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Matériels utilisés sur terrain
– Revue de la Littérature : « études bibliographiques et webographiques»
– Outils utilisés :
carte géologique,
GPS (Global Positioning System) pour prendre des coordonnées,
sacs à échantillons, marteau de géologue pour récolter les échantillons,
stylo et carnet de note pour marquer les sacs d’échantillons et prendre des notes.
Matériels utilisés au laboratoire
– Séries de tamis (figure 6) de tailles décroissantes : 256 µm à 4 µm dans le but de réaliser un classement des produits en fonction de la taille des particules.
– Un mortier pour écraser les sédiments sans écraser les grains.
– Une balance électrique Mettler.
– Sachets pour chaque fraction.
– Une machine à secousses de type AFNOR.
– Une loupe binoculaire
Outils utilisés pour les analyses de données
– Logiciel GRADISTAT4.0 pour l’analyse granulométrique,
– Logiciel XLSTAT pour l’analyse statistique multidimensionnel
Cadre climatique
Dans le bassin de Mahajanga, la saison sèche commence au mois de Mai et se termine au mois d’Octobre, pendant laquelle les pluies sont rares. La température moyenne est de 26°C à 27°C. La pluviosité annuelle varie entre 1500mm et 1700mm. La végétation est homogène, et principalement formée d’arbustes et de végétations herbacées.
Cadre géomorphologique
L’hydrographie dans ce bassin (figure 7) est très importante; la zone littorale (Crétacé supérieur à Miocène) est découpée par de nombreuses baies dont les plus importantes sont celles de Soalala, de Bombetoka, de Mahajamba et de Narinda.
Ces baies constituent respectivement les estuaires des grands fleuves comme le Mahavavy, le Bestiboka, le Mahajamba et le Sofia (RAFARA, 1987).
La zone de haute altitude est favorable au point d’échantillonnage vue la difficulté du passage des réseaux hydrographiques (Figure 8).
Méthodes
Cette partie concerne sur la reconnaissance de la zone d’étude et surtout les collectes des échantillons. Pendant cet échantillonnage, des observations du milieu sont prises en note pour cadrer les interprétations et pour vérifier aussi les erreurs données par les analyses faites sur laboratoire.
Prospection et acquisition des données
La collecte des échantillons se fait en coupe verticale suivant la succession de couche de base vers le top. Et nous avons collecté 16 échantillons suivant cette succession et le changement de couleur de chaque couche est la limite.
Des études lithostratigraphiques sont faites pendant la descente sur terrain : épaisseur, couleur, nature et type des grains de chaque couche sans oublié la structure correspondante.
Traitements de données
Traitement sur terrain
Cette étape est importante et s’avère très nécessaire. Pendant notre descente sur terrain, nous avons effectué une coupe lithologique. Les échantillons ont été prélevés niveau par niveau en allant de la base vers le top.
Pour chaque échantillon, nous avons pris environ 500g et mis dans des sacs à échantillon bien identifiés avec leur coordonnée respective pour éviter le risque de confusion.
Une première observation globale a l’œil nu a été effectuée directement sur l’affleurement et sur les échantillons et nous avons obtenus les informations suivants : épaisseur, couleur, nature et type des grains ainsi que les coordonnées géographiques prises par GPS. Seize (16) échantillons de sédiments ont été prélevés.
Au cours de notre travail sur terrain, nous avons réalisé une coupe avec les coordonnées géographiques suivantes :
Base : X=0423080 Top : X=0423067
Y=1128405 Y=1128350
Alt=59m Alt=88m
Traitement au laboratoire
Les échantillons de sédiments sont traités et analysés au laboratoire afin d’obtenir le maximum d’informations sur le site.
Etudes morphoscopiques
Les études microscopiques et morphoscopiques consistent à identifier la nature, l’origine et le degré d’usure des particules sédimentaires.
Les sédiments placés dans un verre de montre, sont observés à la loupe binoculaire ou au microscope à faible grossissement. Puis, il est examiné à la microcapture. Le comptage des grains a été effectué sur 100 grains environ.
La comparaison des grains de sédiment avec la charte visuelle permet de connaître l’histoire des particules sédimentaires détritiques.
L’examen des grains de quartz sous la loupe binoculaire (de grandissement de 5 fois à 80 fois) et au microscope numérique, permet de déterminer la forme et l’aspect de la surface (exoscopie) afin de concevoir la nature de l’agent de transport jusqu’à leur évolution et d’observer les marques dues au transport, les traces du choc entre les grains et les signes de dissolution dus à l’altération.
