Modélisation géophysique 3D du bassin de Guelma (Algérie) ; implications géodynamique, hydrogéologique-hydrothermalisme

Abstract

Le nord de l'Algérie est constitué de plusieurs bassins sédimentaires néogènes de type "pull-apart", répartis tout au long de la côte. Le bassin de Guelma, situé à l'extrémité orientale du nord de l'Algérie, se présente comme une vaste dépression, allongée d'est en ouest et bordée, au nord et au sud, par des reliefs constitués de terrains allochtones, appartenant au domaine tellien. Comme tous les bassins, la plaine de Guelma est donc un bassin intra-montagneux post-nappe néogène, mais avec la particularité d'être un bassin tectoniquement très actif. Il est d'ailleurs localisé le long d'un important accident décrochant et limité par des failles bordières (faille de Bouchegouf et faille de Hammam N’bail) qui ont engendré des événements sismiques importants (dont les plus récents sont ceux du 21/12/1980 Ms 5.2, du 20/09/2003 Ms 4.8 et du 19/01/1997 Ms 4.0). Ces failles seraient en relation avec l'activité hydrothermale importante de la région, matérialisée par la présence de plusieurs stations, telles que celles de Hammam Debagh et de Hammam Ouled Ali. Leurs eaux arrivent en surface à hautes températures, avoisinant les 97°C. La configuration particulière de ce bassin soulève plusieurs questions tant théoriques qu'économiques ; la forme de ce bassin néogène et ses différentes structures, la cartographie de ses limites et la détermination de sa profondeur, revêtent une importance capitale pour la compréhension de la géologie régionale. D'une autre part, le rôle de la percolation des eaux dans la lubrification des failles, où ces dernières jouent un grand rôle dans l'atteinte des eaux en surface, est également à étudier. La source d'énergie responsable du réchauffement important de ces eaux est un aspect fondamental à comprendre. Pour répondre à ces différentes questions, qui sont le but de cette thèse, nous avons commencé par établir un modèle géométrique et cinématique cohérent des structures géologiques profondes de ce bassin à partir d'observations géophysiques. En effet, cette observation géophysique se focalise sur l'utilisation de nouvelles données gravimétriques acquises sur le terrain, ainsi qu'un jeu de données aéromagnétiques. Tirer ensuite du sous-sol l'information nécessaire pour caractériser, en partie et à différentes échelles spatiales, la géométrie des failles, les zones de faible densité et la source de chaleur. Nous avons balayé la région de Guelma et ses alentours avec un total de 1273 stations gravimétriques de haute précision. La distance entre les différentes stations était de 1 km. Ces données sont calées sur un réseau de bases gravimétriques composé de 39 stations. Nous avons réalisé ce réseau de bases gravimétriques de manière équitable en termes de distance, afin d'avoir un meilleur protocole d'acquisition pour des études ultérieures, et aussi de permettre le suivi temporel de ces bases. La précision de ce réseau de base est déduite à 11 µGal. Dans le but de mieux comprendre cette complexité géologique, nous avons appliqué des filtres mathématiques à notre carte d'anomalie de Bouguer et la carte réduite au pôle magnétique. L'analyse qualitative est représentée par les filtres de séparation résiduelle régionale, et aussi la mise en valeur par l'application des gradients (vertical et horizontal). L'analyse quantitative a suivi plusieurs processus, l'application de la déconvolution d'Euler 3D a permis l'identification des profondeurs de plusieurs grands axes gravimétriques détectées précédemment. Le spectre d'énergie a identifié les sources génératrices d'anomalies en profondeur. Dans le but de mieux visualiser ces structures en profondeur, nous avons appliqué la modélisation 3D pour voir les différentes structures denses dans le sous-sol, et de mieux comprendre le particularisme hétérogénéité de ces systèmes hydrothermaux. Cela a permis aussi de démontrer le cheminement du réseau d’écoulement de l'eau chaude dans ce système à travers les failles détectées. La profondeur réelle du bassin de Guelma a été vis