UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECH NIQUE D’ANTANANARIVO
Forma tion Doctorale en Génie Minéral
Département Mines
********************
MEMOIRE DE FIN D’ETUDES En vue de l’obtention du Diplôme d’Etudes Approfondies en Génie Minéral
MODELISATION HYDROGEOLOGIQUE ET ****************** HYDROCHIMIQUE DES AQUIFERES DE LA REGION BETSIBOKA
Présenté par
Mendrika Henintsoa RAKOTOVOHITRA
Devant le Jury composé de :
Président : Monsieu r RANAIVOSON Léon Félix Rapporteur : Monsieu r RAZAFINDRAKOTO Boni Gauthier Examinateurs: Monsieu r RASOLOMANANA Eddy Monsieu r RALAIMARO Joseph
30 Juin 2015
UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECH NIQUE D’ANTANANARIVO
Forma tion Doctorale en Génie Minéral
Département Mines
********************
MEMOIRE DE FIN D’ETUDES En vue de l’obtention du Diplôme d’Etude s Approfondies en Génie Minéral ******************
MODELISATION HYDROGEOLOGIQUE ET HYDROCHIMIQUE DES AQUIFERES DE LA REGION BETSIBOKA
Présenté par
Mendrika Henintsoa RAKOTOVOHITRA
Devant le Jury composé de :
Président : Monsieu r RANAIVOSON Léon Félix Rapporteur : Monsieu r RAZAFINDRAKOTO Boni Gauthier Examinateurs: Monsieu r RASOLOMANANA Eddy Monsieu r RALAIMARO Joseph
30 Juin 2015
REMERCIEMENTS
Je tiens à remercier, en premier temps, DIEU tout puissant qui, par sa grâce et sa volonté, m’a permis à réaliser ce présent mémoire.
Je présent aussi mes vifs remerciements à Monsieur ANDRIANARY Philippe, Directeur de l’Ecole Supérieur Polytechnique d’Antananarivo (ESPA), qui m’a autorisé à présenter ce mémoire.
Mes remerciements vont également à Monsieur RANAIVOSON Léon Félix, Chef de Département Mines à l’ESPA, d’avoir accepté avec compréhension, de présider les membres de jurys.
Je remercie Mr RAZAFINDRAKOTO Boni Gauthier, Maître de conférences à l’ESPA, mon encadreur de mémoire, de m’avoir fait confiance, guidé, encouragé, conseillé et de m’avoir apporté de l’aide tout au long de la réalisation de cet ouvrage.
Je remercie également Mr RASOLOMANANA Eddy, Professeur Titulaire à l’ESPA, ainsi que Mr RALAIMARO Joseph, Maître de conférences à l’ESPA, malgré leurs multiples responsabilités et occupations, qui m’ont fait l’honneur de juger ce travail. Ils ont également contribué, par leurs nombreuses remarques et suggestions, à améliorer la qualité de ce mémoire et je leur en suis très reconnaissant.
Je remercie de plus ma femme qui m’a soutenue moralement et spirituellement durant la réalisation de ces travaux, je l’adresse mes reconnaissances.
Je remercie chaudement à ma famille pour leur soutien aussi bien matériel que morale qui m’a permis de réaliser ce mémoire.
Enfin, mes remerciements ne seraient pas complets sans oublier toutes les personnes qui, de près ou de loin, ont contribués à la réalisation de ce mémoire.
A TOUS UN GRAND MERCI !
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SOMMAIRE
REMERCIEMENTS
LISTE DES FIGURES
LISTE DES PHOTOS
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES ABREVIATIONS
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE GENERALITE
CHAPITRE I CONTEXTE DE LA ZONE D’ETUDE
CHAPITRE II NOTION HYDROGEOLOGIE GENERALE
DEUXIEME PARTIE METHODOLOGIE
CHAPITRE III MATERIELS ET METHODES
CAPITRE IV PRESENTATION DES LOGICIELS UTILISES
TROISIEME PARTIE RESULTATS, INTERPRETATION ET DISCUSSION
CHAPITRE V MODELISATION ET INTERPRETATION
CHAPITRE VI RESULTATS, INTERPRETATIONS DES ANALYSES PHYSICO- CHIMIQUE ET REPRESENTATION CARTOGRAPHIQUE DE LA QUALITE DE L’EAU
CONCLUSION
TABLE DES MATIERES
ANNEXES
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LISTE DES FIGURES
Figure 1: Carte de la limite administrative de la Région Betsiboka ...... 5 Figure 2: Carte des isothermes annuelles de la Région Bestsiboka ...... 7 Figure 3: Carte d’isohyète annuelle de la Région Betsiboka ...... 8 Figure 4: Diagramme ombrothermique de la Region betsiboka ...... 9 Figure 5: Variation de l'humidite relative annuelle dans la Region betsiboka ...... 10 Figure 6: Courbe du bilan thermique de la Region betsiboka ...... 13 Figure 7: Carte hydrographique du bassin hydrogeologique de la Region betsiboka ...... 15 Figure 8: Carte pedologique de la Region betsiboka ...... 16 Figure 9: Topographie des points de forages ...... 19 Figure 10: Carte géologique de la Region betsiboka ...... 21 Figure 11: Répartition des activites économiques de la population ...... 24 Figure 12: Système hydrogéologique d’un bassin versant ...... 27 Figure 13: Différentes types de nappes ...... 30 Figure 14: Cycle de l’eau ...... 31 Figure 15: Cycle de l’humidité du sous-sol ...... 32 Figure 16: Schéma simple du système de forage ...... 38 Figure 17: Mécanisme de fonctionnement du MFT avec air comprimé...... 44 Figure 18: Diagramme de piper ...... 50 Figure 19: Diagramme de Schoeller-Berkaloff ...... 51 Figure 20: Interface du RockWorks 15...... 53 Figure 21: Fenêtre du Borehole manager ...... 54 Figure 22: Interface du logiciel Diagramme ...... 55 Figure 23: Effectifs des forages négatifs et positifs ...... 57 Figure 24: Représentation plane des couches géologiques de Sarobaratra à l’altitude 35m ...... 59 Figure 25: Représentation plane des couches géologiques de Sarobaratra à l’altitude 70m ...... 60 Figure 26: Représentation plane des couches géologiques de Maevatanana à l'altitude 35m ...... 61 Figure 27: Représentation plane des couches géologiques de Maevatanana à l'altitude 70m ...... 62 Figure 28: Coupe lithologique 2D de Sarobaratra ...... 63 Figure 29: Coupe lithologique 2D des 4 communes de Maevatanana ...... 63 Figure 30: Coupe lithologique 2D de Mangabe...... 64 Figure 31: Coupe lithologique 2D d’Ambalanjanakomby et de Tsararano ...... 65 Figure 32: Modèle lithologique 3D de Sarobaratra ...... 66 Figure 33: Lithologie 3D des forages de Sarobaratra ...... 66 Figure 34: Coupe lithologique 3D des 4 communes de Maevatanana ...... 68 Figure 35: Coupe lithologique 3D de Maevatanana ...... 69 Figure 36: Coupe lithologique 3D sectionnée de Maevatanana ...... 69 Figure 37: Coupe lithologique 3D des forages de Maevatanana ...... 70 Figure 38: Coupe lithologique 3D de Mangabe...... 71 Figure 39: Coupe lithologique 3D d'Ambalanjanakomby et de Tsararano ...... 72
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Figure 40: Coupe stratigraphique 2D de Sarobaratra-Tsaratanana ...... 73 Figure 41: Coupe stratigraphique 2D des 4 Communes de Maevatanana ...... 73 Figure 42: Coupe stratigraphique 3D de Mangabe ...... 74 Figure 43: Coupe stratigraphique 3D de Sarobaratra ...... 74 Figure 44: Représentation 3D de la couche latéritique et de l'argile de Sarobaratra ...... 76 Figure 45: Coupe stratigraphique 3D des 4 Communes de Maevatanana ...... 76 Figure 46: Coupe stratigraphique 3D de Maevatanana ...... 78 Figure 47: Coupe stratigraphique 3D de Mangabe ...... 79 Figure 48: Coupe stratigraphique 3D d'Ambalanjanakomby et de Tsararano ...... 80 Figure 49: Représentation géométrique des couches géologiques ...... 81 Figure 50: Modèle 2D de l'aquifère de Sarobaratra ...... 82 Figure 51: Modèle 2D de l'aquifère des 4 communes de Maevatanana avec les points forages ...... 83 Figure 52: Modèle 3D de l'aquifère de Sarobaratra avec les points de forage ...... 84 Figure 53: Modèle 3D de l'aquifère des 4 communes de Maevatanana ...... 85 Figure 54: Modèle 3D de l'aquifère de Mangabe ...... 86 Figure 55 : Modèle 3D de l'aquifère d'Ambalanjanakomby et de Tsararano ...... 87 Figure 56: Sens d'écoulement de la nappe de Sarobaratra de direction Sud-Nord et Est- ouest ...... 88 Figure 57: Sens générale d'écoulement de la nappe de Sarobaratra de direction Sud-Est Nord-Ouest ...... 89 Figure 58: Sens d'écoulement de la nappe des 4 communes de Maevatanana de direction Est-Ouest et Sud-Nord ...... 90 Figure 59: Sens général d'écoulement de la nappe des 4 communes de Maevatanana de direction Sud-est Nord-Ouest ...... 91 Figure 60: Variation de la température des eaux souterraines de Sarobaratra et des 4 Communes de Maevatanana ...... 94 Figure 61: Variation du pH des eaux Souterraines de Sarobaratra et des 4 Communes de Maevatanana ...... 94 Figure 62: Répartition des ions majeurs des eaux souterraines de Sarobaratra et des 4 Communes de Maevatanana ...... 96 Figure 63: Diagramme de Piper ...... 98 Figure 64: Diagramme de Schoeller-Berkaloff ...... 99
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LISTE DES PHOTOS
Photo 1: Forme de l'érosion de la zone d'étude ...... 17 Photo 2: Tiges de 5,3 m ...... 40 Photo 3: Tricône 9''1/2 (à gauche) et trilame 8" (à droite) ...... 41 Photo 4: Foreuse montée sur un camion ...... 41 Photo 5: Compresseur à haut débit marque ELGI porté sur un camion ...... 42 Photo 6: Massif filtrant (à gauche) et bac à échantillon (à droite) ...... 43 Photo 7: Tubes pvc lisses et crépines (140mm) utilisés...... 43 Photo 8: Marteau fond de trou ...... 44 Photo 9: Sonde électrique ...... 45 Photo 10: Equipements du kit d’analyse portatif wagtech ...... 49
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LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1: Situation géographique de la zone d’étude ...... 4 Tableau 2 : Coordonnées géographique des 6 Communes de la zone d’étude ...... 6 Tableau 3: Variation de la température mensuelle de la zone d’étude ...... 7 Tableau 4: Variation de la pluviométrie mensuelle de la zone d’étude ...... 8 Tableau 5: Indice d’aridité de la zone d’étude ...... 9 Tableau 6: Variation du taux de l’humidité de l’air de la zone d’étude ...... 10 Tableau 7: Bilan hydrique de la zone d’étude calculé à partir des données du Ministère de l’eau année 2013 ...... 12 Tableau 8: Caractéristiques hydrogéologiques de la zone 10 ...... 23 Tableau 9: Rendement des principales spéculations agricoles de la Région ...... 25 Tableau 10: Principaux élevages des paysans de la Région...... 25 Tableau 11: Volume d'eau dans un m 3 d'aquifère ...... 28 Tableau 12 : Porosité et perméabilité de quelques couches géologiques ...... 32 Tableau 13: Variation de couleur de l’eau suivant les éléments présents dans l’eau..... 34 Tableau 14: Formation géologique de Sarobaratra ...... 75 Tableau 15: Formation géologique des 4 Communes de Maevatanana ...... 77 Tableau 16: Formation géologique de Maevatanana ...... 78 Tableau 17: Formation géologique de Mangabe ...... 79 Tableau 18: Formation géologique d’Ambalanjanakomby et de Tsararano ...... 80 Tableau 19: Caractéristique des essais par paliers des 4 Communes de Maevatanana.. 92 Tableau 20: Caractéristique des essais par paliers de Sarobaratra-Tsaratanana ...... 92
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LISTE DES ABREVIATIONS
A : Indice d’ Aridité BI : Balance Ionique C : Conductivité °C : Degré Celcus CEG : Collège d’ Enseignement Général CHD : Centre Hôpital District COT: Carbone Organique Total CRD: Classic Real Drill CSB : Centre de Santé de Base D : Dimension ETP : Evapo Transpiration Potentielle ETR : Evapo Transpiration Réelle EPM: Enquête Périodique au près des Ménages EPP: Ecole Primaire Publique GPS: Global Position System Ha: Hectare I:Indice Thermique IE : Infiltration Efficace IRA : Infection Respiratoire Aigue JIRAMA : J iro sy Rano Malagasy K : Coefficient de perméabilité Ma: Million d’ année MFT : Marteau à Fond de Trou OMD : Objectifs du Millénaire pour le Développement OMS: Organisation Mondial de la Santé P:Précipitation PE : Précipitation Efficace PAER: Projet d’ Alimentation en Eau en milieu Rural PH: Potentiel Hydrogène Q: Débit R:Ruissellement RN: Route Nationale RW: Rock works S: Rabattement
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S: Stock SRA: S odium Absorption Ratio TAC : Titre Alcalimétrique Complet TDS: Quantité de Solide Dissous T:Température TH: Titre Hydrotimétrique µS: micro Siemens ZNS: Zone Non Saturée ZS: Zone Saturée
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INTRODUCTION
L’eau, appelons aussi « or bleu », c’est la source principale de toute vie. Sans elle, l’épanouissement de la vie sur terre cesserait d’exister. Rappelons que sur la totalité de l’hydrosphère, l’eau douce ne représente que 2,5% de la réserve mondiale dont 68,7% eaux glaciers, 30,6% eaux souterraines et 0,7% seulement les eaux de surfaces (lacs, rivières, eaux de ruissellement, étangs) [40]. Dans la plupart des cas, l’eau potable est fournie soit par les eaux souterraines, soit par les eaux de surface. Selon l’OMS, L’accès à l’eau de boisson sûre et saine est un droit fondamental et en plus, le non accès en ce service menace le développement d’un pays. Pour atteindre l’objectif n°7 de l’OMD, le Ministère de l’eau s’engage d’ici 2015, de façon durable, d’augmenter jusqu’à 68% le taux d’accès à un approvisionnent en eau potable amélioré et jusqu’à 54% les services d’assainissement de base. En 2012, malgré l’effort déployé par le gouvernement, 38,9% seulement (face à 27,7% en 2010) de la population ont l’accès à l’eau potable amélioré. En particulier, parmi les 22 régions, seul 26,1% de la population de la région Betsiboka ont un approvisionnement en eau potable amélioré. Cependant, vu l’explosion démographique actuelle, les développements agricoles et industriels, la demande en ces services de base ne cesse de s’accroître. En plus, la répartition inégale en ce service existe encore car il est beaucoup plus élevé dans les zones urbaines (soit 87,7%) que dans les zones rurales (soit 29,1%) [13]. Ce progrès est principalement dû aux collaborations du gouvernement avec des différents partenaires. Grâce au projet PAER, plusieurs forages ont étés fait dans différentes Régions de Madagascar dont le but c’est d’accroitre le taux de couverture en eau potable amélioré. La réalisation des 56 forages dans le District de Maevatanana et de Tsaratanana, Région Betsiboka, nous donne l’opportunité d’avoir réalisé cette étude à partir des données géologiques (lithologiques, géochimiques et hydrogéologique) collectées lors de ces forages. D’où le thème du présent mémoire: « Modélisation hydrogéologique et hydrochimique des aquifères de la Région Betsiboka ».
Problématiques L’aquifère possède une inestimable richesse hydrique exploitable et l’exploitation de ces eaux profondes reste toujours une solution primordiale pour résoudre le problème d’alimentation en eau potable de la population Malgache. Or, la planification et la gestion efficace des ces ressources en eau souterraine nécessite une bonne connaissance de la formation géologique, hydrogéologique de l’aquifère en question ainsi que ces propriétés hydrauliques et hydrochimiques. De ce fait, la reconstitution géométrique et structurale en 3D de l’aquifère de ces zones d’intervention seraient utile. En plus, même si nous connaissons que l’eau souterraine est plus à l’abri de la pollution que l’eau de la surface, certaines activités anthropiques dues à l’absence d’assainissement, à l’utilisation des pesticides et aux déchets industriels, ont des impacts sur la qualité de l’eau souterraine, surtout en
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milieu urbaine. Toutefois, La suivie de la qualité organoleptique, physico-chimique et bactériologique de l’eau est exigée pour qu’elle doit répondre aux besoins de la communauté. Objectifs Ce présent mémoire vise à représenter sous forme 1D, 2D, 3D la configuration géométrique et structurale de l’aquifère de certaines Communes de Maevatanana et de Tsaratanana, afin de comprendre le fonctionnement hydrogéologiques, hydrodynamique et hydrochimique de l’aquifère de ces deux zones d’études. L’analyse physico-chimique des eaux souterraines a été utilisée pour déterminer les mécanismes contrôlant l'hydrochimie de cette aquifère, de comprendre les circulations au sein de l’aquifère et de connaitre l’influence de ces facteurs sur les consommateurs. Les résultats de cette étude seront des données géologiques, hydrochimiques et hydrogéologiques qui serviront à tous ceux qui l’ont besoin et pourraient renforcer les études antérieures concernant les caractéristiques hydrogéologiques de la Région Betsiboka. Méthodologie : Pour atteindre ces objectifs nous allons adopter les méthodes suivantes : − collecte et Analyse des données: • collectes des donnés pendant la réalisation des forages, dans le cadre du Projet 1250 forages de PAEAR ; • études des résultats d’analyse physico-chimique de l’eau ; • recherches bibliographiques menées sur la géologie, l’hydrogéologique, l’hydrochimie et la climatologie de la zone étudiée. − modélisation des données de forages collectées sur logiciel: • utilisation du logiciel RockWorks 15, qui nous donne un aperçu 1D, 2D et 3Dsur les caractéristiques de l’aquifère, les différents aspects lithologiques et stratigraphiques de la zone d’étude ; • utilisation du logiciel Diagramme, qui nous a offert une représentation cartographique de l’eau. − rédaction du présent mémoire Ce présent mémoire se reparti en trois grandes parties : • la Première partie présente les principales données concernant la généralité sur l’hydrologie et contexte physique de la région d'étude ; • la deuxième partie est consacrée sur les techniques et les méthodes utilisées à l’hydrogéologie l’hydrochimie et les modélisations des formations hydrogéologiques de la zone d’étude, • la troisième et dernière partie est réservée à l’interprétation et à la discussion des résultats.
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PREMIERE PARTIE
CHAPITRE ICONTEXTE DE LA ZONE D’ETUDE.
