Configuration géométrique de l’aquifère du Continental Terminal

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Contexte climatique

Le climat du Sénégal est sous l’influence de trois zones de haute pression (anticyclones)
(Diène ; 1995) :
-l’anticyclone d’Afrique du Nord.
-l’anticyclone de Sainte Hélène ;
– l’anticyclone des Açores ;
La ligne de contact entre les masses d’air chaud provenant du Nord et les masses d’air humide provenant du Sud détermine la Zone Intertropicale de Convergence (ZIC), dont la trace au sol est appelée Front Intertropical (FIT). Ces deux flux se différencient par leur humidité qui permet de diviser l’année en deux saisons bien distinctes :
– la saison sèche qui va de novembre à mai se caractérise par l’absence de précipitations ; elle est de durée variable du Sud au Nord. La circulation des vents est dominée par les flux d’alizé maritime continental et le FIT se situe au Sud de la latitude 12° N ;
– la saison humide va de juin à octobre avec des hauteurs de pluies décroissantes du Sud au Nord du pays. Ces pluies sont apportées par le flux de mousson, de secteur Sud à Sud-Ouest, en provenance de l’anticyclone de Sainte Hélène. Son arrivée est due à la remontée du FIT, attiré par la dépression Saharienne, très creuse, vers le Nord.
Les données climatiques ont été recueillies à l’ANACIM et concernent la température, la pluie, l’humidité relative et l’insolation. Ces paramètres sont étudiés à partir des données des stations climatologiques de Fatick et de Kaolack.

La pluviométrie

L’alimentation de la nappe se faisant par l’infiltration des eaux de pluie, une bonne maitrise de ce paramètre serait importante pour la gestion de la ressource en eau souterraine. L’analyse de la pluviométrie a été faite sur une période de 26 ans (1991-2017).
L’analyse des moyennes pluviométriques mensuelles des stations de Fatick et de Kaolack montre que la saison des pluies est de courte durée environ 4 à 5 mois (de Juin à Octobre) et une longue saison sèche couvrant le reste de l’année.
Les mois d’aout et de septembre sont les plus pluvieux avec des moyennes mensuelles variant respectivement entre 231.8et 239 mm et entre 171.2 et 181 mm sur la zone (fig.5).

la température

L’évolution de la température moyenne mensuelle est étudiée sur une période de 26 ans (1991-2017) pour les deux stations de la zone d’étude. Ainsi on observe une augmentation de la température moyenne mensuelle de janvier à mai. Les températures les plus élevées sont notées pendant les mois d’avril, mai et juin avec un maximum de 30.4°C à la station de Fatick et 31.6°C à la station de Kaolack au mois de mai. On note ensuite une légère diminution de juin à septembre. En octobre, survient une faible augmentation suivie d’une baisse significative de novembre à janvier. C’est ainsi qu’on a un régime thermique avec deux maxima : absolu en mai et relatif en octobre (fig. 6)

l’humidité relative

L’évolution moyenne mensuelle de l’humidité relative entre 1991 à 2017 au niveau des stations de Fatick et Kaolack montre une augmentation progressive de l’humidité de janvier à août, avec une valeur maximale observée entre août et septembre au niveau des deux stations puis une baisse régulière est amorcée de septembre à décembre. Les valeurs les plus importantes de l’humidité relative notées entre juin et octobre montrent un lien entre ce paramètre et la pluviométrie (fig.7).

l’insolation

La durée d’insolation est liée au mouvement zénithal du soleil entre les deux tropiques. Elle varie de 6.5 à 8.9 heures /jour avec en moyenne 7.7 heures /jour durant la période 1991 – 2017. Elle est plus élevée en saison sèche (avec un maximum en avril (9.2 heures/jour) dans la station de Kaolack) qu’en saison des pluies où la nébulosité est maximale au mois d’aout (fig.8).

