L'ingénieur, 1 novembre 1973, Novembre

XgSv >¦*•-' ': v ïi^ÿS!K#“ NOVEMBRE No 295 59- ANNÉE 1973 ¦ poly lB7j'0 Permis No H - 23 Affranchissement en numéraire au tarif de la troisième classe Port de retour garanti : 2500, avenue Marie-Guyard, Montréal 250 •?R& * £ 30-ç.-O I £2 1 ‘•J • -u; • u7dçJ3 ¦ H Siege social: Dorval, Québec.Succursales: Vancouver, C.-B , Calgary et Edmonton, Alb., Québec et Sept-lles, Québec, Moncton, N.B., St.John's, T.N., Distributeurs: Power & Mine Supply Co.Ltd., Winnipeg, Man., G.F.Seeley & Son Ltd., Toronto, Ottawa et Hamilton, Ont.Aux E.-U.: Flygt Corporation, Norwalk, Conn.Descente du coût de vos problèmes d’égout Les stations de pompage d'égout Flygt sont conçues à satisfaire une grande variété d'exigeances de dessin et de capacités de pompage.Le système Flygt pour la manutention des eaux d'égout peut être installé dans les puisards en béton précoulé ou coulé sur place, ou bien fourni déjà installé dans des stations en plastique renforcé de fibre de verre ou préfabriquées en acier soudé enduit d'époxy.Le coeur du système Flygt est la pompe submersible électrique Flygt et son raccord de refoulement qui élimine le besoin de vider le puisard ou d'y pénétrer.Les inspec tions périodiques ou l'entretien sont très simples - la pompe est remontée et redescendue à l'aide de barres-guides sur le raccord de refoulement automatique — est c'est ça! Les régulateurs de niveau Flygt contrôlent automatiquement le niveau liquide avec un système d'arrêt et de départ.Grâce à toutes ces caractéristiques combinées, ces stations de pompage d'égout souterraines sont entièrement automatiques et pratiquement sans entretien.FLYGT CAIVADA LIMITED ADMINISTRATION ET RÉDACTION 2500, avenue Marie-Guyard Montréal 250, Tél.: 344-4764 COMITÉ ADMINISTRATIF Yvan HARDY, ing.président René DUFOUR, ing.Claude BRULOTTE, ing.André LOISELLE, ing.Michel ROBERT, ing.Michèle THIBODEAU-DEGUIRE.ing Émeric-G.LÉONARD, ing.SECRETAIRE ADMINISTRATIVE Yolande GINGRAS REDACTRICE Madeleine G.LAMBERT COMITE CONSULTATIF DE REDACTION Jacques DE BROUX, ing.directeur Thomas AQUIN, ing.André BAZERGUI, ing.Bernard BÉLAND, ing.Pierre BELLEAU, ing.Lionel BOULET, ing.Jean CHARTRAND, ing.Marcel FRENETTE, ing.Joseph HODE KEYSER, ing.Robert MORISSETTE, ing.Thomas J.PAVLASEK, ing.Robert G.TESSIER, ing.Jean-Charles TREMBLAY, biochim PUBLICITÉ NOVEMBRE 1973 No 295 59e ANNÉE SOMMAIRE ARTICLES 3 MANICOUAGAN - 3 COUPURE ÉTANCHE DE LA FONDATION par Oscar Dascal, ing.La présence d'un sillon, dépassant 4(X) pieds (120 m) de profondeur et rempli d'un matériau granulaire perméable, a imposé la construction d’une coupure (diaphragme) d'étanchéité sous le barrage principal Manie-3, en vue d'empêcher les infiltrations à travers la fondation.La coupure réalisée à l'aide de deux (2) murs, constitués de pieux et de panneaux moulés dans le sol, représente un exploit tout à fait particulier, en tenant compte de sa profondeur et des caractéristiques des matériaux traversés.Les caractéristiques techniques de cette coupure, les problèmes posés par sa construction ainsi que les performances obtenues sont discutés dans le présent rapport.17 LEVÉS AÉROMAGNÉTIQUES ET APPLICATIONS A DES CAS SPÉCIFIQUES par Dr Maurice K.Seguin RUBRIQUES JEAN SEGUIN & ASSOCIÉS INC.Courtiers en publicité 3578, rue Masson.Montréal 405, Qué Téléphone : 729-4387 24 LE MOIS : Chronique mensuelles 28 RÉPERTOIRES DES ANNONCEURS ÉDITEURS : L’Association des Diplômés de Polytechnique, en collaboration avec l’Ecole Polytechnique de Montréal.la Faculté des Sciences de l’Université Laval et la Faculté des Sciences appliquées de l’Université de Sherbrooke.Publication mensuelle.— Imprimeur : Les Presses Elite.ABONNEMENTS : Canada — $5.00 par année Autres pays $6.00 NDLI) En effet, depuis quelques années l'administration de L'INGÉNIEUR a dû subir des augmentations importantes des coûts du papier, de l'impression et des tarifs postaux.Elle se voit donc contrainte de hausser les tarifs d'abonnement à sa revue et ce, à compter du 1er janvier 1974.Canada $10 / par année Pays étrangers $12 / par année Vente à l'unité $ 2 DROITS D’AUTEURS : les auteurs des articles publiés dans L’INGENIEUR conservent l’entière responsabilité des théories ou des opinions émises par eux.Reproduction permise, avec mention de source ; on voudra bien cependant faire tenir à la Rédaction un exemplaire de la publication dans laquelle paraîtront ces articles.— L’Engineering Index et le Chemical Abstracts signalent les articles publiés dans L’INGÉNIEUR.Tirage certifié : membre de la Canadian Circulation Audit Bureau PHOTO COUVERTURE BARRAGE MANICOUAGAN - 3 (gracieuseté du service de géologie et mécanique des sols de l'Hydro-Québec) Vue aérienne du barrage en construction montrant le diaphragme en béton moulé pour l’étanchéité de la fondation — au-dessus de ce mur, on aperçoit clairement le tunnel d'inspection.ccab Les travaux de ce mur d'étanchéité ont été complétés à la fin de l'année 1972.L’INGENIEUR NOVEMBRE 1973 1 Nous insistons fortement sur leur solidité.Nous utilisons de l’acier très épais.Les évaporateurs KeepRite ont une enveloppe en tôle d’acier galvanisée au trempé, protégée, par surcroît, contre les intempéries et la corrosion par un revêtement de peinture aluminium et vinyle.Dans les modèles de 20 à 100 tonnes, l’emploi d’attaches permanentes et d’un produit d’étanchement efficace garantit une étanchéité absolue pendant toute la durée de l’appareil.Les modèles plus gros, allant jusqu’à 300 tonnes, ont une enveloppe entièrement soudée, d’une robustesse à toute épreuve.Mais la qualité n’est pas uniquement superficielle.Tous les organes internes sont soigneusement assortis pour assurer le rendement maximum.Chaque condenser KeepRite a évaporatif une assise formée de longerons en U galvanisés au trempé.Par conséquent, l’emploi de poutres en “I” pour le montage n’est pas nécessaire.Il vous faut savoir pourquoi les appareils KeepRite seront plus avantageux pour votre prochaine installation.Prenez contact avec le représentant KeepRite.Pourquoi pas