Le bassin sédimentaire des Ouled Abdoun, au Centre du Maroc (Fig. 1), renferme les plus grands gisements phosphatés du monde [2,3]. La série phosphatée est formée, dans ce bassin, d'une succession de niveaux phosphatés et d'intercalaires stériles marno-calcaires sur plus de 50 m de puissance. Dans plusieurs endroits, cette succession verticale et régulière de niveaux phosphatés et stériles n'existe plus et tous les termes constituant la série phosphatée se trouvent mélangés et transformés pour donner lieu, le plus souvent, à des corps stériles formés exclusivement de calcaires silicifiés ou, parfois, à des poches remplies de blocs de calcaires noyés dans une matrice argileuse. La présence de ces corps dans la série phosphatée est à l'origine de deux problèmes majeurs. D'une part, lors du calcul des réserves, paramètre déterminant pour réussir l'étude de faisabilité de n'importe quel projet minier, on ne peut savoir la part qu'ils représentent dans le volume global du gisement, étant donné qu'ils n'affleurent pas en surface. D'autre part, leur existence dans certains chantiers alourdit sérieusement les travaux d'exploitation. En effet, en présence d'un corps stérile, il faut ralentir ou arrêter complètement le chantier d'exploitation (Fig. 2A) pour forer et décaper ce dernier. Cette opération peut durer plusieurs jours, voire plusieurs semaines, et nécessite une consommation excessive en explosifs et, par conséquent, une augmentation du prix de revient.

Les corps stériles sont masqués par des terres végétales et du recouvrement quaternaire et ne peuvent donc être directement cartographiés à partir de la surface. Leur localisation offrirait aux ingénieurs miniers une meilleure planification des tranchées d'exploitation, qui permettrait de les contourner lors de l'exploitation des niveaux phosphatés.

Nous n'allons pas aborder ici l'origine et le mode de formation de ces corps stériles ; nous nous limiterons simplement à leur caractérisation pétrographique et géométrique. Ceci a permis de bien les situer dans le contexte géologique local et de discuter le choix de la méthode géophysique appropriée pour les localiser. À la suite d'une série de tests de la méthode électrique sur des corps visibles dans d'anciennes tranchées d'exploitation, nous avons opté pour la couverture d'une partie du gisement de Sidi Chennane par profils de résistivité. La carte des résistivités élaborée à l'issue de cette étude présente les résultats obtenus.

L'entité morphologique désignée sous le nom du plateau de phosphate marocain comprend plusieurs gisements phosphatés et s'étend sur plus de 9000 km² [2]. Les travaux de reconnaissance réalisés par l'Office chérifien des phosphates (OCP), à Sidi Chennane, consistent essentiellement en une campagne de puits qui traversent la totalité de la série phosphatée [5]. Ces derniers sont exécutés selon une maille de 500 m × 500 m. Les logs de ces puits et les coupes géologiques que nous avons réalisées dans plusieurs tranchées en cours d'exploitation nous ont permis de décrire la série phosphatée dans ce gisement. En utilisant la terminologie en vigueur dans les chantiers d'exploitation, on distingue les couches suivantes (Fig. 2B) :

• • la couche C_III, d'âge Maastrichtien, forme la base de la série phosphatée et repose directement sur les marnes indurées sénoniennes de couleur jaunâtre [4] ; elle débute par des marnes phosphatées et des niveaux calcaires très riches en débris osseux, connus sous le nom de calcaires à bone-beds [2] ; ces derniers sont surmontés par une succession de niveaux de phosphates meubles grossiers et de calcaires phosphatés ; le toit de la couche C_III est formé de calcaires marneux et de marnes grises ;
• • la couche C_II, correspondant au Paléocène, est presque entièrement à phosphate meuble ; elle est surmontée par un niveau de calcaire à coprolites et à nodules de silex, qui constitue l'intercalaire minier C_I/C_II [8] ;
• • les couches minières C_I, C₀, « sillon A » et « sillon B » [1], d'âge Éocène, sont formées d'une alternance de bancs réguliers de calcaires marneux et phosphatés, de niveaux de phosphates meubles à grains grossiers, d'horizons continus de silex et, parfois, de niveaux silto-pélitiques ; sur l'ensemble repose la « dalle à thersités », formée de calcaire marneux et/ou siliceux coquillé [1,2,9,10].