La forme, l’état de la surface et le degré d’usure (figure 10) sont l’enregistrement de l’histoire du transport des sédiments.
Figure 10: Charte visuelle permettant l’estimation de la sphéricité et de l’émoussé des graviers et des sables. (POWERS, 1953)
Ce classement tient compte de deux critères :
– la forme des grains
– leur aspect de surface
– les « Non-Usés » (dits « NU »)
– les « Emoussés-Luisants » (dits « EL »)
– les « Ronds-Mats Propres » (dits « RM »)
– les « Rond Mats Sals » (dits « RMS »)
• Les grains « Non-Usés » (NU)
Les grains « NU » se caractérisent par leur forme anguleuse, que les cristaux soient automorphes (c’est-à-dire bien formés), ou non. Les arêtes sont les parties saillantes des grains, c’est-à-dire que les grains ne présentent aucune trace de polissage ni d’arrondissement.
Leur aspect de surface peut indifféremment être mât ou luisant. Ces grains caractérisent les arènes, les transports dans des cours d’eau douce sur de très faibles distances, les dépôts glaciaires, etc.
• Les grains « Emoussés-Luisants » (EL)
Les « EL » présentent une dominance d’arêtes arrondies et peuvent parfois acquérir la forme de sphères presque parfaites. Leur aspect de surface est toujours très poli, brillant, luisant à la loupe binoculaire. Ils sont caractéristiques de longs transports en milieux aquatiques continentaux (rivières, fleuves), ou d’évolution en milieux marins (plateau continental, plages, etc.).
• Les grains « Ronds-Mats propres» (RM)
Les « RM », comme leur nom l’indique, ont une morphologie générale subsphérique pouvant parfois atteindre celle d’une sphère parfaite. Leur aspect de surface est dépoli et mât. Ils sont caractéristiques d’une évolution en milieu éolien (transport par le vent), et essentiellement trouvés sur les dunes littorales et dans certains environnements désertiques.
• Les grains « Rond-Mats Sales » (RMS)
Les « RMS », ont une forme ovoïde ou moins arrondie. Leur aspect de surface est toujours dépoli et mât. Ils sont caractéristiques d’une évolution sur place et surtout dans les creux, les grains sont cimentés par des ciments ferrugineux ou quartzeux.
Par ailleurs, l’émoussé d’un grain est exprimé par un indice qui dépend de l’angularité plus ou importante de ces arêtes.
L’indice de sphéricité influe sur le comportement des grains par rapport au fluide en mouvement et sur les conditions de dépôt. Parmi toutes les formes possibles, la sphère est celle qui comporte la plus petite surface pour un volume donné. Par conséquent, le volume et densité égaux, une particule sphérique est abandonnée par le courant porteur plus tôt qu’une autre et se dépose plus vite.
L’indice d’émoussé donne une indication sur le degré d’usure du grain. Ce degré d’usure est sous la dépendance de l’agitation du milieu de sédimentation.
Cependant, l’indice de sphéricité et d’émoussé sont concomitants l’une de l’autre en même temps que la distance.
Etudes granulométriques de «FOLK et WARD»
Selon les formules de FOLK & WARD (1957), l’analyse granulométrique des sédiments permet de caractériser les différentes unités morphologiques et de suivre leurs évolutions spatiotemporelles. L’analyse granulométrique a été faite à partir de 100g de sédiment sec pour les particules de dimensions supérieures à 4micromètres.
Pour chaque échantillon nous avons utilisé une colonne de tamis (˃256, 256, 128, 64, 16 ,4 et ˂4µm) de la série AFNOR.
Chaque échantillon a fait l’objet de 30 minutes de vibration sur la machine à secousse sur laquelle est placée la série de tamis. Le choix des tamis permet de d’obtenir directement la partition de la fraction sableuse selon les fractions théoriques de WEYDERT (1971), c’est à dire, respectivement, en sables très fins, sables fins, sables moyens, sables grossiers, graviers et débris grossiers. Une fois le tamisage mécanique achevé, la pesée de chacun des refus permet de calculer le pourcentage pondéral de chaque fraction.
Les courbes de tamisage sont réalisées en cumulant les quantités de produits extraites des différents tamis. Les quantités étant exprimées en pourcent de la masse de produits mise en œuvre.