aujourd’hui même?KeepRite Products Limited—Brantford (Ontario) Bureaux de vente.Halifax, Montréal, Ottawa, Toronto, Hamilton, London, Calgary et Vancouver.Division Unifin: London (Ontario).UNE TECHNIQUE SYSTEMATIQUE AU SERVICE DE LA RÉFRIGÉRATION, DE LA CLIMATISATION ET DU CHAUFFAGE 2 _ NOVEMBRE 1 973 L'INGENIEUR MANICOUAGAN-3 COUPURE ÉTANCHE DE LA FONDA TION par Oscar Dascal, ing.Notice biographique : M.Oscar Dascal est diplômé en génie minier de l'Ecole Polytechnique de Bucharest, promotion 1951.Travaillant plusieurs années dans le domaine de mécanique de sols et travaux de fondation au niveau de la recherche et de l’industrie, en 1966, il entre au service de VHydro-Québec comme ingénieur spécialiste, devenant par la suite le chef de la division Mécanique des Sols dans le cadre du service Géologie et Mécanique des Sols.Ainsi, il a participé entre autres aux aménagements de la rivière des Quinze, aux réalisations d'Outardes 3, Outardes 4 et Manicouagan 3 et à l'étude des rivières de la Baie James.L'auteur est membre de la Corporation des Ingénieurs du Québec et de plusieurs associations professionnelles, entre autres: Société Canadienne de Géotechnique, American Society of Civil Engineers, Société Internationale de Mécanique des Sols et travaux de fondations.I — Introduction Le projet hydro-électrique Manicouagan 3 (Manie-3), actuellement en construction par l'Hydro-Québec, exige l’érection d'un barrage principal en terre d'environ 350 pi (107 m) de hauteur, reposant sur un sillon alluvionnaire d'environ 420 pi (126 m) de profondeur.La présence d'une fondation granulaire perméable et très compressible (les alluvions étant constituées en majeure partie d’un sable fin lâche), remplissant un sillon particulièrement profond avec des parois rocheuses très raides, a imposé l'adoption de solutions tout à fait particulières tant en ce qui concerne l'infiltration à travers la fondation que la fissuration éventuelle du noyau, due aux tassements différentiels de la fondation.Étant donné la nature des alluvions et la hauteur du barrage, l'infiltration à travers la fondation représente un problème important tant au point de vue économique (pertes d'eau) qu'au point de vue sécurité de l’ouvrage (développement éventuel des « renards »).Ainsi la nécessité d'une coupure étanche jusqu'au rocher, sous le noyau de l'ouvrage, est nécessaire.Un double diaphragme de pieux et panneaux en béton moulés dans le sol, surmonté d'une galerie, est prévu à cet effet.Les caractéristiques techniques de ce diaphragme, les problèmes posés par sa construction ainsi que les performances obtenues sont discutés dans la présente communication.II — Caractéristiques de conception du barrage Le projet d'aménagement hydro-électrique Manie - 3 est situé sur la rivière Manicouagan à 55 milles (88 km) au nord de son embouchure dans le fleuve St-Laurent, et à environ 350 milles (560 km) au nord-est de Montréal.Manie - 3 est la dernière des 4 centrales prévues pour l'exploitation du potentiel hydro-électrique de la rivière et représente environ 30% de celui-ci.La centrale Manie - 5, bien connue avec son barrage à voûtes multiples, se trouve à environ 78 milles (125 km) en amont, tandis que les centrales Manie - 2 et Manic - 1 se trouvent en aval à 45 milles (72 km) et 57 milles (91 km) respectivement.Au site Manie - 3, la vallée de la rivière se rétrécit ; la rive droite devient très escarpée alors que la rive gauche, moins abrupte, est formée d'un dôme rocheux séparant la vallée principale d'une vallée secondaire située à l’est.Cette caractéristique topographique a déterminé le choix d’aménagement, illustré sur la figure 1, où la vallée principale est coupée à l'aide d'un barrage en terre de grande hauteur tandis que les autres ouvrages permanents sont situés dans la vallée secondaire.L'aménagement comprend les structures principales suivantes : — Un barrage principal en terre s’élevant à 250 pi (107 m) au-dessus du lit de la rivière, ayant une longueur en crête de 1180 pi (360 m) ; il est complété par une coupure verticale étanche (murs de pieux de béton) à travers la fondation alluvionnaire jusqu'au rocher, sur une profondeur maximale d'environ 420 pi (126 m).L'INGENIEUR NOVEMBRE 1973 —3 awnliair* Paaa* Pria* daau Cannai* Ralanu* normal* aoutarrain* Po*f* da Galana da Barrag* principal Acct* * la galana da fondation Hsure I — Agencement general du projet.— un barrage en béton de 240 pi (72 m) dans la vallée secondaire, comprenant un déversoir de 13(),()(X) pcs (3500 nr s).La prise d’eau de la centrale est adjacente à cette structure.— une centrale souterraine de 580 pi (174 m) de longueur, de 125 pi (32.5 m) de hauteur et de 74 pi (22.2 m) de largeur, logeant 6 groupes pour une puissance totale installée de 1,600,000 CV (1200 MW) sous une hauteur de chute de 305 pi (93 m).a) Traits géologiques principaux La vallée de la rivière, probablement d’âge pliocène, recoupe une pénéplaine rajeunie dont l’élévation est d’environ 1150 pi (350 m).La partie supérieure de la vallée est en forme de U (vallée glaciaire) au fond de laquelle le cours d'eau a creusé un V (sillon sub-gla-ciaire) de près de 200 pieds (60 m) de profondeur.Le fond du sillon varie entre les cotes —30 pi ( — 9 m) et +16.5 pi (5 m).La cote moyenne du lit de la rivière est de 345 pi (104 m) alors que celle du plan d'eau est d'environ 370 pi (112 m).Le rocher d'âge précambrien est constitué d'un complexe d'anorthosite et d’anorthosite gabbroique généralement sain et recoupé de nombreux dykes de roches plus ou moins basiques.La rivière coule sur un lit d'alluvions d’environ 400 pi (122 m) d'épaisseur.Ces alluvions se composent de sédiments dont la granulométrie varie d'un sable fin silteux à de gros cailloux et des blocs.Les éléments grossiers sont généralement localisés dans le fond et sur les flancs rocheux de la vallée, mais on en trouve une couche de très faible épaisseur au niveau du fond de la rivière tandis que les matériaux fins se trouvent répartis erratiquement au centre.Ces alluvions ont été déposées dans