Sciences et Médecine
Etude des propriétés physiques des sols de savane du plateau
manganésifère Okouma (Gabon) en zone équatoriale
Study of physical properties of Savannah soils on the Okouma manganiferous
plateau (Gabon) under humid equatorial conditions
s. Emane MBA(l), A. EDOU-MINKO(2)
(1) Ecole Normale Supérieure de Libreville (Gabon)
(2) Université des Sciences et Techniques de Masuku (Gabon)
Introduction
Cet article a pour objectifs de décrire et interpréter
les profils pédologiques des sols sur le plateau
Okouma et d'établir leurs propriétés physiques
Le plateau Okouma est une formation (limites d'Atterberg, porosité, conductivité
géomorphologique riche en manganèse qui,
hydraulique), pour pouvoir juger du comportement
comme l'ensemble des formations du bassin
du sol vis-à-vis de l'eau et appréhender les
sédimentaire francevillien, connaît une érosion
transferts de matières éventuels. Ceci est un
intense. Des études pédologiques sur le plateau
préalable aux études agro-pastorales. le présent
Okouma (Guichard, 1974) et dans la région
article pourra ainsi servir de base pour des
(Guichard et Forget, 1973 ; Guichard, 1976 et
recherches sur la dynamique érosive dans la
1977 ; Sala, 1977 ; Guichard et Layaud, 1980) y
région et celles sur les modes de dispersion des
ont évalué la faisabilité de projets agro-pastoraux
polluants manganeux. On pourra dans des études
sans aborder l'aspect propriétés physiques des
à venir, proposer une cartographie des zones à
sols.
risque aux pollutions manganiques et à l'érosion
hydrique.
Matériel et méthode
- le deuxième ensemble d'altitudes comprises
entre 400 et 480 m, regroupe les formations de
bas de pentes ;
Station d'étude
- le troisième ensemble d'altitude supérieure à
Le plateau d'Okouma fait partie de l'ensemble des
480 m est un ensemble discontinu de monts et
plateaux manganésifères du secteur de Moanda
de plateaux, séparés les uns des autres par de
au sud-est du Gabon dont le modelé présente
profondes dépressions occupées par les cours
(figure 1) :
d'eau. Ces reliefs dominent les autres
formations du secteur et culminent à 700 m
- de 260 à 320 m, la vallée de l'Ogooué, lequel
d'altitude.
fleuve coule dans la partie nord du secteur à
260 m et dans la partie sud à 300 m ;
Le plateau Okouma s'inscrit dans un carré compris
entre 13°10' et 13°15' de longitudes est et 1°25' et
- le premier ensemble d'altitudes comprises entre
1°30' de latitude sud. Il est soumis à un climat
320 et 400 m est constitué par les surfaces
équatorial de transition australe de la région sud-
basses récentes;
est du Gabon avec trois mois de saison sèche et
1600 mm à 1900 mm de pluviométrie. La
Rev. CAMES - Série A, Vol. 02, 2003
Sciences et Médecine
végétation est une savane arbustive dans laquelle
Les dénivelés entre le sommet du plateau, et le
la forêt apparaît en galerie sur les rebords des
niveau des cours d'eau atteignent plus de 200 m.
rivières et se développe systématiquement le long
des cours d'eau.
Le plateau Okouma a une forme dissymétrique, on
y distingue (figure 2) :
Sa superficie est de 86 km2, la partie minéralisée
représente environ 13 km2
- au sommet une surface tabulaire dont le point
. L'intérêt économique
du plateau Okouma est du même ordre que celui
culminant se situe dans l'extrême sud-ouest, à
de Bangombé. Les gisements de ces deux
l'altitude de 600 m ;
plateaux constituent l'essentiel des réserves
- un versant nord-est entre 400 et 600 m d'altitude
connues de manganèse de la région
de
dont la pente générale est faible;
Franceville.
Altitudes en m
Latitudes en km
Figure 1 : Modèle numérique de terrain du secteur de Moanda longitudes et lattitudes
en coordonnées de Lambert
Rev. CAMES - Série A, vol. 02, 2003
26
Sc~ncesetMédedne
Altitudes en fi
Longitudes en km
Latitudes en km
Figure 2 : Modèle numérique de terrain du Plateau Okouma
longitudes et lattitudes en coordonnées de Lambert
- un versant sud-ouest et sud très abrupt, à pente
le quart sud-est du Gabon. il est limité au nord par
assez forte à forte. L'érosion a transformé le
le massif du nord Gabon, au sud par le massif du
modelé initial en créant deux types de surfaces
Chaillu, à l'ouest par le système de l'Ogooué
aplanies.
(formation gréso-pélitique métamorphisée) et à
l'est par les formations continentales mésozoïques
La première surface, haute, se situe entre les
de la cuvette congolaise (série du Stanley Pool et
altitudes 540 et 560 m. La pente générale est
des plateaux Batéké).
inférieure à 5 %, et au niveau des replats, les
pentes sont inférieures à 2 %.
La série type du Francevillien a été définie par
Weber (1968). On distingue de la base vers le
La deuxième surface, basse, se situe dans les
sommet:
fonds de vallée à une altitude moyenne de 360 m.
La pente générale est faible « à 5 %).
Le FA formé par les grès de Mabinga, le FB 1,
constitué par les formations ferrifère d'Okouma-
La transition entre les surfaces haute et basse est
Bafoula et les pélites de Bangombé, très riches en
assurée au sud-ouest par des versants très
manganèse. Le FB 2a composé par les grès de
abrupts dans un environnement de cuesta. Vers le
Poubara. Le FB
nord-est on passe progressivement des formations
2b composé par les pélites et
du plateau aux surfaces plus récentes faiblement
ampélites de la Djoumou. Le FC ou jaspes de
inclinées, à l'aspect mamelonné, et dont l'altitude
Mvengué. Le FD constitué par les ampélites et tufs
s'abaisse jusqu'à 380 m.
de la Bambaï et le FE ou formation des grès de
Lépaka.
