêts primaires, paysages classiques des milieux non perturbés sont reconnues par leurs grands arbres (pouvant atteindre 40m de haut), leurs sous-bois obscurcis par le feuillage et couverts par un maigre tapis herbeux. Les forêts secondaires sont le plus souvent le résultat de la mise en jachère des terres ou de leur abandon après exploitation (Nyeck et al., 1993).

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La zone côtière est caractérisée par des forêts denses humides littorales appelées Mangroves. Elles sont constituées d'arbres à racines aériennes et à feuilles vernissées adaptés au milieu aquatique salin.

Les régions montagneuses des Hauts Plateaux de l'Ouest et les alentours du Mont Manengouba possèdent un couvert végétal herbeux connu sous le nom de grassfield ou grassland (Mélingui, 1983).

II. CONTEXTE GEOLOGIQUE

De nombreuses études ont été effectuées dans la partie Sud-Cameroun par plusieurs auteurs (Muller, 1977 ; Yongue-Fouateu, 1986 ; Njemsesier, 1987 ; Ngetnkam, 1994, Ntep, 2001). Les investigations ont porté essentiellement sur des études pétrographiques, minéralogiques, géochimiques, hydrogéologiques, géophysiques et sur la recherche d'indices de minéralisation.

II. 1 GEOLOGIE DU SUD-CAMEROUN

Champetier de Ribes et Aubague (1956) nomment « Complexe de base », le socle ancien d'âge Précambrien constitué de deux principales zones (fig. I.5):

Vicat et al. (1998) distingue cinq grands ensembles structuraux et quelques accidents géologiques (fig. I.6):

? les Bassins sédimentaires correspondant aux dépôts marins du Néocomien à l'Actuel des bassins côtiers du Rio Del Rey (Nigeria à Bioko) et de Kribi-Campo.

? la Chaîne Panafricaine ou Zone Mobile qui présente un rajeunissement généralisé vers 550 Ma ; son « socle » est constitué de roches métamorphiques, de migmatites et de granitoïdes.

? les Massifs anorogéniques et les volcans de la Ligne du Cameroun sont les formations récentes (Tertiaire) qui traversent et recouvrent le Panafricain par endroits. Ils sont constitués de roches plutoniques variées d'origine mantellique (granites, diorites, syénites, gabbros) et d'affinités alcalines à hyperalcalines.

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? la Couverture protérozoïque du Craton à la pointe sud-est du Cameroun ; elle repose en discontinuité sur la série de Mbalam.

? le Craton au Sud correspondant à l'extrémité nord du craton du Congo ; stable depuis 2000 Ma, il n'a pas subi de réactivations panafricaines.

II. 2 GEOLOGIE DU CRATON

Les études descriptives des unités lithologiques des formations rocheuses du Sud Cameroun (Lassère et Soba, 1976,1979 ; Soba, 1989 ; Maurizot et al., 1986 ; PNUD, 1987 ; Nédelec et Nsifa, 1987 ; Nédelec, 1993) ont mis en évidence un substratum géologique constitué essentiellement par des roches métamorphiques et plutoniques. Ces roches sont bien différenciées mais sont voisines par leur pétrologie, leur métamorphisme, leur tectonique et leur géochronologie.

l'unité du Ntem qui est un complexe plutonique intrusif constitué de roches charnockitiques ou non, d'une série rubanée de gneiss granulitique et d'une ceinture de roches vertes (sillons ferrifères) ;

l'unité du Nyong est composée de métasédiments et de métabasites paléoprotorozoiques (Toteu et al., 1994). C'est l'équivalent de l'unité archéenne du Ntem restructurée au Panafricain (Lassère et Soba, 1976 ; Cahen et al.; 1984) ou à l'Eburnéen (Feybbesse et al.; 1986) ;

l'unité d'Ayina composée de roches identiques à celles de l'unité du Ntem, elle possède une foliation Libérienne (N130°) reprise par des plis postérieurs (N50°E) et des grands couloirs attribués à l'orogenèse Eburnéenne (Maurizot et al., 1986).

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II. 3 HYDROGEOLOGIE

Les études géophysiques de Robain et al., (1996) révèlent un substratum régional intensément faillé. Ces failles alimentent le réseau hydrographique aux résurgences entre collines avec des débits de pompages supérieurs à 20m³.h^-1. Les accidents majeurs sont soulignés par de nombreux cours d'eaux.

Le front d'altération (contact entre substratum et couverture pédologique) présente des ondulations d'amplitudes fortes, ce qui fait de ce sous-sol un excellent réservoir d'eau très exploité en hydraulique rurale (Ndam, 1997).

II. 4 SOLS

Les formations pédologiques du Sud Cameroun se sont développées sur la surface continentale stable par réajustements isostatiques et par rejeux d'anciens linéaments (zones de grandes déformations). Ségalen (1967) distingue (Fig. I.7) :

les sols hydromorphes représentés par les sols alluviaux des bassins sédimentaires et les sols des bas-fonds marécageux des forêts du sud ;

les sols ferrallitiques rouge et jaune qui occupent près de 80% de la surface des forêts humides.

Ces derniers résultent du processus de ferrallitisation prépondérant en climats chauds et humides. La roche subit une altération intense par l'hydrolyse complète des minéraux suivie de l'individualisation des argiles et oxy-hydroxydes métalliques (Fe, Al) sous forme des produits résiduels plus ou moins indurés (Cady, 1962). Ces sols ont subi d'importantes variations climatiques et les effets des processus pédogénétiques très intenses, d'où leur caractère polycyclique. Ils sont caractérisés par des profils pédologiques très épais, pouvant dépasser 60 m.

Les études sur la genèse et l'évolution (Bitom, 1988 ; Yongué, 1986) et sur la genèse et l'organisation de ces sols (Bekoa, 1994 ; Bilong, 1988, 1992 ; Nyeck, 1988) présentent des sols très variés mais généralement différenciés en trois grands ensembles au-dessus de la roche mère :

? l'ensemble d'altération à structures originelles de la roche mère conservées ;

? l'ensemble médian d'accumulation d'oxyhydroxydes métalliques et d'argiles à organisations lithorelituelles originelles totalement ou partiellement transformées;

? l'ensemble meuble supérieur constitué de minéraux résiduels résistants (quartz) et de minéraux secondaires (kaolinite, hématite, goethite, gibbsite, boehmite).

La caractérisation et la classification de ces sols sont très difficiles à cause de leurs extrêmes complexités. Des récentes études (Nyeck et al., 1999) ont permis de cartographier et de classer ceux de la localité de Nsimi dans la classification USDA (United States Department of Agriculture).