I.1 Contexte géographique
Les deux Districts, à savoir Maevatanana et Tsaratanana, font partie de la Région Betsiboka. Géographiquement, la Région se trouve sur la partie occidentale de Madagascar, se situe entre la latitude 16°57'0" S et la longitude 46°49'60" E. Elle s’étend sur une surface environ de 30 025Km 2 soit 5,09% de la superficie totale de Madagascar. La région est subdivisée en 3 Districts, à savoir : Mevatanana, Tsaratanana et Kandreo. Administrativement, la Région est délimitée : − à l’Ouest par la Région Melaky − à l’Est par la Région Alaotra Mangoro − au Nord-Est par la Région Sofia − et au Sud par la Région d’Analamanga et Bongolava La caractéristique de ces deux Districts est illustrée dans le tableau suivant :
Tableau 1 : Situation géographique de la zone d’étude
Coordonnées Superficie Districts Communes géographiques (km 2) 17 communes: Maevatanana I(CU), Ambalanjanakomby, 16°43’00’’ S Andranomangatsiaka, Andriba, Antsiafabositra, Maria, Maevatanana 10 410 46°49’00’’E Bemokotra, MaevatananaII, Mahazoma, Mangabe, Tsararano, Ambohibary, Madiromirafy, Beratsimanina 12 communes: Tsaratanàna, Ambakireny, Ampandrana, Andriamena, 16°47’50 ‘’S Tsaratanana Bekapaika, Betrandraka, Brieville, Keliloha, 13 453 47°39’10’’E Manakana,Sakoamadinika,Sarobaratra,Tsararova, Manakara Source : Monographie de la Région Betsiboka 2010
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Source: BT 500
Figure 1 : Carte de la limite administrative de la Région Betsiboka
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Tableau 2: Coordonnées géographique des 6 communes de la zone d’étude
Communes Coordonnées GPS Nombres Altitudes d’Habitants Ambalanjanakomby 16°41’54’’S /47°04’12,1’’E 7530hab 78m Tsararano 16°45'45.3"S / 46°57'55.3"E 11450 hab 133m Maevatanana I 16°43’00’’ S/46°49’00’’E 16 000hab 78m Maevatanana II 16°56’58,5’S/46°49’45,8’’E 15426 hab 78m Mangabe 16°43'19,9" S/ 46°49'26,9"E 9023hab 35m Sarobaratra 16°27’00’’S et 47°20’00’’E 14 147 hab 83m Source : Monographie des 6 Communes 2010 I.2 Contexte hydroclimatique Il est de type tropical caractérisé par 2 saisons bien distinctes : - Une saison chaude et pluvieuse s’étend du mois d’octobre au mois d’avril (7 mois) avec une température maximum de 42°C. - une saison sèche qui s’étend du mois de mai au mois de septembre (5 mois), avec une température minimale de 15°à 18°C. Dans la Région, les vents sont modérés toute l’année (20 à 30 km/h dans les 85% des cas). Le climat est dominé par : • l’alizé ou « varatraza » : de mois d’avril au mois de septembre ; • le vent de mousson ou « talio» : du mois d’octobre au mois de mars. I.2.1 Température
La température est l’un des facteurs pour évaluer le déficit d’écoulement. La Région est la plus chaude de Madagascar car sa température moyenne annuelle est de 28°C (plus élevée par rapport aux autres régions).La température maximale observée est celle du mois de Novembre qui peut atteindre jusqu’à 40 - 42°C alors que la température la plus basse est celle du mois de juillet qui peut descendre jusqu’à 18°C. La variation de la température à l’intérieur de la région est peu importante et relativement stable. En revanche, selon les résultats des études faites au sein de service Météorologie de Madagascar en 2000 sur le réchauffement climatique, la région connaîtrait une augmentation de température 1,3°C-2,5°C vers 2055. Le tableau suivant illustre la température moyenne mensuelle enregistrée dans la station de Tsaratanana (16°44’S 47°36’E) et la station de Maevatanana (16°57’ Set 46°50’E) :
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Tableau 3: Variation de la température mensuelle de la zone d’étude
Moyenne mensuelle Jan Fév. Mars Avl Mai Juin Juill Aou Sep Oct Nov Dec
Maevatanana 27,8 27,9 27,9 28,3 27,1 25,4 25 26 27,4 28,9 29,3 28,5 Tsaratanana 26,1 26,4 26,2 26,5 24,6 23,2 22,5 23,2 24,6 26,2 26,8 25,2 Source : Base de données Ministère de l’eau 2013
Figure 2: Carte des isothermes annuelles de la Région Betsiboka
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I.2.2 Précipitation
La région appartient à une zone humide. La saison de pluie dure 5 mois : elle débute le mois de novembre jusqu’au mois d’A vril . Tandis que la saison sèche dure 7 mois. La précipitation maximale s’observe principalement au mois de J anvier. La pluviométrie moyenne annuelle enregistrée dans la Région varie de 1000mm à 1800 mm . Toutefois, la pluviométrie mensuelle est très variable d'une ann ée à l'autre. Cette variabilité interannuelle des précipitations peut être affectée par le changement climatique de la R égion. Tableau 4: V ariation de la pluviométrie mensuelle de la zone d’étude
Moyenne jan Fev Mars Avl Mai Juin Jull Aou Sep Oct Nov Dec mensuelle Maevatanana 457,8 351,2 290 72,8 4,8 0,9 2,1 2,1 2,4 32,2 157,2 317,5 Tsaratanana 544,3 395,3 317,9 57,4 8,8 2 1,1 2,6 3 45,1 146,6 350,4 Source : Base de données Ministère de l’eau 2013
Figure 3: C arte d'isohyète annuelle de la Région Be tsiboka
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I.2.3 Diagramme ombrothermique
Il était établi à partir des valeurs moyennes mensuelles de la température et de la précipitation
Figure 4: D iagram me ombrothermique de la Région Betsiboka
On trouve que la saison pluvieuse s’étend du mois d’Octobre au mois d’A vri l et la saison sèche du mois de Mai jusqu’au mois de S eptembr e. I.2.4 Indice d’aridité
L'indice d’'aridité (A) nous renseigne l’indicateur quantitatif du d egré de la manque d'eau présente d’un endroit donné. On peut le calculer avec la formule de MARTONNE. (A)= P /T+10
P : précipitation moyenne annuelle (mm). T : température moyenne annuelle (C°). Si 5
P (mm) T (°C) A
Maevatanana 1698,2 27,4 45,40
Tsaratanana 1874,5 25,12 53,37
Selon la règle, on a donc dans une zone humide.
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I.2.5 Humidité relative
L’humidité relative de l’air moyenne an nuelle de la région est de 62,25%. Elle atteint son maximum le mois de Février (82%) e t son minimum le mois de Septembre (46%). La variation de cette humidité relative de l’air de notre zone d’étude est montrée dans le tableau suivant : Tableau 6: V ariation du taux de l’humidité de l’air de la zone d’étude mois Jan Fev Mars Avr Mai Juin Juill Aout Sep Oct Nov Dec Moyenne mensuelle 79 82 76 68 61 54 51 47 46 52 60 71
Source : Base de données Ministère de l’eau 2013
Figure 5:V ariation de l'humidité relati ve annuelle dans la Région Betsiboka
I.2.6 Evapotranspiration (ET)
C’est la quantité totale des eaux qui s’évaporent à la surface de la terre vers l’atmosphère. Plusieurs facteurs sont en jeux dans ce phénomène, à savoir : • les activités biologiques: la photosynthèse (transpiration des plantes à travers les stomates) ; • les facteurs climatiques (températures, vent, humidité de l’air….) ; • l’abondance des couvertures végétales ; • la situation géographique de la région . Mais elle dépend généraleme nt de deux éléments : la chaleur du rayon solaire et la quantité d’eau disponible sur la surface de sol. I.2.7 Bilan hydrique
Il est évalué à partir de certains paramètres hydrogéologique comme : • la précipitation (P) • l’évaporation (E)
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• la transpiration (T) • le ruissellement (R) • t le stock de réserve du bassin versant (S ou ∆s)
a) Calcul de la précipitation La précipitation est calculée par la formule suivante :
b) Calcul de stock de réserve A partir de la formule précédente, S est donc calculé comme suit :
c) Calcul de ruissellement Le ruissellement est calculé par la formule de BERKALOFF et ROMANTCHOK comme suit :
600 3
600 3
R : ruissellement en m P : précipitation moyenne mensuelle en m ETP : évapotranspiration calculée par la formule de THORNTHWAITE en mm.
d) Calcul de l’infiltration Elle est déterminée en utilisant la formule :
I P ETR R
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Tableau 7: Bilan hydrique de la zone d’étude calculé à partir des données du Ministère de l’eau année 2013
Total J F M A M J J A S O N D /moyenne T° moyenne 26,95 27,15 27,05 27,4 25,85 24,3 23,75 24,6 26 27,55 28,05 26 ,85
Indices 12,775 12,96 12,89 13,145 12,54 10,96 10,595 10,17 12,15 13,31 13,695 13,32 149,005 mensuels i
Evapotransn.c 3,15 3,25 3,25 3,35 2,8 2,3 2,15 2,4 2,85 3,45 3,7 3,4
Coef de 34,2 24,7 17,35 29,1 28,8 27,3 28,5 24,8 29,9 32,4 32,6 34,4 34,2 correction
Evapotrans pot 107,7 96,5 102,65 97,45 80,6 62,75 61,25 71,45 85,15 111,75 120,55 116,95 1115,05 Précipitation 501,05 373,25 303,95 65,1 6,8 1,45 1,6 2,35 2,7 38,65 151,9 333,95 1786,2 P-ETP 392,35 276,75 201,75 -32,65 -73,8 -71,3 -69,65 -69,1 -53,95 -73,1 31,35 217 1562,75 Déficit cumulé 32,8 106,5 167,65 227,3 296,45 375,55 448,5 Stock 100 100 100 71 30 13 8 4 1 1 74,6 100 S 0 0 0 -29 -37,5 -15,5 -8 -4,5 -3,5 -0,5 31,3 67,2 -98,5 ETR 107,7 96,45 102,65 93,75 45,65 16,95 9,6 6,85 9,7 39,15 121,55 116,95 764,65 Surplus 293,35 226,75 201,75 149,85 1021,7
Selon Thornthwaite [2], les valeurs de l’ETP et de l’ETR sont calculées à l’aide des formules suivantes :
10 ∗ Ť 16 ∗ ᵃ ∗ ,
ETP (mm): évapotranspiration potentielle mensuelle corrigée T (°C) : températures moyenne mensuelle a= 0,016*I + 0, 5 K: coefficient de correction dépende la latitude I: indices thermique annuels: somme des I mensuels calculés à partir des températures moyennes mensuelles
Ť ¹˙⁵¹⁴ 5 La valeur de l’ETP annuelle est la somme des 12 valeurs d’ETP mensuelles Il suffit de comparer les valeurs de l’ETP mensuelle et les valeurs de la précipitation pour calculer l’ETR mensuelle. De se fait, plusieurs cas peuvent se presenter: - si ETP - si ETP = P, on peut dire que ETR =ETP =P - et si ETP>P, on peut conclure q ue ETR = P+ tout ou partie de la réserve en eau du sous-sol Figure 6: C ourbe s du bilan thermique de la Région Betsiboka D’après les courbes ci-dessus, évapotranspiration maximale a été remarqué e pendant les mois d’Octobre, Novembre et Décembre pour de s valeurs entre 111,75 et 120,55 .En 2013, L’ETP annuelle enregistrée dans la zone d’étude est de 1115,05 mm et L’ETR a une valeur de 764,65mm. Par contre, on observe une recharge de la nappe pendant le mois Décembre, Janvier, F évrier et Mars avec une valeur de 200mm/mois. Les surplus d’eau vont partir soit sous forme d’infiltration soit sous forme de ruissellement. Le calcul de l’ET par la méthode de Thornthwaite, qu i a été fait antérieurement , nous montre que: L’ETP le long de la côte Ouest décroit du N ord au Sud, c'est-à-dire de 1747mm à Antsiranana ; contre 1315mm à Tuléar. Ainsi l’ETR décroit aussi du Nord au Sud (1300mm à 348mm). En plus, à l’intérieur de ce bassin de l’Ouest, l’ETP varie entre 1700mm – 2000mm au centre et au Nord avec un ETR environ de 1000mm. I.3 Contexte hydrographique [5][30] La Région se situe sur le versant occidental. Elle est drainée par des réseaux hydrographiques denses d’aspect chevelu. Les principaux fleuves traversant la région sont : I kopa, Mahajamba, Mahavavy, Kamoro et Betsiboka. Ces réseaux sont complétés par des lacs comme kinkony (2 ème grand lac après alotra), kapingo, Amparihibe Sud, mangabe, kamotro, Ankara, anjamba, ambondo ,… La région se trouve dans un bassin versant mixte, composé de s quatre principaux bassins drainés par ces fleuves de la région : 13 • le Bassin de l’Ikopa ( superficie de 14 300 km 2) : le fleuve d’Ikopa mesure 485 Km jusqu’au confluent avec Betsiboka. Il est formé par la réunion de la Baratina-Sud et de la Baratina-Nord. Le débit moyen annuel enregistré par la station hydrométrique d’Antratrana est de 444m 3/s avec un coefficient d’écoulement de 50,9%. Le débit du crue enregistré est de 5 000m 3/h. • le Bassin de Betsiboka ( superficie de 11 000 km 2): c’est l’un des bassins fluviales le plus important de Madagascar par le volume de ses apports annuels. Il est constitué par la réunion de Jabo et de l’Amparihibe. La longueur totale de Betsiboka est de 513 Km. Du point de vue général, elle a une direction sud au Nord. Le débit moyen annuel enregistré par la station d’Ambodirika est de 258,53m 3/h avec un coefficient d’écoulement de 48,8%. Par contre, le débit du crue enregistré est de 12000m 3/h. • le Bassin de Kamoro (superficie de 1 575 km 2) : c’est un affluent important de la rive droite de Betsiboka. Le fleuve de Kamoro rejoint la Betsiboka dans la dépression d’Ambato-Boeny après avoir capté une partie des eaux de la Mahajamba. Le débit moyen annuel enregistré par la station du pont de la RN4 (16°29’S–47°11’E) est de 24,8 m 3/s. en revanche, durant la période de pluies, le débit de crue enregistré est de l’ordre de 128 m 3/s. • le Bassin de Mahajamba (superficie de 9725 Km 2) : la direction générale de Mahajamba est de Sud-Nord. Le fleuve de Mahajamba prend naissance dans le lac Amparihinandriambavy (plateaux de l’Anjafy).Il est capturé par le Kamoro dans la région de Morafeno à l’Est de Tsaramandroso. Le débit mesuré le plus faible par la station Androka (15°55’’S – 47°10’’E) est de 14.1 m 3/s. Il est souvent taris en saison sèche, L’arrêt complet de l’écoulement superficiel apparaît généralement au mois d’Août. Le débit maximal enregistré en 1983 est de 170 m 3/s. La majeure partie de ces bassins repose sur le Socle cristallin ancien métamorphisé : ‹ à l’Est, la majeure partie du bassin de I’Ikopa est formée essentiellement par des micaschistes, des migmatites granitoïdes, des gneiss, des granites, des systèmes du graphite et des granites de Tampoketsa. Au Sud du bassin, on note des formations volcaniques néogènes et quaternaires basaltes et Ankaratrites à olivine de l’Ankaratra ; ‹ à l’Ouest, la majeure partie du bassin de la Betsiboka est constituée par des micaschistes et des amphibolites du système du Vohibory et au Nord du bassin, des basaltes et des Sakalavites du Kamoro. 14 Lac Réseau hydrographique Cours_d'eau_principale Region_Betsiboka_ Region Boeny C_M Source BT 500 Figure7: Carte hydrographique du bassin hydrogéologique de la Région Betsiboka I.4 Pédologie Généralement, les sols sont d’origine ferrugineuse tropicale avec 3 types, à savoir : - les sols de tanety latéritiques rouges avec une texture argileuse et une structure polyédrique. Ce type de sol domine en grande partie sur les 3 Districts de la région (à la périphérie du Plateau de Tampoketsa); 15 - les sols de colluvions sur le bas de la pente. Ce type de sol se trouve presque partout dans la région Betsiboka sur le bas des collines de Tampoketsa ; - les baiboho , avec plus de 10 000 ha, se trouvent sur les bourrelets de chaque berge des grands fleuves, plus précisément, dans les zones cultivables. Du point de vue hydrologique, les sols de la région présentent trois (03) catégories de sols: • les sols à perméabilité forte : sols callimorphes, sols alluviaux, sols eutrophes, sols ferralitiques rouges et sols ferrugineux tropicaux ; • les sols à perméabilité mauvaise : sols ferralitiques érodés de Maevatanana; • les sols imperméables : les cuirasses latéritiques, les marnes et les argiles. Source BT 500 Figure 8: Carte pédologique de la Région Betsiboka 16 I.5 Contexte topographique La Région se trouve dans une zone de transition entre les hautes terres malgaches et la zone littorale de Boeny ouverte sur le canal de Mozambique. Topographiquement, la Région Betsiboka corresponde à une Région des collines érodées d’altitude qui varie entre 50m - 1 545m. En général, les reliefs présentent un aspect accidenté semi-montagneux, des collines, des plateaux faisant partie du Tampoketsa (entre 600m et 1 300m d’altitude), des cuvettes et Baiboho limitrophes des hauts plateaux. La formation de lavaka s’observe presque sur toute la Région. Photo 1: Forme de l'érosion de la zone d'étude 17 Topographiquement, les deux Districts, notre zone d’étude, se trouvent sur une altitude inférieure à 70 m. Mais on peut les diviser en deux zones distinctes : • altitude entre 20-45m ; • altitude entre 45-70m; District de Maevatanana 18 District de Tsaratanana -Sarobaratra Figure 9: Topographie des points de forages I.6 Contexte géologique de la Région [11] [27] [28] [36] D’après la révision du socle cristallin Malgache, la Région Betsiboka appartient au groupe d’Andriamena relié à l’unité de Tsaratanana. Du point de vue structural, l’unité de Tsaratanana est placée en position sub-horizontale au-dessus des métasédiments néoprotérozoïques et de l’autochtone du bloc d’Antananarivo. Cette zone est interprétée par Greenstone Belt comme suit : L’Unité de Tsaratanana a depuis longtemps été individualisé comme ensemble lithologique riche en roches mafiques et ultramafiques. C’est le groupe de Beforona des synthèses géologiques au 1/1 000 000 et 1/500 000 (Besairie 1964 et 1969-70) qui affleure dans les trois domaines de Maevatanana, Andriamena et Beforona d’Ouest en Est. Les roches d’origine mafique et ultramafique y sont associés à des gneiss à biotite et à amphibole, ils sont prépondérants et contiennent des bancs de quartzites à magnétite. Cette unité est minéralisée en chromite, nickel et or. Le métamorphisme pan-africain atteint le faciès granulite dans l’Andriamena, le faciès amphibolite profond à Beforona tandis qu’il est de faciès 19 amphibolite supérieur à moyen à Maevatanana. Dans la zone d’Andriamena, on a reconnu de plus un métamorphisme à 2 500 Ma de très haute température et un métamorphisme à 800 Ma de faciès granulite. Les gisements de chromite d’Andriamena ont été rapporté par des roches mafiques et ultramafiques datées à 800 Ma, mais cet âge est à vérifier; il pourrait s’agir d’un complexe stratifié comparable au Bush veld. Les trois quarts du socle cristallin de la feuille Kandreho sont constituées de migmatite et de granite. Le faciès le plus répandu est une roche à la limite des granites et des migmatites, caractérisé par la présence de feldspaths porphyroïdes et l’abondance d’épidote (carte géologique de la région). De nombreux filons de pegmatites, de quartz et de grès de l’Isalo entrecroisés avec l’argilite existent dans cette zone. La cassitérite figure parmi les minéraux lourds des niveaux de base des formations sédimentaires. Leur destruction laisse sur place une partie de la cassitérite, qu’on retrouve dans la plupart des cours d’eau coulant sur le cristallin, aux environs de Kandreho. Suivant la chronologie des couches, en allant de l’Est à l’Ouest, les principales formations géologiques de la région suivant de bas en haut sont résumées comme le suivant: • le précambrien : socle cristallin et métamorphique ; • l’Isalo I, II et II (faciès marins et continentaux) : au-dessus du socle cristallin ; • le jurassique supérieur : alternance des marnes, calcaires, argiles, calcaires et argiles sur une épaisseur de 200m ; • le crétacé moyen : formation des coulés basaltiques séparant l’étage en crétacé antébasaltique et crétacé postbasaltique. Le série de Betsiboka est constitué essentiellement par des marnes, des grès (crétacé inférieur et cénomanien), des coulés basaltiques, grès et argiles d’Ankazomiaboka, grès de Marovoay, grès et argile de Maevarano, marnes du Campanien et le calcaires du Maestrichtien ; • l’éocène : ce sont des calcaires de 60 à 100m d’épaisseur. La série de Betsiboka est formée généralement par du calcaire compact (20m), du grès sableux paléocène de Marohogo (10m), du calcaire paléocène de Mahabibo (50m), du grès d’ampasikina (10m) ; • le néogène (Miocène et pliocène) : on rencontre ces formations dans la région côtière de Soalala (dépôts grès-calcaires d’une vingtaine de mètre), de Majunga (grès entrecroisé associé à des argiles vertes et des bois silicifiés) ; • le quaternaire : c’est un dépôt récent constitué par des carapaces sableuses résultant de l’érosion des grès sous-jacent du pliocène, de l’éocène ou de l’Isalo. Ils ont un rôle important en hydrogéologie car ils contiennent très souvent une nappe phréatique facilement exploitable par des puits de faible profondeur. 