Soutenance mémoire
Présentation générale et contexte de l’étude
Le contexte malgache
Madagascar est une île plus grande que la France métropolitaine située dans l’océan Indien, au large du Mozambique.
Après une répression sanglante de l’insurrection de mars 1947 par l’armée française, entre une dizaine de milliers et 89 000 morts selon les sources, la république de Madagascar obtient son indépendance en 1960, mettant fin à 65 ans de colonisation.
Madagascar fait partie de la liste des pays les moins avancés de l’Organisation de Nations Unies (ONU).
Les taux d’accès à l’eau potable et à l’assainissement sont très faibles, estimés respectivement à 50% et à 35% [1]. Ces chiffres ne témoignent pas d’un manque de volonté mais d’un manque de ressources financières, matériels et humaines.
Le manque d’accès à l’eau potable et à l’assainissement impacte le développement et l’économie du pays, par les maladies et donc l’absentéisme et les dépenses de santé qu’il engendre.
La coopération décentralisée
La Région Haute Matsiatra, située sur les hauts plateaux de Madagascar, et la Métropole de Lyon sont en coopération décentralisée depuis 2006. Le programme Eaurizon, mis en place depuis mars 2016, cible 15 communes de la Région pour un appui sur le secteur de l’Eau, de l’Assainissement et de l’Hygiène (EAH). Les axes d’intervention de la coopération sont :
Renforcer la gouvernance des collectivités locales sur le secteur EAH
Développer l’accès à l’eau potable
Développer l’accès à l’assainissement et accompagner les populations dans l’amélioration de leurs pratiques liées à l’hygiène
Préserver et partager les ressources en eau entre les différents usages
Former et professionnaliser les acteurs du secteur
Capitaliser et diffuser les outils et méthodes produits par le projet
Plusieurs acteurs sont mobilisés pour faire de ce programme une réussite. En France, la Métropole de Lyon et l’Agence de l’Eau Rhône Méditerranée Corse se mobilisent fortement avec SAUR Solidarités.
Côté Malgache, le Ministère de l’Energie, de l’Eau et des Hydrocarbures, la Région et les communes sont engagés sur différents apports financiers et sur la pérennisation d’un service public accessible, efficace et pérenne [1].
Le réseau d’eau de la commune urbaine de Fianarantsoa
La commune urbaine de Fianarantsoa est le chef-lieu de la région, son réseau d’eau dessert environ 150 000 usagers, soit 70% de la population de la ville. Ces usagers sont connectés au réseau soit par des branchements privés, soit par des points d’eau collectifs (bornes fontaines). Le réseau d’eau de la ville de Fianarantsoa est géré, sous contrat de concession, par la Jiro sy Rano Malagasy (JIRAMA). La JIRAMA est la compagnie nationale d’eau et d’électricité de Madagascar.
Le réseau d’eau de la ville de Fianarantsoa est desservi par 3 stations de traitement alimentées par sources. La plus ancienne, la station de Vatosola, est alimentée en gravitaire par les lacs de Vatosola.
La station de Tombana est alimentée en gravitaire par le lac d’Antarambiby, et la station d’Ambanimaso est alimentée par la station de pompage Ankidona, qui capte les eaux superficielles de la rivière Mandranofotsy.
L’eau traitée produite est en moyenne de 8 060 m 3 /jour, dont 61% provenant de la station de Tombana, 22% par la station de Vatosola et 17% par la station d’Ambanimaso [2].
La capacité de stockage du réseau est de 2150 m3 , et est divisée sur 5 réservoirs répartis le long de la ville.
Contexte géologique et hydrogéologique
La zone d’étude est située sur les hauts-plateaux de Madagascar qui reposent sur un socle cristallin.
Plus précisément, les bassins versants de Vatosola sont localisés sur un massif granitique [5] et [6].Le granite est imperméable en tant que roche mais perméable en tant que formation dû à de potentiels réseaux de fissures (d’origine thermique) et/ou de diaclases (d’origine tectonique) qui le découpent.