GEOLOGIE ET HYDROGEOLOGIE

Géologie

La zone d’étude fait partie intégrante du bassin sédimentaire Sénégalo-mauritanien (figure 9). Les affleurements sont très rares du fait de la faiblesse du relief et d’un recouvrement sableux quaternaire important. La géologie est donc surtout connue grâce aux forages pétroliers et hydrauliques. Des synthèses stratigraphiques et géodynamiques ont été faites par Bellion (1987), et plus récemment par Sarr et al. (2008) et Roger et al. (2009). Ce bassin côtier accumule ainsi une puissante série sédimentaire, d’origine principalement marine, qui débute au Trias-Lias et se termine au Miocène.
La première invasion marine dans l’Atlantique central naissant provoque le dépôt d’évaporites au Trias supérieur et au Lias inférieur (sel gemme et gypse à passages d’argiles). La transgression s’amorce au Jurassique moyen et atteint son maximum au Jurassique supérieur favorisant dans le domaine occidental du bassin, l’installation d’une épaisse plate-forme carbonatée (Tessier, 1950 in DGPRE, 2017).
Un nouvel épisode transgressif au Maastrichtien permet une sédimentation détritique (argiles, silts, sables et grès) avec des passages carbonatés à l’Ouest du bassin. La transgression avance alors progressivement vers l’Est du bassin où les sédiments sont plus grossiers et moins épais. Le passage latéral de faciès et les grandes variations d’épaisseur constatées indiquent encore un contrôle tectonique des dépôts.
Au début du Paléocène, la mer envahit à nouveau le bassin, la sédimentation est essentiellement chimique et biochimique avec une prédominance des faciès argilo-marneux et calcaires coquilliers. A la fin du Paléocène, la baisse généralisée du niveau marin est accompagnée par d’importantes déformations tectoniques entrainant l’ascension de diapirs de sel et la karstification des calcaires du Paléocène supérieur (Spengler et al. 1966 in DGPRE, 2017). Dans la zone d’étude, le Paléocène correspondrait à des calcaires marneux, des marno-calcaires gris et calcaires gréseux. Il se distingue nette du Maastrichtien avec les argiles noires à argile feuilleté à lignite, qui marque le toit du Maastrichtien
Au début de l’Éocène inférieur (Yprésien) s’opère une nouvelle transgression qui donnera au domaine marin sa plus grande étendue vers l’Est et permettant le dépôt d’une série à dominante argileuse à attapulgite, riche en silex, glauconie et phosphate, à sa base, plus marneuse, calcaire marneux et entrecoupée de calcaires argileux, au sommet. La sédimentation est alors à dominante argilo-marneuse, calcaire marneux et calcaire jusqu’à l’Éocène moyen (Lutétien), période pendant laquelle se déposent des séries phosphatées dans la région de Thiès (Lam -Lam, Taïba) et des calcaires à nummulites dans la région de Kaolack. Au début de l’Éocène moyen, suite aux déformations cassantes nées de l’affrontement des plaques africaine et européenne, la mer amorce son retrait, avec des alternances de calcaires et de marnes riches en coquilles (Castalain, 1965 in DGPRE, 2017). Mais la formation est souvent tronquée à son sommet en raison des érosions qui sont intervenues dès l’Eocène supérieur.
L’Oligocène est mal représenté au Sénégal étant donné que la mer s’est retirée de la plus grande partie du bassin pendant cette période (Bellion, 1987 in DGPRE, 2017).
C’est à partir du golfe casamançais que s’opère la dernière et brève transgression du Miocène avec une mer peu profonde et une sédimentation marine argilo-sableuse à foraminifères. Dans le Saloum, les dépôts littoraux et lagunaires sablo-argileux du Miocène sont par la suite profondément altérées par la percolation des eaux souterraines lors d’une phase d’abaissement du niveau marin. Ce faciès d’altération constitue la formation du CT (Tessier et al, 1975 ; L’appartient, 1985 in DGPRE, 2017). Il s’est formé dans des conditions climatiques tropicales humides, avec une altération latéritique importante permettant alors la formation de latérite dont le durcissement produira ultérieurement la cuirasse latéritique. Les faciès du CT, jadis considéré comme des dépôts continentaux, appartiennent à la série Oligo-Miocène-Pliocène suite à une intense phase d’altération.
Au Quaternaire, les faciès sont très variés et sont liés aux fluctuations du niveau marin. On distingue ainsi des dépôts de plages à Mollusques dans les régions littorales, l’installation suivie de la désorganisation de plusieurs systèmes dunaires, l’étagement des terrasses alluviales dans les vallées des fleuves Sénégal et Gambie et la formation de tourbes. Les formations sableuses du quaternaire récentes recouvrent généralement les sédiments du bassin (fig.9).

