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Journées d’Animation Scientifique (JAS09) de l’AUF Alger Novembre 2009

Résumé—Dans les zones semi-désertiques et arides, l’étenduedes terrains d’étude, les conditions climatiques très rudes, etl’accès ardu aux affleurements (reliefs escarpés, masqués pardes recouvrements) et les durées de missions limitées rendentsouvent l’information géologique et structurale inaccessible,hétérogène et discontinue.Pour pallier ces problèmes, l’utilisation de données detélédétection aérienne et spatiale peut constituer une sourced’information très appréciable.Le présent travail a pour objectif principal d’évaluer l’apportde la télédétection à l’étude du complexe pluto volcanique duDjébel Drissa dans le massif des Eglab (Sahara du sud-ouest).Dans cette région très bien étudiée par les méthodes classiquesde prospection, nous avons utilisé cette technique afin de mieuxidentifier les unités lithologiques et structurales.En effet, les techniques de traitements spécifiques employées, àsavoir l’analyse en composante principale, les différentescompositions colorées et la transformation RVB/HSV réalisées àpartir de néo-bandes générées et de certaines bandes brutes ontpermis de délimiter les contours du massif granitique du DjébelDrissa et de certains des sous faciès qu’il renferme grâce à leurssignatures spectrales.Les filtres directionnels dans de nombreuses directionsappliqués à l’image LANDSAT ETM+ ont permis de mieuxidentifier les linéaments majeurs de la zone d’étude, dont lesorientations sont similaires aux accidents principaux mis enévidence dans les Eglab. Des linéaments plus fins ont étédéterminés sur les images ASTER rehaussées.La carte géologique obtenue par la superposition des résultatsdes analyses lithologique et structurale, donne une autre imagede la région étudiée et apporte des informations nouvelles surles contacts des unités lithologiques et le schéma structural.

Mots clefs — Cartographie, Dj. Drissa, télédétection,Aster, LANDSAT ETM+.

I. IntroductionLa cartographie géologique consiste à identifier sur le terrainles unités et formations, à déterminer leur composition, leurposition stratigraphique et leurs structures.Dans certains contextes géographiques, les affleurements deces formations décrites généralement par leur âge,composition et épaisseur, sont discontinus, rares et parfoisinaccessibles compliquant ainsi le travail du géologue encharge de la cartographie ; c’est le cas du massif des Eglab(ou axe cristallin Yetti-Eglab) dont la région du DjébelDrissa fait l’objet de ce travail.Le massif des Eglab qui constitue la partie orientale de ladorsale Reguibat (partie nord du Craton Ouest Africain)

s’étend sur une superficie d’environ 135 000 km², où lesgranites affleurent généralement en regs, et où lesaffleurements sont en grande partie masqués par les dépôtshamadiens et quaternaires.En ce contexte aride, la télédétection spatiale aide àdiscriminer les formations, à mettre en évidence la plupartdes grandes structures géologiques (linéaments contactslithologiques) et à obtenir de précieuses indicationsstructurales (par exemple trajectoires de schistosité ou defoliation) en multipliant les capacités d’observation et dedétection du géologue.L’objectif principal de ce travail est d’appliquer latélédétection multispectrale à haute résolution à la région duDjébel Drissa et d’évaluer son apport par rapport auxrésultats des études classiques antérieures de cartographie.Il faut signaler que la région a été sélectionnée pour sonintérêt géologique, sa cartographie assez bien avancée, sasituation en domaine aride et sa végétation pratiquementabsente.Notre travail consiste donc à extraire des images satellitairesdes informations géologiques et structuralesafin de permettre une cartographie linéamentaire etlithologique dans cette partie des Eglab.La cartographie des unités géologiques requiert destraitements numériques (Composition colorées, Analyse enComposante Principale, Conversion RVB/ISV, filtresdirectionnels et Equidensité) qui optimisent les imagessatellitaires. Les résultats de cette étude doivent permettreune meilleure cartographie géologique et structurale.