Cette série phosphatée normale, décrite brièvement, s'organise selon une structure tabulaire sur l'ensemble du bassin des Ouled Abdoun [1,2]. Aucune étude géologique réalisée dans ce bassin n'a décrit l'existence de structures plissées ou de failles importantes [1,2]. En revanche, dans plusieurs tranchées d'exploitation, on trouve quelques petites flexures, particulièrement dans la zone de transition latérale entre la série phosphatée saine et les corps stériles (Fig. 3). Ces derniers sont essentiellement formés par du matériel entièrement stérile et généralement très compact. Cet aspect serait dû à un enrichissement en silice et en carbonate, qui accompagne leur mise en place [5].

Les coupes géologiques que nous avons réalisées sur les anciennes tranchées d'exploitation nous ont permis de décrire trois types de corps stériles, en se basant sur la nature des matériaux qui les constituent. L'exemple de la Fig. 3A illustre le type I – le plus fréquent –, formé exclusivement de calcaire silicifié. Il montre bien le contraste pétrographique et, par conséquent rhéologique, qui existe entre la série phosphatée normale, formée de niveaux phosphatés et marno-calcaires, et la masse homogène de calcaire silicifié à nodules de silex. Le type II (Fig. 3B) est constitué d'un mélange de blocs de calcaires à gros nodules de silex, de marnes, d'argiles et de portions de bancs de silex. Dans le type III (Fig. 3C), on retrouve ces mêmes constituants, avec une nette prédominance des marnes siliceuses. Les deux premiers types affectent généralement la totalité de la série phosphatée, alors que le troisième n'a été observé qu'au toit du sillon B. Deux faits importants sont à noter : d'une part, l'absence de toute trace de stratification à l'intérieur de ces corps stériles et, d'autre part, l'existence de petites flexures dans la zone de transition latérale entre ces derniers et la série normale.

Du point de vue géologique, ces corps stériles peuvent être considérés comme une variation latérale de faciès au niveau de la série phosphatée. En effet, on passe latéralement de termes phosphatés et marno-calcaires, plus ou moins tendres, soit à des calcaires silicifiés très compacts, soit à des poches de marnes siliceuses, contenant quelques blocs de calcaires silicifiés. Ce changement de faciès se traduit par une variation latérale du comportement rhéologique des roches, attesté par la résistance que montrent les corps stériles au cours des opérations de forages nécessaires pour l'exploitation du phosphate [5].

Dans les gisements en cours d'exploitation de Sidi Daoui et de Merah, ces corps stériles ont été rarement rencontrés. En revanche, la description des coupes de puits de reconnaissance réalisés à Sidi Chennane a montré que, sur 157 puits, 53 ont révélé une série phosphatée « dérangée », soit 33 % des puits de reconnaissance [5]. La dimension et la forme des corps stériles délimités par sondages mécaniques à Sidi Chennane [5] ou de ceux visibles sur les tranchées d'exploitation à Sidi Daoui et à Merah sont très variables. On trouve des structures sub-circulaires, coniques, cylindriques ou quelconques, dont le diamètre varie de 10 m à plus de 150 m.

Nous retiendrons de la description pétrographique et géométrique des corps stériles une nette variation latérale de la rhéologie des roches en passant de ces derniers à la série phosphatée normale. Les profils de résistivité tests que nous avons réalisés sur certains corps stériles visibles dans d'anciens chantiers, montrent que cette variation s'accompagne d'un important contraste de résistivité électrique. Ceci justifie notre choix de la méthode électrique pour localiser ces corps sous une mince couverture quaternaire. Toutefois, l'absence de stratification à l'intérieur des corps stériles laisse penser qu'un levé de géoradar permettrait de situer ces corps au sein de la série phosphatée bien stratifiée et tabulaire. En effet, compte tenu de leur aspect dur et de leur forme, les corps stériles donneraient une réponse similaire à celle des dômes de sel en exploration pétrolière. Par ailleurs, lors des différentes missions que nous avons réalisées sur le terrain, nous avons souvent constaté l'existence d'indices de ferruginisation, particulièrement au voisinage des corps de types II et III. Une étude pétrographique de détail et un levé magnétique au sol devraient être menés sur les zones test, afin de vérifier si ces corps sont caractérisés par un enrichissement en fer.