Configuration géométrique de l’aquifère du Continental Terminal

Toit du Continental Terminal

Le Toit de l’aquifère du CT est bien défini du fait que ce dernier est un aquifère libre dans l’ensemble de la zone d’étude. Le Toit est bien corrélé aux altitudes du MNT, les valeurs les plus élevées sont localisées au NE (53m) vers (Colobane) et les plus faibles dans la zone Ouest (5m) vers (Foudiuoungne) par rapport au 0 IGN (fig. 11).

Mur du Continental Terminal

En ce qui concerne la morphologie du mur de l’aquifère du CT, les données discrètes issus des logs de forages et de sondage ont été spatialisées sous Arc GIS. Elles montrent des zones basses avec des cotes de mur comprises entre -80 et -50m par rapport au 0 IGN localisées au Sud et qui augmentent du centre (Kaolack) allant jusqu’à 5m vers le Nord. Les zones à mur profond (atteignant -80m) sont localisées au SE de la zone. On note l’existence d’une poche à eau saumâtre (3320 µS/cm) piégée dans la région de Fatick (Bacco serrére) (fig.12).

Epaisseur du Continental Terminal

Les données de mur et de Toit ont été utilisées pour calculer la puissance de l’aquifère dans la région. L’épaisseur oscille entre 113m au SE et 7m au NW dans la zone. On note une variation d’épaisseur de 7 à 60m dans la frange Nord allant jusqu’au-delà de Kaolack et de fortes puissance (80 à 113m) vers l’extrême SE. La variation d’épaisseur de l’aquifère du CT s’expliquerait par une variation de la morphologie du Toit de l’Eocène qui a subi une érosion intense. En prenant en compte la zone non saturé du CT, l’épaisseur utile du CT est par endroits très faibles (inférieur à 15m) et en moyenne entre 30 et 45m dans le secteur Nord de la zone. Par contre dans la zone Sine Gambie, la puissance varie de 45 à 85m mettant en évidence l’intérêt hydrogéologique de cette nappe dans le bassin arachidier (fig.13).

Paramètres hydrodynamiques

Les données existantes sur les ouvrages et les rapports de forages de la base de données de la DGPRE ont été analysées pour évaluer les caractéristiques hydrodynamiques qui sont les valeurs de conductivité hydraulique, transmissivité et coefficients d’emmagasinement (S).
Les valeurs de conductivités et de transmissivité sont très peu variables Elles sont respectivement comprises entre 1.7 10-5 et 6.6 10-5 m/s et 2.1 10-4 et 9.5 10-2 m²/s.
Les valeurs du coefficient d’emmagasinement (S) obtenues à partir des pompages d’essai sont peu nombreuses et varient entre 2.1 10-1 et 5.2 10-4 (DGPRE, 2017).
Dans le cadre de cette étude, deux types de données ont été utilisés : des données de terrain et des données documentaires. Ces dernières ont été recueillies au niveau de différentes structures notamment :
• ANACIM (Agence National de l’Aviation Civil et de la Météorologie) pour les données climatiques : insolation, température, humidité relative et précipitation mensuelles des stations de Fatick et Kaolack.
• DGPRE (Direction de la Gestion et de la Planification des Ressources en Eaux) ou leur base de données nous a fourni des chroniques piézométriques de la nappe du Continental Terminal dans la zone d’étude.
• Le département de géologie leur base de données nous a fourni des données de terrains et leur analyse chimique.