II. Description de la zone d’étudeLa région d’étude est située en domaine désertique etconstitue un terrain de choix pour une telle application, vuel’absence quasi-totale du couvert végétal. Elle est représentéepar le complexe annulaire plutono-volcanique du DjébelDrissa dans le massif des Eglab (Fig. 1) qui se situe à environ500 Km au sud-est de la ville de Tindouf et à 300 Km duvillage de Gara Djebilet.Le complexe du Djebel Drissa est délimité par les longitudes4°20’30 ‘’ et 4°30’30’’ Ouest et les latitudes 26°14’17’’et26°06’17’’ Nord. Il a une forme sub-circulaire et a étécartographié [3] comme le faciès banal (rouge ou rose) desgranitoïdes Aftout qui affleurent sur de vastes étendues. Il asuscité beaucoup d’intérêt depuis sa cartographie détailléepar Kahoui (1988) qui y montre une variété de faciès.Ce complexe se caractérise par :

Apport de la télédétection à haute résolution à la discrimination lithologique en domaine semi-désertique et aride : application à la région du Djebel Drissa, Massif des Eglab, Algérie.

N. HAMMAD 1, M. KAHOUI2, Y. MAHDJOUB3

1 Département de Géologie Pétrolière, université Kasdi Merbah, Ouargla, [email protected].

2 [email protected] , 3 [email protected]

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


- sa position sur une zone de fracture majeure orientée NNO-SSE selon laquelle il s’allonge- un grand nombre de filons et dykes qui le recoupent et ledivisent en couloirs parallèles- sa composition alcaline à hyperalcaline et sesminéralisations en U, Th et Terres Rares.Sur la carte géologique (1/500000) établie par la Sociétéd’Etudes et de Réalisations Minières et Industrielles(Buffière et al, 1965 a, b [3], [4]), les granitoïdes Aftoutaffleurent sur de vastes étendues et sont très érodés; quelquesmassifs isolés sont décrits comme des massifs de bordure. Lacarte géologique montre les grands traits de la région desEglab et de la bordure Nord du Yetti mais les relations entreles différents granites et leurs encaissants ne sont parfois pastrès claires.

A. Présentation générale de la région

Le complexe annulaire de Drissa appartient à une région àphysionomie caractéristique en inselbergs [6]. Dans cettepartie des Eglab, hérissée de massifs isolés, les reliefs sontconstitués généralement de roches volcaniques tandis que lesregs indiquent la présence de granites masqués ou pas par lesrecouvrements hamadiens ;Le climat est franchement désertique continental où lerégime thermique est marqué par des valeurs moyenne de22° avec des valeurs extrêmes de 49° à 60° (en juillet) et6°(en janvier). Il est caractérisé également par une forteamplitude entre les températures diurnes et nocturnes (de 15°à -0°). La pluviosité annuelle ne dépasse guère les 10 à 20mm dans les zones planes [1].La sécheresse est le caractère majeur de la région ; le réseauhydrographique est très bien développé dans les rochesvolcaniques où les vallées sont très sinueuses mais restreintsur les massifs granitiques et les falaises hamadiennes. Larégion est pratiquement dépourvue de végétation, l’absenced’oueds et de points d’eau importants expliquent cettenudité.

B. Cadre régional

La dorsale Réguibat est la partie nord du Craton OuestAfriacin (COA). Elle est séparée de la dorsale de Guinée ausud, par le bassin de Taoudéni. Le bouclier Eglab (ou massifdes Eglab, ou encore axe Yetti-Eglab) représente la partieorientale de cette dorsale et affleure principalement enAlgérie. Il est limité au nord par le bassin paléozoique deTindouf, au sud par celui de Taoudéni, à l’est par l’erg Chechet à l’ouest par la frontière algéro mauritanienne (Fig. 2)[10].

III. Données et prétraitement

- Données géoscientifiques

Les données géoscientifiques utilisées comprennent lesdonnées géologiques (structurales, lithostratigraphiques) etgéochimiques de la région. Ces données sont sous forme decartes géologiques au 1/500.000ème (Buffière et al, 1965 [3]),et d’analyses minéralogiques et géochimiques [11], [10],[12].