des conditions semblables à celles accompagnant la formation des deltas.Ainsi les matériaux sont déposés en lentilles, chacune d’elles ayant une composition granulométrique différente.Le coefficient de perméabilité de ces alluvions, déterminé par des essais ponctuels dans les forages, varie de 10 cm s à 10° cm s.Dans les 100 à 130 premiers pieds (30 à 40 m) des matériaux comblant le sillon, d'importants horizons de sable fin, uniforme et lâche ont été trouvés.La conception de l'ouvrage de retenue doit particulièrement tenir compte de ces horizons car toute secousse sismique peut se traduire par un accroissement de la pression interstitielle qui peut occasionner une liquéfaction locale.Dans ces zones de sable, le coefficient d’uniformité varie entre 2 et 4, la densité relative entre 40% et 80% et l'indice des vides entre 0.59 et 0.76.En ce qui concerne les matériaux d'emprunt, plusieurs dépôts de sable, gravier et cailloux situés en aval de la structure proposée présentent des caractéristiques acceptables et des quantités suffisantes pour la construction des transitions et des épaulements.Le matériau imperméable, pour sa part, est un sable silteux relativement uniforme dont l'indice de plasticité varie entre 1 à 10% et dont la teneur en eau naturelle varie entre 8 et 18% avec une moyenne de 12%, soit environ 1% au-dessus de la teneur en eau optimum.Le haut pourcentage de particules fines, l’uniformité de la granulométrie et le manque de particules grossières n'en font pas un matériau idéal et son exploitation et sa mise en place poseront certainement de nombreux problèmes.b) Conception du barrage principal Plusieurs types de barrages ont été étudiés.La construction d'un barrage en béton aurait nécessité l’excavation en fouilles libres de 4.6 millions de verges cubes (3.5 millions de mètres cubes) de matériaux ainsi qu’un traitement d’étanchéité sous les batardeaux ou encore une excavation en fouilles blindées.Le choix d'un barrage en terre avec traitement des alluvions a été jugé plus économique.Initialement, un noyau incliné avec coupure à l'amont avait été envisagé à cause d'une 4 —NOVEMBRE 1973 L'INGENIEUR exigence moins sévère de la cédule de construction et pour éviter d'avoir les tassements maximaux au droit de la coupure.Cependant, l'absence de matériau imperméable répondant aux exigences plus strictes pour un tel type de noyau a amené au choix d'un noyau central utilisant le till d'un banc d'emprunt situé à 2 milles (3.2 km) en aval du site du barrage.Tenant compte de la faible plasticité et de l'absence de grains grossiers du till, le noyau central choisi est symétrique et assez large (le rapport largeur — hauteur de charge hydraulique est d'environ 0,8).De plus l'axe du barrage est courbé suivant un rayon de 2000 pi (600 m) et est situé à un endroit où les plans de ces deux appuis rocheux convergent vers l'aval.Ces deux derniers choix ont pour but d'induire des contraintes de compression dans le noyau.Le noyau du barrage est protégé par une large zone de transition et des épaulements sont constitués de matériaux granulaires (sable-gravier) avec une pente extérieure moyenne de 3:1.Ces pentes plutôt douces ont été adoptées pour tenir compte de la possibilité de liquéfaction locale du sable fin lâche de la fondation par des secousses sismiques.La figure 2 montre la coupe transversale du barrage principal.Pour assurer la stabilité de l'ouvrage, en raison de la perméabilité des alluvions, l'infiltration sous le barrage à travers le fondation doit être contrôlée.En éliminant les deux solutions suivantes : — excavation totale de la fondation et son remplissage avec un matériau imperméable à cause de son coût prohibitif et du délai nécessaire pour la construction.— voile d'injection à cause de la difficulté d'injecter des sables fins dont la perméabilité naturelle est de l’ordre de 10 * cm s et aussi à cause de la difficulté d'obtenir après traitement une perméabilité partout inférieure à 10 1 cm s et enfin à cause de doutes sur la permanence d'un tel traitement.Les autres solutions possibles étaient : — tapis imperméable amont étendu sur une longueur suffisante pour réduire le gradient hydraulique à travers la fondation à une limite acceptable.— coupure étanche verticale jusqu'au roc sous le noyau.La première solution a dû être abandonnée à cause des difficultés dans la construction du tapis sur les terrasses de la rivière et, en particulier, à cause du manque de matériau imperméable adéquat.Par conséquent, la deuxième solution a été retenue.Tenant compte de la nature sans précédent d’une telle coupure en ce qui concerne sa profondeur et ses conditions de chargement, le contrôle de l'infiltration à travers la fondation ne doit pas être basé uniquement sur cette coupure.Par conséquent, des mesures supplémentaires ont été incorporées dans le projet du barrage.Ainsi, un tapis de 30 pi (9 m) d'épaisseur, reliant le noyau avec la coupure partielle du bartardeau amont, et un drain horizontal à la base de l'épaulement aval viennent constituer des lignes de défense supplémentaires.Ill — Coupure étanche de la fondation Le choix de ce type de coupure, réalisé à l'aide de pieux et panneaux jointifs de béton, moulés dans le sol, entraîne un certain nombre de problèmes qui peuvent être résumés comme suit : • pour assurer l'efficacité d'une coupure de plus de 400 pi (une telle coupure n'a jamais été réalisée auparavant), il faut que les pieux et les panneaux soient parfaitement jointifs.Il est à noter que la profondeur maximale atteinte avec une coupure similaire a été de 250 pi (76 m), exécutée pour le batardeau amont du barrage Manie —5.Le problème de la déviation, qui augmente avec la profondeur, et la difficulté de forage deviennent donc primordiaux dans le cas de Manicoua-gan - 3.