Les résultats d’analyse se présentent graphiquement sous la forme d’une courbe de fréquence simple et cumulé.
Caractérisation des sédiments
D’après INTES et ARNAUDIN (1987), la caractérisation des sédiments se fait suivant les critères dimensionnels et les indices suivants :
Taille moyenne (FOLK & WARD, 1957 ; WEYDERT, 1971)
Les deux indices suivants traduisent le degré d’hétérogénéité du sédiment :
– l’étalement dimensionnel (RIVIERE, 1952) tient compte des dimensions de la particule la plus grande et la plus petite. L’indice est d’autant plus grand que le sédiment est composé de particules de tailles très différentes.
– le granoclassement (figure 11), traduit l’évolution dans l’espace de la granulométrie ; il rend compte des conditions énergétiques au cours du temps. Il peut être :
a) normal : décélération du courant au cours du temps ;
b) inverse : accélération du courant au cours du temps.
Il existe quatre (4) degrés de granoclassement : bon, moyen, fruste et absent.
Figure 11: Exemple de granoclassement normal dans des dépôts fluviatiles
Le classement ajoute une notion de tri sélectif des particules, dont les formes et tailles sont liées à l’hydrodynamisme (Figure 12).
Figure 12: Classement des particules (KRUMBEIN, 1936)
La normalité (FOLK & WARD, 1957) des distributions (Kurtosis) : est un indice de classement. Plus les valeurs sont fortes, plus l’histogramme de fréquences est étroit, mieux les valeurs sont classées.
Le tri (FOLK & WARD, 1957) : est également un indice de classement, qui permet d’apprécier le rôle de la fraction grossière ou de la fraction fine.
La symétrie (SKEWNESS; FOLK & WARD, 1957) : est positive s’il y a prépondérance des éléments grossiers, négative dans le cas contraire.
Figure 13: Exemple d’étalement positif et négatif (SWEKNESS)
Facteur hydrodynamique (WEYDERT, 1973)
Il caractérise l’aptitude au transport du sédiment considéré. Les valeurs positives concernent les sédiments en cours de transport par ce facteur, les valeurs négatives affectent les sédiments peu mobiles, stables.
Calcul des paramètres granulométriques
Il existe un grand nombre de paramètres permettant l’évaluation du degré de classement d’un sédiment (INTES et ANAUDIN, 1987). Les résultats granulométriques sont représentés sous formes graphiques suivant les formules de calculs de FOLK et WARD (1957). Les différents indices retenus sont ceux les plus utilisés actuellement.
L’analyse des paramètres granulométriques fournit des informations importantes sur la provenance, l’historique du déplacement et les conditions de dépôt des particules sédimentaires. Les trois paramètres granulométriques usuels utilisés en sédimentologie sont :
– la taille moyenne des sédiments (μ),
– l’indice de tri (σ),
– l’indice de symétrie de la distribution (Sk).
Ces paramètres granulométriques sont calculés à partir des distributions en classe de taille des sédiments. Les formules de calcul de ces paramètres peuvent être regroupées en deux méthodes :
la méthode graphique qui utilise certains percentiles extraits de la distribution en fréquence cumulée de l’échantillon sédimentaire (FOLK & WARD, 1957),
la méthode statistique, considérée comme plus précise, qui intègre la totalité de la population de l’échantillon sédimentaire.
• La moyenne Mz
La moyenne Mz d’une distribution (tableau 1) est la moyenne logarithmique ou arithmétique (suivant la nature de l’échelle des abscisses) des valeurs de la variable indépendante. Ce paramètre nous renseigne sur la dimension moyenne des grains dans les sédiments et par conséquent sur l’énergie du milieu et la distance du transport. Il est défini par la formule suivante : Tableau 1: Classifications des faciès sédimentaires en fonction de la Moyenne selon la méthode WARD ET FOLK (1957)
• Standard deviation (Sorting index, So)
La dispersion des valeurs de la distribution autour de la tendance centrale traduit le bon ou le mauvais classement du sédiment : elle exprime la constance ou l’irrégularité du niveau énergétique de l’agent de transport. Cet indice de classement est déterminé par la formule suivante
L’indice de classement (tableau 2) permet d’apprécier le degré de classement d’un sédiment. Il est d’autant plus élevé que le classement est mauvais (Tableau 2) :
Tableau 2: Classification des faciès sédimentaires en fonction du Sorting index selon la méthode Ward et Folk (1957)
• Le coefficient de dissymétrie (Skewness, Sk)
Pour les échantillons dont l’histogramme de fréquences relatives est unimodal, un autre indice peut être calculé. Il s’agit de l’indice (ou coefficient) d’asymétrie Skewness. Il exprime la symétrie du mode de l’histogramme par rapport à la médiane. Ce paramètre est défini par la formule suivante : Les valeurs négatives montrent que l’étalement de l’histogramme se fait du côté de la fraction fines, autrement dit le bon classement du côté des grossiers mais mauvais du côté des fins et vice versa (tableau 3).