Du point de vue géologique le site appartient à une
série détritique et volcano-sédimentaire non
Au niveau du plateau Okouma, les formations qui
métamorphique du Francevillien qui affleure dans
affleurent sont celles du FA, FB, FB2a, FB2b et FC.
Rev. CAMES - Série A, vol. 02, 2003
27
Sciences et Médecine
Protocole d'étude
ouest (profils P1 et P6) permet de suivre la
dissémination des particules au niveau des
formations sur versants à stone-line (profil P6). Les
Travail de terrain
profils pédologiques ont 2 m de profondeur, à
l'exception du profil P6 (6 m) et des profil P2 et Pl
Deux directions ont été choisies pour creuser les
(50 cm). Ces deux derniers ont été réalisés pour
puits. Une direction nord-est (profils P1, P4, P5)
vérifier leur conformité avec le profil P1
qui permet d'évaluer la dissémination des
(figure 3).
particules au niveau des formations sur ampélites
manganésifères (profil P 1), sur pélites FB
L'échantillonnage a été fait en surface sur 10 cm
1 , (profil
de profondeur et tous les 50 cm de profondeur.
P4) et sur grès FB2a (profil P5). La direction nord-
,,...
O.ydiloll ''l'l'..vriI ....
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Sola l'omIlitiq\\M:I ...-niio
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Figure 3 : Carte pédologique du Plateau Okouma et localisation des profils étudiés
Rev. CAMES - Série A, vol. 02, 2003
28
Sciences et Médecine
Méthodes d'analyse
avec Pds : poids de la terre séchée à lOS" C : V: volume
apparent; ds : densité apparente.
Dans le cadre de cette étude les mesures des
Le pourcentage de vide peut être comparé aux
limites d'Atterberg, de porosité, et de conductivité
limites d'Atterberg pour obtenir le degré de
hydraulique ont été réalisées.
saturation du sol lorsque ces limites sont atteintes
(Avenard, 1962). Cette teneur en eau dans l'unité
Les limites d'Atterberg sont des paramètres
de poids à saturation complète (Porosité
géotechniques destinés à identifier un sol et à
(P)/densité apparente (ds), représente dans le sol
caractériser son état au moyen de son indice de
considéré, le maximum d'eau que celui-ci peut
consistance (Avenard, 1960, 1962 ; Smith, 1982 ;
contenir.
Afnor, 1993 ; Ngenzi, 1995). Ce sont des valeurs
seuils qui marquent le passage d'un état du sol à
On distingue deux cas possibles:
un autre. On distingue quatre états du sol, dont
- si P/ds est> aux limites d'Atterberg, celles-ci
l'état solide sans retrait, l'état solide avec retrait,
peuvent être atteintes et la solifluxion peut agir;
l'état plastique et l'état liquide. La présente étude,
se limite à l'étude des limites de liquidité et de
- si P/ds< aux limites d'Atterberg, celles-ci ne
plasticité.
peuvent être atteintes puisqu'il faudrait une
quantité d'eau supérieure à la saturation
Pour déterminer les limites de liquidité, on établit à
complète.
chaque profondeur, l'équation de la droite de
régression à partir des couples de valeurs
La conductivité hydraulique commande les
expérimentales. La limite de liquidité (W L ) est la
conditions de pénétration de l'eau dans le
teneur en eau du sol quand le nombre de chocs
géomatériau. Elle est traduite par la loi de Darcy-
nécessaire pour réaliser une fermeture de 1 cm est
Dupuit qui rend compte du mouvement d'eau à
égal à 25 (pour X = 25, W L = y = Limite de
l'intérieur d'un sol. EJle s'écrit: V = - K x i
liquidité).
Avec V : Vitesse d'écoulement de l'eau;
La limite de plasticité est la teneur en eau au-
i : gradient hydraulique: k : conductivité hydraulique
dessus de laquelle les molécules d'eau entourant
La vitesse d'écoulement de l'eau dans un sol est
les grains n'ont plus la propriété d'eau libre" et
directement proportionnelle à la charge à travers
marque le passage de l'état plastique à l'état solide
ce sol et inversement proportionnelle à l'épaisseur
avec retrait (état friable).
de la couche traversée. La valeur de K est
caractéristique d'un type de terrain ; elle dépend
L'indice de plasticité représente la diHérence entre
de tous les éléments constitutifs de celui-ci:
les limites de liquidité et de plasticité. Il définit
porosité, dimension des grains, structure,
l'étendue du domaine plastique. Il est en rapport
compacité,
pris
dans
des
conditions
de
avec la quantité et la nature des argiles et des
température, viscosité et poids spécifique du
collordes que contient le géomatériau.
liquide.
La porosité totale (ou pourcentage de vides) est le
volume des vides en pour cent du volume total de
Résultats
l'échantillon.
Aspects morphologiques des sols
P =[(D-ds)/D]x100
Pour obtenir les données relatives à la porosité
Sept (7) profils P1 à P7 ont été creusés dans le
des sols sur le plateau Okouma, nous utilisons les
secteur d'étude.
relations qui existent entre la densité apparente, la
Les profils P1, P2, P3, P7 sont situés sur le
densité réelle et la porosité.
plateau manganésifère à pente faible de 2 à 8 %,
La densité apparente encore appelée densité
le profil P4 sur pélites FB 1, le profil P5 sur grès
sèche est le poids du géomatériau par rapport au
FB2a, et le P6 sur versant de pente assez forte (24
volume apparent occupé. Elle influence les
à 25 %) (figure 3). Seuls les profils de référence
propriétés de rétention en eau des sols (Bruand et
P1, P4, P5, P6 ont été pris en compte pour cette
al., 1996). Elle répond à la formule: ds= PdslV
étude.
Rev. CAMES· Série A, vol. 02,2003
29
Sciences et Médecine
Profil type sur plateau
de manganèse repose sur les ampélites
manganésifère
manganésifères.
Profil type sur pélites FB
Le profil Pl est, le profil type des formations du
1
plateau manganésifère sur ampéJites. Il est situé
en bordure Est du plateau à 565 m d'altitude. Le
Le profil 4 est situé à l'Est du plateau à 460 m
profil pédologique présente du sommet à la base:
d'altitude, sur un versant à faible pente (5 à 8%)/ Il
présente du sommet à la base.