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Figure I.7 : Ensembles pédologiques du Sud Cameroun (d'après Ségalen, 1967)

CHAPITRE II : PRESENTATION DU SITE D'ETUDE

La zone d'étude est localisée entre les coordonnées géographiques 3°05' et 3°10' de latitude Nord ; 11°50' et 11°55' de longitude Est (fig. I.1). Elle est située à 120 km environ au sud-est de Yaoundé, dans la localité d'Efoulan près de la ville de Sangmélima, Département du Dja et Lobo, Province du Sud Cameroun. Sa superficie est d'environ 0.675Km² soit 67.5ha.

I. GEOGRAPHIE

I. 1 CLIMAT

Le climat de type Equatorial Guinéen est marqué par des pluies abondantes et régulières pendant toute l'année ; les données climatiques montrent une moyenne pluviométrique (P) de 1461,7 mm (tableau II.1).

La température moyenne _(Tmoy.) annuelle est de 24°C avec des maxima absolus journaliers de 35°C et des minima de 12°C.

Les pertes en eau par évaporation et évapotranspiration sont considérables ; les moyennes hygrométriques (humidité de l'air) ont atteint 81,27%.

I. 2 GEOMORPHOLOGIE

La zone d'étude appartient au vaste plateau du Sud Cameroun correspondant à la Surface Africaine I qui s'est mise en place à la fin de l'Eocène (Ségalen, 1967).

Le paysage d'aspect ondulé est constitué d'une succession de collines d'altitude moyenne 700m (fig. II.1). Il s'agit des cuirasses en demi-orange émoussées, à interfluves larges sans talus et de forme surbaissée (Santoir, 1995). Leurs modelés convexo-concaves, sont séparés par des bas-fonds plats, larges et marécageux.

Le site d'étude est la colline Biso'o, d'environ 725m d'altitude, en forme de butte à sommet convexe et à section dissymétrique (Fig. II.2). Elle présente des pentes douces au SSE (2° à 3°) mais plus accusées au NNW (7° à 11°). La dénivelée est de 40m (Nyeck, 1988).

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Tableau II.1 : Données climatiques de 1996 à 2005 (Source : Station Météorologique de Sangmélima).

I. 3 HYDROGRAPHIE

Les vallées inondées qui entourent la colline Biso'o font partie d'un réseau hydrographique dense, d'aspect dendritique et ramifié (fig. II.3). Les principaux collecteurs que sont Awout et Oyana s'écoulent dans la direction NW-SE mais en sens opposés. Awout est un affluent de So'o, rivière du bassin du Nyong alors que Oyana se jette dans la rivière Sée (affluent de la Lobo) au SW.

Le site est donc situé de part et d'autre des grands bassins versants du Nyong à l'Ouest et du Dja à l'Est. Les travaux de Ndam (1997) ont permis d'évaluer les bilans climatiques et hydrogéochimiques des principaux réseaux de la région de Zoétélé.

I. 4 VEGETATION

La végétation du site est une forêt secondaire au sommet de la colline tandis que la forêt dense se retrouve en mi-pente. Les bas-fonds marécageux jouxtant les cours d'eaux sont occupés par les raphias, les palmiers et autres graminées aquatiques.

L'exploitation des terres se fait suivant la technique de culture itinérante sur brûlis ; les plantations de cacaoyers et les bananeraies occupent de vastes superficies aux sommets des collines alors que les cultures vivrières (concombres, maïs, manioc, arachides) se pratiquent sur des surfaces plus réduites.

II. GEOLOGIE ET PEDOLOGIE

II. 1 PETROGRAPHIE

Le substratum de la zone d'étude fait partie du Complexe du Ntem, craton d'âge

Les affleurements rocheux sont rares dans ce paysage forestier, mais quelques blocs rocheux de taille décimétrique se rencontrent en amont dans les lits des cours d'eaux (Oyana). La roche est un granite à pyroxène (charnockites) de texture hétérogranulaire, à plagioclases et à quartz interstitiel bleuté. La biotite, la hornblende verte et le clinopyroxène forment le groupe des ferromagnésiens ; les minéraux accessoires sont l'opale, l'apatite et le zircon. La chlorite et l'épidote représentent les minéraux secondaires (Nyeck, 1988).

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II. 2 PEDOLOGIE

Le manteau d'altération de la zone d'Efoulan appartient au grand ensemble de sols latéritiques rouges de la forêt du Sud Cameroun (Ségalen, 1967). Les observations micromorphologiques des échantillons de sols du site (Nyeck, 1988 ; Kengné, 1992) y ont révélé la présence majoritaire de la gibbsite qui est un minéral symptomatique d'un bon drainage et régulièrement localisé en topographie haute des paysages typiques des zones intertropicales (Tardy, 1993 ; Bitom, 1988).

La description des échantillons de sols a permis de déterminer l'organisation spatiale et la différentiation des profils pédologiques du site.

II. 2. 1 Différentiation des profils pédologiques

La description des matériaux a permis de déterminer la succession verticale des couches de sol. La fosse de 05m (cinq) de profondeur est différentiée comme suit (fig. II.IV) :

? 0 - 4 cm : horizon humifère constitué d'un dense tapis racinaire à racines millimétriques mélangées à la terre fine de couleur sombre (10YR 2/3). Sa structure est grumeleuse et sa texture sablo - limoneuse ; il est caractérisé par une forte activité biologique et par une transition brutale avec l'horizon sous-jacent.

? 4 - 20 cm : horizon argileux meuble, brun foncé (10YR 3/4), de texture sablo - argileuse, caractérisé par une forte porosité, la présence de rares nodules et de racines millimétriques à centimétriques. Presque absent au sommet, cet horizon s'épaissit vers la base du relief.

? 20 - 100 cm : horizon nodulaire meuble de structure massive granulaire, constitué d'une matrice argileuse rouge (7.5YR 5/8) qui emballe de nombreux nodules centimétriques et du quartz.

? 100 - 400 cm : pétroplinthite faiblement indurée, de couleur rouge (5YR 5/8), de structure massive continue, présente des plages colorées jaunes, blanches et roses. Elle est constituée de quartz anguleux, millimétriques et de rares nodules rouges; les plages ont une texture argileuse.

? 400 - 500 cm : Altérite de texture sableuse et de structure massive granulaire. Elle est composée de nombreux volumes rouges traversés par des veines argileuses grisâtres subhorizontales et discontinues.

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Horizon humifère ; couleur sombre (10YR 2/3). Horizon organo-minéral ; brun foncé (10YR 3/4) ;

Pétroplinthite ; couleur rouge (5YR 5/8), structure massive, plages colorées jaunes, blanches et roses, quartz anguleux, millimétriques et de rares nodules rouges.

Altérite ; texture sableuse, structure massive granulaire, veines argileuses grisâtres subhorizontales et discontinues.