20 Source : BD 500 Figure10: Carte géologique de la Région Betsiboka 21 I.7 Contexte hydrogéologique [30] [31] Selon les études effectuées sur la différence P–ETP, Madagascar est divisé en 5 zones climatiques : • zone I (zone très humide) : P –ETP <+1000 mm ; • zone II (zone humide): +1000 mm D’après le résultat du bilan hydrique, notre zone d’étude appartient à la zone I. A cause de l’altération des roches magmatiques et métamorphiques des hauts plateaux, cette zone possède une porosité élevée et une forte perméabilité, d’où sa disposition des réserves d’eau souterraines importante. Concernant les nappes aquifères de Madagascar, Jean Herivelo Rakotondrainibe a classé Madagascar en 8 zones hydrogéologiques qui sont définies ci-dessous. Cette classification en zone est codifiée par des numéros allant de 10 à 80. • 10-Hauts Plateaux à pluviométrie élevée (parties nord et centre) • 20-Hauts Plateaux à faible pluviométrie (partie sud • 30-Bassin sédimentaire de l’Extrême Sud • 40-Bassin sédimentaire de Toliary • 50-Bassin sédimentaire de Morondava • 60-Bassin sédimentaire de Mahajanga • 70-Bassin sédimentaire d’Antsiranana • 80-Bassin sédimentaire de la côte Est D’après cette classification, notre zone d’étude appartient à la zone 10, c’est-à-dire dans la région des hauts plateaux, à pluviométrie élevée, avec des caractéristiques hydrogéologiques résumés dans le tableau suivant : 22 Tableau 8: Caractéristiques hydrogéologiques de la zone 10 Nappes Nappe des terrains Nappes d’arènes Nappes de fissures d’alluvions volcaniques Quaternaire projections volcaniques lithologie sables argileux sables argileux socle cristallin (cinérites) porosité poreux poreux fissuré poreux nappe captive Libre libre libre NS 2-3m 2-3m 2-3m 2-3m Epaisseur 10m environ 5 m environ 10 m environ 10 m aquifère Qualité de eau douce, forte eau douce, faible eau douce, faible : faible minéralisation l’eau teneur en fer minéralisation minéralisation Débit 0,2 – 0,5 l/sec/m 0,2 – 0,5 l/sec/m 0,8 à 1,4 l/sec/m 2 à 5 l/sec/m spécifique Sources : [21][30] [31] Généralement, d’après les études antérieures concernant l’aptitude hydrogéologique, notre zone d’étude possède les types de zone hydrogéologique suivants : • la partie Ouest et Nord: dominée dite par des zones partiellement favorables, formées par des roches sédimentaires dures. Cependant, on trouve sur certains endroits des zones très favorables formées par des sédiments non consolidé d’origine alluviale (dans des bas-fonds et des plaines) et des zones peu favorables formées par des couches cristallines. • la partie Est et Sud-Est: occupé dite généralement par des zones partiellement favorables, formées par des roches cristallines dures. Mais on trouve sur certains endroits des zones peu favorables formées des roches sédimentaires dures et non consolidées. Le niveau statique des eaux des forages dans cette Région ne dépasse pas généralement de 10m de profondeur. Concernant la qualité de l’eau, toutes les eaux de la nappe sont de très bonnes qualités. En générale, les eaux de Madagascar sont toutes bicarbonatées riches en NCO 3 et en Fe. Les eaux éocènes et du jurassique, ainsi que les eaux des terrains récents sont calciques et magnésiennes. Le stock d’eau souterraine sur l’ensemble de l’île est estimé à 140 millions de m³. Toutefois, la chimie des eaux de Madagascar peut être classée en trois grandes familles selon leur qualité: • les eaux très faiblement minéralisées (hauts plateaux cristallins) : résistivité=10000 Ωcm • les eaux normalement minéralisées (côte est et côte ouest) :10000 Ωcm < résistivité <1000 Ωcm 23 • les eaux fortement minéralisations (extrême sud) : résistivité=1000 Ωcm I.8 Principaux activités économiques Selon la Mairie, l e secteur le plus développé est le secteur primaire, il représente 87,7% de la totalité des activités de la population , suivi e du secteur tertiaire (10%) et le secteur secondaire (2,30%). Source : INSTAT/ Recensement au niveau des communes 2003 Figure 11: R épartition des activités é conomiques de la population I.8.1 Agriculture La caractéristique pédologique de la région est favorable à la spéculation agricole et permet u ne gamme diversifiée de cultures, aussi bien vivrières qu’industriel les ou de rente. Pour toute la R égion, la surface cultivée ne couvre environ que le 9,83% du territoire (soit 2 951 575ha). C’est le D istrict de Maevatanana qui possède la plus grande port ion de terre propice à la culture (1 041000ha), suivie de Tsaratanana (616200 ha) et enfin Kandreho (25 551ha). 75% de la population de la Région sont des paysans et les activités économiques principales de la région sont l’agriculture et l’élevage. Les pr incipales spéculations agricoles de la région sont le riz, le manioc, le maïs, les lentilles, les cultures industrielles (canne à sucre, tabac,...). Le rendement moyen et la superficie cultivée selon les produits en 2010 sont montrés par le tableau suivant : 24 Tableau 9 : Rendement des principales spéculations agricoles de la région Produits Rendement moyen (T/ha) Riz 1,73 Manioc 12,67 Patate 11,67 oignon 14 Maïs 1,37 Arachide 1,10 Source : INSTAT 2010 I.8.2 Elevage La situation géographique de la région offre des conditions favorables à l’élevage, qui est encore généralement de type traditionnel. Pour les paysans c’est une fonction à la fois productive et monétaire. Tableau 10: Principaux élevages des paysans de la Région Cheptel bovin Cheptel porcin Cheptel ovin Cheptel caprin Betsiboka 338 700 91 700 9 100 3 900 Source : INSTAT 2012 I.8.3 Secteur minier Le sous-sol est riche en divers minerais qui pourraient apporter à la région un développement industriel. Ce secteur est très développé dans la Région car elle possède toute une gamme de variétés de pierres précieuses, semi-précieuses et de pierres industrielles comme l’or (Maevatanana-Tsaratanana), le quartz(Kandreho), la chromite (Tsaratanana), le gypse (Mahazoma), le béryl, le grenat, les pegmatites, les tourmalines et les monazites. La zone aurifère recouvre plus de 45% du territoire de la région. La majorité des extractions sont informelles et artisanales. L’exploitation orpaillage de l’or (poudre, en paillettes ou en petits lingots) fait surtout la réputation de la Région avec un rendement de 5 à 20 kg/semaine/District. Actuellement, L’extraction de Chromite est devenue aussi l’une des activités les plus importantes dans la région. L’extraction de chromite dans le District de Tsaratanana depuis l’époque coloniale est l’une des activités importantes dans la Région, son extraction est assurée par la société d’Etat KRAOMA. Il produit en moyenne 100 000t/an. 25 Il semble évident qu’une grande partie des revenus de la Région provient des produits miniers I.8.4 Industrie La majorité des industries installés dans la Région est de type agricole, comme : • culture de canne à sucre à Tsaratanana et Maevatanana • culture de coton : cette culture est adaptée aux caractères hydrologiques et pédologiques de Baiboho. Les paysans sont encadrés par la société HASYMA. Selon le rapport de la société en 1999, les surfaces cultivées sont estimées à 640 ha et la production est de 790Tonnes. • culture de tabac est pratiquée sur les Baiboho : dans le District de Maevatanana, la plantation a une superficie de 222 ha et une production de 94 Tonnes/an. 26 CHAPITRE II NOTION HYDROGEOLOGIE GENERALE Ce chapitre nous rappel les différentes notions importantes en hydrogéologies. II.1 Généralités sur l’aquifère C’est une formation hydrogéologique, constituée d’une part, par des roches perméables ou poreuses (sables, grés, calcaire,…) et d’autre part par des réserves d’eau souterraine. Cette nappe d'eau souterraine est comprise dans la zone saturée de l’aquifère dont toute les parties sont en liaisons hydrauliques, elle est susceptible d'être exploitée. L’aquifère est caractérisé par 5 grands ensembles : • La géométrie du réservoir, • les mécanismes hydrodynamiques, hydrochimiques et hydrogéologiques. • une séquence du cycle de l’eau, • les caractères géologiques de la zone. Source : Castrant (1982) Figure 12: Système hydrogéologique d’un bassin versant Les roches poreuses peuvent être des roches réservoirs, c'est-à-dire contenant un fluide (gaz naturel, pétrole, eau). La porosité est une indice de la capacité d’emmagasinement d’un aquifère [24]. Il existe 5 types de porosités en fonction de la taille des pores : 27 • microporosité : des pores dont le diamètre n'excède pas les 2 nanomètres • mésoporosité : des pores dont le diamètre est compris entre 2 et 50 nanomètres • macroporosité : des pores dont le diamètre est supérieur à 50 nanomètres • porosité multimodale : ce sont des solides comportant deux types de porosité (exemple : micro- mésoporeux) Le tableau ci-dessous donne la quantité d'eau que peut contenir un m 3 d'aquifère saturé et le degré de perméabilité en fonction de son faciès : Tableau 11:Volume d'eau dans un m 3 d'aquifère Types de faciès Volume d’eau (l) Sable et gravier 200-400 Sable fin 300-350 grès 50-200 craie 100-400 Calcaire massif fissuré 10-100 argile 400-500 schiste 10-100 Granite fissuré 1-50 Source : Castany (1982) II.1.1 Types de l’aquifère Selon la nature géologique des terrains, on peut distinguer : • les Aquifères poreux On le trouve souvent dans les grands lits de sables, graviers, galets des fleuves et des rivières. L’eau circule et remplie les vides (pores), entre les particules du sol, suivant le principe des gradients de charges hydraulique. Ce type de nappe peut être réalimenté par le cours d’eau en période de crue et alimente ce dernier en période sèche. • les Aquifères fracturés Ils sont formés des roches cristallophylliennes (granites, gneiss et autres roches métamorphiques...) qui sont moins poreuses. L’eau circule entre les fissures et les fractures de la roche. • les aquifères karstiques On les trouve dans les formations calcaires. Les eaux chargées de dioxyde de carbone dissolvent le calcaire (roche carbonatée formée de CaCO3) en constituant des vides dans lesquels les eaux peuvent circuler et elles peuvent constituer des cours d’eau souterraines. Ces vides peuvent atteindre de grandes dimensions (galeries, cavernes). 28 II.1.2 Types de la nappe C’est une étendue d’eau souterraine. En général, la recharge des eaux souterraines est essentiellement assurée par les eaux météoriques (précipitations) : les eaux de surfaces s’infiltrent dans le sol perméable jusqu’à ce qu’elles rencontrent une formation géologique imperméable. Elles remplissent alors les interstices ou les fissures de ces roches imperméables et peuvent nous produire une quantité suffisante d’eau en fonction de la précipitation annuelle, de la surface d’alimentation de la nappe et la nature du sous-sol. Les eaux souterraines peuvent capter soit à l’aide des puits, soit par des forages, soit par un système gravitaire pour l’eau de source. La formation des nappes est liée aux caractéristiques des roches constituant le sous-sol. Pendant le processus de diagenèse, lors de la sédimentation, la porosité des sédiments diminue très fortement, les eaux souterraines sont libérées et piégées dans les interstices des sédiments, ou adsorbées par des argiles néoformées durant les étapes de compaction. La cimentation et la recristallisation, due à la métamorphisation, de ces sédiments, se déroulent en même temps lors de ce phénomène. Ces nappes peuvent être libres, semi-captives ou captives selon la perméabilité du superstratum. Selon la nature du substrat, on distingue : a) Nappes libres La couche supérieure de l’aquifère est limitée par une couche perméable. De ce fait, les nappes libres sont en équilibre de pression avec l’atmosphère et atteignent naturellement son niveau piézométrique. En général, elles sont de faible profondeur (<40 m) et considérées comme le niveau piézométrique. b) Nappes captives Elles correspondent aux nappes profondes qui se situent entre la surface piézométrique et le Substratum. L’aquifère se trouve limité entre deux couches imperméables. Par conséquent, l’eau emprisonnée soumise à une pression supérieure à la pression atmosphérique et sa surface piézométrique est supérieure au toit de l'aquifère. Après les forages et/ou la mise en place de l’équipement (PVC), l'eau sous pression dans le forage jaillit spontanément hors de la surface. Ceux sont des forages artésiens. D’autres cas sont possibles, plusieurs nappes captives peuvent être superposées sous forme d’empilement complexe surmonté d’une nappe libre. c) Nappes semi-captives En général, dans la nature, on rencontre fréquemment des nappes semi-captives que des nappes parfaitement libres ou parfaitement captives. C’est un aquifère possédant un substratum imperméable et un superstratum semi-perméable qui assure l’intercommunication avec la nappe perméable sus-jacente. Si l’on pompe l’eau de cette nappe, elle provient non seulement de la nappe, mais aussi de la couche semi-perméable qui la surmonte. 29 d) Nappe perchée L’eau qui se trouve stockée dans une couche imperméable discontinue est au-dessus d’une zone non saturée. Source : [1] Figure 13:Différentes types de nappes II.2 Cycle de l’eau L’eau, appelée aussi oxyde de dihydrogène, est un composé simple du point de vue chimique. C’est un bon dissolvant de plusieurs réactions chimiques organiques ou inorganiques. L’eau se trouvant à la surface de la terre peut se renouveler de façon continu et cyclique, d’où « le cycle de l’eau ».La compréhension et l'analyse de ce phénomène est la base de toute étude et réflexion au sujet de la gestion des eaux. Le cycle hydrologique est l’ensemble des phénomènes qui englobent tous les mouvements et les processus de renouvellement des eaux sur la terre. Le moteur de ce mécanisme c’est l’énergie thermique du soleil : une partie de l’hydrosphère s’évapore, sous l’effet de rayonnement solaire, et monte vers l’atmosphère, puis, en contact de l’air froid. Ses vapeurs d’eaux se condensent pour former des gouttelettes d’eau constituant le nuage. Suite à une variation de température, les nuages se transforment en eau de pluies ou en nuages ou en grêles. 30 Source : [8] Figure 14: Cycle de l’eau D’après la figure ci-dessus , les phénomènes qui participent dans le cycle de l’eau incluent : a) Précipitation Les vapeurs de l’atmosphère se condensent et se transforment en gouttelettes d’eau, en contact de l’air froide, et se jettent à la surface du sol sous forme de pluie, de neige, de grêle ou de brouillard, suivant le climat. Seul 23% de la précipitation se produit sur le continent et le reste en mer. b) Ruissellements Après avoir percuté le sol, les eaux dérivées des préci pitations ruissellent à la surface du sol, alimentent l’écoulement de surface collecté par les réseaux hydrographiques et se déversent dans l’océan. La topographie, la rugosité, la densité de la couverture végétale et la perméabilité de la couche superfici elle ont une grande influence sur la circulation de l’eau à la surface du sol. c) Infiltration L’eau souterraine fait partie aussi du cycle de l’eau. Elle provient essentiellement par l’i nfiltration des eaux vadoses. Les eau x de précipitation son t la principale recharge des eaux souterraines. E lles traversent le sol perm éable ou semi -perméable, atteignent le s roches du sous -sol, et remplissent les vides (pores, fissures ou microfissures du roches) selon la nature géologique du terrain. L'infiltration assur e le renouvellement, le stockage d'eau du sol et la reconstitution des réserves aquifères. C’est lors de l’infiltration que l’eau souterraine acquière sa minéralisation. Le flux ou l’écoulement d’eau souterraine est donc étroitement lié à la gravité. 31 Source : Castany (1982) Figure 15: Cycle de l’humidité du sous-sol Quand l’eau s’infiltre dans le sous -sol, elle rencontre différentes régions : • la zone non saturée (ZNS) : les pores de cette zone sont remplies partiellement de l’eau ou de gaz (air). Le phénomène de l’évapotranspiration se passe sur la partie supérieure de cette zone ; • la zone saturée (ZS) : c’est la zone phréatique où tous les vides sont saturés en eau ; • la frange capillaire : on peut le dire comme une zone intermédiaire entre le ZNS et ZS, où l’eau qui se trouve à la surface de ZS remonte par capillarité vers la partie inférieure de la ZNS . Le tableau ci-après illustre la porosité des différents types de couches géologiques. Tableau 12: P orosité et perméabilité de quelques couche s géologiques Lithologie Porosité (%) Coefficient de Perméabilité (m/j) Argile 42 10 -8 – 10 -2 Limon/sable fin 43 - 46 10 -1 - 5 Sable moyen 39 5 - 20 Sable grossier 30 20 - 100 Gravier 28 - 34 100 - 1000 Grès 33 - 37 10 -3 - 1 Carbonate (calcaire, dolo mie) 26 - 30 10 -2 - 1 Roches fracturées/altérées 30 - 50 0 - 300 Roches volcaniques (basalte, rhyolite) 17 - 47 0 - 1000 Roches de profondeur (granite, gabbros) 43 - 45 <10 -5 Source : Castany (1982) d) Evaporation Une partie de l’eau de l’hydrosphère , chauffée pa r le soleil, s’évapore et monte vers l’atmosphère. L’évaporation est un phénomène de per te d’eau à la surface du globe. Le 85% de l’évaporation produit en mer et le reste 15% sont d’origine continentale [25]. Cependant, un e partie va être utilisée par les plantes lors de la transpiration. 