- Un horizon A l, de la cm dont la couleur Munsell
est brune (7.5 YR 3/2 à 4/4 humide). La matière
. Un horizon AI' de 10 cm brun foncé (7.5YR 3/2
organique avoisine des teneurs de 2 %, et est
humide), à matière organique non directement
non directement décelable. Il contient environ
décelable (3 %). La structure est fragmentaire
15 % de pisolithes dont le diamètre varie entre
nette à polyédrique grossière. La porosité est
2 et 3 mm. La texture est très poreuse et friable.
normale. Il contient de nombreuses racines,
On y trouve de nombreuses racines, fines,
fines à moyennes. L'activité biologique est
chevelues. L'activité biologique est moyenne.
moyenne. La transition est nette et régulière.
La transition est distincte et régulière.
- Un horizon AB de 15 cm, brun foncé (7.5 YR 4/4
L'horizon AB, d'une épaisseur 20 cm, a une
humide), à matière organique non directement
couleur Munsell brun foncé (7.5 YR 4/4
décelable (0,5 %). La structure est fragmentaire
humide). La matière organique est non
nette à polyédrique. La porosité est normale.
directement décelable (1 %). Les pisolithes (de
L'activité biologique est moyenne, on note la
2 à 4 mm de diamètre) représentent 45 % des
présence de vides et canalicules des vers et
matériaux. La structure est continue. Le sol est
des racines. La transition est distincte et
poreux et friable. Il contient de fines racines.
régulière.
L'activité biologique est faible. La transition est
distincte et régulière.
- Un horizon B2 de 115 cm, brun foncé à brun vif
(7.5 YR 4/4 à 5/6 humide), apparemment non
- L'horizon BI, fait 60 cm d'épaisseur. Il est brun
organique. La structure est fragmentaire peu
foncé à brun vif (7,5 YR 4/4 à 5/6 humide). Il est
nette à massive. Il est poreux. Il y a présence
apparemment non organique et contient 50 %
de vides et de canalicules, absence de racines
de pisolithes. La structure est continue. La
à partir de 1 m, l'activité biologique faible.
porosité est forte. Le sol contient quelques
racines, fines. La transition est diffuse,
Profil type sur grès FB2a
régulière.
- L'horizon B
Le profil P5, situé également à l'Est du plateau à
2 visible sur 130 cm, est brun foncé à
une altitude de 460 m, sur un versant à faible
brun (7.5 YR 3/2 à 4/4 humide). Il est
pente (5 à 8 %) Comprend du sommet vers le bas
apparemment non organique, avec 65 % de
pisolithes de diamètre 2 à 5 mm. La structure
- un horizon Ali (de 0 à 11 cm), brun vif (10 YR
est continue, la porosité forte, pas de racine et
3/4 sec), à matière organique non directement
l'activité biologique est nulle.
décelable (2 %). La structure fragmentaire est
Sur le plateau, l'horizon pîsolithique peut
peu nette à porosité élevée. Les racines sont
atteindre 6 m d'épaisseur, et passe de façon
fines et moyennes, avec abondance de
continue en profondeur, à une cuirasse
chevelu. L'activité biologique est moyenne; et
démantelée, comportant des plaquettes
la transition est nette et régulière.
enrobées dans une matrice ocreuse au sein de
- Un horizon A
laquelle se développe
parfois de petits
I2 (de 10 à 40 cm), brun vif (10 YR
pisolithes (Wéber 1968). Le niveau de cuirasse,
4/4 sec). à matière organique non directement
épais d'environ 5 m, constitue l'essentiel du
décelable (1 %). La structure fragmentaire est
minerai avec des teneurs de plus de 50
peu nette à tendance particulière. Le volume
% de
manganèse métal. A la base du gisement, un
des vides est très faible entre agrégats, la
niveau fin à rhodochrosite (MnC0
porosité est faible ; les racines sont fines et
3 ) et à oxydes
Rev. CAMES - Série A, vol. 02, 2003
30
Sciences et Médecine
moyennes. L'activité biologique est moyenne, et
argileuse, et la structure massive poreuse. La
la transition distincte et régulière.
transition est distincte.
Un horizon AB (de 40 à 70 cm), brun jaunâtre
L'ensemble Il ou " stone-line " fait 2 à 3 m
foncé (10 YR 4/4 humide), à matière organique
d'épaisseur. C'est un niveau apparemment non
non décelable (moins de 1 %). La structure est
organique, poreux, plastique à texture très
massive à éclat anguleux. Le volume des vides
argileuse et à structure massive, comportant
est très faible entre agrégats. Les pores
des pisolithes et des blocs de cuirasse
tubulaires sont abordants et très fins. Les
manganèsifère de 40 à 50 cm. Il renferme au
quelques racines observées sont fines et
sommet dos outils lithiques de jaspe (pierre
moyennes. L'activité biologique est moyenne à
taillée). La transition avec ['horizon sous-Jacent
faible, la transition distincte et régulière.
est nette.
- Un horizon 8 21 de 70 à 100 cm), brun vit à brun
L'ensemble '" est constitué rar l'horizon
jaunâtre (8.25 YR 5/6 humide), apiJaremment
d'altération rouge, l'honzon C. Il a été suivi sur
non organique. L.a structure est massive {)
60 cm d'ép3isseur.
éclats émoussés. Le volume des vides est lrès
faible entre agrégats. Les pores sont tubulaires
Propriétés physiques des sols
et fins. Les racines sont de plus en plus fines et
['activité biologique faible. La trallsitioll est
u.:s résultats des différentes analyses réalisée sont
graduelle 8t régulière
enregistrees dans les tableaux l, Il, Ill, IV, Vet
flÇJlIreS 4a el 4b.
Un horizon 8 22 (de 100 il. <'10 cm) I)rur' vif (75
YR 5/6 humide), non organique à slructu'e
Les limites d'Atterberg
massive. Le volume des vides est très f:,uble?
