GÉOLOGIE, 4ÈME ANNÉE / OPTION : PÉTROCHIMIE INDUSTRIELLE

Edition 2025 / Enseignement primaire, secondaire et technique en RDC

Préliminaires

1. Finalités de la formation

La formation en géologie de quatrième année a pour finalité de doter l’élève des compétences spécialisées et appliquées indispensables à l’exercice du métier de technicien géologue dans les secteurs de l’exploration pétrolière, minière et du génie civil. L’objectif est de le rendre apte à acquérir, interpréter et synthétiser des données de sous-sol pour participer activement à l’évaluation des ressources naturelles et à la réalisation de projets d’infrastructure.

2. Compétences visées

À l’issue de cette année de spécialisation, l’élève devra être capable d’interpréter une ligne sismique simple, d’analyser des diagraphies de forage pour caractériser un réservoir, et de participer à l’estimation des réserves d’hydrocarbures ou de minerais. Il saura également appliquer les principes de la géotechnique pour l’évaluation d’un site de construction et de l’hydrogéologie pour la gestion des eaux souterraines, tout en intégrant les contraintes environnementales.

3. Approche Pédagogique

L’enseignement est résolument orienté vers les pratiques professionnelles et l’utilisation des outils de l’industrie. La méthodologie repose sur l’analyse de données réelles ou de cas d’étude complexes : interprétation de sections sismiques du Graben Albertine, analyse de logs de puits du bassin côtier, modélisation d’un gisement de cuivre du Katanga, ou encore étude géotechnique pour la fondation d’un ouvrage à Kinshasa. La réalisation d’un projet de fin d’études intégrant plusieurs de ces aspects est un élément central du cursus.

4. L’Éthique Professionnelle du Géologue Technicien

Une attention particulière est portée à la déontologie du métier. L’élève sera sensibilisé à l’importance de l’objectivité scientifique dans l’interprétation des données, à la confidentialité des informations d’exploration, à la responsabilité sociale vis-à-vis des communautés locales et à l’impératif de la gestion durable des ressources non renouvelables du sous-sol congolais, conformément aux codes miniers et pétroliers en vigueur.

Partie I : Méthodes Géophysiques d’Exploration du Sous-sol 🛰️

Cette partie est consacrée aux techniques d’imagerie indirecte qui permettent d’explorer le sous-sol sans le creuser. La maîtrise des principes de la géophysique est une compétence fondamentale pour le technicien en exploration, car elle permet de cibler les zones à forer et de réduire ainsi les risques et les coûts. L’élève y découvrira comment les propriétés physiques des roches peuvent être utilisées pour cartographier les structures souterraines.

Chapitre 1 : La Prospection Sismique

Ce chapitre explore la méthode reine de l’exploration pétrolière.

1.1. Principes de la Sismique Réflexion et Réfraction

L’élève étudiera les principes de propagation des ondes acoustiques dans le sous-sol. Il différenciera la sismique réflexion, qui cartographie les interfaces géologiques en profondeur, de la sismique réfraction, utilisée pour l’étude des terrains superficiels en géotechnique.

1.2. L’Acquisition des Données Sismiques

Les techniques d’acquisition sur terre (camions vibrateurs, explosifs) et en mer (canons à air, flûtes sismiques) seront décrites. L’importance du design du dispositif d’acquisition pour la qualité de l’image finale sera soulignée.

1.3. Le Traitement des Données Sismiques

Une introduction aux grandes étapes du traitement sismique (filtrage, corrections, migration) sera proposée. L’élève comprendra comment un ensemble de traces brutes est transformé en une coupe sismique interprétable, imageant la structure du sous-sol.

1.4. L’Interprétation Structurale et Stratigraphique

L’élève s’initiera à l’interprétation d’une section sismique 2D. Il apprendra à pointer les réflecteurs continus, à identifier les structures tectoniques (failles, plis) et à reconnaître les configurations sédimentaires (séquences, biseaux) qui peuvent constituer des pièges pétroliers.

Chapitre 2 : Les Méthodes Potentielles : Gravimétrie et Magnétisme

Ce chapitre aborde des méthodes d’exploration à plus grande échelle, utiles en phase de reconnaissance.

