# Tomographie électrique et estimation des réserves de Granite pour une exploitation de carrière à Brofodoume, Sud-Est de la Côte d'Ivoire

DJROH Simon Pierre<fnref n="1" />,<fnref n="2" />*, AKA Ehui Beh Jean Constantin<fnref n="1" />, OUATTARA Yacouba<fnref n="1" />, GNOLEBA Serge P. Dégine<fnref n="3" />, AHADE Yaba Mariana Aimée<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, KOUAME Loukou Nicolas<fnref n="1" />.

## Résumé

La quantification de matériaux granitiques est primordiale pour une exploitation rationnelle de carrière afin de fournir les granulats nécessaires pour les travaux d'infrastructure pour l'expansion de la ville d'Abidjan. Cette étude, réalisée à Brofodoumé, présente une autre approche dans l'évaluation du potentiel granitique par la tomographie électrique 2D. Cette technique consiste à explorer le sous-sol par la mesure des contrastes de résistivité électrique avec la configuration poly-pôles à pas multiples. Les résultats obtenus sont des sections images 2D dont l'analyse montre que la profondeur du toit granitique serait comprise entre 0,2 et 60 mètres. Ils relèvent également la présence de quelques fractures notamment des discontinuités NW-SE à ~ 20 m de profondeur, qui pourraient limiter son exploitation. Le modèle tridimensionnel (3D) expose un granite de forme irrégulière, sub-affleurent sur la bordure occidentale du prospect et estime son potentiel exploitable à ~ 7 millions de tonnes.

**Mots-clés** : Granite, Tomographie 2D, Modélisation 3D, Brofodoumé, Côte d'Ivoire.

## Abstract

Quantification of granitic materials is essential for rational quarrying to provide the aggregates needed for infrastructure works for the expansion of the city of Abidjan. This study, carried out in Brofodoumé, presents an alternative approach to the evaluation of the economic potential of a granitic (felsic) pluton using 2D electrical tomography. This technique consists of exploring the subsurface by measuring electrical resistivity contrasts with the multi-step poly-pole configuration. The results obtained are 2D image sections whose analysis shows that the depth of the granitic roof is between 0.2 and 60 metres. They also show the presence of some fractures notably a NW-SE discontinuity at ~ 20 m depth with hydrogeological potential that could limit its exploitation. The three-dimensional (3D) model shows an irregularly shaped granite, sub-flush on the western edge of the prospect and estimates its exploitable potential at ~ 7 million tonnes.

**Keywords** : Granite, 2D tomography, 3D modelling, Brofodoume, Côte d'Ivoire.

<footnote n="1">¹UFR Sciences de la Terre et des Ressources Minières (STRM), Laboratoire de Géologie, Ressources minérales et Energétiques, Université Félix Houphouët Boigny, 22 BP: V 522 Abidjan 22, Côte d'Ivoire.</footnote>

<footnote n="2">² Bureau de Recherche Géophysique Côte d'Ivoire, 01 BP: 4765 Abidjan 01, Cocody M'Badon, Côte d'Ivoire.</footnote>

<footnote n="3">³ Ministère des Mines et de la géologie, District de Yamoussoukro, BP: 772 Yamoussoukro, Côte d'Ivoire.</footnote>

<footnote>* Auteur Correspondant: DJROH Simon Pierre</footnote>

<footnote>email: djrohsp@gmail.com</footnote>

<footnote>ORCID iD: 0000-0002-1964-782X</footnote>
**1. Introduction**

En Afrique de l'Ouest tout comme en Côte d'Ivoire, plusieurs études ont été menées sur les granitoïdes du Paléoprotérozoïque (Junner, 1940 ; Bodin, 1951 ; Arnould, 1961 ; Koffi et al., 2013) pour leurs classifications selon les critères pétrographiques, géochimiques, géochronologiques et géotectoniques (Ouattara et Koffi, 2014). Ces roches présentent un intérêt économique dans le développement industriel, l'habitat et des grands travaux (Berton et Primel, 1983 ; Benbaqqal et al., 2016 ; Assandé et al., 2022). A cet effet, suite aux réformes structurelles de l'Etat ivoirien pour réhabiliter les voiries et les infrastructures essentielles, la cartographie et la quantification des granites sont indispensables. C'est dans cette optique que la présente étude a été réalisée afin d'évaluer la quantité de délais à excaver et le potentiel granitique souterrain par

interprétation des imageries 2D de la tomographie électrique.