32 II.3 Hydrochimie Généralement, la qualité chimique des eaux souterraines est étroitement liée à la lithologie de la région. Le chimisme de l’eau peut nous renseigner les faciès chimiques, la qualité et le degré de potabilité de l’eau. a) Eau potable Pour être utilisée l’eau doit répondre à certaines normes qui varient en fonction du type d’utilisation. L’eau est dite « potable » si elle respecte les normes organoleptiques, physico-chimiques, biologiques et bactériologiques imposées par l’OMS, ou fixées par le décret N°2003-941 du Mars 2003 de l’article 38 du code de l’eau[21]. b) Caractéristiques de l’eau potable L’eau claire n’est pas destinée obligatoirement à la consommation. Elle peut présenter des micro- organismes et des éléments chimiques indésirables (Aluminium, nitrate, nitrite, Arsenic, Plomb, Fluor, ++, ++ 2- pesticides,…) ou désirables (Ca Mg , SO 4 …) pour consommateurs. Selon les normes imposées, l’eau destinée à la consommation doit être pauvre en matière organique (composées de C, H et O), en composés azotés (ammonium, nitrates, nitrite). Ces substances proviennent souvent soit par la décomposition des végétaux ou animaux et/ou par des excréments d’organismes. c) Paramètres organoleptiques Ce sont les propriétés de l’eau qu'on perçoit par les organes de sens. La mauvaise qualité organoleptique de l’eau provoque un effet gênant sur son utilisation. La dégradation des éléments contenus dans l’eau définit sa qualité organoleptique et peut nous indiquer la pollution de l’eau.il existe quelques paramètres organoleptiques qui nous permet de connaître la qualité de l’eau : • Couleur : c’est l’un des paramètres non négligeable pour définir la potabilité de l’eau. Le changement de couleur de l’eau peut nous indiquer qu’elle est polluée. L’eau potable doit être incolore (coloration inférieur à 20 µ de l’échelle colorimétrique platino-cobalte). Mais l’eau naturelle peut présenter des différentes colorations selon les éléments dissouts ou en suspensions (ex : Fer,…) qu’elles composent. Le tableau suivant nous montre la qualité organoleptique de l’eau en fonction des éléments figurés dans l’eau. 33 Tableau 13: Variation de couleur de l’eau suivant les éléments présents dans l’eau Observation de l’eau Agents de contaminations Couleur noire Mg 2+ , prolifération bactérienne Marron, jaune ou rougeâtre Fe 2+ ou Fe 3+ Marron foncé ou jaune foncé Tanins, pigments de feuilles et d’écorces Dépôts blancs ou tarte Dureté, métaux dissous Odeur de terre, de poisson, de boue, de tourbe Matière organique, algues, bactéries Odeur d’œuf pourri Sulfate d’hydrogène Odeur de chlore Résidu de chlore Goût amer ou métallique PH, zinc, cuivre Source : [37] • odeur : la présence de l’odeur peut provoquer le refus de l’utilisation de l’eau par les consommateurs. Elle est due à la présence des planctons, des matières organiques putréfiées, des algues et aussi aux produits chimiques dissous comme le H 2S. Les normes imposées définissent bien que l’eau destinée à la consommation doit être inodore. • saveur : les principaux éléments qui peuvent donner une saveur désagréable à l’eau sont le Fer, le Manganèse, le chlore actif, le phénol et le chlorophénol. D’après la norme imposée par l’OMS, l’eau destinée à la consommation doit être sans saveur. • température : c’est un facteur important car la plupart des réactions physiques, chimiques et biologiques sont étroitement liés à la température de l’eau. La quantité d’oxygène dissous à une influence sur la variation de la température de l’eau, c’est-à-dire, elle s’accroit à mesure que la température augmente. Il existe une relation entre la température et le pH : le pH de l’eau s’élève en même temps avec la température et par contre, diminue si la température baisse. • turbidité : qui nous renseigne sur la visibilité de l’eau en mesurant la lumière diffractée par les particules colloïdales en suspension (argile, silice,…) qui retiennent des micro-organismes et qui donnent des avantages aux bactéries contre l’action des désinfectants. L’eau peut être limpide ou non. Le trouble de l’eau est dû à la présence des particules minérales, végétales et animales. d) Paramètres physico-chimiques L’eau dissout les éléments minéraux, à l’état libres ou combinés, présents dans les roches qu’elle traverse au cours de son cheminement souterrain. Ces éléments peuvent être des anions (bicarbonate - 2- - - HCO 3 , sulfate (SO 4 ), chlorure (Cl ), le nitrate (NO 3 ), nitrite, ammonium) qui peuvent combiner avec des cations comme le calcium (Ca ++ ), le Fer (Fe ++ et Fe +++ ), Magnésium (Mg ++ ), le sodium (Na+). Ces minéraux sont libérés au cours de l’altération des roches qui retiennent l’eau. Par exemple, l’altération ++ ++ - des roches calcaires libère le Ca , le Mg , le HCO 3 . L’altération des roches cristallines comme le granite libère la silice, les feldspaths, les minéraux argileux et le potassium. Même si ce paramètre 34 géochimique est lié essentiellement à l’altération des roches, les activités anthropiques (eaux usées industrielles, artisanales, ménagères,…) peuvent être enrichies aussi les substances déjà présentes dans l’eau naturelle, notamment en sulfates, en sodium et en chlorures. Les légumineuses et les cyanobactéries du sous-sol sont aussi capables de transformer l’azote atmosphérique en d’autres éléments chimiques durant le cycle de l’Azote : ils peuvent contribuer à la minéralisation de l’eau souterraine comme le nitrate et les nitrites qui sont des dérivés de l’ammoniaque pendant le processus de nitrification. L’existence de ces éléments, cités précédemment, a une influence sur la variation du pH, le goût, la couleur et la dureté de l’eau. Voici quelques paramètres pour connaître la qualité physico-chimique de l’eau de forage : • pH (ou potentiel Hydrogène) : il mesure la concertation en ion H +de l’eau et ces valeurs nous renseigne l’acidité ou l’alcalinité de l’eau sur une échelle logarithmique de 0 à 14 dont le pH neutre a une valeur 7. L’eau de consommation a un pH entre 6,5 à 9. Ce paramètre caractérise un grand nombre d’équilibre calco-carbonique et dépend des caractères géochimiques de l’aquifère. La libération du CO 2 après la dégradation anaérobique des matières organiques provoque une diminution de pH de l’eau et la rendre plus acide. • conductivité électrique : c’est la capacité de l’eau à conduire un courant et elle a une relation directe avec la quantité totale du sel dissout dans l’eau (exprimée en micro-siemens). Elle dépend aussi de la nature géochimique des roches rencontrées (potassium, chlorure, sodium, sulfate). L’eau salée (haute conductivité) est dangereuse pour la santé. En revanche, l’eau destinée à la consommation doit avoir une conductivité ne dépassant pas de 3000 µs. La conductivité en siemens par centimètres est l’inverse de la résistivité en ohmcentimètre. • dureté ou Titre Hydrotimétrique (TH) : elle représente la teneur de l’eau en sels des métaux alcalino-terreux (calcium, magnésium, bicarbonate) exprimés en millimole ou milligrammes par litre (mg/l). La dissolution de ces éléments résulte principalement à l’infiltration des eaux à travers les formations rocheuses calcaires et dolomitiques. • substances toxiques : l’eau potable ne doit contenir aucun élément toxique. La présence de ces éléments dans l’eau est due essentiellement aux rejets industriels, à l’utilisation des engrais chimiques et des pesticides. Leurs consommations provoquent des maladies graves. e) Paramètres bactériologiques L’eau peut présenter des agents pathogènes comme les Coliformes thermotolérants, les Coliformes totaux, l’Escherichia coli ainsi que les Streptocoques fécaux qui sont souvent d’origine fécale. Ils sont à l’origine des maladies hydriques et de l’épidémie (diarrhée, choléra, dysenterie,…). La détermination de ces éléments nous renseigne la potabilité de l’eau afin de prendre les mesures de protection et de stérilisation nécessaire pour conserver la potabilité de l’eau. 35 DEUXIEME PARTIE 36 CHAPITRE III MATERIELS ET METHODES Des études géophysiques ou hydrogéologiques sont souvent effectuées avant l’implantation du forage. L’objectif principal de ces études est de localiser, d’avoir toutes les informations concernant le milieu aquifère (nature, fracture, profondeur) et de déterminer le point favorable, pour l’implantation du forage à réaliser. Le choix de l’implantation des points de forage sera donc déterminé après l’analyse des résultats géophysiques. Une fois que le point où l’on réalisera le forage est déterminé, l’acheminement des matériels sur le site, l’installation du chantier et la réalisation du forage débutent. III.1 Forage Le forage est un trou de grande profondeur (jusqu’à 200 m) et de petit diamètre (7’’ à 12’’). Il nous donne un accès à la nappe phréatique, qui est loin de la pollution et pérenne. Il permet de répondre rapidement à un besoin en eau urgent. Son exécution est coûteuse et nécessite un dispositif d’exhaure. La réalisation de forage d’eau est nécessaire si: • la zone ne dispose pas de ressources superficielles intéressantes (cours d’eau, puits peu profonds, grand lac,…) ou insuffisantes; • la nappe phréatique superficielle est de mauvaise qualité. En général, les éléments principaux qui composent une machine de forage peuvent être catégorisés en deux parties: • l’installation de forage, la partie située à la surface du sol : porteur (camion, remorque ou chevillard), mât ou tour (Derrick), les équipements de levage, la tige de forage, tête d’injection, bassin à boue, pompe à boue, treuil (cylindre), moteur; • la garniture, la partie inférieure ou souterraine du forage : train des tiges (drill strings), masse- tiges, tubages, trépans ou tricônes et le BHA (Bottom Hole Assembly) 1’’= 2,54 cm III.1.1 Système de forage Un système de forage est un ensemble structural du forage dont l’objectif principal est de forer un puits en détruisant les couches dures ou tendres qu’elle traverse. En général, les machines de forages sont composés de : • un système de suspension : c’est le mât ou derrick qui peut atteindre jusqu’à 80m de hauteur avec le treuil à la base. Il retient l’ensemble du poids de la forge, sert à faire remonter et descendre les tiges ainsi que le trépan ; 37 • un système de rotation : il est composé de la table de rotation qui assure la transmission de la rotation à l’outil, la tige d’entraînement ainsi que le train de tiges et la tête d’injection; • un système de circulation de boue : il contribue à la lubrification et refroidissement des tiges; • un système de production d’énergie : le groupe électrogène qui produit un courant continu est utilisé comme une source d’énergie; • Un système de contrôle de forage : il sert à détecter et gérer les apparitions inattendues des fluides sous pression qui peuvent être extrêmement violentes comme le kick. Source : [18] Figure 16:Schéma simple du système de forage III.1.2 Méthodes de forages courantes utilisés en hydrogéologie Il y existe plusieurs méthodes de forages, mais quelques soit la taille de la machine, le principe est toujours le même. Le choix technique dépend de plusieurs paramètres comme : •les caractéristiques géologiques des terrains : roches dures et massives, roches Tendres et friables… 38 •la profondeur à atteindre •le diamètre souhaité. Les deux types de forage cites en bas sont les plus adaptés et utilisés pour le forage de l’eau souterraine : • le forage rotary • et le forage a Marteau au Fond de Trou ou MFT III.1.2.1 Forage rotary C’est une technique de forage récente, le forage au rotary est souvent utilisé dans des couches meubles non consolidés comme les formations sédimentaires. Mais les machines puissantes de rotary peuvent utiliser dans les formations dures. Parmi les machines rotary on cite : • les machines de forage rotary légères peuvent atteindre une profondeur de 20 - 50 m. mais il existe des machines petites extrêmement puissantes qu’on peut installer sur place. Il est recommandé que le forage rotary à boue soit seulement utilisé dans des formations alluviales ; •les foreuses de tailles moyennes, qui utilisent des tiges de forage de 3,5 m, fonctionnent à l’aide d’un système hydraulique et atteignent une profondeur de 100 à 150 m avec un diamètre maximal de 8’’ à 9’’ (20 à 23 cm). Elles peuvent être installées sur place ou montée sur un camion ; •les machines de forage rotary lourdes montées sur camion ou remorque: ce sont des machines extrêmement puissantes de 24 tonnes ou plus et peuvent forer à plus de 200 m de profondeur dont le diamètre peut atteindre 17 ½ pouces. a) Principes Les forages rotary seront effectués en utilisant une pompe à boue. Durant les manœuvres tiges, le train de tige est serré au niveau du mouflage. Ce dernier assure un mouvement de va et vient sur le long du mât par le système hydraulique. Le train de tige est tourné par la table de rotation qu’il traverse. La table de rotation est entraînée sur elle –même depuis le moteur au moyen d’un ensemble de transmission. Le trépan ou le tricône est mis en rotation depuis la surface du sol par l’intermédiaire du train de tiges. L’avancement du trépan, assuré par le mouvement de translation (due au poids de la tige) et le mouvement de rotation (effectué par la table de rotation), s’effectue en abrasion et en broyant les couches de terrain qu’il traverse. Un bac à boue est préparé avant le début du forage rotary pour préparer la boue du forage. La boue est injectée à l’intérieur des tiges par une tête d’injection à l’aide d’une pompe à boue, après remonte dans l’espace annulaire (espace entre le terrain et le train de tiges) mélangée avec les « cuttings » ou déblais 39 vers la surface par la circulation de fluide (boue faite à partir de la bentonite ou polycol) du forage. L’accroissement du volume de la boue, au cours du forage, est un indice d’une venue d’eau souterraine. Le forage commence toujours par l’installation du tubage de travail d’un diamètre un peu plus grande (exemple : 12’’1/4) suivie d’un forage de diamètre un peu plus petit que le précédent (exemple : 8’’5/8) jusqu’à la fin du forage. Ces deux types de techniques de forages cités précédemment, peuvent être combinés durant le forage. On parle d’un forage « mixte » quand un forage par méthode rotary à boue ou à l’air lift est réalisée en premier dans des couches superficielles meubles, suivi du technique MFT jusqu’à la fin du forage dès, qu’on rencontre une formation dure. Le soufflage à l’air lift, suivi du développement avec une pression de 3bars-8bars commence après le forage jusqu’à l’obtention de l’eau claire exceptée des particules fines. Les mesures du débit de la conductivité et du niveau statique de l’eau seront réalisées avant et après à la fin du développement afin de suivre la qualité de l’eau et l’évolution de la productivité de la nappe. Photo 2: Tiges de 5,3 m 40 Photo 3: Tricône 9''1/2 (à gauche) et trilame 8" (à droite) Photo 4: Foreuse montée sur un camion 41 Photo 5: Compresseur à haut débit marque ELGI porté sur un camion b) Suivi avancement du forage Durant le forage, un échantillon des «cuttings» est prélevé à chaque mètre foré ou à chaque changement de couche afin de suivre les changements de la nature des formations géologiques de l’endroit et de repérer les venues d’eau. On gardera l’échantillon dans les casiers ou bacs à échantillons pour procéder à une analyse granulométrique et géologique. Les mesures du débit et de la conductivité de la boue sont effectuées à chaque mètre foré ou dès la rencontre des niveaux aquifères. Ainsi, on note la vitesse de l’avancement des tiges durant le forage. La pose de l’équipement est effectuée après le forage. On a deux types de tubes PVC de diamètre 140mm, de longueur de 3m: • des tubes pleins ou aveugles ou lisses en PVC sont posés sur la partie non productrice. Par contre, • des tubes crépines en PVC de fente 1mm de diamètre sont posées sur la partie déterminée productrice afin de collecter les eaux souterraines présentes dans le sous-sol. Des massifs filtrants, d’un bouchon d’étanchéité, du tout-venant, de cimentation remontante sont posés dès que tous les tubes sont en place. Les travaux se terminent par la mise place de la margelle en béton et la tête de protection de forage. Les forages sont déclarés comme forage « sec» ou « négatif » lorsque on a un débit insuffisant (<0,4m3/h), ou un forage non productible ou on rencontre des eaux souterraines à haute valeur de conductivité (>3000 µs). Avant de quitter le lieu, le forage « négatif » est rebouché par les ouvriers de l’entreprise. 42 . Photo 6: Massif filtrant (à gauche) et bac à échantillon (à droite) Photo 7: Tubes pvc lisses et crépines (140mm) utilisés III.1.2.2 Forage MFT Si on rencontre une couche trop dure, comme le calcaire ou le basalte, pour être pénétrée par un trépan, la technique de forage au Marteau au fond de trou (MFT) est généralement utilisée. La plupart des marteaux tournent à une vitesse de 20 à 30 tours par minute et peuvent frapper jusqu’à 4000 coups par minute. Le marteau fonctionne comme un marteau piqueur en utilisant de l’air l’lift. Les compresseurs indiquent la pression en « bars » et c’est la pression qui donne la puissance à la machine . Les débris sont généralement soufflés hors du trou, à l’extrémité de chaque tige, sous l’effet de l’air comprimé à haute pression (10 à 20 bars) délivrée par le compresseur. 43 Source : [18] Figure17: Mécanisme de fonctio nnement du MFT avec air comprimé Photo 8: Marteau fond de trou III.2 Essai de pompage C’est l’un des procédés utilisés pour compléter les caractéristiques hydrodynamiques des forages. L’objectif c’est de répondre la demande, le besoin, la quantité et la qualité d’ eau disponible. L’essai de pompage pourra être effectué après le développement de l’eau du forage. Le concept c’est d’extraire l’eau de puits ou forage afin de baisser le niveau d’ eau. Pendant lequel on enregistre certains paramètres hydrauliques du forage : • le débit ou la variation du débit du forage afin de mesurer la productivité du forage; • les caractéristiques de l’aquifère, ( le rabattement de la nappe, la transmissivite, le coefficient de perméabil ité, la capacité de stockage, l’écoulement de l’eau souterraine,…) 44 Les essais les mieux utilisés en hydrogéologie et adaptés aux situations sont les suivants : • essai par paliers : nous renseigne les caractéristiques des puits ou des forages locaux (débit spécifique, rabattement , le rendement du puits,…). • essai de longue durée : il est utilisé si on veut connaitre les caractéristiques hydraulique d’un aquifère d’un bassin versant d’une région. III.2.1 Essai de puits ou par palier C’est un essai par paliers car il comporte généralement 3 paliers (Q1 Il est conçue pour déterminer le ra pport à court terme entre le rendement et le rabattement (S1 Photo 9: Sonde électrique III.2.2 Essai de nappe ou de longue durée C’est un essai prolongé à débit constant (débit exploitable défini lors de l’essai par palier) , c'est-à-dire on pompe l’eau de forage , à l’aide d’une pompe électrique immergée durant un temps d’essai long (12h- 72h) que l’essai par paliers , jusqu ’à ce qu’ on obtient un niveau dynamique stable . Il est conçue avant 45 tout pour fournir des informations sur les caractéristiques hydrauliques de l’aquifère car on peut mesurer l'effet de ce pompage sur le niveau piézométrique dans ces forages ou dans quelques piézomètres installés au voisinage. Des mesures de remontés peuvent entamer à la fin du pompage jusqu’à ce que l’on atteigne le niveau statique initial. Durant l’essai de nappe : • i1 faut empêcher le retour de l’eau sortie du forage dans la nappe. • les piézomètres à implanter ne doivent être placés ni trop près, ni trop loin du forage où l’on pompe. III.3 Hydrochimie D’une part, l’analyse physico-chimique des concentrations en ions majeurs de l’eau est dans le but de connaître le degré de la pollution de l’eau et de s’assurer que l’eau livrée aux consommateurs ne présente pas aucune menace sur la santé. D’autre part, il est important pour comprendre les circulations au sein de l’aquifère et d’avoir déjà le schéma de la lithologie. Les caractéristiques du facies hydrochimique de la nappe dépendent de la nature des roches qu’il constitue, c'est-à-dire, les ions majoritairement présents dans l'eau vont refléter la nature des roches rencontrées. Dans l'aquifère, il s'établit un équilibre entre la composition chimique de l'eau et celle des roches. L'eau prend sa minéralisation au cours de son