Matériels

– Réseau d’échantillonnage : deux campagnes d’échantillonnages sont effectuées par année. Ces campagnes de terrain ont concerné trois types d’ouvrages hydrauliques (forage, piézomètre et puit) répartis sur un réseau couvrant toute l’étendue de la nappe du Continental Terminal de la zone d’étude.
– Matériels d’investigation hydraulique : le matériel de terrain a permis de mettre en place un dispositif de prélèvement d’eau et de mesure de paramètres hydrogéologiques. Les différentes mesures ont été effectuées grâce à l’utilisation des appareils suivants :
Sonde multiparemétre : cet appareil est conçu pour la mesure in-situ des paramètres physico-chimiques (ph, conductivité électrique, température, oxygène dissous …) ;
Sonde sonore in-situ.inc : cet appareil, doté d’un ruban indicateur gradué en centimètres et rattaché à une sonde sonore est fréquemment utilisé pour mesurer la profondeur de l’eau dans les ouvrages hydrauliques ;
Un GPS qui permet une localisation précise des ouvrages hydrauliques repérés et une navigation rapide grâce à son système de satellites GPS et GLONASS ;
Un appareil photo qui va servir à prendre des photos du paysage.

Méthodes

– La collecte des données a été effectuée suivant la méthodologie standard :
Mesure des coordonnées géographiques avec un GPS ;
Mesure du niveau statique et des paramètres physico-chimiques ;
Collectionner des échantillons d’eau conservés hermétiquement dans des bouteilles en caoutchouc de 500 et 250 ml.
– Le traitement des données a été effectué grâce à l’utilisation de logiciels informatiques tels que: L’application MS Excel a permis de stocker et d’analyser les données de terrain en vue de la réalisation de différents graphes ;
Le logiciel Arcgis 10.3 a été utilisé pour la caractérisation physique du site d’observation ainsi qu’à la spatialisation des données physico-chimiques ;
Le logiciel Surfer 13 a été utilisé pour l’établissement des cartes piézométriques.
Le logiciel Diagrammes a été utilisé pour déterminer le faciès chimiques des eaux.
Le logiciel STATISTICA 7 a été utilisé pour la statistique des données chimiques.

RESULTATS ET DISCUSION

Caractérisation hydrodynamique

Niveau statique

Ce paramètre varie dans le temps et dans l’espace d’un ouvrage à un autre. Les niveaux statiques de l’aquifère dans la zone d’étude ont été obtenus lors des campagnes de mesure des niveaux statiques des ouvrages hydrauliques (forage, piézomètre et puit). La première campagne correspondant à la saison sèche présente des niveaux statiques qui varient de 3.9m (Néma Ba) à 35.72m (Diama Tievi). La deuxième campagne correspondant à la saison des pluies quant à elle, montre des niveaux statiques qui varient aussi de 3.15m (Néma Ba) à 35.43m (Diama Tievi). Ainsi une différence du niveau statique entre les deux campagnes est notée. Cette différence peut être expliquée par une recharge par infiltration des eaux de pluies lors de la deuxième campagne correspondant à la saison pluvieuse.