• l'efficacité de la coupure est influencée par son comportement sous l'effet des charges complexes produites par le remblai du barrage et le réservoir.En effet, la charge hydrostatique différentielle s'exerçant entre les deux faces de la coupure tend à déplacer celle-ci vers l'aval.Cependant, à cause de la nature granulaire des alluvions et tenant compte de la courbure de l'écran ce mouvement sera très faible et aura tendance à resserrer les joints entre les pieux.Par ailleurs, la topographie particulière du socle rocheux (parois raides, changement brusque des pentes) favorise le développement des tassements différentiels, donc une concentration de contraintes, imprimant aux sommets des pieux une tendance à se déplacer vers l'axe du sillon, ce qui pourrait j El 400 ' Galerie d inspection $ TRANSITION Sable graveleui C EPAULEMENTS Granulaire grossier C DRAIN Gravier sélectionné C PAREMENT AVAL Enrochement ZONES EXTERIEURES Cailloui blocs ou enrochement BENTONITE au dessus de la galerie CD tapis tui Figure 2 — Coupe transversale type du barrage.L'INGÉNIEUR NOVEMBRE 1973 —5 entraîner une ouverture des joints.Enfin, sous le poids du remblai, les matériaux alluvionnaires de fondation vont subir des tassements importants (jusqu'à 5-6 pi (1.5-1.8 m) ) transmettant à l'écran des contraintes importantes dues au frottement négatif, en plus du chargement propre du poids du remblai agissant sur la galerie.Ces deux charges peuvent produire soit la rupture de l'écran (béton) soit le poinçonnement du noyau du barrage, entraînant une fissuration dangereuse de celui-ci.a) Caractéristiques de construction de la coupure La coupure est constituée de deux murs parallèles de 2 pi (0.6 m) d'épaisseur et d'environ 625 pi (187.5 m) de longueur à leur niveau supérieur.Les deux murs sont espacés de 10 pi (3 m) centre à centre et sont ancrés d'au moins 2 pi (0.6 m) dans le socle rocheux.Les murs sont formés de pieux et panneaux de béton jointifs, coulés en place dans des trous excavés a l'aide d'un équipement spécial, en utilisant la boue de bentonite comme élément de soutènement des parois de l’excavation.L'excavation est réalisée à partir d'une plate-forme de travail d'environ 100 pi (30 m) de largeur (remblai) mise en place à travers la rivière (figure 3).Deux murs transversaux de 2 pi (0.6 m) d'épaisseur relient les deux murs principaux.Ces deux murs transversaux divisent la coupure en 3 zones : panneaux — pieux — panneaux.La figure 4 illustre la configuration des murs et leurs caractéristiques techniques.Chacun étant constitué de 76 pieux primaires, 77 pieux secondaires et 29 panneaux.Les pieux primaires, de forme circulaire de 2 pi (0.6 m) de diamètre, sont espacés de 4 pi (1.20 m) centre à centre.Les pieux secondaires enveloppants, de ferme biconcave et de même diamètre sont creusés dans l'espace laissé entre les pieux primaires.Les panneaux de 2 pi (0.6 m) d’épaisseur ont une longueur ne dépassant pas 14 pi (4.20 m) et sont prévus d'un joint .veni-circulaire-concave.Figure 3 — Plate-forme de travail à travers la rivière.Tel que mentionné précédemment, les pieux et les panneaux sont encastrés dans le rocher, sur une profondeur minimale de 2 pi (0.6 m).Un voile d'injection a été exécuté à travers des tubes de 4 po ( 1 (K) mm) de diamètre installés dans les pieux avant le bétonnage (espacement 8 pi (2.40 m) ) sur une profondeur de 25 pi (7.5 m) dans le rocher, à l'exception de 175 pi supérieur (52.5 m) du mur amont, où la profondeur du voile est augmentée graduellement jusqu'à 100 pi (30 m).Une injection de contact est aussi réalisée à travers des tubes similaires (espacement 8 pi (2.40 m) ) placés alternativement à mi-distance des tubes du voile.Une galerie d'inspection surmonte le sommet des deux murs et est accessible des deux rives.Cette galerie permettra de surveiller le comportement de la coupure et de réaliser au besoin des injections entre les deux murs.Les murs ont la même courbure que le barrage et le noyau (rayon = 2000 pi (600 m) ).La galerie de 8 pi (2.4 m) de largeur et 10 pi (3 m) de hauteur intérieure est en forme de fer à cheval et ses parois sont constituées de deux plaques d'acier espacées de 2 pi (0.6 m), l’espace entre les plaques étant rempli de béton.Zoom ruo\ct^, Addressogr aph LAuWtgrapVt du Canada Limitée, 42 YAoWtn^et Road, Toronto, Ontarto t\/\4^> Ou appelez le représentante vvcwn^ de votre localttè.Bruning-pour tous genres de coptes ADDRESSOGRAPH IWULTIGRAPH DU CÜHNDKNMm Division Bruning .vous aitte u ootmrôpfet 1 6 — NOVEMBRE 1 973 L'INGÉNIEUR LEVÉS AÉROMAGNÉTIQUES ET APPLICA TIONS À DES CAS SPÉCIFIQUES par Dr Maurice K.Seguin Notice biographique : A/.Maurice K.Seguin obtint, en 1965, son Ph D.en sciences Je I Universite McGill, Montreal.Durant les années 1965, 66 et 67, il était associé de recherche à l'Institution Je Géodésie de l Ecole Polytechnique Royale de Stockholm, Suède.Il occupe actuellement le poste de professeur agrégé au département de géologie et au programme de génie physique de la P acuité des Sciences de l'Université Laval.Historique Les méthodes magnétométriques au sol semblent avoir été utilisées pour la première fois comme outil de prospection géophysique par les mineurs suédois vers les années 1650.L'appareil permettant de mesurer non seulement la direction du champ magnétique terrestre mais aussi les intensités des composantes de ce champ a reçu le nom de magnétomètre ; le premier instrument de ce genre a été réalisé en 1879.En 1915, Adolf Schmidt a mis au point le premier magnétomètre de haute précision (4=2 gammas (y) avec ly = 10 Gauss).Au cours des années 1930-35, les physiciens H.Aschenbrenner et G.Goubau conçurent et mirent au point le premier magnétomètre électronique à sursaturation pour fin de levés magnétiques terrestres.Durant la seconde guerre mondiale, des hommes de science au service des armées allemandes et alliées ont perfectionné un magnétomètre électronique à sursaturation aéroporté dans le but de détecter les sous-marins ennemis.La précision de cet appareil est d'environ 4=1 y et comme l'instrumentation est essentiellement électronique et non pas mécanique, il peut être utilisé aussi bien en position stable sur le terrain que dans des véhicules en mouvement (e.g.avions et hélicoptères).C’est vers les années 1943 et avec ce type de