Les limites de liquidité
entre agrégats. Il y a abonrJa'lce des peres
.x : nombre de chocs: Y : teneur en eau
tubulaires fins à très fins. Les rar"s racin8s
observées sont fine~ et l'activité biologique îrF.:;
Tableau 1 : Résultats expérimentaux Teneurs en
faible.
cau du soi et nombre de chocs 'lècessaires pour
réaliser une fermeture de la rainure de 1 cm.
Profil type sur versants à stone-
fines
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Le profil P6 est le profil type des formations sur
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d'altitude au nord-ouest du plateau sur un versant
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assez raide (pente de 24 %).
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D12 sommet vers la base or. note une succession
de trois ensembles distincts.
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L'ensemble i. d'une epaisseur de 3 m envirori,
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environ 4 % de la matière. La texture est très
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argileuse, la structure est massive et très
plastique. La transition est distincte.
Limite de plasticité
L'horizon B d'une épaisseur de 3 m est de
La limite de plasticité est déterminée en faisant la
couleur noire à brun foncé (5YR ce à 7.5YR 4/4
moyenne arithmétique des trois à quatre valeurs
humide). Les pisolithes représentent environ
expérimentales obtenues.
50 % de la matière. La texture est très
Rev. CAMES - Série A, vol. 02, 2003
31
Sciences et Médecine
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Figure 4b : Représentation graphique des regressions linéaires permettant le calcul les limites de liquidité du profil P6
Rev. CAMES· Série A, vol. 02, 2003
32
Sciences et Médecine
Tableau Il : Limite de liquidité (WL) ; droite de drégression linéaire et coefficient de corrélation
Profils
Prof
Droitc de
Co<èff. de
Coeff.de
Limite de
cn cm
régression
corrélation
détennination R2
liquidité
WL
PI
75
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-0 . ')')
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46.6
175
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-0.99
099
55.7
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75
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0.95
46.8
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Limite de plasticité
La iimite de plast,clté est détermmèfJ ell faisant la IT:oyonne arlihmétique des irais à quatre valeurs
expérimentales obtenues.
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Rev. CAMES - Série A, vol 02,2003
33
Scœnceset Médecme
Porosité
ds : densité apparente; D : densité réelle; P : porosité; P/ds : teneur en eau il saturation; Dm : densité moy.
Tableau IV : Valeurs de la densité apparente, réelle, porosité et de la teneur en eau à saturation complète.
Profils
Pro f. en cm
Ds
D
Dm
Pen %
P/ds en %
PI
0
0,96
2.63
63.49
66.14
Sur ampélite Mn
50
1.11
2.44
2.42
54.46
49.06
P4
0
0,91
2.38
61.72
67.82
100
1
2.25
55.55
55.55
Sur pélite
200
1.09
2.46
2.36
55.68
51.08
P5
0
1.05
2.14
50.92
48.50
100
1.05
2.55
58.85
56.64
Sur grès
200
1.31
2.62
2.44
49.96
38.14
P5
0
1.05
2.14
50.92
48.50
100
1.05
2.55
58.85
56.64
Sur grès
200
1.31
2.62
2.44
49.96
38.14
P6
0
0.9
2.06
53.81
56.64
sur
50
1
2.25
55.64
55.64
versant à s.l.
300
1.04
2.35
2.22
55.98
53.82
Conductivité hydraulique
Les valeurs de la conductivité hydraulique sont obtenues à partir de l'équation 3 log 10K=7.5-2.5 log 10 Is,
où Is, indice d'instabilité structurale, caractérise la résistance du sol aux agents extérieurs (Leprun, 1993 ; Le
Bissonnais et Le Souder, 1995).
C
Is = (Argile+limon) % maximum/(moyenne arithmétique du "10 d'agrégats sup. il 200u-O.9 x sables grossiers %)
Rev. CAMES - Série A, vol. 02, 2003
34
Sciences et Médecine
Les mesures d'ls ont été réalisées par Guichard et Forget (1973), Guichard (1976 et 1977).
Tableau V : Valeurs de l'instatilité structurale et de la conductivité hydraulique des ,sols du FBB
Profils
Prof. en cm
Is
K
Prof. cm
Is
k
Sols sur formation
0-7
0.3
12.7
0-8
0.8
5.6
d'ampélite FB2b
10-20
1.7
3.0
8-20
2.3
2.3
23-40
2
2.6
30-45
3.9
1.5
80-100
3.3
1.7
80-100
3.2
1.8
Sols sur
0-10
0.4
10.0
0-7
0.7
6.2
Pélites FBI
10-20
0.6
7.1
7.18
1
4.6
30-40
1.7
3.0
20.30
2.1.
2.5
70-80
2.6
2.1
60-70
2.2
2.4
Sols
0-4
0.3
12.7
sur grès
10-25
0.7
6.2
35-50
2.2
2.4
90-100
2.3
2.3
Discussion
intercalés entre l'ensemble 1 argilo-sableux de
surface, et l'ensemble'" d'altération avec lequel il
n'a pas de filiation apparente. Il faut par
Morphologie des sols
conséquent envisager une chronologie dans la
mise en place de ce profil qui expliquerait la
Les profils pédologiques sur le plateau Okouma
coexistence des
différents géomatériaux.
présentent une organisation en trois ensembles
L'ensemble III des formations sur versant à stone-
quelque soit la roche mère de départ. Cependant
Iines est certainement autochtone; les ensemble Il
de grandes variations apparaissent dans
et 1 s'y seraient déposés respectivement l'un après
l'organisation de détail. Les ensembles de surface
l'autre. Un intervalle de temps est nécessaire entre
de certains profils sur plateau manganésifère
la mise en place de l'ensemble 1 à la suite de
contiennent des pisolithes dont la quantité et la
l'ensemble Il car les outils lithiques ont été
taille augmentent avec la profondeur, où on
reconnus au sommet de ce dernier. Ceci permet
retrouve des blocs de cuirasse et de plaquettes de
par ailleurs de situer la mise en place de
manganèse. Les sols sur plateau manganésifère et
l'ensemble 1 au quaternaire, le cuirassement
sur pélites FB, sont noirs à brun foncé tandis que
manganésifère étant daté de l'éocène.
les sols sur grès FB2a sont brun vif à jaunâtre. La
couleur et la composition minéralogique de ces
En résumé, l'examen des profils pédologiques fait
profils reflètent les caractéristiques des roches
ressortir les faits suivants:
mères. Ainsi les sols sur plateau manganésifère et
sur des grès ont subi une évolution
les profils pédologiques du plateau sont
in situ.
constitués de trois ensembles l, Il, III ou de trois
Toutefois le plateau Okouma n'est pas à l'abri
horizons indexés ABC. L'horizon A est humifère
d'importants
transferts
de
matière.