Piézométrie

La piézométrie est obtenue à partir des données d’altitudes issues du MNT et des données des niveaux statiques des ouvrages hydrauliques (forage, piézomètre et puit). La mesure du niveau piézométrique (H) est l’opération principale de l’inventaire de la ressource en eau souterraine. Il correspond à l’altitude du niveau d’eau en équilibre naturel dans l’ouvrage (forage ou puit) et est calculé par différence entre la cote du sol (repère sur l’ouvrage), l’altitude Z et la profondeur de l’eau. H=Z-NS avec H= niveau piézométrique ; Z= altitude ; NS= niveau statique
La surface piézométrique constitue la limite supérieure de la nappe. C’est une limite hydrodynamique qui peut s’élever ou s’abaisser librement dans la formation hydrogéologique perméable.
Les valeurs calculées du niveau piézométrique en juin varient de + 29 au SE à –4m à l’extrême Nord. Leur spatialisation sous le logiciel Surfer a permis d’identifier un dôme piézométrique de +29m dans la localité de Keur Aliou Diop situé au SW (coloration jaune foncé). Ce dôme piézométrique semble contrôler l’écoulement global vers toutes les directions et plus particulièrement vers un creux piézométrique qui part de Darou Salam Nioro vers l’extrême NE. Cette dépression piézométrique d’altitude négative par référence au 0 IGN jusqu’à -4.44m ne provient pas en réalité d’une exploitation accrue du système puisque les forages captant la nappe du CT dans cette zone sont peu nombreuses. Elle serait probablement le fait des caractéristiques hydrauliques du système dans cette zone et plus particulièrement d’une reprise évaporatoire (Archambault, 1960 ; Aranyossy el al. 1989 ; Ndiaye el al. 1993 ; Favreau, 2002 ; Koussoube, 2010 in Dieng, N.M, 2017), comme décrite dans de nombreuses nappes en creux du CT en Afrique de l’Ouest. Il faut signaler également un dôme piézométrique de moindre importance localisé à Keur Mamour Coumba où l’altitude de la nappe atteint +18m.

Caractérisation hydrochimique

Paramètres physico-chimiques

Les paramètres physico-chimiques mesurés sur le terrain concernent la température (T), la conductivité électrique (CE) et le potentiel en hydrogène (pH).
– La température (T) : les valeurs de températures mesurées dans la nappe du CT varient de 27.8 à 39°C avec une moyenne de 30.34°C. les valeurs de températures inférieures à 30°C représentent le plus souvent les eaux des ouvrages échantillonnées en début de matinée et dans des puits ; tandis que celles supérieures à 30°C représentent les eaux échantillonnées en milieu de journée. Ces valeurs reflètent celles des températures atmosphériques moyennes observées dans la zone montrant le caractère libre de la nappe.
– La conductivité électrique (CE) : c’est une mesure qui permet de contrôler la minéralisation de l’eau. Les valeurs mesurées de la CE sur cette nappe varient de 51 à 5150 µS/cm. Selon les normes de l’OMS (2008) nous distinguons 2 types d’eau dans la nappe du CT : les eaux considérées douces (CE <1500 μS/cm) et les eaux considérées salées (CE > 1500 μS/cm). Les eaux douces sont essentiellement localisées au niveau du dôme piézométrique et dans la partie Est de la zone d’étude, avec des valeurs inférieurs à 500 µS/cm. Ces valeurs augmentent, soit par contamination par l’eau salée du fleuve Saloum ou de la mer, soit par pollution anthropique qui augmente la minéralisation de la nappe dans la localité de Djilor et de Keur Ali Bassine.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I : PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE
I.1. Cadre physique
I.1.1. Localisation
I.1.2. hydrologie
I.1.3. Géomorphologie
I.2. Contexte climatique
I.2.1. la pluviométrie
I.2.2. la température
I.2.3. l’humidité relative
I.2.4. l’insolation
CHAPITRE II : GEOLOGIE ET HYDROGEOLOGIE
II.1. Géologie
II.2. Hydrogéologie
II.2.1. Configuration géométrique de l’aquifère du Continental Terminal
II.2.2. Paramètres hydrodynamiques
CHAPITRE III : MATERIELS ET METHODES
III.1. Matériels
III.2. Méthodes
CHAPIRE IV : RESULTATS ET DISCUSION
IV.1. Caractérisation hydrodynamique
IV.1.1. Niveau statique
IV.1.2. Piézométrie
IV.2. Caractérisation hydrochimique
IV.2.1. Paramètres physico-chimiques
IV.3.2. Composition chimique des eaux
IV.2.3. Détermination des faciès hydrochimiques
CONCLUSION ET RECOMMANDATION
REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUE

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