2.1. La Gravimétrie

Le principe de la gravimétrie, qui consiste à mesurer les infimes variations du champ de pesanteur terrestre, sera expliqué. L’élève apprendra que ces variations sont liées aux contrastes de densité des roches en profondeur, permettant de cartographier de grandes structures comme les bassins sédimentaires ou les dômes de sel.

2.2. Acquisition et Traitement des Données Gravimétriques

Les instruments de mesure (gravimètres) et les corrections à appliquer aux données brutes (corrections de latitude, d’altitude, de plateau) pour obtenir une carte d’anomalies interprétable seront présentés.

2.3. Le Magnétisme

La prospection magnétique, qui mesure les variations du champ magnétique terrestre, sera introduite. L’élève comprendra qu’elle est particulièrement efficace pour cartographier la profondeur du socle cristallin sous les bassins sédimentaires et pour détecter certains types de gisements minéraux (fer, nickel).

2.4. L’Intégration des Méthodes Géophysiques

L’élève apprendra que les différentes méthodes géophysiques ne s’excluent pas mais se complètent. La puissance de l’approche intégrée, combinant sismique, gravimétrie et magnétisme pour réduire les incertitudes de l’exploration, sera mise en évidence.

Chapitre 3 : Les Diagraphies (Well Logging)

Ce chapitre est consacré aux mesures réalisées à l’intérieur même des forages.

3.1. Principe et Objectifs des Diagraphies

Les diagraphies (ou logs) seront définies comme l’enregistrement en continu des propriétés physiques des formations rocheuses traversées par un forage. Leurs objectifs (identification des lithologies, détection des fluides, corrélation entre puits) seront détaillés.

3.2. Les Diagraphies Électriques et de Radioactivité

L’élève étudiera le principe des principales diagraphies : les logs de résistivité (pour différencier l’eau salée des hydrocarbures), le log de potentiel spontané (PS, pour la perméabilité) et les logs de radioactivité naturelle (gamma ray, pour identifier les argiles).

3.3. Les Diagraphies de Porosité

Les trois principaux logs utilisés pour estimer la porosité des roches seront présentés : le log de densité, le log neutron et le log sonique. L’élève apprendra comment leur combinaison permet une évaluation plus fiable.

3.4. Les Diagraphies en Cours de Forage (LWD)

Une introduction aux techniques modernes de Logging While Drilling (LWD), où les capteurs sont placés directement sur la garniture de forage pour obtenir des mesures en temps réel, sera proposée.

Partie II : Géologie Pétrolière Appliquée et Ingénierie de Gisement 🛢️

Cette partie applique les connaissances géologiques et géophysiques à l’évaluation quantitative des gisements d’hydrocarbures. L’élève passera de l’identification d’un prospect à la caractérisation d’un réservoir. Il apprendra les méthodes utilisées par les géologues et les ingénieurs de gisement pour estimer les volumes d’hydrocarbures en place et planifier leur développement.

Chapitre 4 : La Caractérisation des Roches Réservoirs

Ce chapitre se concentre sur l’étude des propriétés de la roche qui contient les hydrocarbures.

4.1. L’Analyse des Carottes de Forage

L’analyse en laboratoire des échantillons de roche prélevés par carottage sera présentée comme la source d’information la plus directe sur le réservoir. Les mesures de porosité, de perméabilité et de saturation en fluides seront détaillées.

4.2. La Pétrophysique : Relation entre Propriétés Physiques et Géologiques

La pétrophysique sera définie comme la discipline qui relie les mesures physiques (diagraphies) aux propriétés géologiques du réservoir. L’élève apprendra à utiliser des lois empiriques (comme la loi d’Archie) pour calculer la saturation en eau à partir du log de résistivité.

4.3. La Sédimentologie des Réservoirs

L’étude sédimentologique des réservoirs permettra de reconstituer l’environnement de dépôt (chenaux fluviatiles, barres sableuses, récifs) et de comprendre la distribution spatiale des zones de bonne qualité (faciès réservoir).