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II. 2. 2 Distribution spatiale des sols

? Les sols ferrallitiques jaune rouge indurés à horizons nodulaires meubles superficiels,

? Les sols ferrallitiques jaune rouge indurés à horizon argileux superficiel entre 700m et

? Les sols ferrallitiques jaune rouge non indurés à horizon argileux meuble superficiel

Conclusion

Les observations précédentes permettent de déduire que l'environnement d'étude est typique des forêts équatoriales humides, caractérisées par des sols ferrallitiques très épais qui se sont développés sur un modelé élevé d'altitude supérieure à 720m. Le socle ici est de nature granitique. Par ailleurs, les vallées drainées rejoignent un vaste et dense réseau hydrographique appartenant aux bassins du Nyong et du Dja. Le relief accidenté et la densité de la végétation ne facilitent pas l'accessibilité et la mobilité sur le site.

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DEUXIEME PARTIE :

CHAPITRE III : METHODOLOGIE

Afin d'atteindre les objectifs assignés à la présente étude, la méthodologie a consisté en : la préparation du site d'étude ;

I. PREPARATION DU SITE

I. 1 LAYONNAGE

A l'aide d'une boussole et d'une carte topographique de Yaoundé 2b au 1/50 000^e, 10 (dix) layons de longueurs variables ont été ouverts depuis le sommet jusqu'à la vallée NE du site dont 09 (neuf) de direction N40^oE (fig. III.1). Ces layons sont distants de 100m les uns des autres et tracés perpendiculairement à un layon transversal L0 (N130^oE). Ils facilitent le déplacement et le repérage lors des diverses investigations.

I. 2 BALISAGE

Les layons ont fait l'objet d'un balisage systématique sur toute leur longueur ; le pas de balisage a été fixé à 10m. Chaque station de balise a été coté en fonction de sa position, distance parallèle par rapport à l'origine (0m) du layon (L3) de référence de la surface prospectée.

II. METHODES PEDOLOGIQUES

II. 1 ECHANTILLONNAGE

Les échantillons de sol ont été prélevés le long des layons par sondage à la tarière et sur les parois de la fosse sommitale (fig. III.1). Les niveaux de prélèvements à la tarière varient (0m) à 1m de profondeur en surface et atteignent 5m sur les parois de la fosse. Au total, 61 échantillons de sols ont été prélevés pour des analyses au laboratoire.

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II. 2 TRAITEMENT ET ANALYSE DES ECHANTILLONS DE SOL

Les échantillons de sol ont été séchés à l'air libre, puis à l'étuve à une température de 105^oC pendant une nuit au laboratoire de pédologie de l'Université de Yaoundé I. Les poids des échantillons séchés à l'air libre (P1) et à l'étuve (P2) ont permis de déterminer leur humidité relative respective :

Après cette préparation, les échantillons sont traités puis analysés suivant la méthode de sédimentation à l'aide de la pipette de Robinson (Paycheng, 1980). Cette analyse granulométrique correspond à une caractérisation physique des sols qui a pour but de classer les différents éléments solides par catégorie de grosseur. Ainsi, en fonction de la taille des grains, nous avons :

> les argiles qui sont des particules de diamètre inférieur à 2ìm ; > les limons fins de diamètre compris entre 2ìm et 20ìm ;

> les limons grossiers, de diamètre compris entre 50ìm et 20ìm ; > les sables sont compris entre 50ìm et 200ìm.

Leurs pourcentages sont déterminés à partir de 20g de la fraction fine (particules de diamètre inférieur à 2mm), fraction entièrement débarrassée de toute matière organique par traitement à l'eau de javel à froid puis à chaud (105°C).

III. METHODES GEOPHYSIQUES

Les méthodes géophysiques sont variées et dépendent de la source des effets mesurés. D'après Mechler, 1982, deux principaux types de méthodes se distinguent :

> les méthodes statiques : elles font appel aux champs naturels (gravimétrie,

magnétométrie, polarisation spontanée, sismologie et quelques diagraphies) ; > les méthodes dynamiques qui utilisent les sources artificielles ou créées

Dans le cadre de ces travaux, les mesures géoélectriques de potentiels spontanés (P.S.) et de résistivité électrique ont été prises en surface ; ces travaux visent à étudier les propriétés électriques du manteau d'altération.

III. 1 METHODE DES POTENTIELS SPONTANES (P.S.)

III. 1. 1 Principe

La méthode des P.S. est basée sur la mesure des potentiels électriques naturels générés par

Yéné (1998) distingue trois principaux types de potentiels spontanés naturels:

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? le potentiel électrocinétique ou électrofiltration créé par le passage de l'eau à travers la porosité du milieu (Morgan et al, 1989).

? le potentiel de diffusion qui est dû à la différence de mobilité des ions des

? le potentiel de Nernst ou de membrane qui est la différence de potentiel aux bornes de deux électrodes identiques plongées dans des solutions de concentrations différentes :

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L'effet combiné du potentiel de diffusion et du potentiel de membrane est nommé potentiel électrochimique (Telford et al., 1990) :

Ce potentiel est caractéristique des formations argileuses de diamètres des pores inférieurs à 3Å (Kedzy, 1979).

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III. 1. 2 Matériel de mesure des P.S.

Un millivoltmètre incorporé à un résistivimètre de type TT800 TERRATEST ; Deux électrodes impolarisables ;

Deux bobines de câbles électriques en cuivre bien isolés de faible résistance ohmique et de bonne résistance mécanique ;

Chaque électrode contenait une solution saturée de sulfate de cuivre dans laquelle plongeait un fil de cuivre (fig. III.2). Leur base inférieure étant en bois sec de très faible conductivité (isolant), ce dernier devient conducteur en s'imprégnant de l'électrolyte à travers sa porosité, permettant ainsi une liaison entre les solutions des électrodes et le milieu extérieur (sol).

III. 1. 3 Mise en oeuvre des P.S.

Le dispositif employé pour ces mesures (fig. III.3) est un profilage à base fixe (Telford, 1990).

L'une des électrodes est immobilisée à la station de base de la série de mesures et connectée à la borne négative du millivoltmètre. L'électrode mobile (borne positive) est déplacée le long du layon à des stations consécutives tout en s'éloignant de la base. Les électrodes sont enfouies à 10cm de profondeur pour éviter les effets de surface et permettre une cohésion parfaite avec le sol.

La différence de potentiel (d.d.p.) mesurée aux bornes des électrodes à chaque déplacement de l'électrode mobile correspond au potentiel naturel (P.S.) généré par les matériaux de la station considérée. A la fin de chaque série de mesure, une deuxième mesure est effectuée à la station de départ ; ceci permet de se rendre compte des dérives du potentiel avec le temps. Toutefois, il convient de vérifier le potentiel intrinsèque des électrodes au début de chaque série de mesure ;

N.B. : Les potentiels électriques peuvent être perturbés par l'activité bioélectrique des racines des plantes et par les installations métalliques en milieux urbains (Philipponnat et al, 1998).