Ce massif peut donc être considéré comme massif granitique à fort résidu d’altération.
Il existe deux grandes familles de nappes, les nappes libres, ou nappes phréatiques, et les nappes captives. La nappe libre est connectée à tout ce qui se passe en surface et varie librement. La nappe captive, en général plus profonde, est surmontée par une formation imperméable ou peu perméable et est maintenue sous pression.
A Madagascar, l’essentiel du débit des rivières provient du ruissellement de surface, complété par le drainage des couches d‘altération. La proportion du débit provenant des nappes profondes est généralement assez faible, sauf cas particuliers de plateaux calcaires très fissurés et de zones volcaniques perméables [7].
A Vatosola, le manque de données ne permet pas de conclure sur la présence ou non d’une nappe captive. Dans la suite de l’étude, seule la nappe libre sera considérée.
Occupation du sol
L’occupation du sol de la zone d’étude a été déterminée par photo-interprétation. Une carte d’occupation des sols a été réalisée sur le logiciel QGis avec une image satellite datant de septembre 2017. Huit types d’occupation du sol ont été différenciés.
Données disponibles
Précipitations
Station météo de l’aérodrome de Fianarantsoa
L’aérodrome de Fianarantsoa dispose d’un pluviomètre depuis 1940, il est situé à 8 km de Vatosola à une altitude de 1110 m. La station météo propose aussi des données (pluviométrie journalière et mensuelle) extrapolées dans toute la région, dont à Vatosola. Ces données sont souvent utilisées par le programme Eaurizon pour des études dans la région, cependant la méthode d’extrapolation n’est pas connue, et ne peut donc être vérifiée, c’est pourquoi une autre source de données est cherchée.
Base de données WorldClim
La base de données WorldClim a été construite en 2005 par un groupe de chercheurs de l’Université de Californie. Elle compile les données climatiques de plusieurs dizaines de milliers de stations météo dans le monde (dont l’aérodrome de Fianarantsoa). Une méthode d’interpolation basée sur l’altitude, la longitude et la latitude complète la base de données et permet une représentation spatiale d’une résolution de 1 km². La base de données fournit les moyennes mensuelles des précipitations en se basant sur la période 1970-2000. Les données de WorldClim sont en accès libre.
Afin de vérifier les données fournies par WorldClim, les moyennes mensuelles des précipitations à l’aérodrome de Fianarantsoa de WorldClim ont été comparées aux moyennes réelles de la station météo de l’aérodrome de Fianarantsoa entre 1970 et 2000. En moyenne, la différence entre les deux est de 26%, avec 3 mois au-dessus de 65%. La pluviométrie est surestimée par WorldClim pour tous les mois (sauf octobre).
Dans le contexte de l’étude, il est préférable de sous-estimer les précipitations afin de se placer dans le pire des cas. Les données utilisées seront donc celles résultant de l’extrapolation de la station météo de l’aéroport de Fianarantsoa.
Analyse statistique des données
L’historique des données disponibles, de 1940 à 2017, permet une analyse statistique des données.
L’objectif est de déterminer les périodes de retour des sécheresses. La loi de Gumbel est utilisée pour calculer les sécheresses de temps de retour 5, 10 et 100 ans. Le Tableau 4présente les statistiques pluviométriques annuelles.
Hauteurs d’eau dans les barrages et fuites
Une campagne de mesure des hauteurs d’eau et fuites des barrages a été effectuée du 8 au 20 mai 2019. A cette période, les lacs 2 et 3 n’alimentaient pas la station, les mesures n’ont donc pas été faites sur ces lacs. La mesure des hauteurs d’eau permet de connaitre la variation de stock journalière des lacs. En mai 2019 les barrages 4 et 6 ne déversaient pas. Le débit déversé du barrage 5 était très faible et non mesurable. La fuite du barrage 1 est située sur un côté de l’ouvrage et n’est pas accessible à cause de la végétation, elle est cependant bien visible en aval de l’ouvrage. Le Tableau 9résume les possibilités de mesure des fuites et déversements. Les résultats de la campagne de mesure sont disponibles en Annexe 4, p57.