- Les données satellitaires

La présente étude s’appuie sur le traitement et l’interprétationd’une image ASTER (Fig. 3). Le système ASTER fournitdes données présentant une haute résolution spatiale et desbandes spectrales qui couvrent une partie large du spectreélectromagnétique [8]. Cet instrument mesure les radiations réfléchies dans ledomaine visible proche infrarouge (VNIR), dans troiscanaux (entre 0.520 et 0.860 µm) et dans le domaine desondes courtes infrarouges (SWIR) dans six bandes (de 1.00 à2.43 µm), avec une résolution spatiale de 15m et 30m,

Fig. 1 a) Image satellite de la partie Est de la dorsale Réguibat

(domaine Eglab) et situation de la zone d’étude, b) Le complexe

annulaire du Djebel Drissa

a b

Fig. 2 Carte de situation du massif des Eglab dans lecadre ouest-africain


respectivement. Un couple d’images stéréoscopiques estacquis à 15m de résolution. Les radiations émises sontmesurées en cinq bandes dans le domaine spectral s’étendantde 8.125- à 11.650 µm (domaine infrarouge thermique –TIR) à 90m de résolution [16],[14]. Seules les données duVNIR et SWIR seront utilisées dans notre étude.

Lors de l’analyse lithologique nous aurons aussi à utiliser desdonnées LANDSAT ETM+ qui nous ont été fournie parl’ORGM. Elles sont représentées en une scène LANSATETM+ en mode multispectral et panchromatique (ScèneN°199-42 du 27/4/2003). La diversité des canaux (7 bandesmultispectrales et 1 bande panchromatique) fournit unemultitude d’information à manipuler (Girard & Girard,1999). Les bandes TM1, 2 ,3 ,4 ,5 et TM7 offrent desimages à 30m de résolution spatiale (au 1/100000ème), labande TM8 est à 15 m (1/50000ème) et la TM6 (infrarougethermique) est à 120m.La scène LANDSAT ETM+ couvre une région beaucoupplus importante que celle de l’image ASTER (Fig. 3), ellepeut être d’un grand intérêt pour une étude dans un cadrerégional.

- Prétraitement

Quelques prétraitements ont été réalisés sur les images dansle but de les rendre exploitables pour l’interprétation etl’analyse.Dans un premier temps, les images ont été rectifiées parrapport à l’ortho image résultant du couple stéréoscopique(3N et 3B) à 15m de résolution. Les images sur la figure 4montrent l’amélioration de la qualité des images aprèscorrection. Les nouvelles images sont géoréférencées et ne

présentent plus les stries verticales observées avant larectification.Lors de cette correction, nous avons appliqué un procédéappelé rééchantillonnage afin de déterminer la valeurnumérique à placer dans la localisation du pixel de l’imagede sortie. Ce processus calcule la nouvelle valeur du pixel àpartir de sa valeur originale dans l’image non corrigée.

Fig.3 Localisation des scènes ASTER et LANDSAT ETM+

Fig. 4 Images représentant la bande 4 du domaine SWIR (a) avant et (b)après la correction géométrique par la méthode du plus proche voisin.


IV. Traitements multispectraux des images :

Le traitement de l’image de la zone d’étude extraite des troismosaïques a porté sur la recherche de traitements spécifiquesde combinaisons d’images et de matrices de filtresdirectionnels, favorisant l’identification des facièslithologiques et des linéaments.Ainsi, deux types de traitements sont distingués :1- Des traitements pour la caractérisation des différentesformations affleurantes dans la région tel que la compositioncolorée, l’analyse en composante principale, la conversionRVB/ITS, les coupes de densité et les profils spectraux.2- Des traitements pour l’identification des linéaments en lesrehaussant par filtrage directionnel et spatial.

A. L’analyse en Composantes Principales

L’analyse en composante principale est une techniqueefficace pour accentuer une image multispectrale pour desfins d’interprétation géologique.Elle permet de réduire l’information contenue dans plusieursbandes, hautement corrélées en un nombre restreint decomposantes [4]. Parfois l’information comprise dans 5 ou 6bandes est réduite par cette analyse en seulement 3composantes. Cette transformation mathématique va générerdes nouvelles images, composantes ou axes, qui sont encombinaison linéaire avec les images originales [9].

L’analyse en composantes principales produit ainsi denouveaux canaux. Ces derniers permettent de créer descompositions colorées qui constituent un excellent produitd’interprétation visuelle, augmentant ainsi le contraste entreles divers objets au sol.