Les
et très peu épais. L'horizon B est un ensemble
géomatériaux de la Stone-Iine sont plus diversifiés
argilo-sableux (ensemble ~ et/ou pisolithique,
et l'évolution de ces profils plus complexes.
avec souvent à sa base des blocs de cuirasse
Comment en effet expliquer que l'ensemble Il de
(ensemble
Il),
c'est
l'horizon
central
3 m d'épaisseur à outils lithiques de jaspe,
d'accumulation. L'horizon C d'altération
fragments de cuirasses manganésifères et
(ensemble /JI), est le résultat de l'altération in
pisolithes, dans une matrice argileuse, se trouve
situ de la roche mère.
Rev. CAMES - Série A, vol. 02, 2003
35
ScœncesetMédecme
. Les sols sur grès, ainsi que les sols sur le
Les limites d'Atterberg
plateau manganésifère sont autochtones, ces
derniers se reconnaissent facilement soit par la
présence d'une importante quantité de
Variation du coefficient de corrélation
pisolithes, soit par la présence de blocs de
cuirasse démantelée et de plaquettes de
Le signe moins du coefficient de corrélation signifie
manganèse.
que le nombre de chocs nécessaires pour réaliser
une fermeture de 1 cm de rainure et de la teneur
- Les profils sur versant à stone-unes sur des
en eau du sol varient en sens inverse. Quand la
fortes pentes correspondent aux surfaces de
teneur en eau du sol augmente, le nombre de
raccordement à l'Ouest, au Sud-Ouest et au
chocs diminue. La dépendan.ce est très forte, car le
Sud du plateau. Les ensembles 1 et 1/
coefficient de corrélation R est supérieur à 0,7
contiennent plusieurs types de géomatériaux
(Drosbeke, 1988 ; Foucart et Lafaye, 1983 ;
identiques
aux
sols
sur
ampélites
Fourastier et Laslier, 1987 ; Foucault et Raoult,
manganésifères (pisolithes et blocs de cuirasse
1988 ; Tomassone et al., 1983). Le coefficient de
de manganèse, plaquettes litées) et de
détermination R2 est aussjtrès élevé, presque
matéri.aux de natures et d'origines différente
toujours supérieur à 0.9.
(outils préhistoriques au sommet de l'ensemble
I~. Ces observations nous permettent d'affirmer
Influence de la fraction argileuse
que les ensembles 1/ et 1se sont mis en place
par éboulis de blocs de cuirasse de manganèse
Pour évaluer l'influence de la fraction argileuse du
dès les 'premières phases de démantèlement de
sol sur les limites d'Atterberg, nous avons associé
cette cuirasse manganésifère éocène, puis
les valeurs des limites de liquidité (WL) et les
dans un deuxième temps par colluvisionnement
limites de plasticité (Wp) avec les proportions
des géomatériaux fins de l'ensemble 1pendant
d'argile
correspondantes
aux
différentes
leur formation au quaternaire.
profondeurs (tableau VI). Nous avons porté sur le
diagramme de la figure 4, les limites de liquidité et
L'altération
due
au
climat
actuel
est
les limites de plasticité en fonction des proportions
homogénéisante, le résultat de celle-ci étant la
d'argile. il en ressort que les fonctions
transformation de la cuirasse manganésifère, des
ampélites et pélites, des grès du FB en un horizon
WL=f(A) et Wp=f(A), avec A égal à la proportion d'argile,
argilo-sableux eVou pisolithique.
sont des droites du type Y=aX+b. La valeur b étant
Propriétés physiques des sols
proche de zéro, on peut la négliger, dans ce cas
les relations entre limites d'Atterberg et les
Les descriptions des profils d'altération montre une
proportions en argiles se simplifient aux équations
évolution in situ des profils situés sur le plateau
suivantes: WL=1 x(% argile) et Wp=0.7 x (%
manganésifère, et une mise en place par
argile). Ces droites passent donc toutes par
allochtonie des ensembles supérieurs de surface
l'origine.
des profils à stone-fine sur versant. Il y a donc
d'importants transferts de matière dans les
Les coefficients de corrélation montrent une
horizons de surface à géomatériaux fins. Ce
dépendance très forte des limites d'Atterberg vis-à-
diagnostic nous amène à déterminer les conditions
vis des teneurs en argiles du soi. Les coefficients
de migration de ce géomatériau sous climat
de détermination proches de 0.9, indiquent que
équatorial à forte pluviosité, et à étudier le
l'essentiel des fluctuations des limitE;ls d'Atterberg,
comportement du sol en fonction de sa teneur en
sont dues aux teneurs en argiles du sol. A partir
eau. Les trois paramètres qui permettent de juger
des équations modèles établies, nous pouvons
du comportement du sol vis-à-vis de l'eau sont les
mieux cerner les limites d'Atterberg et les
limites d'Atterberg, a porosité et la conductivité
déterminer avec une plus grande précision.
hydraulique.