magnétomètre (Texas Gulf Oil Mark III) que débutèrent les levés magnétiques aéro- et héliportés qui amenèrent à leur tou»* d'importantes découvertes de richesses naturelles très variées.L'introduction en 1954 des magnétomètres à précession nucléaire dont la précision est de l'ordre de 4= 0.5y et des magnétomètres à pompage optique (précision : 4=0 02y) permettent aujourd'hui l'exécution des levés aéromagnétiques de très grande précision surtout au-dessus de grandes étendues d'eau (grands lacs, golfes, mers, etc.).Historiquement, les premiers levés aéromagnétiques effectués au Canada l’ont été au cours des années 1947, 1948 et 1949 par la firme privée Dominion Gulf Company de Toronto, Ontario.Ces levés survolés dans la région de l'Abitibi (nord-est de la province d'Ontario et nord-ouest de la province de Québec) et de Chibou-gamau (centre du Québec) n’indiquaient que l'intensité relative du champ magnétique terrestre.Vers la fin de l'année 1947, la Commission Géologique du Canada relevant alors du ministère des Mines et des Relevés Techniques (maintenant ministère de l’Énergie, des Mines et des Ressources) publia une compilation des premières cartes aéromagnétiques en provenance d'une agence gouvernementale.Le survol effectué dans le sud-est de l'Ontario fut donné à contrat à des firmes spécialisées comme il est encore aujourd'hui coutume.L’ajustement des données magnétiques enregistrées aux valeurs absolues du champ observées à des observatoires géomagnétiques rapprochés a alors permis l'obtention de cartes aéromagnétiques dont l'intensité du champ est donnée en valeur absolue.Depuis le milieu des années I960, la réalisation des levés aéromagnétiques s’effectue sur une base d'entente entre les gouvernements fédéral et provinciaux.À la fin de 1972, plus de la moitié de la superficie du territoire canadien a été couverte par des levés aéromagnétiques.Jusqu'au milieu des années 1950, la hauteur de survol était de l'ordre de 500 pieds (150 ni).Depuis, la hauteur de survol pour les levés du gouvernement a été fixée à 1 000 pieds (300 m).Au tout début des levés aéromagnétiques, l'espacement entre les lignes de survol variait entre L; de mille (0.4 km) et 1 mille (1.6 km).Depuis, on a standardisé la distance de séparation à Vi mille (0.8 km) lorsque le survol est effectué au dessus du sol et à 1 mille (1.6 km) lorsque le survol est au-dessus de grandes masses d'eau.Pour fins de loca- L’INGÉNIEUR NOVEMBRE 1973 — 17 lisation, on a surtout employe le système de navigation Deeea au-dessus des grandes nappes d'eau et des photos aériennes déjà existantes ou obtenues en cours de vol au-dessus des terres.Utilité, besoin et but Les levés aéromagnétiques contribuent à la mise en valeur des ressources minières et énergétiques canadiennes de diverses façons.En exploration pétrolière, les levés aéromagnétiques sont surtout utiles pour déterminer l’épaisseur de la couche sédimentaire, pour délimiter la structure du socle (cartographie de la topographie du socle) ou encore déceler les accidents structuraux des horizons sedimentaires faiblement aimantés.On arrive ainsi à une étude détaillée de bassins sédi-mentaires permettant la cartographie de structures susceptibles de favoriser la déposition et la concentration d'hydrocarbures.En exploration minière, on utilise les levés aéromagnétiques directement dans la recherche de gisements de fer ou de nickel magnétiques, mais plus couramment de façon indirecte dans la recherche de minéraux ou d'éléments (e.g.or, gisements de sulfures disséminés de type « porphyry copper », etc.) dont les associations lithologiques ou minéralogiques présentent des patrons d'anomalies magnétiques bien caractéristiques.Enfin, les cartes aéromagnétiques sont très souvent utilisées au cours de la cartographie géologique superficielle dans les régions couvertes de mort-terrain ou encore à divers niveaux sous la surface de la terre.Les diverses étapes d'un levé Avant de pouvoir dégager convenablement les renseignements géologiques que recèle une carte aéromagnétique, il convient de se familiariser avec les diverses étapes de sa réalisation.Les plus importantes sont : l’acquisition, la correction et réduction, la compilation et la mise en plan, le traitement des données.La compréhension des techniques d'analyse et 1 interprétation des données sont essentielles si l'on désire obtenir le maximum de renseignements des cartes aéromagnétiques.L'acquisition des données L’acquisition des données aéromagnétiques se fait au moyen d'une sonde véhiculée a bord d un avion ou a sa remorque.Les dimensions physiques d'une sonde aéromagnétique typique sont variables, mais une longueur de 3 pieds (1 m) et un diamètre de 1 pied (0.3 m) (poids : 25-50 lb) sont courants.Les systèmes d’amplification et de contrôle, l’enregistrement sur papier, sur ruban ou disque magnétique (digitalisé ou analogue) et autres pièces électroniques accessoires sont installés dans la carlingue de l'avion.Avant de survoler une région avec un magnétomètre, il est nécessaire d indiquer la position des lignes de vol sur une carte de sort2 que le pilote puisse survoler dans la bonne direction et à la bonne location en se référant a des cartes topographiques ou à une mosaïque de photos aériennes * Système hyperbolique de localisation faisant appel à des mesures de différence de phase entre trois ondes électromagnétiques de fréquences différentes émises par trois stations radiophoniques situées à des endroits fixes et dont la position est connue.de !1 région.L'altitude de vol est fixée et enregistrée sur une charte indépendante au moyen d un altimètre et la position aux points de mesure est également enregistrée par une caméra 35 mm à défilement continu au-dessus des terres ou d'un système de navigation (e.g.Decca *) au-dessus des grandes nappes d'eau.En pratique, les opérations immédiates, i.e.contemporaines au levé aéromagnétique, consistent à vérifier le bon fonetionnement de 1 instrumentation électronique en opération, à développer la bande de films obtenus en cours de vol, à