III. 2 METHODE DES SONDAGES ELECTRIQUES (S.E.)

III. 2. 1 Principe

Le sondage électrique est une méthode d'investigation verticale qui vise à évaluer l'aptitude des matériaux à laisser passer le courant électrique continu ou de faible fréquence. Cette méthode est basée sur l'injection dans le sol d'un courant électrique puis en la mesure en

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surface de l'intensité du courant (I) et de la différence de potentiel (V) des formations traversées (Bakkali, 2005).

En effet, aux points d'injection, les lignes de courant diffusent dans le sol créant autour un champ électrique de potentiel mesurable (fig. III.4).

La loi d'Ohm appliquée à une distance R du point d'injection est (Telford, 1990) :

Ce potentiel (V) varie en fonction du paramètre ñ (R et I étant connus), d'où le nom de Méthode des résistivités attribuée à cette technique.

La résistivité électrique des terrains sous-jacents est calculée à partir du rapport :

Les sols étant de nature hétérogène, la résistivité mesurée en un point est la moyenne relative d'un ensemble de terrains ; la résistivité obtenue est de ce fait une résistivité apparente notée

III. 2. 2 Matériel de mesure des sondages électriques (S.E.) L'appareillage utilisé pour la réalisation du S.E. comprenait :

Un résistivimètre de marque TERRATEST, type TT800 ; Un accumulateur d'énergie (batterie auto de 12V) ;

04 bobines des câbles en cuivre isolé de faible résistance ohmique et de bonne résistance mécanique ;

III. 2. 3 Mise en oeuvre du S.E.

Le dispositif mis en oeuvre est un quadripôle Schlumberger centré, constitué d'un alignement de quatre électrodes AMNB (fig. III.5).

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un circuit d'émission du courant à deux électrodes A et B ; un circuit de mesure des potentiels entre les électrodes M et N.

La d.d.p. induite par A et B est mesurée en station fixe entre M et N grâce au résistivimètre situé au centre du dispositif qui correspond au point de sondage.

Les mesures sont prises en augmentant les écartements entre les électrodes A et B de façon symétrique par rapport au point de sondage. A chaque station de mesure, le résistivimètre injecte le courant en plusieurs séquences par inversion automatique des pôles d'injection puis affiche la moyenne des intensités (I) et des potentiels (V) des formations traversées. Cependant en sondage Schlumberger, le potentiel mesuré diminue au fur et à mesure que l'on écarte les électrodes A et B (Telford, 1990);

Pour conserver un potentiel suffisamment mesurable, il convient d'effectuer des agrandissements des écartements des électrodes M et N (Meyer, 1991). Pour des profondeurs d'investigation AB/2 allant de 1m à 210m, les écartements MN/2 ont été respectivement fixés à 0,5m ; 5m et 10m (annexe IV).

Conclusion

Les travaux «in situ» ont consisté au layonnage du site, au balisage, au prélèvement des échantillons et à l'acquisition des données géophysiques. Les levés géophysiques de potentiels spontanés (P.S.) et de sondage électrique (S.E.) permettent une acquisition rapide des données ; mais ils présentent des inconvénients liés aux difficultés de déplacement de l'appareillage (résistivimètre, câbles, batteries, électrodes) dans cet environnement forestier dense.

La réalisation des sondages nécessite l'emploi d'interphones (émetteurs-récepteurs) afin de faciliter la communication entre l'opérateur et les teneurs d'électrodes d'injection pour des grandes portées (AB > 300m). Cette phase de prospection sera suivie de la phase d'analyse granulométrique et de traitement géophysique au laboratoire.

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CHAPITRE IV : PRESENTATION DES RESULTATS

I. DONNEES GRANULOMETRIQUES

La granulométrie de la fraction fine de la couverture pédologique sol a été définie à partir du diagramme ternaire des textures (annexe I) selon Jamagne (1998). L'étude latérale de la couverture spatiale s'est limitée aux 50 premiers cm de profondeur.

Du diagramme de l'ensemble des 25points de prélèvement, il ressort que les sols du site d'Efoulan présentent une texture essentiellement argileuse. Les résultats d'analyse montrent une prédominance des argiles et des sables (35 à 70%) par rapport aux limons qui représentent moins de 18% (annexe II). Les sols argileux (A=55%) occupent la presque totalité de la superficie prospectée ; ils représentent environ 64% des échantillons analysés. Au sommet de la colline où affleurent les horizons nodulaires meubles, la fraction fine ne représente qu'environ12% du volume de sol avec une teneur moyenne en argile de 40% ; ces sols présentent une texture argilo-sableuse à sablo-argileuse.

Les bas de pente et la vallée sont le domaine des sols sablo-argileux; leurs teneurs en sables atteignent 72%.

Les teneurs granulométriques moyennes des différents ensembles du profil pédologique sommital (tableau IV.1) montrent une augmentation graduelle du taux d'argiles de la base vers la surface. Ce taux atteint un maximum de 71,8% dans l'horizon nodulaire meuble puis chute à 27,25% dans l'horizon organo-minéral.

Tableau IV.1 : Teneurs granulométriques moyennes du profil pédologique sommital

Les courbes de variation verticale (figure IV.1) mettent en évidence une évolution inverse du taux des sables par rapport à celui des argiles.

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Figure IV.1 : Variations verticales des teneurs des argiles et des sables (%) ; (a) Profil sommital ; (b) Profil bas de pente ; (c) Profil de la vallée

II. DONNEES GEOPHYSIQUES II. 1 DONNEES DES P.S.

II.1. 1 Traitement des mesures de P.S.

Les concentrations des solutions de sulfate de cuivre contenues dans les électrodes impolarisables peuvent évoluer avec le temps. Ceci se traduit par des dérives de potentiels au

cours des mesures. Il est donc nécessaire de corriger ces dérives avant toute interprétation.

La correction des données de P.S est basée sur le principe suivant lequel la dérive reste

constante pendant une période donnée ; par conséquent, cette correction nécessite l'établissement des bases de mesure.

Soit un layon (L1) à n stations de mesures (n = 08) numérotées de S0 à S7 (fig.IV.2);

Soient B1 et B2 les bases intermédiaires de mesure. Les mesures s'effectuent de la base B1 vers la base B2 et sont bouclées par une deuxième mesure à la base B1.

Soient Vi et Vf les potentiels obtenus à la base B1 respectivement à l'instant initial et à l'instant final (boucle). La dérive du potentiel ?V entre les bases B1 et B2 est calculée comme

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La correction consistera à répartir la dérive observée de façon proportionnelle entre les stations de mesure à l'exception de la base B1.