Rev. CAMES· Série A, vol. 02, 2003
36~
Sciences et Médecine
Tableau VI : Relation linéaire entre les proportions d'argile et les limites d'Atterberg
Profils
Prof. en cm
WL
Wo
ID
% argileWo
PI
75
46.6
36.6
10
63.4
175
55.7
38.9
16.8
65.7
P4
75
46.8
38.9
7
53.5
175
59.8
40.6
19.2
60.2
P5
75
33.3
23.0
10.3
31.9
175
38.9
24.4
14.5
30.8
P6
75
81.6
57.0
24.6
no
175
84.9
58.4
26.5
81.0
275
86.3
59.5
26.8
78.4
Droites de régression
WL = 0,99 x (% Argile)
WLS = 11 x (% Argile)
Wp = 0.68 x (% Argile)
Wps = 0,7 x (% Argile)
RL =0.91
Rp = 0.95
R2 = 0.82
R2 = 0.89
WLS : limite de liquidité simplifiée
Wps : limite de plasticité simplifiée
Le tableau VII montre en effet qu'il peut y avoir des
droite, presque une bissectrice et "l'espace
variations importantes entre les limites d'Atterberg
d'Atterberg n. Ceci revient à dire aussi que le
déterminées de façon expérimentale et celles
domaine liquide est le plus étendu, et qu'il couvre
obtenues par le calcul. Cependant, les limites
environ la moitié de " l'espace d'Atterberg ", du
d'Atterberg augmentent toujours en même temps
moins au niveau du plateau Okouma. Le domaine
que
la
teneur
en
argile
des
formations
solide est moins étendu et couvre environ 38 % du
considérées. Les différences entre les chiffres sont
même espace. Le domaine plastique est le moins
attribuées à la manipulation qui est assez délicat.
étendu, il est plus étroit et s'élargit en même temps
Les coefficients de corrélation et de détermination
que la teneur en argile augmente.
étant très bon, on considère que les droites de
régression expriment de manière satisfaisante, les
On peut affirmer en se basant sur la représentation
évolutions
des
limites
d'Atterberg.
La
graphique de " l'espace d'Atterberg .. que le
représentation graphique des limites d'Atterberg
passage
du
comportement
solide
au
permet de visualiser un espace à trois domaines
comportement de boue liquide des géomatériaux
(figure 5).
fins sera beaucoup plus facilement atteint pour les
formations les moins riches en argile. En effet, ces
- Le domaine où les matériaux se comportent
formations sont susceptibles d'atteindre assez
comme des solides (état solide) ;
rapidement leur limite de liquidité, pour une
augmentation de la teneur en eau pas trop
Le
domaine
où
les
matériaux ont
un
importante, l'étendu de leur domaine de plasticité
comportement plastique (état plastique).
étant assez étroit. Les phénomènes de solifluxion
sont probants pour ces formations moins riches en
- Le domaine où les matériaux se comportement
argile lors des grandes pluies (qui peuvent durer
comme des liquides (état liquide).
plusieurs jours), car on eut envisager que leur
limite de liquidité soit atteinte.
On remarquera que le coefficient angulaire de
l'équation liant la limite de liquidité et la teneur en
argile est très proche de 1 ; ce qui fait de cette
Rev. CAMES - Série A, vol. 02, 2003
37
Sciences et Médecine
Tableau VII : Détermination des limites d'Atterbberg-à parcirdcys p-uportions d'argile. Comparaison des
valeurs expérimentales et des valeurs théoriques
Valeurs exoérimentales
Valeurs corri2:ées
ProDort. Argile % WL
WD
ID
WL
WD
IP
30.8
38.9
24.4
14.5
30.3
21.5
8.85
31.9
33.3
23.0
10.3
31.5
22.3
9.18
53.5
46.8
39.8
7
52.7
37.3
15.4
60.2
59.8
40.6
19.2
59.3
42.0
17.3
63.4
46.6
36.6
10.0
62.5
44.2
18.2
65.7
55.7
38.9
16.8
64.7
45.8
18.9
no
81.6
157.0
124.7
175.9
153.7
122.2
100 _ - - - - - - - - - - - - " 7 1 '
en 80
"-
CD
Liquide
.c
"-
"
! 60
ct
.
"
"C
"
"
"
fil
40
"
"
Solide
S
.-
"
E
.-
"
..J
20
O~-.....-_.,r--..,...-__r-__f
o
20
40
60
80
100
1
Teneur en eau %
L~_-_ .-------..
Figure 5 : Représentation graphique des limites d'Atterberg des sols des plateaux Okouma
Porosité
valeurs de porosité allant de 49.9 % (profil P5) à
63 % (profil Pl). la teneur en eau à saturation
complète du sol varie de 38.% (profil P5) à 66 %
Les densités apparentes des sols sur ampélites
(profil Pl).
manganésifères vont de 0.96 à 1.2. Les densités
réelles de 2.2. à 2.63. On obtient par le calcul des
Rev, CAMES - Série A, vol. 02, 2003
38
Sciences et Médecine
Les densités apparentes des sols sur versants à
D'une manière générale, l'horizon de surface a la
stone-lines (profil P6) vont de 0.95 à 1.04 alors que
plus faible densité apparente; souvent la porosité
la densité réelle varie entre 2.06 et 2.36. Les
la plus forte ainsi que la teneur el'l eau à saturation
porosités correspondantes sont de 54 % et 56%.
compète la plus élevée. Les sols sur grès ont un
La teneur en eau à saturation comp1ète de 57 % et
horizon B (profil P5, à 50-60 cm) plus poreux (59
54%.
%) que l'horizon A. De même la teneur en eau
saturation complète y est supérieure (56 %) à celle
Pour les sols sur pélites FB (profil P4), les densités
de la surface, ce qui laisse présager d'un
apparentes sont de 0.91 (0-10 cm) et de 1.09 (200-
comportement particulier du sol à cet endroit. Tous
210 cm). Les densités réelles sont de 2.25 (100-
les sols du plateau Okouma ont une forte porosité.
110 cm) à 2.46 (200-210 cm). La porosité
résultante est de 62 % (0-10 cm) et 56 % (200-210
La comparaison de la teneur en eau du sol à
cm), alors que la teneur en eau à saturation
saturation complète avec les limites d'Atterberg
complète s'échelonne de 68 % (0-10cm) à 56 %
(tableau VIII) fait ressortir les faits suivants
(200-210 cm).