vérifier les lignes de vol correspondant a la position de celles que l’on avait planifiées, à étudier de façon qualitative les résultats obtenus sur les profils magnétiques et a vérifier si les variations diurnes ne sont pas trop considérables.L’espacement entre les lignes de survol est fixé suivant les besoins du levé.Corrections et réductions La correction qui s'impose en premier lieu a pour but d'éliminer l'effet de la derive instrumentale.On effectue les ajustements d'une série de lignes de vol subparallèles grâce à une ligne de vol de raccordement orientée a peu près perpendiculairement aux précédentes.Parmi les variations magnétiques, on compte les variations normales, séculaires, diurnes et enfin les orages magnétiques.11 faut effectuer une réduction pour chacune des variations précitées.Les variations normales sont fonction de la longitude et de la latitude et la réduction correspondante est relativement simple a effectuer.Lorsqu'on effectue un levé aéromagnétique dans une région adjacente a une superficie antérieurement couverte par des levés aéromagnétiques, il est nécessaire de faire une réduction pour la variation séculaire qui est une dérive souvent forte et parfois irrégulière des éléments magnétiques à des époques successives.Un champ supplémentaire, plus ou moins instantané, s'ajoute constamment au champ moyen séculaire, fl est la résultante de champs à variations pseudo-périodiques tels que le champ de variations diurnes qui provoquent des mouvements lents et de peu d amplitude et de champs, difficilement prévisibles, a fortes variations irrégulières allant, dans les cas extrêmes, jusqu aux tempêtes magnétiques d'origine solaire.Les réductions relatives aux variations diurnes sont communément effectuées grâce aux lectures continues comparatives du champ enregistrées sur un magnétomètre témoin situé au centre de la région du levé.Lorsqu'on observe la présence d orages magnétiques, on interrompt temporairement la production du levé jusqu'à ce que les conditions redeviennent normales.Compilation et mise en plan La compilation des données consiste d abord a faire coïncider les segments de films photographiés au moyen de la caméra 35 mm avec les positions correspondantes sur la mosaïque.De cette façon, on peut ensuite transposer un nombre fini de points a partir des données magnétiques analogues ou digitales enregistrées sur les lignes de vol et ensuite relier les points d'isointensité, soit manuellement, soit par calculatrice électronique avec traçeuse automatique, pour établir une carte de contour magnétique finale.Lorsque le document de base qu'est la carte de contour d'isointensité aéro- 18 — NOVEMBRE 1973 L’INGÉNIEUR magnétique est complète, on peut procéder à l’interprétation qui peut être d'ordre strictement qualitatif ou semi-quantitatif selon le temps et l'argent que l'on désire investir pour le traitement des données.L'interprétation qualitative L'interprétation qualitative des données aéromagnétiques est surtout importante pour l'identification des divers types de roches et pour délimiter leur distribution spatiale, i.e.pour la cartographie géologique (lithologie) et en partie du moins dans l'analyse structurale (géologie structurale).La plupart des types de roches contiennent un pourcentage plus ou moins élevé de minéraux ferromagnétiques (e.g.magnétite, ilménite, chromite et pyrrhotine).La susceptibilité ferromagnétique volumétrique est la plus significative des propriétés magnétiques des roches.Elle dépend de plusieurs caractéristiques des minéraux ferromagnétiques présents dans la roche et dont le plus universel est la magnétite.Ces facteurs sont, entre autres, la composition, le pourcentage volumétrique, l'intensité du champ magnétique ambiant, l'état d'aimantation et la grosseur des grains et enfin la distribution des grains (texture) dans la roche.Pour les roches ignées, le contenu en magnétite et la susceptibilité ferromagnétique sont plus élevés dans les roches basiques à ultrabasiques que dans les roches intermédiaires à acides.Généralement, la susceptibilité magnétique est plus uniforme à l'intérieur des masses intrusives qu'elle ne l'est pour les roches extru-sives (volcaniques) et en particulier les pyroclastiques.La susceptibilité magnétique est très variable dans le domaine spatial en ce qui a trait aux roches métamorphiques.La complexité des roches hautement métamorphosées et a caractère acide de la province Grenville est un exemple typique.Il en va de même des roches serpentinisées issues de masses intrusives ultra-basiques (péridotites) du complexe ophiolitique des Appalaches.Les roches sédimentaires, par contre, sont caractérisées par des susceptibilités magnétiques faibles ; les formations de fer d'origine sédimentaire sont une exception notoire.La forme générale et l'intensité des anomalies magnétiques de même que la distribution des patrons de plus petites anomalies à l'intérieur d'un bloc anomalique suffisent le plus souvent en tant que critère ; permettant de cartographier les unités lithologiques et d'inclure ces dernières dans une des catégories générales précitées.Lorsque la distribution et la limite des unités géologiques les plus évidentes ont été établies, il est alors possible d'extraire les éléments structuraux les plus saillants tels que l'orientation des formations géologiques l'emplacement des plis, la trace de failles ou de discordances, etc.Une telle étude qualitative n’est cependant que partielle car la géologie structurale comporte un aspect géométrique, donc mathématique.Une analyse à caractère semi-quantitatif s'impose donc ici si l'on désire obtenir des renseignements sur les dimensions, la forme (géométrie) et autres paramètres spatiaux de la masse aimantée.