La valeur de la dérive R entre deux stations consécutives est : A.N: R = +8/ 7

Les corrections précédentes ont été effectuées sur les profils indépendants. Pour établir une carte des P.S. de la surface prospectée, les mesures P.S. doivent être corrigées par rapport à un profil de référence.

Les profils sont liés par l'intermédiaire d'un layon transversal L0 (fig. IV.3).

Li : Profils indépendants (i= 1 à 6) Où V0=Potentiel mesuré sur le profil transversal L0 ;

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Le principe de correction dans ce cas consiste à compenser l'ensemble des mesures par rapport aux dérives observées aux intersections entre le layon transversal et les profils de mesures. Cette compensation s'effectuera en deux étapes :

? une compensation des profils de mesure aux intersections avec le layon transversal L0 par rapport au profil de référence ;

N.B. : Par définition, les mesures du profil de référence ne subissent pas de compensation. Les compensations des mesures consisteront soit à soustraire, soit à ajouter la valeur de la dérive (?V'= V0 -VLi) de chaque intersection aux potentiels corrigés du profil indépendant considéré (annexe III.2).

Pour des dérives positives (?V'> 0), la compensation se fera par ajout de la dérive calculée à toutes les valeurs P.S. corrigés du profil indépendant : V'= Vcori + ?V' ;

Pour des dérives négatives (?V' < 0), la compensation sera une soustraction de la dérive calculée à toutes les valeurs P.S. corrigés du profil indépendant : V'=Vcori - ?V'.

Soit C l'intersection entre le profil de référence L3 et le layon transversal L0; V3 et V0 sont les potentiels mesurés à la station C respectivement sur L3 et L0.

A.N: ?V' = 52 -52 = 0 mV

La dérive ?V' à la station de mesure C étant nulle, il n'y aura pas de compensations à l'intersection A.

Soient V1 et V'0 les potentiels obtenus à la station A respectivement sur L1 et L0. La dérive

La correction de l'ensemble des mesures du profil L1 par rapport à la référence L3 consistera

Le lissage des données permet de filtrer le bruit sur chaque profil P.S. (fig. IV.4). Il a été effectué à l'aide du logiciel d'analyse statistique Origin5.0 basé sur le principe des transformés Fourier (FFT). Son programme estime l'erreur d'une séquence de points par moyenne arithmétique puis rectifie la valeur du potentiel de chaque station en fonction de l'erreur (annexe).

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II. 1. 2 Présentation des données P.S.

Les potentiels mesurés puis traités (annexe) ont permis d'établir les profils P.S. et la carte P.S. du site d'étude.

a) Profils des P.S.

Six profils P.S. (fig. IV.5) ont été réalisés avec un pas de mesure de 10m sur une longueur totale de 2020 m ; soit en tout 209 mesures en séries chronologiques (Swan et al., 1996). Ces profils sont d'allure non linéaire et présentent en abscisses les positions des stations (distance en m), en ordonnées les valeurs des P.S. corrigés d'une part et celles des P.S. corrigés et lissés d'autre part (en mV).

Profil L1 (fig. IV.5a): il se présente sous forme d'une ligne brisée. Les potentiels varient entre -32 mV et +17 mV ; c'est le profil le plus court (70m).

Profil L2 (fig. IV.5b): il mesure 240m et se présente sous forme de ligne brisée en escalier ascendant dans sa première moitié. Les gradients sont irréguliers dans la seconde moitié, ils se terminent par une chute du potentiel de +31 mV à -22 mV.

Profil L3 (fig. IV.5c): De forme complexe, il débute par une ondulation et se termine en escalier. Les gradients vont de -21 mV au pic positif de +61 mV. C'est le plus long profil du site avec 520m.

Profil L4 (fig. IV.5d): la courbe de forme oscillante est constituée d'une partie centrale affaissée correspondant aux potentiels négatifs (-17 mV à -1 mV), entourées de part et d'autre par des potentiels positifs. La longueur totale de ce profil est de 420m.

Profil L5 (fig. IV.5e): il est caractérisé par des potentiels négatifs dans l'ensemble ; la

courbe est légèrement onduleuse d'amplitude à peu près constante (-15mV). Sa
longueur est de 440m.

Profil L6 (fig. IV.5f): il présente une allure en V ; les potentiels varient de +27 mV à -25 mV

dans la première moitié et culminent à +30 mV à l'extrémité. L'ensemble du profil mesure 340m.

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La carte des P.S. a été établie à l'aide du logiciel graphique Surfer8.0 basé sur le principe d'interpolation des points de mesures. Ce logiciel permet ainsi de tracer des courbes d'isopotentielles en 2D (fig. IV.6) et des blocs diagrammes en 3D.

Cette carte présente des gradients positifs et négatifs. Trois zones d'anomalies se distinguent: ? une zone de fortes anomalies positives à l'Est, caractérisée par des gradients élevés et très contrastés; les potentiels atteignent +61 mV;

? une zone d'anomalies positives moyennes à l'Ouest, caractérisée par des potentiels compris entre +5 mV et +25 mV ;

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II. 2 SONDAGE ELECTRIQUE

II. 2. 1 Traitement des données de sondage électrique (S.E.)

Le traitement des données de S.E. consiste à calculer les résistivités apparentes en chaque station de mesure (annexe IV). Ce calcul se fait par détermination du coefficient géométrique de résistivité apparente K qui dépend du dispositif mis en oeuvre lors de l'acquisition des données.

En quadripôle Schlumberger, K est déterminé à partir des écartements des électrodes par rapport au centre du dispositif (Telford, 1990) :

La résistivité apparente ñ_a est calculée à chaque station par la formule:

La résistivité apparente ñ_a n'est pas caractéristique d'un point de mesure ou d'un site mais dépend du dispositif employé (Mbida, 2004).

II. 2. 2 Présentation du diagramme de S.E.

Le sondage électrique a été réalisé au centre du profil de référence L3 dans la direction N40°. Sa longueur maximale (AB) est de 420m. La courbe de sondage électrique est représentée sur un diagramme à échelle bi-logarithmique qui porte en abscisses les écartements entre les

électrodes d'injection de courant (AB/2 en m) et en ordonnées les résistivités apparentes ñ_a en Ù.m (fig. IV.7)

Le diagramme obtenu est de forme complexe. Il est caractérisé par trois branches ascendantes et un palier horizontal et, présente une évolution graduelle du début à la fin. Les deux premières branches en forme de cassis sont séparées du pic ascendant de l'extrémité par un palier horizontal. Le pic de l'extrémité correspond au toit du substratum granitique.