4.4. La Modélisation Statique du Gisement

L’élève découvrira comment toutes les données (sismique, puits, carottes) sont intégrées dans un logiciel pour construire un modèle géologique 3D du réservoir, qui représente la distribution spatiale des faciès et des propriétés pétrophysiques.

Chapitre 5 : L’Interprétation des Diagraphies en Forage Pétrolier

Ce chapitre est dédié à la pratique de l’interprétation des logs.

5.1. L’Identification des Lithologies

L’élève s’exercera à identifier les grandes familles de roches (grès, argiles, calcaires, sel) en combinant les réponses de plusieurs logs (notamment gamma ray, densité, neutron, sonique).

5.2. La Détermination des Zones Réservoirs

La méthodologie pour identifier les intervalles potentiellement producteurs sera établie : il s’agit de rechercher les zones qui combinent une faible argilosité (faible gamma ray), une bonne porosité (logs de porosité) et une forte résistivité (indice de présence d’hydrocarbures).

5.3. Le Calcul Quantitatif de la Porosité et de la Saturation en Eau

L’élève apprendra à appliquer les formules pétrophysiques pour calculer, mètre par mètre, les valeurs de porosité et de saturation en eau à partir des données de logs, une tâche fondamentale du géologue de puits.

5.4. Les Corrélations de Puits

La technique de corrélation stratigraphique des logs entre plusieurs puits d’un même champ sera présentée. Elle permet de construire des cartes et des coupes du réservoir pour comprendre sa géométrie et sa continuité.

Chapitre 6 : L’Estimation des Réserves d’Hydrocarbures

Ce chapitre aborde l’évaluation économique finale d’une découverte.

6.1. La Méthode Volumétrique

La méthode volumétrique, utilisée pour estimer les volumes d’huile et de gaz en place avant le début de la production, sera détaillée. L’élève apprendra à appliquer la formule qui intègre la surface du gisement, son épaisseur, sa porosité et sa saturation.

6.2. La Notion de Facteur de Récupération

Le facteur de récupération, qui est le pourcentage du volume en place qui pourra être effectivement produit, sera introduit. L’élève comprendra qu’il dépend des propriétés des fluides, des mécanismes de drainage et des technologies de production.

6.3. La Classification des Réserves (Prouvées, Probables, Possibles)

La classification internationale des réserves (normes SPE-PRMS) sera présentée. L’élève apprendra à différencier les réserves prouvées (certitude élevée) des réserves probables et possibles, en fonction du niveau d’incertitude technique et économique.

6.4. Introduction à la Simulation de Gisement

Une brève introduction à la simulation dynamique de gisement sera proposée, montrant comment les modèles géologiques sont utilisés par les ingénieurs pour simuler l’écoulement des fluides et prédire les profils de production futurs.

Partie III : Géologie Minière et Exploration des Ressources Minérales 💎

Cette partie offre une perspective complémentaire en appliquant les méthodes géologiques à l’exploration et à l’évaluation des gisements minéraux, un secteur d’une importance capitale pour l’économie de la RDC. L’élève y découvrira les techniques spécifiques à la recherche de minerais et apprendra comment les ressources sont estimées et comment la géologie intervient au quotidien dans une mine.

Chapitre 7 : Les Guides et les Méthodes de Prospection Minière

Ce chapitre se concentre sur les techniques permettant de trouver une anomalie minéralisée.

7.1. Les Guides de Prospection

Les « guides » qui orientent la recherche minière seront étudiés : le guide stratigraphique (certaines couches sont plus favorables, comme dans la ceinture cuprifère), le guide structural (les minéralisations sont souvent contrôlées par des failles) et le guide géochimique (auréoles de dispersion).

7.2. La Prospection Géochimique

Les méthodes géochimiques, qui consistent à analyser systématiquement la teneur en métaux dans les sols, les sédiments de cours d’eau ou les roches pour détecter des anomalies, seront présentées.

7.3. La Prospection Géophysique Appliquée aux Mines

L’élève découvrira les méthodes géophysiques adaptées à la prospection minière : les méthodes électriques et électromagnétiques (pour détecter les sulfures conducteurs), la magnétométrie (pour les gisements de fer) et la radiométrie (pour l’uranium).