cheminement dans le sous-sol. En effet : - Les terrains riches en minéraux siliceux et silicates comme les terrains cristallins (granitiques), les eaux sont douces, peu minéralisées mais acides et agressives. - Les eaux stockées dans les réservoirs calcaires ou dolomitiques sont dures et présentent une forte teneur en sels de calcium et de magnésium. - L'eau se charge en sulfate de calcium devient dure en contact du gypse. - Sur les côtes, les aquifères aux bords de la mer peuvent être en contact avec l'eau de mer (échange au niveau du biseau salée, contamination de l'eau d'infiltration par les embruns salés) et l'eau de la nappe devient saumâtre. III.3.1 Echantillonnage Les échantillons doivent être à l’abri de toute sorte de contamination des agents externes pour ne pas fausser les résultats. Les types des flacons destinés à stocker les eaux sont choisies en fonction des paramètres à analyser. Voici quelques protocoles à suivre durant l’échantillonnage : 46 - les flacons en polyéthylène sombre ou opaque sont destinés pour conserver les cations et les anions. L’avantage de l’utilisation de ces flacons c’est qu’ils réduisent les effets de la lumière sur les bactéries, ainsi d'obtenir des concentrations correctes de certains éléments comme le nitrate ; - le flacon en verre opaque ou sombre est utilisé pour conserver le COT (Carbone Organique Total) afin d’éviter les contaminations par le polyéthylène ; - les échantillons doivent être identifiés : mettre sur les flacons une étiquette faisant mention au moins le numéro d’identification du site, le nom du lieu de prise, la date et l’heure du prélèvement. - les échantillons doivent parvenir au laboratoire au plus tard 24 heures après le prélèvement. - au laboratoire, les échantillons doivent être conservés dans une température de 4°C afin de limiter les développements bactériens. - avant de procéder les analyses chimiques, il est obligatoire de : • stériliser le flacon destiné à stocker l’eau ; • filtrer à l’aide d’un filtre membrane (filtre à 0,45 µm) les eaux souterraines afin que les analyses ne soit pas biaisé par la présence des colloïdes, de l’argile ou des bactéries. • acidifier à l’acide nitrique les flacons destinés au dosage des cations et le COT pour diminuer le pH afin d'éviter la précipitation des hydroxydes métalliques et de la calcite. III.3.2 Méthodes d’analyse On peut effectuer l’analyse de l’eau sur le site à l’aide d’un kit d’analyses physico-chimiques et bactériologiques portatif, c’est comme un petit laboratoire sur terrain. Les résultats vont être complétés par des analyses en laboratoire, agréé par l’état, le plus proche du site. Les échantillons seront acheminés vers ce laboratoire dans une courte durée selon la règle de l’art. Certains éléments se dégradent rapidement et facilement en contact du milieu extérieur. De ce fait, l’analyse sur place de ces éléments est très recommandée. Ainsi, l’avantage significatif de l‘analyse sur le terrain c’est d’effectuer les tests sur des échantillons récents, dont les caractéristiques n‘ont pas été contaminées ou modifiées pendant le stockage ou le transport sur des longues distances. Les éléments testés sur place sont: - la température, mesurée à l'aide de la sonde de température du conductimètre; - la conductivité, mesurée avec le conductimètre portatif ; - le pH de l’eau, mesuré à l'aide d'un pH-mètre portatif ; - la turbidité, analysée sur terrain à l’aide d’un Turbidimètre ; - l'oxygène dissout, mesurée par l’oxymétrie; - l'alcalinité, comme les nitrates, les ions bicarbonates ont été analysés sur le terrain à l’aide d’un disque comparateur de couleur. Sur le terrain, les teneurs en nitrates ne peuvent qu'être estimatives. 47 Les concentrations en Nitrates fiables , présentées dans ce rapport, ont été mesurées dans le laboratoire de la JIRAMA Antananarivo. Mallettes d’analyse Wagtch Bouteilles d’éch antillonnage en plastique Sachet d’échantillonnage en plastique 48 Disque comparat eur à couleur Wagtech pH-mètre Wagtech Conductimètre Wagtech et Boite de pétri Boîte à filtration Wagtech et Filtre à membrane Tampons absorbants Wagtech Photo 10 : E quipements du kit d’anal yse portatif Wagtech 49 L’analyse des ions majeurs se fait au laboratoire comme les : - - 2- 3- 3- 2- 3- - anions: F , Cl , NO , NO , PO 4 , SO 4 , HCO . - cations: Ca 2+ , Mg 2+ , Na +, K +. Les résultats sont comparés aux normes fixés par l’OMS ou aux normes Malgaches [20], afin de déterminer les écarts et de les corriger par les essais de désinfection. III.3.3 Représentation des résultats d’analyse Pour pouvoir analyser et hiérarchiser les informations apportées par les données hydrogéochimiques de la zone étudiée, il est important de faire une représentation graphique de ces données. Elle a pour but de faire une classification géochimique des eaux. III.3.3.1 Diagramme de Piper Il existe des nombreuses méthodes de représentation en hydrogéochimie, mais celle de Piper est beaucoup plus utilisée car on peut comparer assez aisément les analyses entre elles. Il s’agit d’afficher les prélèvements analysés dans deux triangles, représentant respectivement les facies cationiques et les facies anioniques, et dans une classification losangique qui fait la synthèse globale de ces observations. Source : logiciel DIAGRAMME Figure 18: Diagramme de piper 50 III.3.3.2 Diagramme de Schoeller-Berkaloff Le diagramme de PIPER est complémentaire du diagramme de SCHOELLER-BERKALOFF, il permet de représenter le facies chimique de plusieurs eaux. Chaque échantillon est représenté par une ligne brisée. La concentration de chaque élément chimique est figurée par une ligne verticale en échelle logarithmique. La ligne brisée est formée en reliant tous les points figurant les différents éléments chimiques. Lorsque les lignes se croisent, un changement de facies chimique est mis en évidence. Source : logiciel DIAGRAMME Figure 19: Diagramme de Schoeller-Berkaloff Ces deux diagrammes nous renseignent donc la relation qui existe entre deux ions ou groupe d’ions. Ils permettent ainsi de comprendre les réactions chimiques ayant lieux au sein de l’aquifère. 51 CHAPITRE IV PRESENTATION DES LOGICIELS UTILISES Pour le traitement et la modélisation des données collectées sur le terrain. On utilise deux types de logiciels, à savoir : • RockWorks 15; • Diagrammes. IV.1 Présentation du logiciel RockWork 15 C’est l’un des logiciels utilisés en hydrologie, en hydrogéologie, en hydrochimie ou même en gisement pétrolier. C’est à l’aide de ce logiciel qu’on peut visualiser sous forme 1D, 2D, voir 3D et d’interpréter les données de forages (stratigraphies, lithologies, topographies et géophysiques) collectées sur terrain. Mais dans notre étude, on l’utilise dans le domaine hydrogéologique. Notre objectif c’est de visualiser dans une dimension 1D, 2D et 3D la lithologie, la stratigraphie et l’aquifère de la zone d’étude. Après, on peut quantifier directement la quantité d’eau disponible dans le réservoir d’eau étudié. Ce logiciel présente plusieurs champs de travail qu’on peut utiliser directement après son installation. IV.1.1 Les champs de travail de RockWork 15 [39] Avant la reconstitution 3D de la lithologie, de la stratigraphie et de l’aquifère, il est recommandé de classifier dans des champs appropriés les données brutes enregistrées sur le terrain afin que le logiciel repère nos données et peut répondre facilement, sans problème, nos besoins pendant son utilisation. Après le lancement du logiciel, la fenêtre « Project folder » s’affiche automatiquement sur l’écran du poste de travail, à l’intérieure de cette fenêtre existe deux parties : • Une sous fenêtre appelée « Project manager » s’affiche et inclus tous les dossiers du programme, les différents tables des bases de données du projet et les diagrammes. Ainsi, C’est comme un raccourci pour avoir un accès rapide aux différents outils de ce logiciel ; • Les différents champs de travail, près utilisés, s’affiche aussi pour classifier nos données. En général, dans notre travail, on n’utilise que deux champs de travail, à savoir : ‹ le Borehole Manager ; ‹ le RockWorks utilities. 52 IV.1.1.1 Borehole Manager Le Borehole Manager assure le stockage et la gestion des données de forages. Il possède 12 menus, à savoir : intro, Map, Striplogs, Lithology, Stratigraphy, I-Data, P-Data, T-Data, Fractures, Aquifers, colors et Vectors. C’est dans ce champ qu’on effectue la majeure partie de la modélisation et de la visualisation de l’aquifère. On va y mettre toutes les données du sous-sol, comme les données géophysiques, lithologiques, stratigraphiques, géochimiques, de la localisation des forages et de l’aquifère. Figure20: Interface du RockWorks 15 IV.1.1.2 Le RockWorks Utilities Il possède aussi plusieurs types de menus comme le Grid, Solid, Volumetrics, Hydrology, Hydrochimistry, Linears, Planes, Statistics, Survey,Coords,etWidget s. C’est à partir de ce champ de travail qu’on peut faire l’analyse statistique, la modélisation des solides, le contournage, le traçage des cartes de linéation ; la représentation volumétrique du solide, l’analyse des images en 2D ou 3D, l’étude hydrologique (diagramme et histogramme) et l’interprétation des données hydro chimiques (diagramme de Piper,…). 53 IV.1.2 Modélisation avec RockWorks IV.1.2.1 Modélisation géologique Ce logiciel est capable de représenter sous différents formes, en fonction des modèles voulus, les données lithologiques et stratigraphiques. Les outils de menu « lithologie » et « stratigraphie » du « borehole manager » nous permet de réaliser un modèle 1D, 2D et 3D d’une lithologie ou d’une stratigraphie connue. De plus, avec ces données, on pourra avoir des rapports détaillés sur le volume, la masse et la teneur de chaque type de la formation géologique, entre deux intervalles spécifiés. Ce rapport contient également le pourcentage, le nombre de nœuds, et la masse de chaque matière trouvée. Dans les diagrammes de la production, chaque type de lithologie ou de stratigraphie est représenté par une couleur qu’on a sélectionné pour son modèle. Source : logiciel Rock Works 15 Figure 21: Fenêtre du Borehole manager IV.1.2.2 Modélisation de l’aquifère On utilise l’outil « aquifère » du « borehole manager » pour traiter les données relatives à l’aquifère afin de visualiser sous forme 1D, 2D et 3D la géométrie de l’aquifère. 54 Le diagramme complet est affiché dans une fenêtre RockPlot3D, avec la surface supérieure, surface inférieure, et panneaux latéraux. Le volume de la nappe aquifère sera affiché dans la fenêtre RockPlot3D. IV.1.2.3 Autres utilités de RockWorks 15 Ce logiciel possède une fonction multiple qui peut nous rendre service en analysant les différentes types de données, comme les données sur les fractures (linéament/failles), données hydrologiques, les données géophysique, les données hydrochimiques,…… IV.2 Présentation du logiciel Diagrammes Ce logiciel, crée par un hydrochimiste appelé Roland SIMLER est utilisé pour pouvoir étudier et interpréter rapidement les 7 ions majeurs (ca 2+ , Mg 2+ , Na +, K+, Cl -, SO4 2-, HCO 3-). Il possède plusieurs fonctions, mais dans cette étude on utilise seulement certains paramètres : le digramme de Piper ; Diagramme de Stabler, le Diagramme de Schoeller-Berkalov. Source : Logiciel Diagramme Figure 22: Interface du logiciel diagramme Les résultats des analyses chimiques des échantillons prélevées sont importés dans ce logiciel. 55 TROISIEME PARTIE CHAP ITRE V MODELISATION ET INTERPRETATION Après avoir parlé les méthodologies, ce chapitre est consacré sur les mod élisations avec l’interprétation. V.1 Collecte des données Les données de forages ainsi quelq ues résultats d’analyse physico-chimiq ue de l’eau effectués dans le Laboratoire de la JIRAMA sont collectés à partir des fiches de forage et des fiches de la qualité de l’eau (annexe 3, 4). Les 56 forages réalisés dans cette R égion se répartissent dans les 6 Com mun es du District de Maevatanana et de Tsaratanana, à savoir : • quatre (04) C ommunes pour le District de Ma evatanana : Tsarara no, Mangabe, Maevatanana et Ambalanjanakomby ; • une seule (01) C ommune pour le District de Tsaratanana : Sarobaratra . Dont : ‹ 38 forages pour le D istrict de Maevatanana, à savoir : • 5 à Tsararano • 8 à Mangabe • 13 à Maevatanana I et II • 11 à Ambalanjanakomby ‹ et les 18 forages restants appartiennent à la Commune de Sarobaratra, D istrict de Tsaratanana. 11 forages parmi ces 56 forages réali sés sont classés comme négatifs . La plupart de ces forages négatifs appartiennent à Maevatanana, reposés généralement sur la formation gneissique. Figure 23: Effectifs des forages né gatifs et positifs 57 D’après l’histogramme, 19,64% des forages réalisés sont négatifs et 80,36% sont positifs. V.2 Préparation des données Les données géologiques, hydrogéologiques et les coordonnées de chaque forages sont nécessaires pour faire la modélisation de l’aquifère et la nappe de la zone considérée. Après avoir les collectées, on procède à la saisie dans Excel avant de les importés dans le logiciel RockWorks. Les coordonnées GPS WG84 en degré devraient être convertir en coordonnées Laborde (X, Y et Z) en utilisant le logiciel COMAD. V.3 Modèle hydrogéologique avec le logiciel RockWorks 15 Le logiciel « ROCKWORKS » distingue et représente séparément le modèle lithologique du modèle stratigraphique: • l’outil lithologie : c’est de représenté les couches répétées du terrain sédimentaire sans arrangement tandis que ; • l’outil stratigraphie consiste à modéliser les couches superposées selon l’ordre chronologique des couches et sans répétition. V.3.1 Modélisation des données géologiques et hydrogéologiques En utilisant l’outil « lithologique » et « straphigraphique du « borehole manage » du RockWorks, on peut visualiser sous forme 1D, 2D et 3D la lithologie (la formation géologique), la stratigraphie (le mode de superposition des couches sédimentaires) et la nappe d’une zone voulue observer. V.3.1.1 Représentation plane des couches géologiques La représentation sur une surface horizontale des différentes formations géologiques est réalisée en sectionnant une courbe de niveau. Le choix du niveau d’altitude sectionnée est en fonction de l’image qu’on veut observer. C’est à l’aide de cette représentation plane qu’on peut comprendre, l’évolution et la succession des couches géologiques qui se superposent les uns sur les autres dans le sous-sol et déterminer la nature des couches géologiques qui soutiennent la nappe. V.3.1.1.1 Représentation plane de la formation géologique de la Commune de Sarobaratra Tsaratanana L’évolution des couches géologiques peut déterminer suivant le changement de profondeur. Dans notre cas, on choisit deux altitudes différentes, à savoir : à 35 m et à 70m. 58 Le but c’est de voir et de comparer, dans une même altitude, l’évolution latérale des formations géologiques de notre zone d’étude. a) A l’altitude 35m A cette altitude, on remarque différents types de couches géologiques: • la partie Sud-est : dominée par la formation latéritique comme trouvée sur les forages 1 et 14 ; • la partie Sud-ouest : formée par de l’argile; • la partie Nord-est : dominée par la formation gréseuse par où se place les forages 2, 3, 4, 8 et 9 ; • la partie Ouest de la carte : occupée par le sable, le grès et le grès sableux par où se trouve les forages 10, 13,15, 16 et 17 ; • la partie centrale : généralement formée par de la latérite, du galet quartzite, du grès et de l’argile (forages 11, 12 et 14). Figure 24: Représentation plane des couches géologiques de Sarobaratra à l’altitude 35m 59 b) A l’altitude 70m Par contre, à 70m d’altitude, la formation latéritique occupe la totalité de la surface de la formation géologique superficielle. Figure 25:Représentation plane des couches géologiques de Sarobaratra à l’altitude 70m V.3.1.1.2 Représentation plane de la formation géologique des 4 Communes de Maevatanana Cette représentation plane se fait à la même altitude que la précédente. a) À l’altitude 35m On voit très bien que, à cette altitude, la lithologie de ces 4 Communes est formée essentiellement par: • sur la partie Est et Nord-Ouest : du gneiss ; 60 • sur la partie Centrale et Sud : du grès argileux ; • sur la partie Sud-ouest : de l’argile ; • sur la partie Nord-Ouest : du grès argileux, du grès et du sable. Figure 26:Représentation plane des couches géologiques de Maevatanana à l'altitude 35m b) A l’altitude 70m A cette altitude, on a remarqué que le toit de l’aquifère n’est pas homogène. Il est essentiellement formé par: • sur la partie Nord, Ouest et Nord : du sable ; • sur la partie Sud, Sud-ouest et Sud Est : de la latérite qui occupe une grande partie de cette zone et du grès ; • sur la partie centrale : de la latérite, du grès et du sable. 61 Figure 27: Représentation plane des couches géologiques de Maevatanana à l'altitude 70m V.3.1.2 Modélisation lithologique La modélisation lithologique 2D est obtenue en traçant un trait de coupe appelée « cross-section A-A’ » ou « profil A-A’ » suivant une direction choisie. Ce profil AA’ part du point A en traversant les différents points de forages jusqu’à un point A’. V.3.1.2.1 Modélisation lithologique 2D Comme le précédant, le but c’est de voir et de comparer, dans une même altitude, l’évolution des formations géologiques de ces zones d’études mais cette fois ci est suivant le plan vertical. a) Modélisation lithologique 2D de Sarobaratra Cette coupe géologique de la Commune de Sarobaratra suit une direction Nord-est/Sud-ouest. Généralement, elle est formée par des roches sédimentaires appelons « Karoo Malgache ». La coupe nous montre que : • la couverture latéritique qui couvre la quasi-totalité de la surface de Sarobaratra est beaucoup plus importante en allant du Sud-ouest au Nord-est. Elle apparaît entre 60m-70m d’altitude; • le sable qui apparaît en dessous de la latérite s’étend aussi sur toute la zone. On le trouve entre 50m- 70m d’altitude; 62 • le grès apparait entre 15m-50m d’altitude. Il est beaucoup plus puissant au Sud-ouest qu’au Nord- est ; • la formation argileuse et le grès sableux sont limités seulement sur la partie Nord-est. Elle se situe entre 10m-30m d’altitude. • l’argilite occupe seulement la partie Sud-ouest et centrale de Sarobaratra. Figure28:Coupe lithologique 2D de Sarobaratra b) Modélisation lithologique 2D des 4 Communes de Maevatanana Le trait de coupe AA’ de cette coupe lithologique suit aussi une direction Sud-Ouest /Nord-Est. Elle nous montre la présence de deux types de formation géologique : ‹ la partie Sud-Ouest est constituée d’une formation géologique plutôt mixte : en profondeur, elle est formée par de la formation cristalline qui apparait entre 10m jusqu’à 50md’altitude(diorite, migmatite, gneiss et socle). Et vers la surface, cette formation cristalline est surmontée par la formation sédimentaire ; ‹ la partie Nord-Est est formée essentiellement par l’empilement des couches sédimentaires. Figure 29: Coupe lithologique 2D des 4 communes de Maevatanana 63 c) Modélisation lithologique 2D de Mangabe La Commune de Mangabe se trouve sur une altitude assez faible entre 25m – 45m. 8 forages ont étés implantés dans Cette commune, à savoir : 14, 15, 16, 17, 18,19, 20 et 21. Le trait de coupe AA’ de cette coupe lithologique se fait suivant la direction Ouest-Est. La coupe nous montre que, la couche géologique qui forme le toit de l’aquifère de cette Commune est variable. Elle peut être de la latérite de faible épaisseur 2m (forages 17 et 20), ou de l’argilite d’une épaisseur entre 15m à 26 m (forages 18, 19 et 21) et ou du grès avec une épaisseur qui varie entre 3m à 39m (forages 15 et 16). Figure 30: Coupe lithologique 2D de Mangabe d) Modélisation lithologique 2D d’Ambalanjanakomby et de Tsararano Les 15 forages dans ces deux zones se trouvent généralement sur une altitude entre 35m – 55m. Parmi ces 15 forages réalisés, 5 forages se trouvent (forages 1, 2, 3, 25 et 26) à Tsararano et le reste à Ambalanjanakomby (forages 4, 5, 6, 7, 8, 9,10, 11, 12, 13, 22 et 23).Seul le forage 26 est classé comme Non productif. La partie vide au milieu de la coupe signifie que cet endroit ne dispose pas de forage. D’après la figure, la géologie de la zone est formée par des couches sédimentaires. 