- les horizons de surface des sols sur ampélites
Les sols sur grès FB
(profil P5) ont des densités
manganésifères sont susceptibles de solifluer
2a
apparentes de 1.05 (0-10 cm) et 1.31 (200-210
car les limites de liquidité et de plasticité
cm). La densité réelle des sols est de 2.14 et 2.62 ;
peuvent être atteintes. Dans les horizons sous-
la porosité varie de 51.
jacentes, seules la limite de plasticité peut être
franchie, ces horizons sont plus exposés aux
(0-10cm) à 59 % (50-60 cm). La teneur en eau à
déformations lorsqu'ils s'engorgent d'eau.
saturation complète est à 49 % (0-10 cm, 56 %
Cependant, les limites d'Atterberg peuvent être
(50-60 cm) et à 36 (200-210 cm).
franchies dans le niveau à plaquettes sous-
jacent.
P/ds : teneur en eau à saturation complète; WL: limite de liquidité; WP : limite de plasticité
Tableau VIII : Comparaison de la teneur en eau à saturation complète avec les limites d'Atlerbberg.
Profils
Prof. en cm
P/ds %
WL%
Wp%
PI
0-10
66.14
59.46
41.62
150-160
49.06
64.00
44.8
P4
0-10
67.82
32.85
23.00
100-110
55.55
54.38
38.07
200-210
51.08
62.95
44.07
P5
0-10
48.50
20.76
14.53
100-110
56.04
31.73
22.21
200-210
38.14
31.15
21.81
P6
0-10
56.64
71.46
50.02
100-110
55.64
75.41
52.79
200-210
53.82
79.12
55 .. 38
Rev. CAMES - Série A. vol. 02. 2003
39
Sciences et Médecine
- P/ds est toujours inférieur à wL dans les sols sur
Les limites de liquidité et de plasticité sont d'autant
versants à stone-lines, la limite de liquidité ne
plus élevées que la teneur en argile du sol est très
peut pas y être franchie, tandis que la limite de
importante. Elles sont respectivement de 70 %,
plasticité peut être dépassée. Les limites
57% et 31 % , dans les sols sur versant à stone-
d'Atterberg sont cependant très élevées au
lines, dans les sols sur ampélites manganésifères
niveau des sols sur versants à stone-lines et sur
ainsi que dans ceux sur pélites FB1 ,et sur grès
ampélites manganésifères. Il y a peu de chance
FB2a. Les limites de plasticité sont 0.7 fois plus
que les limites d'Atterberg soient atteintes dans
faible que les limites de liquidité.
ces deux formations.
Les limites d'Atterberg sont particulièrement
P/ds est supérieur aux limites d'Atterberg sur
élevées dans les sols sur le plateau Okouma. Les
plus d'un mètre dans les formations sur pélites
sols sur versants à stone-ines présentent les
FB.
meilleures conditions de stabilité vis-à-vis de la
solifluxion, car ils ont les limites d'Atterberg les
Ces sols sont exposés à la solifluxion pourvu que
plus élevées. Les sols sur grès FB2a présentent
les quantités d'eau nécessaire pour franchir les
les plus mauvaises conditions de stabilité, car leurs
limites d'Atterberg leur soient fournies.
limites d'Atterberg sont les plus basses. Les limites
d'Atterberg sont plus faibles dans les horizons de
P/ds est toujours supérieur aux limites
surface et plus fortes en dessus. La porosité des
d'Atterberg sur l'ensemble du profil pédologique
sols sur le plateau Okouma est très forte, elle est
dans les sols sur grès FB2a. Les limites
plus forte dans les horizons de surface que dans
d'Atterberg sont deux fois plus faibles que la
les horizons sous-jacents. La conductivité
teneur en eau à saturation complète dans les
hydraulique est aussi très forte, elle est 2 à 3 fois
horizons supérieurs. Les sols sur grès sont les
plus élevées dans les horizons de surfaces (0-10
plus exposés à la solifluxion et autres
cm) et baisse très fortement avec la profondeur
déformations dès qu'ils s'imprègnent d'eau.
alors que la porosité est toujours importante.
Conductivité hydraulique
Dans les horizons de surface, l'eau aura tendance
à circuler plus facilement tandis que dans les
L'indice d'instabilité structurale (Is) est toujours
horizons sous-jacents à porosité élevées mais à
plus faible en surface que dans les horizons sous-
conductivité hydraulique plus faible, une partie de
jacents. La structure du sol est bonne dans les
cette eau est emmagasinée dans les pores des
horizons supérieurs alors qu'elle se dégrade très
formations superficielles et une autre partie
rapidement et devient moyenne dans les horizons
ruisselle. Par conséquent les transferts de matière
inférieurs. La structure est plus stable en surface
seront moins importants dans les horizons
qu'en profondeur grâce au liant de la matière
profonds et beaucoup plus importants en surface.
organique.
La conductivité hydraulique est forte à 0-10 cm (6
Les horizons de surface des sols sur le plateau
à 13 cm/hl à assez forte (> à 2 cm/hl en
sont exposés à la solifluxion, car les limites
profondeur. Les sols du plateau Okouma sont très
d'Atterberg sont relativement faibles tandis que la
perméables quelle que soit leur origine. La
porosité et la conductivité hydraulique sont plus
structure est moins intéressante, car ces sols sont
fortes. La teneur en eau du sol en cas de fortes
protégés par une pellicule très fine qui ne résistera
pluies peut s'élever au-dessus de la limite de
sans doute pas très longtemps à l'importante
liquidité particulièrement dans les horizons de
agressivité du milieu.
surface moins riche en argiles et plus sableux, et
déclencher la solifluxion. Ce phénomène est
En résumé, les limites d'Atterberg des sols sur le
certainement à l'origine de la création des
plateau Okouma sont étroitement liées aux
.. canyons" observés dans la région des sables
proportions d'argile. Les relations? iant les limites
des plateaux Batéké.
d'Atterberg et la teneur en argile des sols sur le
plateau Okouma s'écrivent
WL =limite de liquidité = 1 x % d'argile.