* Unité électromagnétique centimètre-gramme-seconde.Exemple d'interprétation qualitative des données aéromagnétiques A titre d'exemple, on a choisi une mosaïque de cartes aéromagnétiques (18 au total) couvrant un secteur important de la fosse du Labrador, dans la région des lacs Griffis, Willbob et Thompson, dont une portion seulement est reproduite à la figure 1.On a fondé notre choix sur trois points en particulier, à savoir la grande dimension de superficie couverte, la vaste richesse des renseignements géologiques facilement extraits de ces cartes aéromagnétiques et, enfin, le fait que cette mosaïque soit inédite.Les données aéromagnétiques peuvent être comparées avec les cartes géologiques de la région (voir Dimroth, 1970).En première analyse, on constate que l'on peut obtenir une idée qualitative de la forme des masses aimantées enfouies dans le sous-sol et de certaines structures géologiques telles que failles et plis en examinant attentivement la mosaïque aéromagnétique.Le contexte géologique de la région considérée se résume à un ensemble complexe des strates sédimentaires et des couches de roches extrusives du groupe Knob Lake ayant une épaisseur totale de plus de 20 000 pieds (6100 m).Ces roches, dont l'âge est Protérozoïque inférieur (Aphébien), reposent en discordance angulaire sur le socle granitique Archéen (Ashuanipi) qui affleure sur le versant ouest de la fosse du Labrador.Les roches sédimentaires se composent principalement de schistes argileux, d'ardoises, de grauwaekes, de quartzites et de conglomérats, tandis que les roches ignées (surtout efïusives) comprennent des coulées basaltiques et andé-sitiques avec ou sans coussinets, cinq différents types de gabbros (normal, à quartz, à olivine, gloméroporphyri-tique et à texture à léopard), quelques péridotites et des roches pyroclastiques basiques (brèches volcaniques, tufs et agglomérats tuffacés).Les susceptibilités ferromagnétiques sont inférieures à 4 * 10 u.é.m.cgs * pour les sédiments, entre 10 * et 2 * 10 pour les méta-andésites ainsi que quelques tufs et roches pyro-clastiques entre 8*10 et 6 * 10 - pour les méta-gabbros et les métabasaltes, entre 2*10 - et 9 * 10 -pour les roches ultrabasiques (surtout des péridotites et quelques serpentinites) et au-dessus de 8*10 - pour les formations de fer à magnétite.Toutes les régions de faible intensité magnétique (i.e.où les lignes de contour d'isointensité sont éloignées les unes des autres) correspondent à des unités sédimentaires, les formations de fer exceptées (figure 1).Les grandes bandes d'anomalies de forte intensité magnétique (i.e.où les lignes de contour d'isointensité sont très rapprochées les unes des autres) uniforme rencontrées dans le secteur centre-nord sont caractéristiques de sills de gabbros normaux.Les bandes discontinues d'intensité moyenne et uniforme présentes dans le secteur est et au sud de la mosaïque correspondent généralement à des coulées locales de méta-andésite.Les anomalies de forte intensité situées dans le secteur central-est de l'aire étudiée et qui présentent de grandes hétérogénéités magnétiques perpendiculaires à l'orientation générale nord-ouest des formations (patron d'anomalies linéaires subparallèles) sont caractéristiques des coulées volcaniques basiques (métabasaltes) plissées de la région étudiée.Enfin, les anomalies de forte inten- L'INGÉNIEUR NOVEMBRE 1973 — 19 4\ ’>vi' V*- $ >-• M t L ^ S igure 1 »Cv-> ^i0®.sité localisées dans la portion centrale-ouest et faisant voir de fortes hétérogénéités magnétiques tant en travers que suivant l’orientation des formations (patron polygonal d’anomalies) sont représentatives des roches py-roclastiques (en majorité des tufs et des agglomérats) de la superficie considérée.Plusieurs éléments structuraux sont facilement identifiables sur la mosaïque magnétique.Les plus évidentes sont, par exemple, la longue coupure (faille) orientée NNO et située près de la bordure ouest de la mosaïque aéromagnétique précitée (élément linéaire de la région 2 sur la figure 1 ) ou la faille orientée N-S parallèlement à la bordure est.Au même titre, les nombreux plis au centre de la mosaïque sont des structures géologiques tout à fait évidentes sur les cartes aéromagnétiques.Interprétation semi-quantitative Une méthode d’interprétation semi-quantitative statistique valable consiste à digitaliser les données aéromagnétiques à des intervalles spatiaux adéquats (généralement équidistants), à effectuer une transformée de Fourier en deux dimensions (i.e.passer du domaine spatial au domaine du nombre d’onde) et à calculer un spectre d’énergie magnétique (logarithme du module de l’intensité au carré) versus /a longueur ou le nombre d’onde.De cette façon, on peut utiliser des filtres numériques bande haute, basse ou passante et séparer le bruit géologique ou instrumental pour en extraire le signal (i.e.les anomalies magnétiques), puis déterminer les profondeurs d’enfouissement et les dimensions moyennes des masses aimantées.En plus des méthodes d’analyse spectrale et de filtrage adaptable, d’autres techniques telles que le prolongement vers le haut ou le bas du champ magnétique, les dérivées verticales première et seconde, la réduction des données au pôle magnétique sont disponibles pour le traitement semi-quantitatif des données aéromagnétiques.Les transformations précitées que l’on fait subir aux valeurs observées et réduites du champ magnétique permettent de faire ressortir suivant le cas certains caractères superficiels ou de relativement grande profondeur des sources aimantées.20 — NOVEMBRE 1 973 L'INGENIEUR Ainsi, le filtrage adaptable est effectif pour la résolution de structures enfouies en éliminant les grandes amplitudes d'anomalies superficielles ou pour la résolution de structures géologiques locales en éliminant les grandes anomalies régionales suivant la fonction mathématique opératoire du filtre.Le prolongement vers le bas et la dérivée verticale seconde du champ magnétique accroissent le pouvoir de résolution et délimitent les traces superficielles d'anomalies causées par des structures profondes.La réduction au pôle magnétique simplifie les patrons anomaliques à de faibles latitudes.Les diverses opérations mentionnées précédemment nécessitent l'utilisation d'un ordinateur.Comme les patrons d'anomalie magnétique pour un même corps aimanté varient