64 Figure 31: Coupe lit hologique 2D d’ Ambalanjanakomby et de Tsararano V.3.1 .2 .2 Modélisation lithologique 3D La différence de ce modèle 3D du modèle 1D ou 2D c’est qu’il nous montre une vue d’ensemble de la formation du sous-sol de la zone d’étude beaucoup plus meilleur. Il nous permet de voir facilement la répartition de chaque type de faciès et qu’on peut faire une interprét ation complète de cette formation. a) Modélisation lithologique 3D de S arobaratra Dans cette représentation chaque couleur correspond à un type de formation géologique. Les résultats obten us nous montrent que d’une part , le toit de l’aquifère de la zone est essentiellement occupé par la couverture latéritique d’ une épaisseur moyenne de 4m, surmontée parfois soit par de la terre végétale (1m) soit par des alluvions (3m). D ’autre part, son substratum est formé pa r de l’argile de couleur rougeâtre ou grisâtre ou marron ou jaunâtre ou violet ou beige d’une épaisseur qui varie de 1m -13m. En effet, l’aquifère de la zone est constitué généralement par de sable grossier a vec une épaisseur qui varie de 4m à 15m (forages 2, 4, 5 et15 ), de sable moyen d’une épaisseur en tre 5,5 m-15m (forages 5, 8, 9, 12 et 14),de grès à sable grossier d’une épaisseur entre 7m – 17m (forages 3, 10, 13 et 16 ),du galet quartzite d’une puissance de 5m (forage 11), et du grès d’une épaisseur entre 4m – 13m ( forages 6, 7, 8, 17 et 18). La partie Nord-Ouest et Nord de la zone sont généralement dominées par du grès, du grès sableux et de sable. Ainsi, on trouve sur cette partie une couche de charbon de ter re (houille) de 3m qui apparait à 22mde profondeur surmontée par de l’argile (forage 17). 65 Figure 32: Modèle lithologique 3D de Sarobaratra La répétition des couches d’argile, d’argilite, de grès et du sable dans cette formation géologique est très remarquable. Dans la figure ci-après, on peut visualiser clairement un à un la nature des faciès lithologiques qui soutiennent chaque point de forages, qui nous confirme l’hétérogénéité du toit de l’aquifère. Figure 33: Lithologie 3D des forages de Sarobaratra 66 La lithologie qui soutient chaque forage ne présente pas vraiment un changement d’un forage à l’autre. De la base vers la surface, on a sur: • les forages 4, 5 et 6 : le grès surmonté de sable (fin/moyen/gros). Mais on trouve que, cette formation sableuse est alternée parfois par de l’argile, de l’argile gréseuse et de l’argile sableuse (forages 7, 8, 14, 15, 17 et 18).On trouve aussi la présence d’une formation houilleuse de faible puissance sur le forage 17. • les forages 3, 10, 13et 16 : relèvent la présence du grès sableux surmonté par l’argile et le sable. • les forages 11 et 12 : traversent une couche d’argile surmontée du galet quartzite, du sable argileux et du sable. • la partie superficielle des forages est formée soit par de la latérite, soit par de l’altérité, soit par des grés ou de l’alluvion. b) Modélisation lithologique 3D des 4 Communes de Maevatanana L’image 3D du sous-sol de ces Communes nous renseigne que les forages se reposent sur une formation géologique complexe. De la surface vers la base, elle est formée de la latérite (épaisseur : 1m-12m), de l’altérite (puissance: 4m),du sable fin/moyen/gros ( épaisseur :1m-14m), du galet quartzite (puissance : 4,5m), du grès sableux (épaisseur moyenne de 9m), du grès (épaisseur :1m-39m), du grès argileux (épaisseur : 4m-18m), de l’argile gréseuse (puissance : 5m), du sable argileux (épaisseur : 9m), du calcaire (épaisseur : 2m-26,5m), de l’argilite (épaisseur : 0,5m-32m), de l’argile (épaisseur : 0,5m-8m), de l’argile marneuse (puissance : 2m), du gneiss sableux, du gneiss(épaisseur : 8,5m-85,5m),du migmatite (puissance : 53,5m) et de ladiorite (épaisseur : 44,5m-71,5m). La domination du grès, de la latérite et de l’argilite est très remarquable en surface. Mais à certains endroits, ils peuvent s’alternés par du sable (forages 2, 33 et 35), de l’argile (forage 14) ou de l’argile marneuse (forage 6). En plus, son substratum est aussi un peu varié qui forme généralement : • au Nord et Nord-Ouest : de l’argile surmontée par le calcaire et l’argilite • au Sud et Sud-ouest : du gneiss. • à l’Ouest : du socle et de la diorite surmontés par de l’argilite et du grès sableux • à l’Est : du gneiss surmonté par le grès. On remarque la succession du sable grossier, du grès sableux, du grès, de l’argilite, de l’argile et de calcaire dans cette formation géologique. Ainsi, la géologie de la partie Sud est dominée généralement par de la formation cristalline métamorphisée tandis que la partie Nord et Ouest est essentiellement formée par des couches sédimentaires. L’aquifère de cette zone est formée par des plusieurs types de faciès lithologique comme le sable grossier d’une épaisseur qui varie de 4,5m-14m (forages 1, 10, 36,23), le grès à sable moyen ou grossier d’une 67 épaisseur entre 9m-13,5m (forages 6, 7, 9, 11,12), le galet quartzite d’une puissance de 3m (forage 23), le grès d’une épaisseur entre 1m-15m (forages 1, 2, 3, 5, 8, 14, 15, 22, 23), le calcaire par où se place les forages 4, 14, 16, 17, 18, 19, 20 et 21 (épaisseur entre 6m – 25,5m) et enfin le gneiss fracturé d’une épaisseur qui varie de 5m-36,5m (forages 13, 25, 29, 30, 32 et 37). Figure 34:Coupe lithologique 3D des 4 communes de Maevatanana Pour mieux étudier le sous-sol de ces 4 Communes du District de Maevatanana. On peut les étudier séparément. b1) Modélisation lithologique 3D de la Commune de Maevatanana Parmi les treize forages (24,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38) dans cette Commune, les forages 24, 27, 28, 31, 33, 34, 35 et 38 sont négatifs.la partie Ouest, Sud et Est de Maevatanana ont une altitude un peu élevée (50m à 60 m) par rapport à la partie Nord (40 m à 50m). D’après l’image 3D de la lithologie en bas, Le toit de l’aquifère peut former par soit de la latérite d’une épaisseur de 1m à 4m (forages 24, 28, 32 et 37), soit du sable d’une épaisseur entre 8m-10m (forages 33 et 35) et soit du grès d’une épaisseur qui varie entre 2m – 8m (forages 27, 29, 31et 36). Tandis que le substratum est formé par du gneiss avec une épaisseur qui varie de 32 à 85,5m (forages 29, 30, 31, 32, 33, 35, 36, 37 et 38), ou de la migmatite (forage 27) et ou de la diorite (forages 24 et 37). Sur l’ensemble de la zone, l’aquifère est formée généralement du gneiss fracturé d’une épaisseur entre 17m – 36,5m. 68 Figure 35:Coupe lithologique 3Dde Maevatanana On peut Utiliser le « Grid » dans le « RockWorks » pour bien visualiser le changement des couches à l’intérieur de ce bloc. D’après le résultat, on a remarqué que, la formation cristalline domine (gneiss, diorite et le socle) le fond géologique de Maevatanana. Figure 36: Coupe lithologique 3D sectionnée de Maevatanana 69 b2) Modèle lithologique 3D des forages de Maevatanana D’après la figure ci-dessous, le toit de l’aquifère n’est pas homogène, il peut être des grés, du sable, de l’argile ou de la latérite. Mais En général, sur l’ensemble des forages, leurs faciès ne présent pas un changement visible excepté certains forages de la partie Ouest : • Le forage 27 : sa base est constituée par, en plus du grès et du gneiss, de la migmatite • Le forage 24 : sa base est formée de la diorite. Figure 37: Coupe lithologique 3D des forages de Maevatanana c) Modélisation lithologique 3D de Mangabe L’aquifère de Mangabe est essentiellement constitué par du calcaire (forages 14, 16, 17, 18, 19, 20et 21) et du grès (forages 14 et 15) qui sont surmontés, dans plusieurs zones, par de l’argilite. On remarque aussi la répétition des couches de grès et de l’argilite dans cette zone. 70 Figure 38: Coupe lithologique 3Dde Mangabe d) Modélisation lithologique 3D d’Ambalanjanakomby et de Tsararano Le superstratum de l’aquifère de cette zone est dominé par de la latérite d’une épaisseur moyenne de 6m (forages 1, 4, 7, 8, 13 et 22) et du grès d’une puissance moyenne de 8m. L’aquifère de la zone est formé par plusieurs types de faciès, à savoir : • le sable grossier avec une épaisseur de 5,5m (forages 1 et 10) ; • le grès à sable moyen ou grossier d’une puissance de 10,5m (forages 6, 7, 9, 11 et12) ; • le grès d’une épaisseur entre 3,5m -12m (forages 2, 5, 6, 8 et 22); • le calcaire d’une puissance moyenne de 7m (forage 3, 4 et 7) ; • le galet quartzite (puissance de 4m) par où se trouve le forage 23. On remarque aussi que, le substratum de l’aquifère est hétérogène. Il est constitué : • sur la partie Nord-Est : de gneiss avec une épaisseur qui varie de 7m à 91,5m (forages : 12, 22,24 et25) ; • sur la partie Ouest et Sud: de l’argile (11) • La formation géologique est marquée par une succession des couches de grès alternées par du sable argileux, de l’argile gréseuse, de l’argile marneuse et du sable argileux. 71 Figure 39: Coupe lithologique 3D d'Ambalanjanakomby et de Tsararano V.3.1.3 Modélisation stratigraphique V.3.1.3.1 Modélisation stratigraphique 2Ddes couches géologiques L’image 2D nous montre les modèles stratigraphiques simples et qui nous permettent de comprendre l’hydrogéologie de ces deux zones d’étude. En général, on trouve souvent, sur ces zones, les 3 types d’aquifères, à savoir : • Un aquifère superficiel latéritique parfois gréseux de Maevatanana: c’est un milieu poreux mais moins perméable. En revanche, il nous présente une quantité élevée de réserve d’eau. • Un aquifère karstique peu profond: c’est un milieu de porosité moyenne et moins perméable. • Un aquifère profond dans les socles fracturés : contrairement à la caractéristique des aquifères précédant, c’est une zone moins poreuse et imperméable. Il est alimenté par l’aquifère superficiel. a) Modélisation stratigraphique 2D de Sarobaratra-Tsaratanana La figure ci-dessous, nous montre que la domination des formations sédimentaires est très remarquable dans la Commune de Sarobaratra. Le toit de l’aquifère est formé généralement par de la latérite et de l’alluvion. Par contre, son substratum imperméable est formé par de l’argile. 72 Figure 40:Coupe s tratigraphique 2D de Sarobaratra -Tsaratanana b) Modélisation stratigraphique 2D des 4 Communes de Maevatanana Le toit de l’aquifère est formé généraleme nt par de la latérite mais on voit sur la partie Sud-ouest une apparition de la formation gréseuse . En plus son substratum imperméable est c onstitué par : • de l’argile : sur la zone littorale ; • et du gneiss : sur le socle cristallin. Figure 41: Coupe stratigraphique 2D des 4 Communes de Maevatanana c) Modélisation stratigraphique 2D de Mangabe La direction de cette coupe stratigraphique est d’Ouest-Est. À l’aide de cette figure, on v oit nettement la superposition des couches sédimentaires qui constituent le sous-sol de cette zone. 73 Figure 42: Coupe stratigraphique 2D de Mangabe V.3.1.3.2 Modélisation stratigraphique 3D des couches géologiques L’avantage de ce modèle c’est qu’on peut voir l’aperçue globale suivant l’ordre de la superposition, des différentes couches qui constituent la géologie et de la forme géométrique de chaque type des couches de la zone étudiée. a) Commune Sarobaratra On remarque que le superstratum de son aquifère est formé par de la latérite et de l’altérite tandis que le substratum est généralement formé par de l’argile. On peut dire que cette couche d’argile qui est imperméable assure le stockage de l’eau souterraine de cette zone. La figure ci-après expose séparément les différents types et l’ordre chronologique de la superposition des couches entre le toit et le substratum. Figure 43: Coupe stratigraphique 3D de Sarobaratra 74 Le tableau 20 illustre l’ordre chronologique de la superposition des couches dans la Commune de Sarobaratra avec ses caractéristiques : Tableau 14: Formation géologique de Sarobaratra Nature du faciès Epaisseur (m) Profondeur (m) Alluvion 3 0-3 Terre végétale 1 0-1 Latérite 1-7 0-7 Altérite 1 à 4 1-6 Sable (fin/moyen/grossier) 1 à 20 1-31 Galet quatzite 4,5 17-21,5 Grès sableux (fin/moyen/grossier) 5 à 23 3-49 Grès 0,5 à 21 1-37,5 Grès argileux 2 3-5 Sable argileux 3 4 -8 Argile sableuse (fin/moyen/gossier) 3-11 1-17 Argilite 2 à 4 2-25 Argile 0,5 à 13 2-34 Houille 3 22-25 On peut représenter un à un aussi chaque couches pour voir le comportement des couches géologiques voulues montrées. La figure ci-dessous illustre l’image 3D de la latérite (le toit de l’aquifère) et de l’argile (substratum de l’aquifère). On remarque que, l’argile est moins épais (épaisseur moyenne de 3m) par rapport à la latérite (épaisseur moyenne de 4m). La latérite est beaucoup plus puissante au Nord qu’à l’Est et la distance qui sépare ces deux couches est environ de 20 m. 75 Figure 44:Représentation 3D de la couche latéritique et de l'argile de Sarobaratra b) Les 4 Communes de Maevatanana Comme la figure précédente, cette figure illustre l’ordre de superposition des différentes couches qui constituent la géologique des 4 Communes de Maevatanana. Figure 45:Coupe stratigraphique 3D des 4 communes de Maevatanana 76 L’image nous montre clairement les différentes couches qui forment le sous-sol de ces 4 Communes de Maevatanana suivant l’ordre chronologique de superposition, illustré dans le tableau ci-après : Tableau 15: Formation géologique des 4 Communes de Maevatanana Nature des couches Epaisseur (m) Profondeur (m) Terre végétale 1-2 0-2 Latérite 1 - 12 0-12 Altérite 4 2-6 Sable 1 - 14 0-29,5 (fin/moyen/grossier) Galet quartzite 4,5 15-19,5 Grès sableux 4 à 14 1-33,5 (fin/moyen/gossier) Grès 1 à 39 0 – 40 Grès argileux 4 à 18 2-20 Argile gréseuse 5 2-7 Sable argileux 9 2-11 Calcaire 2 à 26,5 19-68 Argilite 0,5 à 32 0-54 Argile 0,5 à 8 3 – 26,5 Argile marneuse 2 0-2 Gneiss 8,5 à 85,5 1-87,5 Migmatite 53,5 32-85,5 Diorite 44,5 à 71,5 10,5-84,5 Socle 5,5 5 – 10,5 77 Figure 46: Coupe stratigraphique 3D de Maevatanana Le tableau suivant résume et illustre l’ordre de superposition des couches géologiques de Maevatanana : Tableau 16: Formation géologique de Maevatanana Nature du faciès Epaisseur (m) Profondeur (m) Latérite 1-4 0 – 4 Sable (fin/moyen/grossier) 7,5 – 14 0 – 22 Grès 2 – 8 0 – 13 Argile 5- 7 3 – 21 Gneiss 8,5 – 85,5 1 – 87,5 migmatite 51,5 32 – 83,5 Diorite 44,5 – 62,5 10,5 – 84,5 Socle 5,5 5-10,5 c) Commune Mangabe Concernant la Commune de Mangabe, le toit de l’aquifère est formé d’une faible épaisseur de latérite (2m). Dans certain endroit, cette dernière est alternée par du grès de 20m d’épaisseur qui est beaucoup plus épais à l’Ouest et au Nord. 78 Figure 47: Coupe stratigraphique 3D de Mangabe L’ordre de superposition des couches géologiques de Mangabe est illustré dans le tableau ci-après : Tableau 17: Formation géologique de Mangabe Nature du faciès Epaisseur (m) profondeur (m) Latérite 2 0 - 2 Grès 3 - 39 0 - 40 calcaire 6 – 26,5 20 – 66,5 argilite 1 - 32 0 - 54 d) Commune Ambalanjanakomby et Tsararano La puissance de la latérite diminue en allant vers le Sud. Par contre, pour l’argilite, elle est très puissante au Sud qu’au Nord. 79 Figure 48: Coupe stratigraphique 3D d'Ambalanjanakomby et de Tsararano Les couches figurées dans le sous-sol d’Ambalanjanakomby et de Tsararano sont présentées dans le tableau ci-après suivant l’ordre de superposition des couches. Tableau 18: Formation géologique d’Ambalanjanakomby et de Tsararano Nature du faciès Épaisseur (m) profondeur (m) Terre végétale 1-2 0-2 Latérite 1-10 0-10 Sable 1-6 1-29 Galet quartzite 4 15-19 Sable argileux 9 2-11 Grès sableux 4-14 1-26,5 grès 1-20 0-30,5 Grès argileux 4-8 2-12 Argile gréseuse 5 2-7 calcaire 2-6 20-26 Argile marneuse 2 0-2 argilite 3-8 2-17 argile 0,5-4 13-26,5 gneiss 7-91,5 1-92,5 80 V.3.1.4 Modèle géométrique des couches géologiques La figure ci-dessous illustre la forme géométrique de chaque couche qui constitue la géologie de ces deux zones d’étude. On peut en déduire que l’altitude diminue de l’Est en Ouest, marqué par la présence d’une forte dépression sur la partie Nord et Ouest de ces deux zones d’études. SAROBARATRA 4 COMMUNES DE MAEVATANANA Figure 49: Représentation géométrique des couches géologiques V.3.1.5 Modélisation de l’aquifère L’avantage de la réalisation du profil de l’aquifère c’est de bien visualiser l’épaisseur de la nappe. Ces deux coupes sont faites suivant la direction Sud-Ouest/Nord-Est. 81 V.3.1.5.1 Modélisation 2D de l’aquifère a) Modélisation 2D de l’aquifère de Sarobaratra –Tsaratanana En observant la figure ci-dessous, on constate que, la nappe est beaucoup plus épaisse au Sud-ouest (environ 7m) qu’au Nord-est (environ 2m), mais elle varie de 3m-5m au milieu de la zone. Une ligne de partage se situe au Nord de la Commune qui divise le sens d’écoulement de l’eau en deux directions : l’un vers le Nord-est et l’autre vers le Sud-ouest. Mais de façon général, le sens d’écoulement de l’eau suit la direction Est vers l’Ouest. Figure 50: Modèle 2D de l'aquifère de Sarobaratra b) Modélisation 2D de l’aquifère des 4 Communes de Maevatanana De même pour les 4 Communes de Maevatanana, l’épaisseur de la nappe diminue si on va vers l’Est (1m- 2m). Elle est très importante vers l’Ouest, avec une puissance de 7m. Le sens de l’écoulement est généralement aussi de l’Est vers l’Ouest. L’épaisseur de la nappe d’eau et les faciès lithologiques qui constituent chaque point de forage sont montrés par la figure ci-après ; 82 Figure 51: Modèle 2D de l'aquifère des 4 communes de Maevatanana avec les points forages V.3.1.5.2 Modélisation 3D de l’aquifère a) Modélisation 3D de l’aquifère de Sarobaratra Tsaratanana En général, l’épaisseur de la nappe d’eau varie en fonction de l’altitude. En fait, elle est plus importante dans les zones de basse altitude. L’image géométrique 3D de la nappe, ci en bas, nous montre bien le comportement de la nappe. Le volume d’eau souterraine est estimé à 1 500 m 3sur l’ensemble de cette Commune. La première venue d’eau, le plus proche de la surface, apparait à 17m (forage 13 et 15 sur la partie Ouest) et se trouve dans un aquifère formé de grès à sable grossier. En revanche, la plus éloigné se situe à 45 ,3m en dessous de la surface (forage 10 sur la partie Nord-Est) se trouvant aussi dans un aquifère de grès à sable grossier. On constate que, le forage 10 implanté dans le village de Morarano est un forage de type Artésien. 