**2. Cadres géographique et géologique**

Située au Nord-Est du District d'Abidjan, la zone d'étude est située dans la sous-préfecture de Brofodoumé (Figure 1). Cette localité bénéficie d'un climat de type attiéen, transitoire entre deux saisons de pluie et deux saisons sèches. Sur le plan pédologique, on y rencontre essentiellement des sols ferralitiques ou quartzeux reposant sur un socle granitique.

Au plan géologique, le prospect est situé dans la zone de contact entre le socle précambrien et le bassin sédimentaire (Tagini, 1971 ; Bessoles, 1977 ; Camil, 1984 ; Delor et al., 1992). Il est composé essentiellement de granite, des sédiments de comblement et du Continental terminal (Figure 2).

<figure><img src="image_1.png" /><figcaption>**Figure 1** : Situation géographique de la zone d'étude</figcaption></figure>
<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Figure 2 : Carte géologie de la zone d'étude, Delor et al. (1992).</figcaption></figure>

### 3. Méthodologie

La configuration pôle-dipôle a été utilisée pour la collecte des résistivités apparentes avec un résistivimètre Syscal Pro Switch 48. Le principe consiste à injecter, pour chaque station, un courant dans le sous-sol et à mesurer la différence de potentiel qui en résulte. Les valeurs de la résistivité apparente ($\rho_a$) sont calculées, pour différents pas de mesure, à partir de la relation :

$$ \rho_a = \frac{\Delta V}{I} K \quad (1) $$

Avec **I**: intensité du courant (A), $\Delta V$: la différence de potentiel (V) et **K**: facteur géométrique (m).

Celles-ci sont rapportées à différents niveaux de profondeur qui sont déterminés avec la distance de séparation entre le pôle d'injection et les dipôles de réception (Figure 3). La profondeur investiguée est donnée selon Mathieu et Baïsset (2015) par l'expression empirique suivante :

$$ P = 0.36 a(n + 1) \quad (2) $$

Avec **P**: profondeur ; **n**: niveau d'acquisition ; **a**: la distance entre deux électrodes consécutives.

L'organisation des résistivités en fonction de la profondeur représente une pseudo-section qui permet de faire le contrôle qualité des valeurs recueillies (Figure 3).

L'interprétation quantitative 2D est assurée par le logiciel Res2DinV®. Il subdivise la pseudo-section en plusieurs cellules qui sont centrées sur chaque valeur de la résistivité en profondeur. Ce logiciel propose, par la méthode des moindres carrés et après plusieurs itérations, un modèle calculé qui est l'imagerie vraie du sous-sol avec une erreur RMS inférieur à 5 % (Edwards L. S., 1977). Ce modèle image renseigne, pour chaque profil, sur l'épaisseur de déblai et la profondeur du toit granitique ainsi que la présence de fracture éventuelle.

Le volume du granite exploitable est calculé avec le module Voxel de Geosoft. Ce logiciel procède d'abord à la sommation de toutes les sections images 2D et, soustrait les valeurs de résistivité inférieure à 2500 Ohm.m qui sont associées aux déblais. Ensuite, il propose un modèle 3D en intégrant les paramètres géométriques des
résistivités conservées ($\rho_a \ge 2500$ Ohm.m) et procède au calcul volumique de celui-ci. Ainsi, pour une profondeur d'exploitation fixée à 100 mètres, le potentiel granitique exploitable est estimé avec l'équation suivante :
$$Qg = V \cdot d \quad (3)$$

Où, **Qg** : quantité du granite en tonne (t) ;
**V**: volume (m³) et **d**: la densité du granite.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure 3 : Dispositif pôle-dipôle</figcaption></figure>

# 4. Résultats et discussion

## 4.1 Etude qualitative

La carte de la résistivité apparente, pour une investigation correspondant à 20 mètres de profondeur, est illustrée à la figure 4. Celle-ci est caractérisée par une variation de résistivité de 147 à 5650 Ohm.m et traduit une hétérogénéité du milieu étudié. Ainsi, on distingue trois domaines de résistivité en fonction des signatures électriques. Le premier domaine, représenté par la couleur bleue, correspond aux valeurs de résistivité inférieure à 600 Ohm.m et est associé aux formations géologiques conductrices. Il se rencontre au Nord et au Sud du prospect. Sur la carte géologique locale, il se superpose à un ensemble composé de sable et d'agile latéritique. Le second domaine cartographié est, quant à lui, défini par une signature électrique modérée, caractérisée par des valeurs de résistivité qui oscillent de 600 à 1300 Ohm.m et une coloration verte à jaunâtre (Figure 4). Ce domaine traduit la réponse de la saprolite granitique. Il occupe la

partie centrale du prospect et les périphériques des zones de résistivité élevées. Cette signature indique la proximité du toit granitique. Enfin, le troisième domaine exprime une forte signature électrique avec des valeurs de résistivité apparente qui sont supérieures à 1300 Ohm.m. Il est matérialisé par les couleurs rouge-orangé et magenta qui correspondent à la signature électrique du granite sain. Deux compartiments se distinguent :

- Le premier qui occupe la bordure occidentale du prospect, est plus développé et épouse la direction N-S.