7.4. Les Phases d’un Projet d’Exploration Minière

Les différentes phases d’un projet, depuis la reconnaissance à grande échelle jusqu’à la découverte et à l’évaluation détaillée par des sondages carottés, seront décrites.

Chapitre 8 : La Modélisation des Gisements et le Calcul des Réserves

Ce chapitre est l’équivalent minier de l’évaluation des gisements pétroliers.

8.1. L’Échantillonnage et l’Analyse des Teneurs

L’importance de l’échantillonnage représentatif (en surface, dans les galeries ou sur les carottes de sondage) sera soulignée. Les méthodes d’analyse chimique pour déterminer la teneur en métal seront brièvement abordées.

8.2. La Modélisation Géologique du Corps Minéralisé

À partir des données de sondages et de la cartographie de surface, le géologue minier construit un modèle 3D de la forme, de la taille et de l’orientation du corps minéralisé.

8.3. Les Méthodes d’Estimation des Réserves

L’élève sera initié aux méthodes géostatistiques (comme le krigeage) qui permettent d’estimer la teneur moyenne et le tonnage du minerai en interpolant les données de sondages.

8.4. La Classification des Ressources et Réserves Minières

La classification des ressources et réserves minières (mesurées, indiquées, inférées), basée sur le niveau de confiance géologique et la démonstration de la viabilité économique, sera expliquée.

Chapitre 9 : La Géologie des Mines et le Contrôle de Teneur

Ce chapitre se concentre sur le rôle du géologue durant la phase d’exploitation.

9.1. La Géologie de Production

Le rôle du géologue de mine, qui assure le suivi de l’exploitation au jour le jour, sera décrit : cartographie des fronts de taille, suivi des contacts entre le minerai et le stérile, et adaptation du modèle géologique en fonction des nouvelles informations.

9.2. Le Contrôle de Teneur (Grade Control)

Le « grade control » sera présenté comme un processus essentiel qui vise à diriger l’exploitation vers les zones les plus riches et à minimiser la dilution (mélange de minerai et de stérile) pour optimiser la rentabilité de la mine.

9.3. La Stabilité des Pentes et des Souterrains

L’élève comprendra que la géologie structurale (orientation des failles, des joints, des couches) joue un rôle majeur dans la stabilité des talus des mines à ciel ouvert et des galeries des mines souterraines.

9.4. La Réconciliation Production-Modèle

La réconciliation, qui consiste à comparer les tonnes et les teneurs réellement extraites aux prévisions du modèle de réserves, sera présentée comme un processus d’amélioration continue essentiel pour la gestion de la mine.

Partie IV : Géologie de l’Ingénieur et Géorisques 🏗️

Cette dernière partie synthétise l’ensemble des connaissances géologiques en les appliquant aux grands projets d’aménagement du territoire et à la gestion des risques naturels. Pour le technicien, cette compétence est cruciale car la plupart des grands ouvrages (routes, barrages, bâtiments) interagissent directement avec le sous-sol. La compréhension des propriétés des géomatériaux et des aléas géologiques est la clé de la durabilité et de la sécurité des infrastructures.

Chapitre 10 : La Géotechnique et les Grands Ouvrages

Ce chapitre applique la géologie aux projets de construction.

10.1. Les Investigations Géotechniques

Les différentes phases d’une étude géotechnique seront décrites : la reconnaissance de site, les sondages (carottés, à la tarière), les essais in situ (pénétromètre, pressiomètre) et les essais en laboratoire.

10.2. La Mécanique des Sols

Une introduction à la mécanique des sols sera proposée, en étudiant les propriétés physiques (granulométrie, limites d’Atterberg) et mécaniques (compressibilité, résistance au cisaillement) des sols, qui gouvernent leur comportement sous charge.

10.3. La Mécanique des Roches

De manière similaire, la mécanique des roches sera abordée, en insistant sur l’importance des discontinuités (joints, failles) qui contrôlent la résistance et la déformabilité du massif rocheux.