Stockage
Bilan hydrologique des lacs « à l’instant T »
Afin de compléter l’analyse de la ressource en eau, il faut étudier les apports de chaque bassin à son lac et les transferts entre les lacs. Dans un premier temps, un bilan hydrologique des lacs « à l’instant T » a été réalisé en mai 2019. A cette période, les prélèvements de la JIRAMA se faisaient sur les lacs 1 et 6, ce bilan ne concerne donc que le bassin versant 1.
Ne disposant d’aucune information sur l’infiltration, les écoulements souterrains et le ruissellement, les apports des bassins vers les lacs sont regroupés en un paramètre « ruissellement et écoulements souterrains ». Ce paramètre prend en compte la précipitation sur les bassins et l’évapotranspiration des bassins. Les bassins versants 1 et 4 ont été modifiés pour ce bilan afin de correspondre à l’aire d’alimentation des lacs 1 et 4 (voir Figure 33).
Résultats
Quantité d’eau disponible
Les résultats présentés dans cette partie concernent uniquement la ressource, le stockage est abordé en 6.2, page 45. Il faut aussi considérer le fait que d’autres acteurs de l’eau sont présents sur les bassins (agriculteurs notamment), les consommations de ces activités ne sont pas connues mais doivent être prises en compte par la JIRAMA.
Scénario 0 : situation initiale, tous les lacs sont utilisés pour l’alimentation de la station
Dans cette partie, tous les lacs sont utilisés pour l’alimentation de la station. Le bilan hydrologique des trois bassins versants d’une année moyenne (ni sèche, ni humide) pour une production de 1 700 m 3 /j a été établi (Figure 35).
Conclusion et perspectives
La JIRAMA, qui est en charge de la gestion du réseau d’eau potable de la commune urbaine de Fianarantsoa, souhaite diminuer les prélèvements sur une de ses trois ressources, le pompage d’Ankidona (17% de la production totale), afin de réduire ses coûts d’exploitation. L’étude de 2018 portant sur le lac d’Antarambiby (61% de la production totale) a montré des possibilités d’augmentation des prélèvements sur ce lac, mais insuffisantes pour remplacer la station de pompage.
La dernière ressource est constituée des 6 lacs artificiels de Vatosola, la production du site (22% de la production totale) est très instable en fonction des années et des saisons, de 370 m 3 /j à 2700 m3 /j (de janvier 2013 à décembre 2018).
La JIRAMA a souhaité étudier les possibilités d’augmentation de production de Vatosola tout en la stabilisant au cours des années et des saisons. Par manque de moyens de la JIRAMA, le programme Eaurizon a pris en charge cette étude qui a été séparée en trois parties : la ressource, le stockage et la station de production. Pour les deux premières parties, quatre scénarios ont été étudiés :
Scénario 0 : situation initiale, tous les lacs sont utilisés pour l’alimentation de la station,
Scénario 1 : seul le bassin versant 1 est conservé, les lacs 2 et 3 ne sont plus utilisés pour l’alimentation de la station,
Scénario 2 : les bassins versants 1 et 2 sont conservés, le lac 3 n’est plus utilisé pour l’alimentation de la station,
Scénario 3 : les bassins versants 1 et 3 sont conservés, le lac 2 n’est plus utilisé pour l’alimentation de la station.
Au terme de l’étude, les conclusions sont les suivantes :
Concernant la ressource :
L’instabilité de la production journalière de Vatosola s’explique par la surexploitation de la ressource, lors de sècheresses la quantité d’eau disponible sur l’année ne permet pas un prélèvement journalier de 1700 m3/j (production journalière moyenne actuelle),
Afin de fournir un service stable, il est conseillé à la JIRAMA de diminuer ses prélèvements journaliers.