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AB/2=d (m)	Pa=KV/I (Ù.m)

1	218.7526
2	381.3324
3	507.3684


4	621.2514



5	686.1502

7	829.3072

10	1051.6389

15	1628.4073

20	2127.9167
25	2514.9015

30	2959.53



35	3250.5943


50	3997.2435

60	4226.1807

80	4313.6585

110	4222.5979
130	4216.1914
160	4563.1798

185	5456.9380
210	6315.6993

II. 2. 3 Modélisation du sondage électrique (S.E.)

Le sondage électrique Schlumberger a été modélisé à l'aide du logiciel GéoElect.Mod. Grâce à son programme d'inversion des données à filtre linéaire de Gosh, les résistivités apparentes introduites sont restituées sous forme de modèle de sous-sol comprenant des épaisseurs de terrains et leurs résistivités vraies. Les couches sont supposées homogènes et les interfaces horizontales suivant la ligne de sondage.

L'application numérique de l'algorithme de modélisation (fig. IV.8) donne une fiche qui comprend :

? une colonne des valeurs des écartements entre électrodes d'injection (AB/2 en m) ; elles correspondent aux profondeurs d'investigation ;

? une colonne des valeurs de résistivités apparentes mesurées (ñ_a en Ù.m) à chaque station sur le terrain ;

? une colonne des valeurs de résistivités calculées par le logiciel (ñ en Ù.m);

? une colonne de différence entre résistivités mesurées (ñ_a) et résistivités calculées (ñ) par le logiciel ; la précision en bas de la colonne des différences indique le pourcentage de réussite (moins il est grand, plus on se rapproche de la réalité avec des pourcentages de réussite élevés)

? la configuration des terrains présente le nombre de formations traversées par le sondage, les valeurs des résistivités vraies en Ù.m et la valeur des épaisseurs des couches en mètre ;

? les coordonnées bi-logarithmiques et la courbe issue du traitement des données.

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TROISIEME PARTIE :

CHAPITRE V : INTERPRETATION ET DISCUSSIONS

I. INTERPRETATION

L'interprétation consiste ici d'une part, à corréler les mesures des P.S. aux données altimétriques et granulométriques afin de déterminer la source des P.S. et, d'autre part, à caractériser la structure des terrains à partir des données de résistivités électriques.

I. 1 INTERPRETATION DES P.S.

I. 1. 1 Corrélation des P.S. avec l'altitude

Une corrélation linéaire a été établie entre les mesures des P.S. et les altitudes des stations sur le profil L1. Ce dernier se situe sur une pente d'environ 18,9% avec des altitudes variant entre 680m au niveau de la vallée et 693m en amont. Les paramètres de régression linéaire obtenus sont les suivants (fig. V.1) :

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La valeur positive de la pente de la droite d'ajustement (a=1,043) et le coefficient de corrélation linéaire (R²) montrent que les P.S. sont proportionnels aux altitudes. Ceci permet de déduire l'hypothèse de l'origine électrochimique des P.S. mesurés sur le site d'Efoulan.

I. 1. 2 Corrélations des P.S. avec la granulométrie

Les corrélations entre les P.S. et la granulométrie ont été effectuées respectivement sur les 25 et les 50 premiers centimètres du sol.

Ces corrélations entre les P.S. et les teneurs en argiles (fig. V.2) présentent des droites d'ajustement linéaire de pentes positives (a>0). Elles mettent en évidence la liaison directe entre ces 02 (deux) paramètres (Grais, 1992). Le coefficient de régression linéaire (R²) de la droite d'ajustement est plus significatif dans les épaisseurs de 25cm par rapport aux 50cm ; ce signifie que les P.S sont fortement influencés par la partie la plus superficielle du sol.

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Ces corrélations présentent des paramètres de régression linéaire semblables à ceux des argiles (fig. V.3). Leurs droites d'ajustement linéaire ont des pentes positives mais leurs coefficients de régression linéaire (R²) sont très peu significatifs ; ceci montre une dépendance linéaire de faible intensité entre limons fins et P.S. mesurés.

Elles présentent des coefficients de régression linéaire (R²) de 0,428 pour les 25 premiers cm d'épaisseurs (0-25cm) et R²=0,278 entre 0-50cm. La pente négative de leurs droites d'ajustement montre plutôt une corrélation inverse entre les P.S. et la teneur en limons grossiers (fig. V.4).

^{Limons Grossiers} (%) ^{CORRELATION
P.S.} - % ^{Limons grossiers} ⁽⁰ - ^50cm)

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Les corrélations des P.S. avec les sables sont négatives dans l'ensemble des couches étudiées (0-25 et 0-50 cm). Leurs droites d'ajustement linéaire présentent des pentes négatives (fig. V.5); les coefficients de régression linéaire (R²) sont peu significatifs.

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Les corrélations linéaires positives entre les P.S. avec les altitudes ont permis d'affirmer que les P.S. mesurés sur les sols d'Efoulan sont dus aux phénomènes électrochimiques, caractéristiques des formations riches en argiles (Kedzy, 1979 ; Ogilvy, 1988 in Yene, 2003). Malgré la faible proportion de la fraction fine (12%) dans les horizons nodulaires superficiels du sommet de la colline, ces corrélations sont essentiellement positives entre P.S. avec la granulométrie de diamètre inférieur à 20ìm (argiles et limons fins) ; les sables et les limons grossiers quant à eux présentent des corrélations inverses. Mais dans l'ensemble, les coefficients de régression linéaire (R²) sont de faible intensité.

I. 2 INTERPRETATION DU SONDAGE ELECTRIQUE (S.E.)

L'interprétation du diagramme d'équation ñ_a = f (AB/2), permet de déterminer le nombre, les épaisseurs et les résistivités réelles des couches situées à la verticale du point de sondage électrique puis d'en déduire leur nature lithologique (Gasni et al., 2004).

La courbe de S.E. obtenue après traitement des données est caractéristique des modèles 05 (cinq) terrains et matérialise le passage des formations conductrices en surface (résistivité faible) vers les plus résistantes en profondeur. Les couches sont bien

différentiées avec des limites correspondant aux ruptures de pente de la courbe du diagramme.

+ un recouvrement latéritique très conducteur (p = 155 L.m) de 60cm d'épaisseur ; il correspond au couvert latéritique de nature organo-minéral caractéristique des milieux forestiers intertropicaux (Meyer, 1991);

+ une couche argileuse riche en sables et en nodules faiblement indurés épaisse d'environ 3m et de résistivité p = 740 L.m ;

+ un épais induit latéritique caractérisé par une résistivité électrique très élevée (p =13800 L.m) et une épaisseur de 19m.

+ une altérite sous-jacente de très faible résistivité (p = 68L.m) épaisse de 2,2m. Elle est constituée d'argiles et de sables et correspond au replat subhorizontal matérialisé sur le diagramme de S.E.