10.4. Application aux Fondations et aux Travaux de Terrassement

L’élève appliquera ces notions pour comprendre le choix d’un type de fondation (superficielle ou profonde) en fonction de la nature du sol, et pour analyser les problèmes de stabilité des talus et des excavations, un enjeu majeur pour les projets routiers en RDC.

Chapitre 11 : L’Hydrogéologie Appliquée

Ce chapitre se concentre sur la gestion pratique des ressources en eau souterraine.

11.1. Les Essais de Pompage et la Caractérisation des Aquifères

Les essais de pompage seront présentés comme la méthode principale pour déterminer les paramètres hydrodynamiques d’un aquifère (perméabilité, transmissivité, coefficient d’emmagasinement).

11.2. Le Captage des Eaux Souterraines

Les différents types d’ouvrages de captage (puits, forages, sources) seront décrits. Les règles de conception pour assurer leur productivité et leur durabilité seront abordées.

11.3. La Gestion et la Protection des Ressources en Eau

La notion de gestion quantitative (éviter la surexploitation) et qualitative (protéger contre la pollution) des aquifères sera développée. L’établissement de périmètres de protection autour des points de captage d’eau potable, comme ceux de la REGIDESO, sera expliqué.

11.4. L’Hydrogéologie et les Mines

L’élève étudiera le rôle de l’hydrogéologie dans l’industrie minière, notamment pour la gestion de l’exhaure (pompage de l’eau qui inonde les mines) et pour la prévention de la contamination des aquifères par le drainage minier acide.

Chapitre 12 : La Gestion des Géorisques et l’Impact Environnemental

Ce chapitre final est consacré à l’interaction entre les processus géologiques et la société.

12.1. L’Identification et la Cartographie des Aléas Géologiques

Les principaux aléas géologiques (séismes, éruptions volcaniques, glissements de terrain, inondations, érosion côtière) seront définis. L’importance de la cartographie de ces aléas pour l’aménagement du territoire sera soulignée.

12.2. L’Analyse du Risque (Aléa x Vulnérabilité)

La notion de risque sera définie comme le produit de l’aléa (probabilité d’occurrence d’un phénomène) par la vulnérabilité des enjeux (personnes, biens, activités). L’élève comprendra que l’on peut réduire le risque en agissant sur la vulnérabilité (par exemple, par des normes de construction parasismique).

12.3. L’Étude d’Impact Environnemental et Social (EIES) des Projets

Le rôle du géologue dans la réalisation des EIES sera mis en évidence : il est chargé d’évaluer l’état initial du milieu géologique, d’identifier les impacts potentiels du projet (pollution des sols et des eaux, instabilité) et de proposer des mesures de mitigation.

12.4. La Géologie et le Développement Durable

Le cours se conclura sur une réflexion sur le rôle du géologue technicien comme acteur du développement durable : il est au cœur de la découverte des ressources nécessaires à la société, mais il a aussi la responsabilité de veiller à ce que leur exploitation soit faite de manière à minimiser l’impact sur l’environnement et à garantir la sécurité des populations.

Annexes

Cette section fournit des documents de référence pour une consultation rapide et une meilleure assimilation des concepts.

1. Glossaire de Géophysique et de Géologie Appliquée

Une définition claire des termes techniques clés (ex: diagraphie, pétrophysique, géostatistique, géotechnique, aléa) est fournie pour assurer la maîtrise du vocabulaire spécialisé.

2. Exemples de Logs de Puits et de Lignes Sismiques

Des exemples illustratifs d’une coupe sismique interprétée et d’un jeu de diagraphies avec l’identification des zones réservoirs, pour familiariser l’élève avec les documents de base de l’exploration.

3. Classification des Réserves Minières et Pétrolières

Un tableau comparatif des systèmes de classification des réserves et des ressources pour les industries minière (codes JORC, NI 43-101) et pétrolière (code SPE-PRMS), soulignant les similarités et les différences.

4. Principes d’une Étude d’Impact Environnemental

Une fiche méthodologique synthétisant les grandes étapes d’une EIES, depuis le cadrage de l’étude jusqu’à la proposition d’un plan de gestion environnementale et sociale, pour servir de guide à des projets de classe.