B. La composition colorée

L’unité de paysage ou « faciès image » est définie comme unensemble de surfaces ayant des caractéristiques communessur une image. Parmi ces caractéristiques, les plusimportantes sont d’ordre spectral, morphologique et textural.L’exploitation des compositions colorée consiste donc en uneinterprétation du zonage issu des plages de couleursidentiques correspondant théoriquement à un même objet.Pour atteindre les objectifs que nous nous sommes assignés,nous avons réalisé une multitude de compositions coloréesaussi bien à partir des canaux LANDSAT que d’ASTER.Seules les compositions colorées jugées significatives ont étéutilisées.

C. Les classes d’équidensité

C’est une technique de classification qui s’applique entransformant les zonages en niveaux de gris observés surl’image en bande unique en plages de couleurs. L’imagerésultante présente des couleurs représentatives de classesdes valeurs pixels.

D. Filtrage directionnel des images

L’objectif visé par l’application des filtres est de trouver lameilleure façon pour identifier les linéaments correspondantà des discontinuités lithologiques ou structurales dans lesimages. Les filtres directionnels améliorent la perceptiondes linéaments en provoquant un effet optique d’ombre portésur l’image comme si elle était éclairée par une lumièrerasante [13]. De plus ce type de filtre permet de rehausser leslinéaments qui ne sont pas favorisés par la sourced’éclairement [5]. Le rehaussement des linéaments a étéeffectué à partir de filtres directionnels dans de nombreusesdirections. Ceci permet de détecter les linéaments dans toutesles directions possibles.Dans le cadre de notre étude et compte tenu des dimensionsde la zone d’étude, nous avons retenu une fenêtre de 5x5pour les linéaments majeurs et 3x3 pour les structures plusfines. Ces filtres ont été appliqués sur des images ASTER etLANDSAT ETM+. Il faut préciser que l’image LANDSATETM+ utilisée pour les filtrages est l’image de la bande 4qui se trouve dans le proche infrarouge permettant ainsi devoir les détails structuraux importants [15], [9]. Quant auximages ASTER, notre choix s’est porté sur l’image de labande ASTER7 et celle de la première ComposantePrincipale (Fig.5 a,b).

Fig. 5a Filtre directionnel à 0° appliqué sur laCP1 de l'image ASTER, 5 b Filtre directionnelà 270° appliqué sur la CP1 de l'image ASTER

a

b


V. Résultats des traitements des images

A. Analyse lithologique

Les différentes analyses effectuées pour la cartographiedes unités géologiques montrent que les images provenantdes traitements spécifiques comme les compositionscolorées, l’ACP, la transformation RVB/HSV et les coupesde densité permettent de distinguer les principales unitéslithologiques de la région du Djébel Drissa.En effet ces compositions colorées des bandes brutes ou desnéocanaux ressortent avec précision les limites entre legranite du Djébel Drissa et son encaissant volcanique. Ellesmontrent également par analogie à la carte géologique dela région que les mêmes formations lithologiquescorrespondent sur nos images à des plages de couleursidentiques.

- Analyse des données LANDSAT ETM+

Les compositions colorées établies à partir des imagesLANDSAT ETM+ sont pour la plupart de très bonnequalité et permettent la reconnaissance des différentesunités telles qu’elles sont situées sur la carte géologiqueétablie par Buffière et al (1965) [3].

Sur la composition colorée des canaux LANDSATETMP+P 731, la distinction entre les formations décritesdans la région est très apparente. Chaque unité lithologiquea une réponse spectrale propre à elle se traduisant par unecouleur qui la distingue des autres unités.La précision des limites qui séparent les unitéslithologiques (Fig.6. a et b) et la caractérisation de cesunités (Fig.6. c, d, e et f) sont très bien mises en évidencepar cette composition colorée.Le granite de Drissa apparaît en crème tandis que le massifsitué à l’ouest apparaît en crème plus foncé. Le socleprésente des teintes variables allant du bleu clair au rosetandis que la partie ouest du socle, très déformée, estteintée d’un violet foncé.La série de l’Oued Souss telle qu’elle a été définie parBuffière [3], est souplement déformée est apparaît d’unecouleur allant du violet claire au violet foncé.