W =
p
limite de plasticité =0,7 x % d'argile.
Rev. CAMES· Série A, vol. 02, 2003
40
Sciences et Médecine
Conclusion
Les transferts de matière se font également par
solifluxion. Les formations affectées sont les
formations sur pélites FB" et sur grès FB2a• Les
L'étude des sols sur le plateau Okouma permet de
limites d'Atterberg sont, de manière relative,
mettre en évidence des profils d'altération
souvent atteintes en surface dans les formations
constitués de trois grands ensembles:
sur grès FB2a, ce qui assure leur rajeunissement
1)
l'en~emble argilo-sableux de surface
fréquent constaté sur le terrain et empêche le
renfermant ou non des pisolithes,
développement
profond
des
horizons
pédologiques.
2) un ensemble à blocs de cuirasse et plaquette
manganésifère, à outils archéologiques
En définitive, on peut dire que les sols sur le
emballés dans une matrice argilo-sableuse,
plateau Okouma diffèrent en fonction de leurs
propriétés physiques. Cependant, l'évolution
3) un ensemble d'altération.
ferralitique due au climat actuel, en produisant
essentiellement de l'argile (kaolinite), quels que
La mise en place de ces ensembles de surface
soit la roche-mère de départ, tend à uniformiser les
résultent respectivement de l'altération in situ des
propriétés des sols.
ampélites manganésifères des pélites et des grès.
A l'aval sur les versants, les éléments constituant
Références bibliographiques
la stone-line et l'ensemble argilo-sableux à
pisolithes sont allochtones et proviennent du
démantèlement
de
la
cuirasse,
puis
du
- AFNOR (1993), Sols: reconnaissances et essais
colluvionnement de géomatériaux fins de surface.
des limites d'Atterberg. limite de liquidité à la
coupelle - limite de plasticité au rouleau. COU.
Les déplacements de géomatériaux fins ci-dessus
Paris 15 p.
cités dépendent des propriétés physiques des sols
AVENARD
J.M.
(1960).
Technique
de
considérés, elles-mêmes déterminées par la
laboratoire: quelques méthodes de mécanique
teneur en argile du sol.
des sols appliquées à la géomorphologie.
En effet, les analyses réalisées démontrent que
Centre de Géographie appliquée ULP 20 p.
J'érosion mécanique est différentielle. Elle est
AVENARD J.M. (1962). La solifluxion ou
limitée en surface par des déplacements latéraux
quelques méthodes de mécanique des sols
de matière sur les versants. Elle affecte par ordre
appliquées au problème géomorphologique des
d'importance les formations sur pélites FB"
sur
versants. COU. Paris 164 p.
grès FB 2a , sur versants à stone-lines et sur
ampélites manganésifères. Dans une même
BRUAND,
O.
DUVAL,
H.
GAILLARD,
formation, les déplacements de matière touchent
DARTHOUT R. ET JANIAGNE, M. (1996).
beaucoup plus les horizons de surface que les
Variabilité des propriétés de rétention en eau
horizons profonds. Les déplacements de matière
des sols: importance de la densité apparente.
touchent beaucoup plus les horizons de surface
Etude et gestion des sols, 3,1. pp 27-40.
que les horizons profonds. Les déplacements de
matière sont plus importants dans les horizons de
- CHATELIN Y. (1964). Pédologie gabonaise.
surface parce que les limites d'Atterberg y sont
Géomorphologie et pédologie dans le bassin de
beaucoup plus basses tandis que la vitesse
l'Ogooué. Cah. ORSTOM, sér. Pédol., Vol. 11,
d'écoulement de l'eau y est beaucoup plus forte
pp. 6-16.
accentuée par ailleurs par une bonne porosité.
Dans les horizons inférieurs, les déplacements de
- DROE5BEKE J.J. (1988). Eléments de
matière sont beaucoup plus difficile car la
statistique, éd. Ellipses. Univ. de Bruxelles, 446
conductivité hydraulique et la porosité sont plus
p.
faibles et les limites d'atterberg plus élevées et
- FOUCARD et LAFAYE, J.Y. (1983). Régression
difficile à atteindre.
linéaire sur micro-ordinateurs. Masson Paris
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Rev. CAMES - Série A, vol. 02, 2003
42
Sciences et Médecine
Les profils d'altération de savane du plateau
-o The alteration profiles of Okouma Plateau
Okouma sont, d'une manière générale
ca
are generally of three main horizons: a
10.
constitués de trois ensembles: un ensemble
- superficial sandy clay and/or pisolithiclayer
UJ
1 argilo-sableux eIJou pisolithique de surface,
J:l
(1), an horizon with cuirass block and
un ensemble Il à blocs de cuirasse et de
et
manganoferous tablets (II), a layer of
plaquettes manganésifères et un ensemble
alterations (III). The profiles located on the
III d'altération. Les profils situés sur le
plateau result from " in situ" black shale
plateau se sont développés in situ. Par
alteration, while superior groups 1 and Il, of
contre, les ensembles supérieurs (II et 1) des
profiles located on the slope derive from
profils situés sur pente se sont mis en place
masses
of
fallen
blocks
and
soil
par éboulis et par colluvionnement . L'étude
dis placement. The study of physical
des propriétés physiques de ces sols en
properties of those soils in relation to
fonction des différentes teneurs en eau a
different contents in water enables to
permis d'établir leurs limites d'Atterberg, et
establish their Atterberg limits and their
leur conductivité hydrique. Les phénomènes
hydrie
conductivity.
The
solifluxion
de
solifluxion
sont
à
l'origine
du
phenomena
are
the
origin
of
colluvionnement des matériaux fins des
colluvionnement of fine materials of the
ensembles de surface des profils sur
surface groups of si ope profiles.
versants.
Keys words : Atterberg limits - porosity -
Mots clés: limite d'Atterberg - porosité -
hydrie
conductivity
solifluxion
conductivité hydraulique - solifluxion -
colluvionnement - clay.
colluvion nement - argile.
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