La méthode des résistivités électriques utilisée dans ce travail consiste à injecter un courant électrique à l'aide de deux électrodes et à mesurer la différence de potentiel électrique entre deux autres électrodes. L'espacement de ces électrodes définit le volume de roche exploré. Ces mesures permettent de déterminer la résistivité électrique de ce volume et de suivre sa variation verticale et latérale. Dans cette étude, nous avons essentiellement mis l'accent sur la variation latérale de la résistivité apparente, étant donné que l'objectif recherché consiste à cartographier les corps stériles. Les mesures ont été effectuées selon le dispositif Wenner, constitué de deux électrodes de courant (A et B) et de deux électrodes de potentiel (M et N) équidistantes [11]. Le matériel utilisé est un résistivimètre de type Syscal R2, dont la précision sur les voltages mesurés est de l'ordre d'un microvolt. L'injection du courant dans le sol a été assurée par une source d'une puissance de 250 W, utilisant une batterie de courant continu de 12 V.

La présente étude a été menée dans le gisement de Sidi Chennane, dans lequel nous avons couvert une superficie de 2,5 km² par un levé de traı̂né électrique. Au total, 11 profils ont été réalisés, dont neuf (1E à 9E) sont orientés nord–sud, espacés de 60 m, et dont les deux autres (1N et 2N) sont de direction est–ouest. Sur chaque profil, 26 stations de mesure ont été implantées, avec un pas de 20 m. Nous avons au préalable réalisé trois sondages électriques, dont un a été volontairement implanté près d'un puits de reconnaissance recoupant un corps stérile. Ceci nous a permis, d'une part, de déterminer la résistivité réelle des différents termes de la série phosphatée et, d'autre part, de déterminer la longueur du dispositif qui permettrait d'explorer la totalité de cette série [6,7]. Par ailleurs, pour avoir une idée quant à la signature électrique des corps stériles, des profils tests de résistivité recoupant ces derniers ont été réalisés dans d'anciennes tranchées d'exploitation à Merah et à Sidi Daoui. La Fig. 4 présente un exemple de ces profils.

Du point de vue géologique, le substratum de la série phosphatée est représenté par les marnes sénoniennes. L'épaisseur moyenne de cet étage à travers le bassin sédimentaire des Ouled Abdoun est de l'ordre de 100 m [1,2]. L'interprétation des sondages électriques a été effectuée au moyen d'un programme basé sur la technique de Marquardt–Levenberg [12]. Elle montre que la plus profonde formation atteinte correspond à un résistant, qui se situeraient à une profondeur de plus de 120 m (Fig. 5). Ce résistant correspond probablement aux termes inférieurs de l'étage sénonien, riches en intercalaires calcaires, ou carrément au calcaire turonien. La longueur du dispositif qui a permis d'atteindre ce corps résistant est de 200 m. Les diagrammes de sondages électriques (Fig. 5) montrent également que la base de la série phosphatée est atteinte avec une longueur du dispositif de 60 m (AB/2=30 m). Étant donné que, dans les gisements en cours d'exploitation, la plupart des corps stériles ne s'enracinent pas jusqu'à la base de cette série, nous avons donc adopté cette même longueur de dispositif pour les profils de résistivité réalisés à Sidi Chennane. D'ailleurs, le profil test de la Fig. 4, réalisé dans une ancienne tranchée d'exploitation montrant des corps stériles, a donné des résultats très satisfaisants, avec une longueur de dispositif de 60 m.

Pour une longueur de dispositif de 20 m (AB/2 =10 m, Fig. 5), on constate que la résistivité obtenue dans le diagramme du haut ($100\Omega \mathrm{m}$) est nettement inférieure à son équivalent sur celui du bas ($600\Omega \mathrm{m}$). Ceci confirme que les corps stériles sont plus résistants que la série phosphatée normale, étant donné que le premier sondage a été implanté près d'un puits de reconnaissance qui a recoupé une série normale, alors que le second a été implanté à côté d'un puits qui a recoupé un corps stérile.