- Le second, orienté NE-SW, est plus réduit et est localisé sur le rebord oriental. Ces structures résistantes présentent assez de distorsions et des discontinuités qui sont provoquées par des fractures. Celles-ci sont principalement orientées selon les directions NE-SW, NW-SE et E-W, et ont fortement affecté le compartiment granitique principal (Figure 4).
<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>**Figure 4** : Carte de résistivité électrique</figcaption></figure>

## 4.2 Etude quantitative

Les sections images 2D de résistivité traduisent la coupe géo-électrique vrai-profondeur des différents profils de mesure. Sur l'ensemble des résultats, quatre profils ont été sélectionnés pour présenter la structuration du sous-sol (Figure 5). Les résistivités vraies du site ont des valeurs comprises entre 126 et 5961 Ohm.m sur une profondeur maximale de 100 mètres. Deux types de conducteurs (C1 et C2) et deux domaines résistants (R1 et R2) sont identifiés sur les sections images. Les anomalies de types C1, plus superficielles, sont des roches conductrices ($\rho_a$<353 Ohm.m) qui sont associées aux produits d'altération supergène. Il regroupe généralement les sables, les argiles d'altération et la saprolite. Leurs épaisseurs correspondent aux déblais à excavuer pour atteindre le toit granitique (Figure 5). Les anomalies de types C2, beaucoup plus profondes, sont généralement logées entre les roches résistantes (R1) et ont des résistivités comprises entre 353 et 625 Ohm.m. Ces anomalies traduisent la signature électrique des altérations ou/et des fractures qui affectent le

granite en profondeur. Elles sont assez représentées sur les parties centrale et orientale des sections 2D. Ces conducteurs C2 seraient probablement des aquifères potentiels (Figure 5). Les roches résistantes (R1 et R2) traduisent, quant à elles, la réponse du granite. Le type R1, de résistivité supérieure à 2500 Ohm.m, correspond au substratum granitique sain dont la profondeur moyenne s'élève à 20 mètres environ. Toutefois, il a par endroits des profondeurs relativement faible, de l'ordre de 0,2 à 6 mètres, comme l'illustrent les sections L350N et L450N. Le types R1 est beaucoup homogène du côté ouest par rapport au Centre et à l'Est des sections où il est affecté par des fractures de directions NE-SW, NW-SE et E-W.

L'effet conjugué des fractures et l'altération supergène ont favorisé la formation des anomalies de type R2. Ces dernières ont des résistivités élevées et traduisent la réponse des blocs granitiques rencontrés proche de la surface et parfois à mi-profondeur (Figure 5).

Pour l'ensemble des sections, la profondeur du toit granitique oscille entre 0,20 et 60 mètres environ. Cette évaluation a contribué à l'élaboration de la carte d'iso-épaisseur de recouvrement qui détermine l'épaisseur de déblai à excavuer au niveau de chaque station de mesure (Figure 6). Cette carte discrimine trois principaux niveaux de recouvrement. Le premier est défini par une faible épaisseur de couverture et est marqué par une teinte rouge. Il totalise une épaisseur maximum de 6 mètres de déblai et serait idéalement le lieu pour l'implantation du front de taille pour l'exploitation. Il couvre

principalement le Sud-Ouest du prospect. Le second niveau correspond aux déblais dont l'épaisseur est comprise entre 7 et 14 mètres. Il est marqué par une teinte blanche et occupe le Sud-Ouest, l'Ouest et le Nord-Est du site. Quant
<figure><img src="image_5.png" /></figure>

**Figure 5** : Sections images 2D de la résistivité pour quatre lignes (L 350N à L 500N, cf **Figure 4**) obtenues à partir des données SEV en utilisant la configuration Pôle-Dipôle sur le site de Brofodoumé. Le pluton granitique (R1) est représenté par la coloration rouge foncé à violet sur ces sections.

au dernier niveau, il est marqué par les teintes bleues et est associé aux grandes puissances de recouvrement dont l'épaisseur évolue de 20 à 60 mètres. Sa répartition est assez grande et couvre le Sud, le Centre, l'Est et le Nord du prospect (Figure 6).