> du substratum granitique très résistant (p 48000 L.m) dont le toit se situe à environ 25m de profondeur.

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II - DISCUSSIONS

Les hétérogénéités texturales et structurales des sols latéritiques constituent les principaux obstacles à leur étude à partir des techniques de fosses et de tranchées. Ces variations latérales et verticales des textures seraient dues au phénomène d'appauvrissement superficiel des sols sous l'action des eaux de drainage (Nyeck, 1988). La présente étude est un essai de caractérisation de ces sols à partir des investigations géoélectriques menées en surface.

II. 1 DISCUSSION DES P.S.

Les potentiels spontanés peuvent être générés par plusieurs facteurs liés au milieu ; les corrélations linéaires des P.S. avec les altitudes, et les pourcentages granulométriques ont permis d'affirmer que les P.S. mesurés sur le site d'Efoulan étaient d'origine électrochimique (Kedzy, 1979 ; Ogilvy, 1988 in Yene, 2003). Cette origine est confirmée sur les sols de Nsimi, à une dizaine de kilomètres à l'Ouest du site (Yene et al., 2003). Les paramètres de régression linéaire positifs (a>0) montrent une relation directe entre les P.S. avec les argiles et limons fins (particules de diamètre inférieur à 20ìm). Les coefficients de régression linéaire R²=0,346 des argiles contre R²=0,1295 pour les limons fins, montre que la fraction argileuse constitue la source principale des P.S. dans les sols d'Efoulan ; les limons grossiers et les sables présentent quant à eux des corrélations inverses (a<0).

Toutefois, ces coefficients de régression linéaires ont été moins significatifs (R²<0,5) par rapport à ceux obtenus par Yene et al. (2003) sur les sols riches en kaolinite de la région de Nsimi (R²=0,7757); ceci serait due au fait que tous les échantillons de sols n'avaient pas été prélevés exactement aux stations de mesures des P.S.

En général, les P.S. d'origine électrochimique tels qu'observés dans la région d'Efoulan sont basés sur les effets de diffusion des charges (Ed) et de différentiation des solutions (ES). Ils sont donc influencés par la polarité des charges situées à la surface des minéraux argileux, la différence de concentrations entre les solutions interstitielles du sol et celles des électrodes. Ces potentiels obéissent aux 03 équations suivantes:

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Avec E_s =Potentiel de Nernst ou membrane (mV) E_e= Potentiel électrochimique (mV)

En effet, les analyses minéralogiques et chimiques des échantillons de sols du site d'Efoulan (annexes VI, VII) révèlent la présence de la gibbsite (Al(OH)3) associée à la kaolinite (Si2Al2O5(OH)4) et aux oxyhydroxydes de fer (hématite=Fe2O3 et goethite=FeO(OH)) et d'aluminium (Boehmite=AlO(OH)) ; les charges libres sont représentées par les bases échangeables Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺ et les ions acides Al3+, H+ (Nyeck, 1988 ; Kengne, 1992). Ces sols diffèrent de ceux de la région de Nsimi et des environs par la présence de la gibbsite prépondérante à l'amont de la toposéquence (Nyeck, 1988) ; son importance diminue vers l'aval et disparaît à proximité des marécages (Bitom, 1988). Cette distribution toposéquentielle de la gibbsite est inverse à celle des anomalies de P.S. du site d'Efoulan : les P.S. négatifs en amont de la colline, sur les sols riches en gibbsite alors que les P.S. positifs s'obtiennent sur les sols pauvres en gibbsite et à kaolinite majoritaire des pentes. La présence de la gibbsite dans ces profils pédologiques aurait donc une influence sur la polarité des P.S.

Les P.S. électrochimiques étant gouvernés par la mobilité de ions entre les milieux électrolytiques du sol et des électrodes (Telford et al., 1990), les éléments chimiques susceptibles de réagir dans ce cas sont constitués d'une part, du couple redox Cu²⁺/Cu (E^o=+0,34V) de la solution de sulfate de cuivre contenue dans les électrodes, et d'autre part, des couples Fe³⁺/Fe²⁺ (E^o =+0,77V) et Al³⁺/Al(E^o= -1,66V) du sol.

En effet, les ions Fe³⁺ et Fe²⁺ sont issus de l'altération chimique des oxyhydroxydes de fer et autres minéraux riches en fer (biotite, hornblende verte et clinopyroxène) alors que l'hydrolyse acide (intense) de la gibbsite produit les ions Al³⁺ suivant l'équation (Raghavanet al., 1969) :

Les équations (1) et (2) sont respectivement prépondérantes au sommet de la colline riche en gibbsite et sur les versants kaolinitiques. L'abondance des ions Al³⁺ de potentiel standard négatif (E^oAl³⁺/Al = -1,66V) au sommet de la colline serait la cause des anomalies négatives observées au centre de la carte des P.S. (fig. IV.6). Leur diminution vers l'aval avec la teneur en gibbsite entraînerait une hausse progressive des gradients de P.S. sous l'influence plus significative du potentiel positif du couple Fe³⁺/Fe²⁺ (E^oFe³⁺/Fe²⁺= +0,77 V).

II. 2 DISCUSSION DU S.E.

Le modèle de terrain obtenu après traitement de la courbe de sondage électrique présente une succession de couches isopaques, de bonne conductivité en surface et de terrains résistants en profondeur. La courbe de sondage électrique met en évidence les variations verticales des faciès entre les différents horizons qui constituent ce manteau latéritique. La limite entre le recouvrement superficiel et l'horizon nodulaire est graduelle mais, celles des couches sous-jacentes sont plus nettes. Le manteau d'altération d'environ 25m d'épaisseur dans la partie sommitale est moins épais que celui des zones semblables (Nyeck et al., 1998 ; Yene et al., 2003).

Des modèles similaires ont été obtenus dans d'autres régions forestières du Sud Cameroun notamment par, Ritz et al. (1999) sur les sols de Nsimi, Robain et al. (1996) à Nko'Ongop et Mezili (2005) à Ngoumou-Mbankomo ; les travaux de ce dernier ont été effectués dans le cadre des travaux de recherche des aquifères pour adductions d'eaux.

La nappe aquifère dans ce cas est située à une vingtaine de mètre de profondeur et correspondrait à l'ensemble d'altération de très faible résistivité (68 Ù.m).

L'analyse comparative des deux approches (pédologique et sondage électrique) appliquées dans la caractérisation de formation latéritique de la zone d'étude permet de déterminer leurs atouts et limites respectives :

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? l'approche pédologique permet une étude détaillée de la structure des couches et s'appuie essentiellement sur la variation des phases des agrégats du sol. Cependant, elle se limite uniquement aux horizons directement accessibles par fouille ;

? l'investigation verticale par sondage électrique quant à elle, est plus rapide et profonde ; elle renseigne sur le nombre, les épaisseurs et les résistivités électriques de l'ensemble de couches du manteau latéritique jusqu'au substratum rocheux. Par contre, elle est moins sensible aux faibles variations des horizons de résistivités voisines.