83 Figure 52: Modèle 3D de l'aquifère de Sarobaratra avec les points de forage b) Modélisation 3D de l’aquifère des 4 Communes de Maevatanana L’image géométrique 3D de la nappe d’eau des 4 Communes de Maevatanana confirme la présence de cette forte dépression sur la partie Nord et Ouest de la zone d’étude. Elle indique la limite entre le bassin sédimentaire et le socle cristallin. La nappe d’eau de cette zone épouse parfaitement la forme géométrique de l’aquifère. La figure en bas illustre bien que l’épaisseur de la nappe diminue de l’Ouest en Est et au Sud. Le volume de la réserve d’eau souterraine sur l’ensemble de ces Communes est estimé à 6 500 m 3. La première venue d’eau le plus proche de la surface apparait à 10m se trouvant dans un aquifère constitué de grès (Forage 15 sur la partie Ouest). Par contre, la première venue d’eau le plus éloigné de la surface se trouve à 81,5m de profondeur (forage 29 sur la partie Sud), elle appartient à un aquifère formé de gneiss. 84 SOCLE ZONE LITTORALE Figure 53: Modèle 3D de l'aquifère des 4 communes de Maevatanana D’après la figure au-dessus, La nappe est beaucoup plus faible au sud et à l’Est (entre 1m – 2m). Par contre, sur la partie Nord et Ouest, elle est beaucoup plus épaisse qui varie entre 3m-4m. Les forages dans ces Communes sont beaucoup plus profonds (30,5m-87,5m). c) Modélisation de l’aquifère 3D de la Commune Mangabe Le modèle 3D de la nappe de Mangabe nous montre que, l’épaisseur de la nappe diminue si on va vers le Nord et l’Est (varie de 2m- 5m).La profondeur moyenne des forages réalisés dans cette zone est de 46m. Les forages 14,17 et 20 sont beaucoup plus profonds (en moyenne de 67m) par rapport aux autres. Par contre, les forages les moins profonds enregistrés sont les forages 15, 16,18, 19 et 21 avec une profondeur moyenne de 27m. Le forage 21 dans le village d’Antsondoka est un forage artésien. La première venue d’eau de faible profondeur apparait à 10m (forage 15), dans un aquifère formé de grès. Tandis que, la plus profonde se situe à 65,5m en dessous de la surface (forage 17), dans un aquifère formée de calcaire. 85 Figure 54: Modèle 3D de l'aquifère de Mangabe d) Modélisation de l’aquifère 3D d’Ambalanjanakomby et Tsararano En général, les forages dans ces deux Communes ont une profondeur moyenne de 65m. En fait, Le moins profond se trouve à 21,5m (forages 7 et 22) et le plus profond est de 92,5m (forage 26). D’après ce modèle 3D, l’épaisseur de la nappe a une puissance de 3m. La première venue d’eau de faible profondeur enregistré est de 11,5m, elle appartient au forage 3 implanté dans un aquifère de grès. Et la plus profonde se trouve à 76,82m, dans un aquifère fracturé de gneiss (forage 25m). Ainsi, on constate que, le forage 10 du village Andranofasika est un type artésien. 86 Figure 55: Modèle 3D de l'aquifère d'Ambalanjanakomby et de Tsararano V.3.1.6 Sens d’écoulement des eaux souterraines C’est à l’aide des modèles 3D ci-dessous qu’on peut déterminer le sens général de l’écoulement des eaux souterraines de ces communes. a) Sens d’écoulement des eaux souterraines de la Commune Sarobaratra Pour la commune de Sarobaratra : • Le premier modèle de l’aquifère montre la tendance de l’écoulement de la nappe aquifère suivant la direction Sud au Nord. • Le deuxième modèle nous montre la tendance de l’écoulement de la nappe dans la direction Est à l’Ouest. 87 Figure 56: Sens d'écoulement de la nappe de Sarobaratra de direction Sud-Nord et Est-ouest ∑ ce troisième modèle nous présente la combinaison des deux modèles précédents. La combinaison des deux directions précédentes nous donne naissance une nouvelle direction de direction Sud –Est au Nord-Ouest, qui semble le sens d’écoulement général des eaux souterraines de Sarobaratra. 88 Sens d’écoulement de direction Sens SUD-NORD d’écoulement de direction SUD-EST NORD -OUEST Sens d’écoulement de direction EST- OUEST Figure 57: Sens générale d'écoulement de la nappe de Sarobaratra de direction Sud-Est Nord-Ouest b) Sens d’écoulement de l’eau souterraine des 4 Communes de Maevatanana Ces deux figures ci-dessous montrent la tendance de l’écoulement de la nappe des 4 Communes de Maevatanana suivant deux directions: ‹ Le premier modèle montre que l’écoulement de la nappe suit la direction Sud au Nord, ‹ Par contre, le deuxième modèle indique la direction de l’écoulement de l’eau suivant la direction Est-Ouest. 89 Sens d’écoulement Figure 58: Sens d'écoulement de la nappe des 4 communes de Maevatanana de direction Est- Ouest et Sud-Nord ‹ La résultante de ces deux directions, montrée par la figure en bas, nous donne une nouvelle direction, qui semble être la direction générale de l’écoulement de l’eau souterraine de ces 4 Communes, de direction Sud-Est Nord-Ouest. 90 Sens de l’écoulement de direction Sens d’écoulement de SUD-EST direction Est-Nord NORD-OUEST Sens d’écoulement de direction Est -Ouest Figure 59: Sens général d'écoulement de la nappe des 4 communes de Maevatanana de direction Sud-est Nord-Ouest V.4 Résultats et interprétation des essais de pompage par paliers Le nombre de paliers est décidé en fonction du débit fin développement. En général : • Si le débit est faible < 1m3/h : 1 palier ; • Si le débit est moyenne 1 V.4.1 Caractéristique hydrodynamique des 4 communes de Maevatanana Le forage ayant un débit le plus faible est le forage 3, avec un débit de 0,62m3/h. Tandis que, le débit identifié le plus élevé est de Q=11,73m3/h (forage 11). Le rabattement le plus fort enregistré durant les essais descend jusqu’à 18,34m (le forage 37). Seul les forages 10 et 21 qui ont un niveau piézométriques au-dessus de la surface car ces sont des forages atériens. Les caractéristiques des essais par paliers réalisés dans les 4 Communes de Maevatanana sont résumées dans le tableau ci-dessous : 91 Tableau 19: Caractéristique des essais par paliers des 4 Communes de Maevatanana N.S PALIERS DEBITS RABATTEMENT Q1 0,81 3,08 3,02 Q2 2,03 6,21 Q3 3,7 6,54 Source : Données des essais de pompage V.4.2 Caractéristique hydrodynamique de la Commune de Sarobarara - Tsaratanana Le forage qui possède un débit le plus faible (0,2m3/h) est le forage 1. Par contre, le débit le plus élevé enregistré est supérieur à 10m 3/h (forages 4, 10, 14, 15, 16). La côte piézométrique la plus proche du sol se trouve à 1,1m de profondeur (forage 12). En revanche, la plus profonde se trouve à 10,75m en dessous de la surface (forage 5). On constate aussi que, le forage 1 est de type artésien. Au cours des essais de pompages, on constate un fort rabattement de 7,7m sur le forage 6. Mais en général, les forges implantées à Sarobaratra ont un rabattement beaucoup plus faible que les forages implantés à Maevatanana. De plus, le débit des forages de Sarobaratra est un peu élevé par rapport aux forages de Maevatanana. Tableau20: Caractéristique des essais par paliers de Sarobaratra-Tsaratanana N.S PALIER DEBIT RABATTEMENT Q1 0,95 1,38 2,07 Q2 3,56 1,53 Q3 4,36 1,65 Source : Données des essais de pompage (Annexe 2) 92 CHAPITRE VI RESULTATS, INTERPRETATIONS DES ANALYSES PHYSICO-CHIMIQUE ET REPRESENTATION CARTOGRAPHIQUE DE LA QUALITE DE L’EAU Le but de cette étude est d’identifier les compositions chimiques et les différentes sources de solutés des eaux souterraines de l’aquifère de chaque point de forage, ainsi que de déterminer les processus minéralogiques et les mécanismes géochimiques du système aquifère. Les résultats d’analyse des données géochimiques dans quelques échantillons des eaux de forage de la Région nous ont permis d’expliquer les processus de cette minéralisation, la qualité de l’eau souterraine et les interactions entre l’aquifère et l’eau qui circule à l’intérieur. VI. 1 Balance ionique Pour vérifier les erreurs et d’avoir une bonne interprétation des analyses physico-chiques des échantillons d’eau de forages. Il est important de vérifier la fiabilité des résultats de ces analyses avant de traiter les résultats en utilisant la balance ionique (BI). BI= ∑ ∑ ∑ ∑ 100 D’une manière générale, les analyses chimiques sont considérées : - Excellentes lorsque BI < 5 % ; - Acceptable lorsque 5%< BI < 10% ; - Douteuse lorsque BI >10% ; D’après les calculs du BI des 21 échantillons analysés, les résultats obtenus se répartissent comme suit : • 46,61% des analyses sont de bonne qualité (BI < 5 %) • 33,33% des analyses ont une qualité acceptable 5%< BI < 10% • 19,04% des analyses sont douteuses BI >10% VI.2 Propriétés physico-chimiques de l’aquifère VI.2.1 Température Sur l’ensemble des échantillons, la température ne présente pas un écart de variation remarquable, avec un minimum de 13,4 °C (forages 25, 29, 30, 32 et 37 de Maevatanana) et un maximum de 20,9 °C (forages 3, 4, 6 et 8 de Sarobaratra). Nous avons constaté aussi que la température de l’eau de forage de Sarobaratra est légèrement élevée par rapport à celle de Maevatanana. 93 MAEVATANANA SAROBARATRA Figure 60: Variation de la température des eaux souterraines de Sarobaratra et des 4 Communes de Maevatanana Si on se réfère à la norme imposée par l’OMS, l’eau souterraine de ces deux aquifères peut être destinée à la consommation. VI.2.2 Le pH Les valeurs du pH des eaux de forages ne montrent pas de variations notables, excepté le forage2 de Sarobaratra avec un pH de 3,31. Le pH des eaux de forage de Sarobaratra est légèrement diminué par rapport aux eaux de forage de Maevatanana. On peut dire que ça peut être dû à une légère augmentation de température de l’eau souterraine de Maevatanana. Il y a aussi sans doute une relation avec la formation lithologique de la zone qui constitue l’aquifère. MAEVATANANA SAROBARATRA Figure 61: Variation du pH des eaux Souterraines de Sarobaratra et des 4 Communes de Maevatanana 94 Selon l’OMS, le pH d’une eau potable destinée à la consommation doit être compris entre 6,5 et 8,5.Le pH des eaux de Sarobaratra et les 4 communes Maevatanana conforment bien ce règle avec un pH voisin de la neutralité. VI.2.3 Dureté totale Les eaux de forage de ces zones d’étude ont tous de faible dureté, inférieur à la norme (50°F). Elle résulte principalement par la dissolution du Ca 2+ et du Mg 2+ durant l’infiltration des eaux de surface à travers les formations rocheuses calcaires et/ou dolomitiques. La variation de ce paramètre est étroitement liée à la nature lithologique de la formation aquifère. En plus, le résultat d’analyse de l’alcalinité indique que ces eaux souterraines contiennent des ions carbonates et hydrocarbonates libres, de même que des fortes quantités d’ions Calcium. Ce qui peut favoriser la formation d’un précipité de bicarbonate de calcium (Ca(HCO 3)2), en présence d’une température élevée de l’eau de forage. La figure en bas nous montre le diagramme de Stabler. L’intérêt de ce diagramme c’est pour étudier les équilibres carbonatés. Il permet de représenter les alcalinités de l’eau. Ce diagramme classe séparément les anions et les cations. Chacun de ces éléments ont une couleur spécifique pour qu’on arrive à les distinguer facilement ainsi que d’avoir déjà une idée sur la concertation de ces éléments. Les résultats obtenus nous permettent de distinguer quatre types de faciès chimiques: • chlorurée-calcique (forage 29 de Maevatanana) ; • bicarbonate calcique (forages 1,2,3,4,5,6,11,12,14,16,17 et 18 de Sarobaratra et forages 25 et 37 de Maevatanana) ; • bicarbonate calcique-sodique (forage 30 de Maevatanana) ; • bicarbonate magnésique (forages 10 et 13 de Sarobaratra et forage 32 de Maevatanana). La présence du calcaire au-dessus de l’argile qui nous permet de dire qu’elle est la cause principale de la présence en quantité élevée de la teneur du bicarbonate dans la chimie de l’eau de ces deux zones. 95 Figure 62: Répartition des ions majeurs des eaux souterraines de Sarobaratra et des 4 Communes de Maevatanana VI.2.4 Les composés azotés Ces sont des éléments chimiques les plus abondantes sur la terre. Ils existent sous deux états : ‹ azotes organiques : acides aminés, protéines ‹ azotes minérales : ammonium, nitrate, nitrite 96 Ils proviennent généralement de la décomposition de la matière organique, par oxydation bactérienne des nitrites et constituent ainsi dans le produit de la nitrification. La teneur élevée en ammonium, en nitrate et en nitrite présente dans l’eau souterraine ou de surface est provoquée par des rejets d’eaux usées domestiques ou industrielles, surtout par une utilisation excessive de fertilisants en agriculture. La concentration des azotes minéraux sur l’ensemble des eaux de puits de forages étudiés sont très faibles à nulles, excepté certaines eaux de forage dans la nappe de certaines Communes de Maevatanana (forages 29 et 30). Mais en général, cet élément ne constitue pas un risque potentiel sur la pollution des eaux de la nappe en question. VI.2.5 Conductivité électrique La conductivité de l’eau est directement proportionnelle liée à la concentration en solides totaux dissous qu’elle contient. Elle nous renseigne sur le degré de minéralisation de l’eau. Selon l’OMS, La valeur guide de la conductivité, à 20°C, d’une eau destinée à la consommation humaine ne dépasse pas de 3000µS/cm 2. VI.2.6 Zonalité de la conductivité Selon la valeur de la conductivité des eaux de forages analysées, ces 2 zones d’étude sont divisées en 4 classes : • conductivité entre 0µS - 450µS (Violet à bleu foncé) • conductivité entre 450 µS - 700µS (bleu foncé à bleu clair) • conductivité entre 700µS - 1100µS (bleu clair à vert clair) • conductivité entre 1100µS - 2000µS (vert clair à rouge) En général, l’ensemble des eaux de forages ont une conductivité faible, ne dépassant pas de 2000µS dont 37% de ces eaux de forages ont une conductivité inférieure à 400µS. VI.2.7 Diagrammes de PIPER et de SCHOELLER Ces diagrammes sont utilisés pour définir et catégoriser les différents types de faciès chimique de l’eau dont le but c’est de déterminer l'évolution spatio-temporelle du chimisme d'une eau ou d'un aquifère. Son intérêt c’est qu’Il permet de présenter sur un même schéma un grand nombre d'analyses qui peuvent être comparées visuellement de façon simple. 97 MAEVATANANA TSARATANANA Figure 63: Diagramme de Piper La répartition spatiale de ces faciès chimiques dépend de la nature lithologique de l’aquifère et des conditions de recharge. On remarque que, sur les deux diagrammes de Piper, les eaux de la nappe appartiennent aux familles des eaux de faciès : • Bicarbonaté calcique (HCO -Ca).et magnésique (forages 25, 37, 32 de Maevatanana et toutes les 3 eaux de forage de Sarobaratra) • Bicarbonate sodique (HCO -Na) et potassique (forage 30 de Maevatanana) 3 • Chlorurée sodique et potassique ou sulfatée calcique-sodique (forage 29 de Maevatanana) La forte dispersion des points des eaux de forages de Maevatanana, observée dans le triangle (cations et anions), peut être due à des plusieurs processus de minéralisation qui interagissent au sein de l’aquifère de nature lithologique différente. VI.2.8 Diagramme de Schoeller-Berkaloff Ce diagramme donne la minéralisation, en se basant sur des axes verticaux gradués selon une échelle logarithmique. Les teneurs exprimées en meq/L sont reportées sur les axes, puis relies par des droites. 98 Figure 64: Diagramme de Schoeller-Berkaloff D’après les résultats, le facies bicarbonate calcique et magnésique représentent presque la totalité de ces analyses. 99 VI.3 Aptitude des eaux à l’alimentation en eau potable VI.3.1 Paramètres organoleptiques Selon les normes imposées par l’OMS, les eaux des forages analysés présentent des caractères organoleptiques acceptables, c’est-à-dire, les eaux sont tous claires, limpides et inodores. VI.3.2 Paramètres physico-chimiques Les valeurs du pH et de la température de ces eaux sont admissibles car le pH est généralement compris entre 6,9 et 7,4 excepté l’eau de forage 2 de Sarobaratra qui est de 3,31 et la température entre 14,5 - 22,5°C. La valeur de la conductivité électrique (CE) nous montre une large variation de la composition chimique de ces eaux de forages. Elle varie entre la valeur minimale de 29,3 µS/cm et la valeur maximale de 1976 µS/cm. Sur l’ensemble de ces eaux de forage, les teneurs en chlorures ne dépassent pas la valeur guide de l’OMS relative aux eaux destinées à la consommation (2,84mg/L-315,24 mg/L). En outre, on remarque que les eaux de forage des 4 Communes de Maevatanana présentent une teneur un peu élevée en chlorure par rapport eaux de forages de Sarobaratra. Pour l’ammonium, les valeurs sont faibles de 0mg/L à 0,08mg/L, inférieures à la valeur guide de l’OMS qui est de 2 mg/L. La dureté totale des eaux de forage analysé (THt) est en relation directe à la quantité de calcium et de magnésium dans l’eau. Elle ne dépasse pas la valeur requise de l’OMS (1 mg/L-38 mg/L) avec une valeur moyenne de 10,71 mg/L pour le Mg 2+ et une valeur moyenne de 34,38mg/l pour Ca 2+ . Le titre alcalimétrique complet (TAC) de ces eaux est dû essentiellement à la présence des ions bicarbonates (HCO 3-). La concertation moyenne en ces ions est beaucoup plus élevée qui est de 157,65 mg/l. La présence de fer dans l’eau est indispensable pour l’organisme humain mais en très fortes teneurs, il peut détériorer la qualité de l’eau. D’après l’OMS sa concentration normale dans l’eau de boisson est fixée à 0,3 mg/L. Les eaux de forage analysés ont une concentration entre 0 à 0,3 mg/l, qui correspond aux normes de l’OMS. En plus, la teneur moyenne en sulfate sur ces eaux ne dépasse pas de 200mg/l, norme fixée par l’OMS. 100 CONCLUSION Le District de Mevatanana et de Tsaratananana de la Région de Betsiboka se trouvent dans une zone de transition être la formation cristallin des hauts plateaux et la formation sédimentaire de la zone littorale de Boeny. Du plan hydrogéologique, selon Jean Herivelo, la zone d’étude appartient à la zone 10 avec un climat humide et subhumide. Les forages implantés sur ces zones ont tous une profondeur supérieure à 40 m ; le plus profond se trouve dans la commune de Mevatanana qui est de 87,50m. Les modélisations géologiques et hydrogéologiques, sur le logiciel Rockwork, sont faites à partir des données des forages réalisés dans ces deux Districts. Elles nous permettent de mettre en évidence les caractéristiques hydrodynamiques et hydrogéologique de l’aquifère et la structure géologique de la zone d’étude. En général, la nappe d’eau de ces zones se trouve emprisonnée dans des sables grossiers, dans des galets quartzites. Mais dans le District de Maevatanana, on peut la rencontrer aussi dans des formations gréseuses non compactées sans ou avec du sable grossier, dans des calcaires et dans des gneiss fracturées. La nappe est essentiellement de type libre, fracturée et semi-captive. Le toit de l’aquifère est généralement formé par de la latérite alternée parfois par de l’altérite ou de l’alluvion ou de sable. En plus, dans la commune de Maevatanana, il peut être formé aussi par du grès ou du grès à sable fin. Par contre le substratum de l’aquifère est formé, sur l’ensemble de la Région, par de l’argile, du grès et du gneiss fracturé. L’épaisseur de la nappe est variable mais en moyenne, elle est de 5m. L’étude hydrochimique des eaux souterraines dans ces deux Districts, nous permet de mettre en évidence leur qualité chimique et de dire que la majorité de ces eaux ont de faciès bicarbonate calcique et magnésique et de faible présence de faciès chloruré calcique ou de bicarbonate calcique sodique. La conductivité de ces eaux ne dépasse pas généralement la valeur limite imposée par l’OMS. Malgré les efforts déployés par le Ministère de l’eau pour la mise en place des infrastructures. L’accès à l’Eau Potable s’avère difficile dans certains villages qui ont des us et coutumes empêchant l’accroissement du taux d’accès en ce service. En plus le nombre de la population Malagasy qui n’a pas encore accès aux sources d'approvisionnement en Eau Potable améliorées est encore de 72,3%, explique le fait que la plupart s’alimentent en eau auprès des sources d’approvisionnement, non améliorées. Et ce cas est plus accentué en milieu rural qu’en milieu urbain. En effet, la population rurale est la première victime des maladies liées à l'eau et à l'insatisfaction des besoins en eau, en termes de quantité et de qualité de l’eau. Ce résultat est dû probablement à la pratique quotidienne et à la sous exploitation des ressources en eau à Madagascar. Ces situations sont aggravées par la suspension des financements déjà accordés par les PTF (Partenaire et Technique Financier), due à la crise politico-sociale frappant le pays depuis 2009. 