Le traitement par couches de densité sur les donnéesLANDSAT ETM+ a été d’un grand apport. Cette techniqueappliquée sur le canal ETM+ 1 permet une nette distinctionentre les séries affleurantes (Fig. 7). Ce traitementtransforme l’image en image en RVB où les zones àcomportement spectral similaire apparaissent dans la mêmecouleur.Les images issues de ces traitements ont été d’un grandapport lors de la réalisation de la carte lithologique. Onretrouve aisément le contour du granite de Drissa, lesdifférents contours lithologiques, notamment le soclegneissique, la Hamada et la série de l’Oued Souss.Les résultats de ce traitement révèlent bien que le facièsgranitique du Drissa et très distinct des autres faciès : Legranite de Drissa (G1) et les faciès qui lui sont proches (G2,G3, G4) sont dans une teinte qui va du bleu cyan au vert.

Dj. DRISSA

EGLABCHERIF

S O S

G1G2

G3

G4

HH

H

S

RV

R V

Chenachane

Fig. 7 Extrait de l’image LANDSAT ETM+ 1 avec traitement des couchesde densité (S : Socle gneissique ; G1 : Granite du Drissa ; G2, G3, G4 :

Granites Aftout ; RV : Roches volcaniques ; SOS : Série de l’Oued Souss ;H : Hamada)

a

cd

b

e

Socle

f

Filons dequartz

Fig. 6 Extraits de l’image LANDSAT ETM+ en compositioncolorée des canaux 731 : a) limite entre le granite du Djébel Drissaavec les roches volcaniques, b) socle gneissique, c) contact entre legranite et le socle, d) série de l’Oued Souss, e) granite à l’ouest duDrissa et f) affleurements de gabbros et de filons de quartz.


Les autres unités lithologiques sont bien identifiées etapparaissent sous des faciès de teinte bien distincte (série del’Oued Souss en rouge clair, les roches volcaniques enrouge très foncé et noir).

- Analyse des données Aster

Les images des bandes ASTER en niveaux de gris oucelles issues de la composition colorée (des canauxoriginaux ou des néo-canaux) sont très intéressantes. Ellespermettent de distinguer le granite du Djébel Drissa desautres formations de lithologies différentes. Elles ressortentégalement la différence de ce granite comparé aux autresgranites affleurant dans la région.Les compositions colorées faites à partir des bandes SWIRpermettent de retrouver toutes les unités lithologiquesdécrites dans les sections précédentes. Sur la compositioncolorée des canaux ASTER 6 5 4 (Fig. 8) le granite deDrissa parait très circonscrit. Ses limites avec les autresformations sont bien nettes. Cependant, la distinction dessous faciès qui le composent n’est pas trop évidente. LaHamada ressort clairement en violet, tandis que le soclevarie du bleu au vert. Cette variation de couleurs peut êtreassociée à celle des différents faciès représentés sur la cartegéologique de la région au 1/500.000 [3].

L’image issue du traitement par classes d’équidensité(Density Slice) (Fig. 9) appliqué sur la bande 4 traduit pardes plages de couleurs les variations entre les différentsaffleurements à l’origine présentés en zonage de niveaux degris.

Cette image (Fig. 9) permet de distinguer facilement entreles formations à lithologies distinctes. Elle ressortégalement les variations à l’intérieur même du granite (del’extérieur vers l’intérieur on observe le zonage de couleurcyan, magenta, grenat et vert), jusque là non observées surles images issues des autres traitements.

- Interprétation des linéaments

La superposition des données d’images satellitaires aprèstraitement, des données de la carte géologique de Buffièreet al. (1965) et celles de la carte des filons de Kahoui(1988) permet d’identifier un certain nombre de linéamenttracés comme étant des cisaillements, des filons et desdykes. Ces linéaments (Fig.9) sont souvent légèrementdécalés.- La direction NNO-SSE est décrite par Kahoui (1988)comme étant des filons de quartz, des fractures remplies debrèches siliceuses rouges et sombres et des microgranites.- Le système orienté NNE-SSO représente des filons desyénites et de brèches syénitiques.- Le système subméridien est quant à lui occupé par desfilons de rhyolites. Cette direction correspond par endroit,dans le socle, à des dykes de dolérites.- Les linéaments observés en bordure du massif et dontl’allure est courbe correspondent à de filons demicrogranites pegmatitiques et aplitiques.Les linéaments tracés en noir n’ont pas été identifiés. Ilsreprésentent de nombreuses directions et parfois desstructures circulaires dont l’origine n’est pas connue.