Tableau 3: Classification des faciès sédimentaires en fonction du Skewness selon la méthode Ward et Folk (1957)
• Angulosité (Kurtosis) KG
L’angulosité ou le Kurtosis défini ci-dessous mesure le degré d’aplatissement relatif d’une distribution. Les faibles valeurs du kurtosis montrent que la distribution est relativement aplatie, tandis que les valeurs élevées indiquent que la distribution est relativement pointue.
En 1957, Folk et Ward ont défini la normalité des distributions ou le Kurtosis comme étant un indice de classement. Plus les valeurs sont fortes, plus l’histogramme de fréquences est étroit, mieux les valeurs sont classées.
• Le coefficient d’uniformité
Le coefficient d’uniformité U est défini par la relation suivante:
U = d60 / d10
Avec, d60 : taille des grains (mm) correspondant à 60% du poids cumulé et d10 : taille des grains (mm) correspondant à 10% du poids cumulé.
Il permet de qualifier la granulométrie des sables :
– U< 2 : granulométrie uniforme
– U > 2 : granulométrie variée
Table des matières
INTRODUCTION
Partie I : GENERALITES
I-1. Historique
I-2. Contexte géodynamique
I-3. Bassin de Mahajanga
I-3-1. Cadre géographique
I-3-2. Cadre géologique
I-3-2-1. Les formations Karoo
I-3-2-2. Les formations Post-Karroo
I-3-2-3. Le Crétacé Supérieur de la région de Berivotra
Partie II : MATERIELS ET METHODES
II-1. Zone d’étude
II-2. Matériels
II-2-1. Matériels utilisés sur terrain
II-2-2. Matériels utilisés au laboratoire
II-2-3. Outils utilisés pour les analyses de données
II-2-4. Cadre climatique
II-2-5. Cadre géomorphologique
II-3. Méthodes
II-3-1. Démarche adoptée
II-3-2. Prospection et acquisition des données
II-3-3. Traitements de données
II-3-3-1. Traitement sur terrain
II-3-3-2. Traitement au laboratoire
II-3-3-3. Analyses statistiques
Partie III : RESULTATS et INTERPRETATION
III-1. Coupes lithologiques
III-2. Résultats morphoscopiques
III-3. Résultats de l’examen minéralogique
III-4. Résultats granulométriques
III-4-1. Courbes granulométriques
III-4-1-1. Courbes de fréquence simple (C.F.S)
III-4-1-2. Courbes de fréquence cumulée (C.F.C)
III-4-2. Moyenne Mz
III-4-3. Standard deviation So
III-4-4. Swekness SK
III-4-5. Relation entre So et Mz
III-4-6. Relation de KG et Mz
III-4-7. Relation de SK et Mz
III-5. Méthode de quartile
III-5-1. Coefficient de classement de TRASK C
III-5-2. Coefficient d’asymétrie A
III-6. Classification par statistique multidimensionnel
III-6-1. Analyse en Composante Principale
III-6-1-1. Valeurs propres
III-6-1-2. Représentation des variables
III-6-2. Classification Hiérarchique Ascendante (CHA)
III-6-2-1. Classification des individus par CHA
III-6-2-2. Dendogramme
Partie IV : DISCUSSION
IV-1. Lithologie
IV-2. Morphoscopie et minéralogie
IV-3. Paramètres granulométriques
IV-3-1. Standard deviation So
IV-3-2. Swekness ou coefficient d’asymétrie SK
IV-4. Courbe granulométrique
IV-5. L’ACP et la CHA
IV-6. Paléoenvironnement
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
REFERENCES WEBOGRAPHIES
ANNEXE
Annexe 1 : Tableau du résultat granulométrique par tamisage
Annexe 2 : Interface du logiciel GRADISTAT
Annexe 3 : Principaux milieux de sédimentation