Concernant le stockage :
Deux des six barrages (numéros 2 et 3) ne sont plus utilisés pour l’alimentation de la station,
Parmi les barrages restants, deux (numéros 4 et 6) présentent des fuites importantes, respectivement 727 m3/j et 959 m3/j en moyenne pour mai 2019,
Le manque de données n’a pas permis une étude précise du stockage,
Le volume de stockage actuel, de 24 800 m3
sur les 6 lacs, ne limite pas la production journalière
plus que la ressource,
Augmenter le volume de stockage ne permettra pas d’augmenter la production journalière.
Concernant la station de production :
En termes de dimensionnement des ouvrages, la station peut traiter jusqu’à 2300 m3/j,
La station ne limite pas la production journalière plus que la ressource.
La conclusion générale de l’étude est que Vatosola ne peut pas remplacer la ressource d’Ankidona ni permettre une réduction de son utilisation. Si la JIRAMA ne souhaite plus utiliser la station de pompage, elle doit chercher une nouvelle ressource. Diminuer les fuites sur le réseau permettrait aussi de réduire les prélèvements à Ankidona.
Pour chaque scénario étudié, des recommandations de production journalière ont été faites vis-à vis du stockage et de la ressource (en fonction du risque que la JIRAMA accepte), le Tableau 28 présente les résultats.
Les barrages doivent faire l’objet d’un diagnostic de leur génie civil poussé afin de connaitre les nécessités et coûts des travaux. Ceci permettra à la JIRAMA de décider quels barrages réhabiliter en fonction du coût et des bénéfices apportés. Dans tous les cas les fuites des barrages 4 et 6 doivent être réparées.
Concernant la gestion du site, plusieurs recommandations peuvent être faites :
Les barrages et les berges des lacs doivent être entretenus régulièrement (élagage, désherbage…),
Des échelles limnimétriques doivent être installées sur tous les barrages afin de pouvoir suivre leurs variations de stock,
Des compteurs doivent être installés sur les conduites entre les barrages et la station, ceci permettra de connaitre exactement le débit prélevé à chaque lac et les pertes d’eau à la station.
La principale difficulté rencontrée durant cette étude est le manque d’informations et de données concernant la zone d’étude. La mise en place d’échelles limnimétriques et de compteurs permettra de faire un bilan hydrologique plus précis de chaque lac et donc de connaitre les apports réels des bassins vers les lacs au cours des mois.
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Table des matières
REMERCIEMENTS
RESUME
ABSTRACT
TABLE DES MATIERES
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES ABREVIATIONS
1. INTRODUCTION
2. PRESENTATION GENERALE ET CONTEXTE DE L’ETUDE
2.1. LE CONTEXTE MALGACHE
2.2. LA COOPERATION DECENTRALISE
2.3. LE RESEAU D’EAU DE LA COMMUNE URBAINE DE FIANARANTSOA
2.4. HISTORIQUE DES ETUDES REALISEES
2.5. OBJECTIFS ET ATTENDUS DE L’ETUDE
3. PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE
3.1. VUE D’ENSEMBLE DES BASSINS VERSANTS
3.2. PRESENTATION DES LACS ET DES BARRAGES
3.3. PRESENTATION DE LA STATION DE PRODUCTION
4. DONNEES DE L’ETUDE
4.1. DONNEES DISPONIBLES
4.2. DONNEES ESTIMEES
4.3. DONNEES MESUREES
5. DEFINITION DE LA METHODOLOGIE
5.1. QUANTITE D’EAU DISPONIBLE
5.2. STOCKAGE
5.3. STATION DE PRODUCTION
6. RESULTATS
6.1. QUANTITE D’EAU DISPONIBLE.
6.2. STOCKAGE
6.3. STATION DE PRODUCTION
7. CONCLUSION ET PERSPECTIVES
8. BIBLIOGRAPHIE
9. ANNEXES
9.1. ANNEXE 1
9.2. ANNEXE 2
9.3. ANNEXE 3
9.4. ANNEXE 4
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