C'est ainsi que les 05 (cinq) horizons décrits par analyse pédologique dans la fosse sommitale (Figure II.4) correspondent plutôt aux trois couches superficielles du modèle de sondage électrique (Figure V.6).

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CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES

L'étude des sols latéritiques du sommet de colline Biso'o (Efoulan, Sangmélima) a été essentiellement menée à but expérimental, par association d'une part de la méthode géologique d'analyse granulométrique et d'autre part des méthodes géophysiques des potentiels spontanés (P.S.) et de sondage électrique (S.E).

Les mesures des P.S. ont subi un traitement complexe afin de s'affranchir de l'influence des facteurs liés au milieu. Elles ont ensuite été associées aux données granulométriques par corrélation linéaire afin de caractériser la couverture spatiale. Leur structure verticale a été obtenue par modélisation d'un sondage électrique Schlumberger.

? les P.S. mesurés sur les sols d'Efoulan sont d'origine électrochimique ; ceci se vérifie par les corrélations positives établies entre les P.S. avec l'altitude d'une part, et avec les argiles d'autre part ;

? les gradients P.S. varient avec la toposéquence et sont proportionnels aux fortes teneurs en argiles des couches superficielles. Les anomalies négatives s'observent au sommet du relief sur les matériaux nodulaires superficiels de faible teneur volumique en argiles (12% de terre fine) ;

? le manteau d'altération est constitué de 04 (quatre) couches distinctes par leur résistivité et leur épaisseur. Il s'agit d'un fin recouvrement organo-minéral, un horizon argileux riche en sable et en nodules, un épais induit latéritique et de l'altérite sous jacente correspondante au niveau aquifère;

Cette étude a aussi montré que les P.S. pouvaient être fortement influencés par la nature des minéraux présents au sein de la couverture d'altération, notamment la gibbsite, hydroxydes d'aluminium prépondérante en amont du relief et la kaolinite, argile fortement représentée sur les versants. Les P.S. négatifs seraient dus à la présence de la gibbsite de potentiel redox standard (E^oAl³⁺/Al = -1,66V).

Au regard de ce qui précède il serait possible d'affirmer que l'objectif initial de cette étude à savoir, la caractérisation tridimensionnelle des sols du site a été atteint.

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? élaborer le bilan géochimique altération qui permettra de reconstituer les couples redox susceptibles de générer les P.S. dans le sol;

? associer la méthode de traîné électrique à celle des P.S. pour déterminer la relation entre la résistivité électrique des couches et les potentiels spontanés ;

? réaliser plusieurs sondages électriques, afin de déterminer la variation latérale des couches de terrain sur le site.

Les obstacles rencontrés au cours de ces travaux ont été liés à l'acquisition du matériel de levés géophysiques et des logiciels, puis à la manipulation de ces derniers lors du traitement des données.

Toutefois, la multiplication de ce type d'essai sur d'autres types de sols intertropicaux permettra d'établir les principes fondamentaux de l'application de la méthode des P.S. en association avec les méthodes granulométriques et de résistivités électriques dans l'étude tridimensionnelle des manteaux d'altération.

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Essai de caractérisation d'une couverture d'altération de la région d'Efoulan (Sangmelima, sud-Cameroun) à Â partir des données géoélectriques (p.s. et sondage) électrique et granulométriques

INTRODUCTION GENERALE

PREMIERE PARTIE :

MILIEU NATUREL

CHAPITRE I : GENERALITES

Introduction

I. CONTEXTE GEOGRAPHIQUE

I. 1 CLIMAT

I. 2 RELIEF

I. 3 HYDROGRAPHIE

II. 4 VEGETATION

II. CONTEXTE GEOLOGIQUE

II. 1 GEOLOGIE DU SUD-CAMEROUN

II. 2 GEOLOGIE DU CRATON

II. 3 HYDROGEOLOGIE

II. 4 SOLS

CHAPITRE II : PRESENTATION DU SITE D'ETUDE

I. GEOGRAPHIE

I. 1 CLIMAT

I. 2 GEOMORPHOLOGIE

I. 3 HYDROGRAPHIE

I. 4 VEGETATION

II. GEOLOGIE ET PEDOLOGIE

II. 1 PETROGRAPHIE

II. 2 PEDOLOGIE

II. 2. 1 Différentiation des profils pédologiques

II. 2. 2 Distribution spatiale des sols

Conclusion

DEUXIEME PARTIE :

CHAPITRE III : METHODOLOGIE

I. PREPARATION DU SITE

I. 1 LAYONNAGE

I. 2 BALISAGE

II. METHODES PEDOLOGIQUES

II. 1 ECHANTILLONNAGE

II. 2 TRAITEMENT ET ANALYSE DES ECHANTILLONS DE SOL

III. METHODES GEOPHYSIQUES

III. 1 METHODE DES POTENTIELS SPONTANES (P.S.)

III. 1. 1 Principe

III. 1. 2 Matériel de mesure des P.S.

III. 1. 3 Mise en oeuvre des P.S.

III. 2 METHODE DES SONDAGES ELECTRIQUES (S.E.)

III. 2. 1 Principe

III. 2. 3 Mise en oeuvre du S.E.

Conclusion

CHAPITRE IV : PRESENTATION DES RESULTATS

I. DONNEES GRANULOMETRIQUES

II. DONNEES GEOPHYSIQUES II. 1 DONNEES DES P.S.

II.1. 1 Traitement des mesures de P.S.

A.N: ?V' = 52 -52 = 0 mV

II. 1. 2 Présentation des données P.S.

a) Profils des P.S.

II. 2 SONDAGE ELECTRIQUE

II. 2. 1 Traitement des données de sondage électrique (S.E.)

II. 2. 2 Présentation du diagramme de S.E.

II. 2. 3 Modélisation du sondage électrique (S.E.)

TROISIEME PARTIE :

CHAPITRE V : INTERPRETATION ET DISCUSSIONS

I. INTERPRETATION

I. 1 INTERPRETATION DES P.S.

I. 1. 1 Corrélation des P.S. avec l'altitude

I. 1. 2 Corrélations des P.S. avec la granulométrie

I. 2 INTERPRETATION DU SONDAGE ELECTRIQUE (S.E.)

II - DISCUSSIONS

II. 1 DISCUSSION DES P.S.

II. 2 DISCUSSION DU S.E.

CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES

BIBLIOGRAPHIE

ANNEXES