Fig.9 Image réalisée à partir du traitement par classes d’équidensité sur

la bande ASTER SWIR4

N

EGLAB CHERIF

DJEBEL . DRISSA

Mh

Gm

H

H

Granite du DRISSA

Fig. 8 Composition colorée établie avec les bandes ASTER SWIR

654 (Mh : Migmatite hétérogène, Gm : Gneiss migmatitique, H :

Hamada


VI. Synthèse des résultats

L’interprétation de toutes les données (images satellitairesbrutes et traitées) a permis de réaliser une La cartegéologique au 1/ 150 000 représentée en figure10. C’estune carte interprétative des faciès-images de la régiond’étude, qui précise celle établie par Buffière (1965) [3].Elle permet de mieux cerner les limites des affleurementset de distinguer entre les formations considérées commeidentiques. La comparaison de cette carte avec celleréalisée par Kahoui (1988) [11] montre que toutes lesgrandes unités géologiques de la région ont étédistinguées. Les contours du granite du Drissa sontprécisés ainsi que ses limites avec le socle et les rochesvolcaniques. L’identification de ces limites lithologiquesest basée sur la variation des teintes observées sur lesdifférents traitements des images. Les résultats obtenuspermettent également de distinguer les rhyolites du restedes roches volcaniques qui forment l’encaissant dugranite.Toutes les images analysées confirment la spécificité dugranite du Djebel Drissa, aussi bien par sa forme que parsa composition minéralogique par rapport aux autresgranitoïdes Aftout.

VII. ConclusionLes images ASTER et LANDSAT ETM+, principalesdonnées dans cette étude, ont servi à cartographier lesunités géologiques de la région du Djébel Drissa.

Leur apport s’est avéré important en ce sens qu’il apermis de confirmer et compléter les informations etdonnées concernant la spécificité du granite du DjébelDrissa.L’approche méthodologique basée sur l’interprétationvisuelle d’images corrigées géométriquement,rehaussées (composition colorée, analyse encomposante principale, transformation RVB/HSV etclasses d’équidensité) a contribué à la réalisation d’unecarte géologique au 1/ 150 000ème.L’analyse lithologique a montré que la discrimination etla cartographie des différentes formations géologiquesest possible. Elle a mis en évidence les limites desdifférentes formations, notamment le granite, les rochesvolcaniques et le socle gneissique. Certains sous facièsdans le massif ressortent également bien sur les imagesASTER et ETM+ après traitements. Les particularitésde ce massif, notamment sa forme et sa lithologie,comparé aux autres massifs granitiques Aftoutaffleurant dans la région sont clairement mises enévidence.Cependant, l’identification de certains sous faciès àl’intérieur du massif granitique n’a pu être réalisée dufaite de leurs propriétés spectrales trop rapprochées.

Fig. 9 Carte interprétative des linéaments obtenus des images satellitaires.

Fig. 10 Carte géologique de synthèse au 1/150 000 ème

issue du traitement des images satellitaires


Les filtres directionnels dans de nombreuses directionsappliqués à l’image LANDSAT ETM+ ont permis demieux identifier les linéaments majeurs de la zoned’étude, dont les orientations sont similaires aux accidentsprincipaux mis en évidence dans les Eglab. Deslinéaments plus fins ont été déterminés sur les imagesASTER rehaussées. Une carte linéamentaire de synthèsedu massif a été établie à partir des différentesinterprétations. La carte géologique réalisée à partir de la superpositiondes résultats des différentes techniques de traitementd’images satellites à Haute Résolution est une contributionà la connaissance de la géologie de cette partie du massifdes Eglab. Elle apporte des informations nouvelles etdifférentes par rapport à celle déjà connues. Elle devraitconstituer un outil préparatoire indispensable à touteinvestigation géologique visant une cartographie généraleet/ou une prospection de ressources minérales dans larégion.

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