Les profils tests de résistivité montrent que, lorsque les quatre électrodes du dispositif de mesure sont dans la série phosphatée normale, les valeurs de résistivité apparente enregistrées ne dépassent guère $100\Omega \mathrm{m}$, alors que celles-ci deviennent largement supérieures à $250\Omega \mathrm{m}$ au-dessus des corps stériles. Statistiquement, une population de 50 mesures de résistivité apparente, effectuées au-dessus de la série phosphatée normale, a donné une valeur moyenne de $80\Omega \mathrm{m}$ et un écart type de $20\Omega \mathrm{m}$. Une dizaine de mesures réalisées à l'aplomb des corps stériles donnent une valeur moyenne de $200\Omega \mathrm{m}$ et un écart type de $50\Omega \mathrm{m}$. Il en ressort qu'on ne peut parler de corps stérile que lorsque les valeurs de résistivité enregistrées sont au moins de $150\Omega \mathrm{m}$, les valeurs inférieures correspondraient à une série phosphatée normale. Ces ordres de grandeur ont permis de délimiter les anomalies sur la carte de résistivité correspondant à la zone étudiée à Sidi Chennane (Fig. 6). Sur cette carte, on distingue cinq anomalies. Dans la zone extrême nord-est (anomalies An1 et An2), les valeurs de la résistivité apparente atteignent un maximum de $380\Omega \mathrm{m}$. Au sud-est de la zone étudiée, on observe une autre anomalie (An3), de l'ordre de $200\Omega \mathrm{m}$. Deux autres anomalies (An4 et An5), de même amplitude que An3, se situent dans la zone extrême nord-ouest. Dans le reste de la carte, les valeurs dépassent très rarement $150\Omega \mathrm{m}$ et seraient attribuées à la série phosphatée normale. Les anomalies An1 et An2 ont été contrôlées par des sondages mécaniques qui ont révélé l'existence de corps stériles [5], les autres anomalies restant à confirmer. En se basant sur les données géologiques des puits de reconnaissance PR6859 et PR4966, d'une part, et sur les résultats des sondages mécaniques précités, d'autre part, nous avons établi la coupe interprétative correspondant au profil de résistivité 8E (Fig. 7). Cette coupe montre que les corps stériles mis en évidence ont un diamètre moyen de 50 m et affectent particulièrement la partie supérieure de la série phosphatée. En plus des deux corps stériles déjà confirmés à la verticale des anomalies An1 et An2, nous avons mis en évidence un autre corps à l'aplomb de An3, dont l'amplitude est comparable à celle de An2.

Au terme de cette étude, la méthode de prospection électrique, facile à mettre en œuvre sur le terrain, a donné des résultats satisfaisants dans la zone couverte par les mesures à Sidi Chennane. Le présent travail a permis d'identifier cinq anomalies de résistivité, dont deux ont été contrôlées par sondages mécaniques et ont révélé l'existence de corps stériles. Les autres anomalies seront ultérieurement contrôlées par le service des sondages de l'OCP pour confirmation.

Compte-tenu des informations issues des données géologiques, des sondages mécaniques et du levé de la carte de résistivité que l'on a pu tirer sur le terrain tout au long de cette étude, nous pouvons présenter les conclusions suivantes :

• • les corps stériles de type I, formés exclusivement de calcaires silicifiés, offrent un contraste de résistivité largement suffisant pour être détecté par la technique des traı̂nées électriques, à condition d'utiliser les paramètres géométriques du dispositif adaptés ;
• • les corps stériles du type II et III qui ne sont pas accompagnés par de notables phénomènes de silicification et de calcification au cours de leur formation, donnent de faibles anomalies de résistivité, voire des valeurs comparables à celles obtenues à l'aplomb d'une série phosphatée normale ; il nous semble que les indices d'hématite et de gœthite que nous avons souvent rencontrés au voisinage de ces deux types de corps stériles témoignent d'un enrichissement local en fer ; si ce test est positif, la carte magnétique complèterait les informations qui seront déduites de la carte des résistivités ;
• • une étude géochimique de détail serait intéressante pour voir si les corps stériles sont caractérisés par un enrichissement possible en éléments chimiques ;
• • l'absence de stratification à l'intérieur des corps stériles, comparée à la série normale bien stratifiée et tabulaire, laisse à penser que sa géométrie pourrait être caractérisée par méthode de prospection géoradar.