101 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 1. ABABOU R., Janvier 2007.Eléments d’hydrogéologie souterraine. INPT/ENSEEIHT-IMFT, Toulouse, France. 2. ANDRIANANJA R., BLANCHY S., RADANIELINA R ., 1992. Eau et santé in journées de l’eau, Madagascar 16-20 Nov. 1992. ORSTM/CNRE. 60 P 3. BANTON O., LUMONY B., CHEVALIER S., 1997. Hydrogéologie, Multi science environnementale des eaux souterraines.46 p. 4. CNEAGR, 2006. Etude de qualité des eaux naturelles. Manuel d’Adduction d’Eau Potable dans les milieux ruraux Tome I. P 27-30 5. CHARPERON P . et al. Fleuves et rivières de Madagascar 6. DUPART A ., 1978. Hydrologie et traitement des eaux. Hydrologie urbaine. Tome I. Eycolles. 262P 7. ESTUPINAVALERIE B., 2011, l’évapotranspiration, université Montpellier 2 8. G. DE MARSILY., Septembre 2004. Cours d’hydrogéologie, Université Paris IV. 9. GRET., 2008. Evaluation de la qualité bactériologique des eaux des puits et des Forages dans 4 communes du BRIKNA. Projet PIR BRIKNA sept 2008 P5-10 10. GUENGEN A. et COULANGES B., 1980. Les eaux de consommation à Madagascar, étude 7891 analyse bactériologique de 1970. Archive de l’Institut Pasteur. P 250-276. 11. H.BESAIRIE , 1966. fascicule n° XXXIV. Annales géologiques de Madagascar, 12. INSTAT, Novembre 2004. les 22 régions de Madagascar en chiffres. 13. INSTAT, 2012-2013. enquête national sur le suivi des objectifs du millénaire pour le développement de Madagascar 14. MAI-LINH D., 2008, Essais de pompage. 15. MARGAT J., 1990. Les gisements d'eau souterraine. La Recherche, 221, p. 590-596. 16. MERMOUD A ., janvier 2006. Cours de physique du sol. Ecoulements vers les ouvrages de captage. Ecole polytechnique fédérale de Lausanne. 17. MERRIENV. et SOUKATCHOFF., 2003-2004. Cours d’hydrologie et d’hydrogéologie. Ecole des Mines de Nancy. 18. METAICHE M ., octobre 2013, forage. Techniques et procédures. Université de Bouira. Pg 20 19. MONOGRAPHIE DE LA REGION BETSIBOKA , juin 2010. 20. MURRAY JAMESM., Hydrogéologie de l’eau souterraine. 21. OROFINO S., Janvier 2009. Interprétation du pompage d’essai. GINGER (Groupe d’INgénieurieEuRope) 22. RABARIMANANA M., RALISON V., juin 2012.Nouvelles cartes géologique et métallogéniques de Madagascar à l’échelle du millionième 102 23. RAKOTOMANANAD., 2008. Nomenclature associée à la cartographie géologique révisée par le BPGRM. Configuration tectonique-métamorphique du socle cristallin précambrien. Ampandrianomby.45P 24. RAKOTONDRAINIBE J.H., Novembre 1985. Synthèse des documents hydrogéologiques existants concernant le Faritany de Mahajanga. 25. RAKOTONDRAINIBE J. H., 2006. Synthèse de la géologie et de l’hydrogéologie de Madagascar 26. RAKOTONDRAINIBE J. H., Avril 1983. les eaux souterraines de Madagascar 27. RAKOTONDRAINIBE J. H., 2005. Maîtrise de l’eau pour un développement réel, rapide, durable, et efficace. Les enjeux de l’eau à MADAGASCAR. Diorano-WASH. 50P 28. RANDRIANARISOA N., 1976. A propos des aquifères d’altérites sur les hauts plateaux cristallophylliens de Madagascar- C.R. Acad. Sci., Paris. 29. RENARD F ., octobre 2002. cours d’hydrogéologie 30. RATAVILAHY T., 2007. 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456626,95 105531,75 58 6 30,40 positif 4,15 3,5 306 20 nana nakomby ndy MEV maevata Ambalanja Maromala 469916,36 1053695,89 47 7 21,7 positif 14 3 243 22 nana nakomby ndy MEV maevata Ambalanja Maromala 469733,71 1053146,55 50 8 26 positif 8 1 150 24 nana nakomby ndy MEV maevata Ambalanja Andranof 467878,46 1046915,79 54 9 33,4 positif 10 1,9 225 26 nana nakomby asika MEV maevata Ambalanja Andranof 467828,17 1042628,23 56 10 29,8 positif 6 0 242 28 nana nakomby asika MEV maevata Ambalanja Ambitaats 467601,05 1042019,11 67 11 26,40 positif 11,73 3,35 165 30 nana nakomby imo MEV maevata Ambalanja Tsaraman 462897,86 1036104,68 52 12 26,40 positif 10 8,3 60 32 nana nakomby droso MEV maevata Ambalanja Ambalab 441087 1044016,83 27 13 80,2 négatif 0,4 600 34 nana nakomby ongo MEV maevata Antanam 440186,51 1043892,79 27 14 Mangabe 63 positif 10,25 3 762 46 nana bao MEV maevata Tsinjoran 444365,57 1040399,16 28 15 Mangabe 40 positif 2 4,90 650 48 nana o MEV maevata Ankadira 411396,69 1039814,06 29 16 Mangabe 34,18 positif 0,80 3 590 52 nana no MEV maevata Ambinani 446415,31 1039549,33 45 17 Mangabe 66,45 positif 5,3 11 1275 54 nana kely MEV maevata Ambinani 447298,08 1039756,11 43 18 Mangabe 36,75 positif 3 13,4 1655 56 nana kely MEV maevata Ambinani 446995,86 1039658,53 41 19 Mangabe 28 positif 2 13 768 58 nana kely MEV maevata 447389,37 1040754,47 46 20 Mangabe Bekobay 65,55 positif 8 12,30 1967 60 nana MEV maevata Antsondo 467189,35 1052405,69 40 21 Mangabe 32,15 positif 3 0 1010 62 nana ka MEV maevata Ambalanja 461271,61 1034794,77 56 22 Antsohibe 21,30 positif 5,4 3,5 373 64 nana nakomby MEV maevata Ambalanja Ambodib 439868,72 1011114,49 50 23 25,80 positif 1 6,4 156 66 nana nakomby onara MEV maevata Maevatana Antsakoa 456689,23 1026518,78 50 24 81,75 négatif 0 67 nana na II mamay MEV maevata Antsapan 456636,47 1026691 48 25 tsararano 82 positif 3 6,06 340 68 nana ana MEV maevata Antsapan 444075,94 1018817,87 48 26 Tsararano 92,25 négatif 0 70 nana ana Antsakoa 456414,45 1018472,44 48 MEV maevata Maevatana 27 be secteur 85,45 négatif 0 71 nana na II I Ambodim 443871,89 1018833,7 48 MEV maevata Maevatana 28 angan’i 80,75 négatif 0 72 nana na II Betsiboka MEV maevata Maevatana Antsakoa 452214,11 1014993,67 50 29 87,40 positif 6,54 20,04 1224 73 nana na II be MEV maevata Maevatana Ambalara 443567,3 1018858,98 50 30 29 positif 0,62 3,30 180 74 nana na II nobe Antsakoa 450995,89 1015043 48 MEV maevata Maevatana 31 beTanand 81,45 négatif 0 0 0 75 nana na II ava MEV maevata Maevatana Antsahani 442428,63 1017549,53 48 32 29,65 positif 4,64 5 144,8 76 nana na II ka MEV maevata Maevatana Antanina 445797,42 1020103,11 48 33 81 négatif 0 0 0 77 nana na I ndro Nord II MEV maevata Maevatana 442428,07 1017294,5 40 34 Andramy 84,45 négatif 0 0 0 78 nana na II MEV maevata Maevatana Antanina 445900,94 1020097,95 59 35 80,95 négatif 0 79 nana na I ndro MEV maevata Maevatana 444712,4 1019065,28 46 36 Andramy 30,55 positif 9 3,50 530 86 nana na II 2 MEV maevata Maevatana Mahatsinj 444792,0 1018963,7 49 37 61,55 positif 2 6,49 675 90 nana na II o bas 4 MEV maevata Maevatana Mahajinjo 456630,9 1043116,98 37 38 80,90 négatif 0 92 nana na II haut 4 456728,1 1042938,49 37 Forage TSR tsaratan Ambatola 1 Sarobaratra 4 17 négatif 0,2 abando 01 ana mpy nné Ambohim 456630,9 1043116,98 37 TSR tsaratan 2 Sarobaratra iarinaAtsi 4 29,30 positif 10 7,86 52,7 02 ana mo Ambohim 470356,8 1057594,87 51 TSR tsaratan 3 Sarobaratra iarinaAtsi 7 38,4 positif 9 19 46 03 ana mo TSR tsaratan Ampasim 470089,5 1054921,21 47 4 Sarobaratra 34,75 positif 10 2,10 97,2 04 ana azava 8 TSR tsaratan Sarobarat 456626,9 105531,75 58 5 Sarobaratra 39 positif 6 10,75 385 05 ana ra haut 5 TSR tsaratan Sarobarat 469916,3 1053695,89 47 6 Sarobaratra 34,45 positif 6 5,34 311 06 ana ra haut 6 TSR tsaratan 469733,7 1053146,55 50 7 Sarobaratra Morafeno 37 positif 7 4,82 300 07 ana 1 TSR tsaratan Ambalate 467878,4 1046915,79 54 25 ,6 8 Sarobaratra positif 10 6,50 66,7 08 ana vana 6 0 TSR tsaratan Sarobarat 467828,1 1042628,23 56 9 Sarobaratra 24 positif 4 9,20 756 09 ana ra bas 7 TSR tsaratan 467601,0 1042019,11 67 10 Sarobaratra Morarano 45,30 positif >10 -0 ,50 86 10 ana 5 TSR tsaratan Masokom 462897,8 1036104,68 52 11 Sarobaratra 22,50 positif 2,02 5,30 222 11 ana ena 6 TSR tsaratan Masokom 441087 1044016,83 27 12 Sarobaratra 25,25 positif 8,64 1,10 377 12 ana ena TSR tsaratan 440186,5 1043892,79 27 13 Sarobaratra Manonga 30 positif 9,44 4,50 182,9 13 ana 1 TSR tsaratan 444365,5 1040399,16 28 14 Sarobaratra Morarano 37,90 positif >10 2,32 29,3 14 ana 7 TSR tsaratan 411396,6 1039814,06 29 15 Sarobaratra Morarano 31 positif >10 4,02 87 15 ana 9 TSR tsaratan Manonga 446415,3 1039549,33 45 16 Sarobaratra 35,75 positif >10 5,62 180 16 ana Nord 1 TSR tsaratan Antanand 447298,0 1039756,11 43 17 Sarobaratra 37,65 positif 9 6,38 136 17 ana ava 8 TSR tsaratan 446995,8 1039658,53 41 18 Sarobaratra Morafeno 26,75 positif 4 5,97 469 18 ana 6 III ANNEXE 2 : CARACTERISTIQUES DE L’ESSAI DE POMPAGE PAR PALIERS Débit Rabattement Débit spécifique Rabattement spécifique codes paliers (m³/h) (m) (m³/h/m) (m/m³/h) Q1 1 1,25 0,80 1,25 MEV 16 Q2 3,18 4,39 0,72 1,38 Q3 4,08 6,06 0,67 1,48 Q1 1 1,3 0,77 1,30 MEV 18 Q2 3,07 3,92 0,78 1,27 Q3 4,14 4,61 0,90 1,11 Q1 1 2,38 0,42 2,38 MEV 20 Q2 1,43 3,18 0,45 2,22 Q1 1,02 1,45 0,70 1,42 MEV 26 Q2 3,13 4,21 0,74 1,34 Q3 5,01 5,72 0,88 1,14 Q1 1,02 1,7 0,60 1,66 MEV 28 Q2 2,3 4,63 0,50 2,01 Q3 3,53 7,7 0,46 2,18 Q1 1 0,7 1,43 0,70 MEV 30 Q2 3,05 2,01 1,52 0,65 Q3 4,33 3,97 1,09 0,91 Q1 0,98 3,3 0,30 3,36 MEV 68 Q2 1,45 3,8 0,38 2,62 Q3 2 8,74 0,23 4,37 Q1 0,78 6,29 0,12 8,06 MEV 73 Q2 1,06 8,86 0,12 8,35 Q3 2,86 9 0,32 3,14 MEV 74 Q1 0,44 9,87 0,04 22,43 Q1 0,6 5,68 0,11 9,46 MEV 76 Q2 0,93 8,83 0,11 9,49 Q1 0,69 8,98 0,08 13,01 MEV 90 Q2 0,71 18,34 0,04 25,83 Q1 1,03 0,78 1,32 0,75 TSR 02 Q2 2,88 2,34 1,23 0,81 Q3 3,83 3,18 1,20 0,83 Q1 1,03 0,97 1,06 0,94 TSR 03 Q2 2,01 1,91 1,05 0,95 Q3 3,07 2,81 1,09 0,91 Q1 0,95 0,72 1,32 0,75 TSR 04 Q2 4,11 3,28 1,25 0,79 IV Q1 0,82 2,41 0,34 2,93 TSR 05 Q2 1,69 4,54 0,37 2,68 Q3 2,21 5,89 0,38 2,66 Q1 1,02 1,98 0,52 1,94 TSR 06 Q2 2,06 4,93 0,42 2,39 Q3 2,88 7,07 0,41 2,45 Q1 0,99 2,41 0,41 2,43 TSR 07 Q2 3,33 9,2 0,36 2,76 Q1 1,03 1,9 0,54 1,84 TSR 08 Q2 2,7 3,98 0,68 1,47 Q3 3,82 5,8 0,66 1,51 Q1 0,97 0,65 1,49 0,67 TSR 10 Q2 2,72 0,69 3,94 0,25 Q1 0,65 2,69 0,24 4,13 TSR 11 Q2 1,31 5,57 0,24 4,25 Q1 1,01 1,16 0,87 1,14 TSR 12 Q2 2,56 2,81 0,91 1,09 Q1 0,97 0,64 1,52 0,66 TSR 13 Q2 2,46 2,2 1,12 0,89 Q3 2,56 2,3 1,11 0,89 Q1 1 1,4 0,71 1,40 TSR 14 Q2 3,8 4,24 0,90 1,11 Q1 1,02 0,46 2,22 0,45 TSR 15 Q2 2,35 1,03 2,28 0,43 Q1 1 1,02 0,98 1,02 TSR 16 Q2 2,26 2,37 0,95 1,04 Q3 2,25 2,44 0,92 1,08 Q1 0,91 1,61 0,57 1,76 TSR 17 Q2 2,21 3,65 0,61 1,65 Q1 0,92 2,1 0,44 2,28 TSR 18 Q2 1,73 4,25 0,41 2,45 Q3 2,11 5,39 0,39 2,55 V ANNEXE 3 : FICHE DE CONTROLE DE S FORGES VI ANNEXE 4 : FICHE DE CONTROLE DE L’ESSAI DE POMPAGE PAR PALIERS VII ANNEXE 5 : RESULTAT D’ANALYSE PHYSICO-CHIMIQUE D’EAU DELA JIRAMA VIII ANNEXE 6 : NORMES DE LA POTABILITE DE L’EAU IMPOSEE PAR L’OMS Catégories Caractéristiques Symbole Unités Eaux souterraines Caractères Température T° °C 7-25 physico-chimiques Couleur Coul U-Pt 0-20 et organoleptiques Turbidité Tu g/m 3 0-20 Gout, odeur seuil 1- 4 Pouvoir colmatant Po L 0.01-1 pH pH 5.5-8 Résistivité R KΩ.cm 1-5 Dissolution O2 mg/L >ou =5 Examens Minéralisation préliminaires Dureté total TH °F 0-60 Alcalinité TAC °F 0-40 Signes de pollution Matières organiques en MC mg/L 0-3 milieu alcalin Azote ammoniacal NH 4 mg/L 0-1 Azote nitreux NO 2 mg/L 0-0.5 Eléments toxiques CO2 agressif CO 3 mg/L 0-100 ou indésirables Fluorures N mg/L 0-10 Chlorures Cl mg/L 0-500 Sulfates SO 4 mg/L 0-500 Nitrates NO 3 mg/L 0-20 Cyanures CN mg/L 0 Chromates CrO 4 mg/L 0 Chlores libres Cl mg/L 0 Silice SiO 2 mg/L 0-80 Phénols mg/L 0 Cations Sodium Na mg/L Liés à SO 4et Cl Potassium K mg/L Magnésium Mg mg/L 0-200 Calcium Ca mg/L 0-200 Fer Fe mg/L 0-10 Cuivre Cu mg/L 0 Zinc Zn mg/L 0 Aluminium Al mg/L 0-5 Plomb Pb mg/L 0 Arsenic As mg/L 0 Sélénium Se mg/L Traces Uranium U mg/L Traces Manganèse Mn mg/L 0-5 Qualité Coliformes totaux 10/100 bactériologique Coliformes fécaux Absence dans 100ml IX TABLE DES MATIERES REMERCIEMENTS ...... i SOMMAIRE ...... ii LISTE DES FIGURES ...... iii LISTE DES PHOTOS ...... v LISTE DES TABLEAUX ...... vi LISTE DES ABREVIATIONS ...... vii INTRODUCTION ...... 1 CHAPITRE I CONTEXTE DE LA ZONE D’ETUDE ...... 4 I.1 Contexte géographique ...... 4 I.2 Contexte hydroclimatique ...... 6 I.2.1 Température ...... 6 I.2.2 Précipitation ...... 8 I.2.3 Diagramme ombrothermique ...... 9 I.2.4 Indice d’aridité ...... 9 I.2.5 Humidité relative ...... 10 I.2.6 Evapotranspiration (ET) ...... 10 I.2.7 Bilan hydrique ...... 10 I.3 Contexte hydrographique ...... 13 I.4 Pédologie ...... 15 I.5 Contexte topographique ...... 17 I.6 Contexte géologique de la Région ...... 19 I.7 Contexte hydrogéologique ...... 22 I.8 Principaux activités économiques ...... 24 I.8.1 Agriculture ...... 24 X I.8.2 Elevage ...... 25 I.8.3 Secteur minier ...... 25 I.8.4 Industrie ...... 26 CHAPITRE II NOTION HYDROGEOLOGIE GENERALE ...... 27 II.1 Généralités sur l’aquifère ...... 27 II.1.1 Types de l’aquifère ...... 28 II.1.2 Types de la nappe ...... 29 II.2 Cycle de l’eau ...... 30 II.3 Hydrochimie ...... 33 CHAPITRE III MATERIELS ET METHODES ...... 37 III.1 Forage ...... 37 III.1.1 Système de forage ...... 37 III.1.2 Méthodes de forages courantes utilisés en hydrogéologie ...... 38 III.1.2.1 Forage rotary ...... 39 III.1.2.2 Forage MFT ...... 43 III.2 Essai de pompage ...... 44 III.2.1 Essai de puits ou par palier ...... 45 III.2.2 Essai de nappe ou de longue durée ...... 45 III.3 Hydrochimie ...... 46 III.3.1 Echantillonnage ...... 46 III.3.2 Méthodes d’analyse ...... 47 III.3.3 Représentation des résultats d’analyse ...... 50 III.3.3.1 Diagramme de Piper ...... 50 III.3.3.2 Diagramme de Schoeller-Berkaloff ...... 51 XI CHAPITRE IV PRESENTATION DES LOGICIELS UTILISES ...... 52 IV.1 Présentation du logiciel Rockworks 15 ...... 52 IV.1.1 Les champs de travail de Rockworks 15 ...... 52 IV.1.1.1 Borehole Manager ...... 53 IV.1.1.2 Le RockWork Utilities ...... 53 IV.1.2 Modélisation avec RockWorks ...... 54 IV.1.2.1 Modélisation géologique ...... 54 IV.1.2.2 Modélisation de l’aquifère ...... 54 IV.1.2.3 Autres utilités de RockWorks 15 ...... 55 IV.2 Présentation du logiciel Diagrammes ...... 55 CHAPITRE V MODELISATION ET INTERPRETATION ...... 57 V.1 Collecte des données ...... 57 V.2 Préparation des données ...... 58 V.3 Modèle hydrogéologique avec le logiciel RockWork 15 ...... 58 V.3.1 Modélisation des données géologiques et hydrogéologiques ...... 58 V.3.1.1 Représentation plane des couches géologiques ...... 58 V.3.1.2 Modélisation lithologique ...... 62 V.3.1.3 Modélisation stratigraphique ...... 72 V.3.1.4 Modèle géométrique des couches géologiques ...... 81 V.3.1.5 Modélisation de l’aquifère ...... 81 V.3.1.6 Sens d’écoulement des eaux souterraines ...... 87 V.4 Résultats et interprétation des essais de pompage par paliers ...... 91 V.4.1 Caractéristique hydrodynamique des 4 communes de Maevatanana ...... 91 V.4.2 Caractéristique hydrodynamique de la Commune de Sarobarara - Tsaratanana ...... 92 XII CHAPITRE VI RESULTATS, INTERPRETATIONS DES ANALYSES PHYSICO-CHIMIQUE ET REPRESENTATION CARTOGRAPHIQUE DE LA QUALITE DE L’EAU ...... 93 VI.1 Balance ionique ...... 93 VI.2 Propriétés physico-chimiques de l’aquifère ...... 93 VI.2.1 Température ...... 93 VI.2.2 Le pH ...... 94 VI.2.3 Dureté totale ...... 95 VI.2.4 Les composés azotés ...... 96 VI.2.5 Conductivité électrique ...... 97 VI.2.6 Zonalité de la conductivité ...... 97 VI.2.7 Diagrammes de PIPER et de SCHOELLER ...... 97 VI.2.8 Diagramme de Schoeller-Berkaloff ...... 98 VI.3 Aptitude des eaux à l’alimentation en eau potable ...... 100 VI.3.1 Paramètres organoléptiques ...... 100 VI.3.2 Paramètres physico-chimiques ...... 100 CONCLUSION ...... 101 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ...... 101 ANNEXES ...... IX XIII Auteur du mémoire : RAKOTOVOHITRA Mendrika Henintsoa E-mail : [email protected] Titre du mémoire : « MODELISATION HYDROGEOLOGIQUE ET HYDROCHIMIQUE DES AQUIFERES DE LA REGION BETSIBOKA » Nombres des figures : 64 Nombre des photos : 10 Nombres des tableaux : 20 Nombres des pages : 103 La région Betsiboka bénéficie de l’adduction d’eau potable par forages par le biais du projet PAER. L’objectif de cette étude c’est de modélisés sous forme 1D, 2D ou 3D l’hydrogéologie et l’hydrochimie de cette Région en utilisant le logiciel RockWorks 15 et le logiciel Diagramme 5.1 afin de définir la géométrie et le comportement de son aquifère. Au total 56 forages ont été réalisés dans 6 Communes de ces deux Districts, 80,36% des forages sont déclarés positifs. La nappe se trouve généralement sous une formation latéritique, sableuse, gréseuse ou argileuse et soutenue d’une part par des formations Karoo et d’autre part par des roches cristallines. L’hydrochimie de la Région est généralement de type bicarbonate calcique et magnésique. En fait, le forage est un bon moyen non seulement pour l’approvisionnement en eau potable mais aussi pour découvrir le sous-sol d’une zone qui le bénéficie. Mots clés : Aquifère, Diagramme 5.1, Forages, Faciès, Hydrogéologie, Hydrochimie, Karoo « Malgache », Modélisation, Nappe, PEAR, Région Betsiboka, Roches cristallines, RockWorks 15. ABSTRACT The Betsiboka Region, by the bias of the PAER project, benefits from the the infrastructure of drinkable water supply through boreholes. The objective of this study is to show the hydrogeology and hydrochemistry of this region in 1D, 2D or 3D model, using RockWorks 15 software and Diagram 5.1 software to define the geometry and behavior of its aquifer. A total of 56 boreholes were drilled in 6 municipalities of these two districts, 80.36% of the boreholes are declared positive. The aquifer is generally found under a lateritic, sandy or clayey formation supported on the one hand by Karoo formations and on the other hand by crystalline rocks. The facies of the Region is generally of calcium and magnesium bicarbonate type. In fact, drilling is a good way not only for the supply of drinking water but also for discovering the subsoil of an area that benefits it. Keywords: Aquifer, Diagram 5.1, Drilling, Facies, Hydrogeology, Hydrochemistry, Karoo «Malagasy», Modeling, Layer, PEAR, Betsiboka Region, Crystalline rocks, RockWorks 15. Rapporteur : Monsieur RAZAFINDRAKOTO Boni Gauthier