Les surfaces de chaque niveau de déblai sont aisément évaluées à partir de la carte iso-épaisseur. En effet, le produit de ces surfaces avec la puissance de chaque couche permet d'estimer le volume total à excavater pour chaque couche de déblai. Ces quantités sont primordiales pour le calcul des charges lors du dimensionnement de la carrière.
<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>**Figure 6 :** Carte d'iso-épaisseur de recouvrement.</figcaption></figure>

Le module *Voxel* de *Geosoft* propose un modèle 3D qui intègre les paramètres géométriques des résistivités conservées ($\rho_a \ge 2500$ Ohm.m) et projette un volume de granite exploitable à **2,8 millions m³** environ (Figure 7). Quant à la masse de granite exploitable, elle correspond au produit de ce volume par la densité moyenne du granite (2,67 T/m³). Ainsi, la réserve totale évaluée sur ce prospect avoisine **7 millions de tonnes** de granulats. Cette quantité est appréciable d'autant plus qu'elle correspondrait à environ 15 années d'exploitation en raison de 1500 tonnes produits par jour.

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>**Figure 7 :** Modèle 3D du granite exploitable</figcaption></figure>

## 4.3 Discussion

La tomographie électrique a mis en évidence deux ensembles lithologiques de propriétés électriques différentes. Il s'agit des formations conductrices ($\rho_a < 625$ Ohm.m), d'une épaisseur maximale de 60 mètres, qui recouvrent le substratum

granitique de résistivité apparente supérieure à 2500 Ohm.m. Les carottages mécaniques réalisés par Kra et al. (2016) à l'Ouest du prospect, sur les bordures de la commune d'Abobo, permettent d'attester que ces formations conductrices correspondent à un ensemble géologique composé
de sables, d'argile-sableuses et d'argile bariolées. Ces produits d'altération supergène ont par endroits 110 mètres d'épaisseur, ce qui justifie les profondeurs variables du toit granitique mis en évidence sur les sections images de résistivité (cf figure 5). Adopo et al. (2014) décrivent les mêmes caractéristiques stratigraphiques de ces formations dans la province de Adiaké qui est localisée au Sud-Est de la zone d'étude.

Du point de vue structural, les directions préférentielles des fractures majeures identifiées sont le NW-SE, le NE-SW et E-W. Les travaux d'Assoma et al. (2018), axés sur la cartographie des discontinuités structurales du Sud de la Côte d'Ivoire, ont également mis en évidence des fractures dont les directions concordent avec celles identifiées sur le prospect de Brofodoumé. Il en est de même pour les résultats des travaux de Sombo (2012) effectués dans la localité de Sikensi ; site situé au Nord-Est de la zone d'étude où le socle serait majoritairement affecté par des fractures orientées NE-SW.

Le modèle 3D réalisé intègre les paramètres géométriques qui sont associés à la répartition spatiale des résistivités supérieures à 2500 Ohm.m et projette un volume de 2,8 millions de m³ (cf Figure 7). Urvois et al. (2009) propose, en revanche, une autre approche basée sur les systèmes d'information géographique qui permettent d'actualiser l'inventaire des roches massives et aussi d'identifier les secteurs les plus favorables à la mise en exploitation. Cette technique qui est différente de la modélisation effectuée dans ce travail n'intègre pas les paramètres souterrains.

## 5. Conclusion

Cette étude avait pour objectif de proposer une autre approche dans l'évaluation du potentiel granitique en vue d'une exploitable à partir de la tomographie 2D. Les résultats obtenus ont révélé

d'une part que le toit granitique varie de 0,20 à 60 mètres de profondeur, et ont d'autre part favorisé l'évaluation des épaisseurs de déblai pour le dimensionnement et l'implantation du front de taille de la carrière. Le modèle 3D expose un massif souterrain de forme irrégulière dont le volume est estimé à 2,8 millions de m³ qui correspond à ~7 millions de tonnes de granulats. Cependant, quelques fractures profondes qui affectent ce granite pourraient limiter son exploitation avec l'arrivée probable d'eau souterraine. La modélisation synthétique des données de la tomographie électrique 2D avec le logiciel Geosoft apparaît accessible et efficace pour la quantification des matériaux granitiques.

## Remerciements

Les auteurs témoignent leur gratitude au Bureau de Recherche Géophysique qui a accepté, dans le cadre de ce projet universitaire, de mettre à notre disposition les données d'étude de terrain.

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