Hydrogéologie minière : HYPERK.Hydrogéologie des péridotites karstifiées de Nouvelle-Calédonie. Rapport final

Résumé : Les massifs de péridotites en tant que système aquifère ont été historiquement peu étudiés. Cette méconnaissance a suscité le lancement d’un appel à projet sur la problématique de l’hydrogéologie minière en 2012 par le CNRT « Nickel et son environnement ». Pour répondre à cet appel à projet, une équipe composée de l’université de la Réunion, du BRGM, du Service Géologique de Nouvelle-Calédonie, de l’IRD, des laboratoires d’HydroSciences Montpellier et de GNS (service géologique néo-zélandais), de l’université Pierre et Marie Curie et du bureau d’études Golder Associés a bâti le projet « HYPERK » articulé autour de quatre tâches. La première s’est attachée à la caractérisation de l’hydrosystème des péridotites et à ses spécificités. Les tâches 2 et 3 ont abordé la caractérisation hydrogéologique du système à partir de l’analyse des caractéristiques hydrodynamiques pour l’une, et la distribution de la fracturation pour l’autre. La dernière tâche, plus appliquée, a été consacrée à la définition d’un modèle conceptuel de fonctionnement et la rédaction d’un guide méthodologique pour l’analyse et le suivi des circulations d’eau souterraine en milieu minier. Les livrables du projet HYPERK associés à ce rapport sont la thèse de doctorat réalisée par Julie Jeanpert au SGNC, et le guide méthodologique fournis en annexe 1 et 2 de ce document. Les observations de terrain ont mis en évidence les « curiosités hydrogéologiques » propres aux péridotites altérées en climat tropical. Ainsi des dolines et des faciès d’altération (lapiaz) sont observés sur tous les massifs. Ces figures caractéristiques d’un milieu karstique résultent des mécanismes de l’altération et notamment de l’hydrolyse des péridotites. La synthèse de ces observations et études existantes, permet de définir la structure de l’hydrosystème avec du haut vers le bas : 1/ la cuirasse perméable qui favorise l’infiltration et porte temporairement une nappe perchée, 2/ l’horizon des latérites (rouge) et des saprolites fines qui constituent un horizon peu perméable mais très poreux et donc un réservoir important ; 3/ l’horizon des saprolites grossières et du saprock (défini comme l’horizon des péridotites fracturées avec 20 % maximum de matériaux altérés) représente un niveau plus perméable qui est associé à l’aquifère principal. La caractérisation hydrogéologique porte d’abord sur le manteau d’altération constitué de la cuirasse, des latérites, des saprolites grossières et du saprock. Plus de 60 essais hydrauliques ont été menés sur les massifs de péridotites et les résultats et ont été compilés aux données existantes. La conductivité hydraulique moyenne des latérites est évaluée à 1.10-7 m/s et celle des saprolites grossières et du saprock à 8.10-7 m/s. L’hétérogénéité de cet horizon altéré est marquée par une gamme de variation de la conductivité hydraulique sur six ordres de grandeur et l’analyse piézométrique met en évidence des connexions hydrauliques avec le substratum profond fracturé. Le substratum est ensuite considéré. L’étude de la fracturation est réalisée à partir de mesures structurales sur affleurement et de la description de près de 1000 m de carottes de forages. L’analyse de la fracturation met en évidence l’importance du réseau serpentineux par sa densité d’une part, et par son lien avec l’altération supergène d’autre part. De plus, il est montré que la conductivité hydraulique du substratum diminue avec la profondeur. Cette variation est liée à la diminution de la densité de fractures altérées. Ainsi, à l’issue de ces analyses, la structure des massifs de péridotites est définie. Un réseau de fractures primaire décimétrique (20 – 30 cm) lié au réseau serpentineux préstructure les péridotites. Sur ce réseau se surimpose un réseau de fractures dont l’espacement est décamétrique (30 m environ) et caractérisé par une altération supergène. Les fractures altérées présentent de fortes conductivités hydrauliques, de l’ordre de 10-5 m/s. En profondeur, l’espacement des fractures est hectométrique et les fractures sont majoritairement fermées, scellées par les minéraux néoformés ou par l’effet de la pression lithostatique. Les réseaux de fractures déca et hectométriques, visibles également sur l’effet d’échelle de la conductivité hydraulique, sont majoritairement verticaux, développés par instabilité de dissolution lors des processus d’altération. Cependant, des structures à faible pendage existent également et permettent la percolation du réseau. Enfin, à partir de ces nouveaux résultats et de l’intégration de l’ensemble des données acquises sur les différents massifs, un modèle de structure et de fonctionnement hydrogéologiques est proposé à l’échelle du massif. Ce modèle comprend l’horizon des latérites qui constitue un horizon aquitard homogène sous lequel se développe l’horizon aquifère dont l’épaisseur est de l’ordre de la cinquantaine de mètres. Le substratum est divisé en trois couches dont la conductivité décroît de 2.10-7 à 2.10-8 m/s entre 50 m et 250 m environ sous le mur de l’aquifère. Les modèles numériques construits permettent de valider le modèle conceptuel unitaire et montrent que l’état de saturation des massifs est contraint par leur géomorphologie. Au terme de ce travail, plusieurs aspects doivent encore être approfondis. Le rôle hydrogéologique de la cuirasse doit être précisé et considéré dans le modèle hydrogéologique. Enfin, compte tenu du développement possible de structures très perméables, voire pseudo-karstiques, au sein des péridotites, la connaissance de la distribution des structures drainantes doit être améliorée.
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Contributor : Isabelle Gasser <>
Submitted on : Monday, November 26, 2018 - 6:31:04 AM
Last modification on : Tuesday, August 27, 2019 - 5:16:05 PM
Long-term archiving on : Wednesday, February 27, 2019 - 12:54:00 PM

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Jean-Lambert Join, Julie Jeanpert, Benoît Dewandel, Pierre Genthon, Gaëlle Bouichet, et al.. Hydrogéologie minière : HYPERK.Hydrogéologie des péridotites karstifiées de Nouvelle-Calédonie. Rapport final. [Rapport de recherche] tome Nickel et Environnement, CNRT "Nickel et son environnement". 2017, 56 p. ⟨ird-01934374⟩

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