suivant l'inclinaison du champ magnétique terrestre, il faut procéder par la méthode du potentiel inverse si l'on désire étudier de la façon semi-quantitative la plus parfaite possible les anomalies individuelles d'une région donnée.Il s'agit alors de comparer les courbes observées avec des courbes théoriques construites pour des modèles géométriques donnés d'après la théorie du potentiel magnétique dipolaire.En superposant les courbes observées sur une série d’abaques théoriques, on parvient à obtenir une ou un nombre restreint de solutions.Il n'existe donc pas d'interprétation strictement quantitative donnant une solution analytique unique.Il est alors possible de déterminer des paramètres tels que la longueur, la largeur ou l'extension vers le bas, l'épaisseur, le pendage, la profondeur d’enfouissement au sommet et le contraste de susceptibilité magnétique d'un corps.Grâce au dernier paramètre, on arrive à connaître le type de roche et/ou de minéralisation le plus probable, soit par méthode directe soit par méthode indirecte en exploration minière ou par la profondeur et la forme d’un bassin sédimentaire en exploration pétrolifère.Dans tous les cas, on suppose que l'intensité du magnétisme rémanent naturel est négligeable par rapport à la composante de l’aimantation induite et que le facteur de désaimantation est petit.Exemple d'interprétation semi-quantitative de données aéroniagnétiques À titre d'exemple, on a effectué une interprétation semi-quantitative détaillée d'une anomalie magnétique individuelle, soit la région 1 sur la carte du lac Grilfis, Labrador (figure 1).Les calculs basés sur les paramètres d'estimation représentés sur la figure 2 indiquent qu'il s’agit d'un feuillet épais et très allongé dont le pendage p est de l’ordre de 65° NE.La profondeur d’enfouissement h du dipôle magnétique supérieur est de l’ordre de 400 pieds ( 120 m), l'épaisseur e de 1 200 pieds (350 m), l'extension vers le bas de 10 000 pieds (3 300 m) et la susceptibilité ferromagnétique volumétrique de 6.0 * 10 - u.é.m.cgs.La traduction géologique de ces résultats numériques se résume au flanc nord-est d'une structure anticlinale plongeant vers le sud et constituée d'une couche tabulaire de composition basaltique.Le rapport du module des pentes maximales (SP et SN) observées sur les flancs d'une anomalie aéromagnétique, de même que le rapport de la distance horizontale (W, 3) entre les flancs au tiers de l’amplitude LAC (.RII I IS — LAliKADOR Coupe transverse 6500 6300 2800 y ‘ 9 33 300 y 6100 5900 ».= 0 22 mine 3/4 X 65* NE 3/4 'x 5500 )x /H * 2 75 1/2 X H « 0 18 mille * 950 ’ h « 950' - 500' * 450' t • Il x 950' * 10500' e * Ws • 1160' e_ t 0 22m t ^ 22 H 0 18m AMP /C • I 07 C • I 07 x 3100 7 * 3400 Y C * 2 sm D ( I - cos2 S cos2 I) K F C » 0 98 » 5 8 « I04 i K 5300 £ 4900 -O 4700 o.4500 3 4 « 10 4300 * 6 0 x 10 5 7 x 10 SP * 2 04 y/pi SN * l 35 y/pi 3300 Figure 2 maximale sur la distance correspondant aux points d’inflexion (Ws) permettent de déterminer le pendage (p) et le rapport de l’épaisseur apparente (e) sur la profondeur d’enfouissement au sommet (h) (Martin, 1966 ; Aero Service, 1968).Pour une inclinaison (I) et une déclinaison (D) du champ magnétique terrestre par rapport à l'orientation d'une formation géologique, le rapport de la distance horizontale correspondant aux deux tiers de l'amplitude maximale (W ) est alors connu et les valeurs de la profondeur d'enfouissement au sommet et de l'extension vers le bas d'une couche géologique tabulaire sont déterminées (Grant et West, 1965 ; Seguin, 1972).Conclusion Dans le présent article, on procède à une revue concise des techniques récentes utilisées dans les levés aéromagnétiques et on indique leurs applications à certains cas spécifiques.Après avoir tracé l’historique des levés aéromagnétiques, on a établi la procédure à suivre lors d'un levé aéromagnétique et en particulier le mode d’acquisition des données.L'application des corrections et réductions ainsi que la compilation et la mise en plan sont discutées succinctement.L'interprétation qualitative des données obtenues est surtout utile pour fins de cartographie géologique et d'analyse structurale ou pour localiser des masses aimantées susceptibles de contenir des minéraux ferromagnétiques d'intérêt économique (e.g.magnétite, ilménite, pyrrhotine, etc.).Des exemples d'interprétation qualitative de données magnétiques sont présentées et sommairement étudiées.L’interprétation semi-quantitative peut être effectuée soit dans le domaine spatial, soit dans le domaine des fréquences.Ce genre d'analyses permet d’obtenir un nombre restreint de solutions en ce qui a trait aux modèles géométriques et aux valeurs des propriétés fer- L'INGENIEUR NOVEMBRE 1973 — 21 romugnétiqucs postulées.Il n'existe cependant pas à strictement parler de solution analytique unique.Un exemple d'interprétation semi-quantitative des données aéromagnétiques est incorporé dans le texte.Les levés aéromagnétiques contribuent à la mise en valeur des ressources minières et énergétiques mondiales et plus particulièrement québécoises.En plus d'être des outils indispensables en prospection minière et pétrolière, les cartes aéromagnétiques, une fois interprétées de façon semi-quantitative, permettent dans plusieurs cas de produire des cartes géologiques en trois dimensions.B BIBLIOGRAPHIF MUFFLY, Ci.(1946) — “The Airborne Magnetometer' Geophysics, Vol.11, pp.321-334.WYCKOFF, R D.(1948) — “The Gulf Airborne Magnetometer" Geophysics, Vol.13, pp.182-208.BALSLEY, J.R.Jr.(1946) — “The Airborne Magnetometer" USCiS Geophysical Investigation, Preliminary Report 3.LUNDBERG, H.(1947) — “Magnetic Surveys from a Helicopter" Geophysics, Vol.12, p.487 (Abstract).JENSEN, H., (1961) — "The Airborne Magnetometer" Sc.Amer.Vol.204, pp.151-162.JENSEN.H., (1965) — "Instrument Details and Application of a New Airborne Magnetometer" Geophysics, Vol.30, pp.875-882.GI RET, R.I., (1965) — "Some Results of Aeromagnetic Surveying with a Digital 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