UNIVERSITÉ D’ANTANANARIVO
Domaine Sciences et Technologies Mention Physique et Application
Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention du Diplôme de Master Parcours : Sciences et Techniques en Géophysique et en Géomatique Specialité : Eau et Environnement Intitulé :
Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka Nord, District Analalava,
Région Sofia.
Présenté par : Monsieur RAZANADRAKOTO Lala Rinah Devant la commission d’examen composée de :
Président : Monsieur RANAIVO-NOMENJANAHARY Flavien Noël Professeur Titulaire Examinateur : Monsieur RAZAFINDRAKOTO Boni Gauthier Maitre de Conférences Rapporteur : Monsieur RAKOTO Heritiana Andriamananjara Maitre de Conférences
Le 02 Mars 2016
UNIVERSITÉ D’ANTANANARIVO Domaine Sciences et Technologies Mention Physique et Application
Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention du Diplôme de Master Parcours : Sciences et Techniques en Géophysique et en Géomatique Specialité : Eau et Environnement Intitulé :
Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka Nord, District Analalava,
Région Sofia.
Présenté par :
Monsieur RAZANADRAKOTO Lala Rinah Devant la commission d’examen composée de : Président : Monsieur RANAIVO-NOMENJANAHARY Flavien Noël Professeur Titulaire Examinateur : Monsieur RAZAFINDRAKOTO Boni Gauthier Maitre de Conférences Rapporteur : Monsieur RAKOTO Heritiana Andriamananjara Maître de conférences
Le 02 Mars 2016
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
DEDICACES
Je dédie ce travail de recherche à:
Mon père RAKOTONANDRAINA, papa ton soutien incessant et tes conseils m’ont donnés la force de persévérer dans tout ce que j’entreprends, que le seigneur t’accorde une longue vie pour que je puisse en bénéficier encore longtemps ; Ma mère RAFALISOA à qui, dire merci serait une injure. Toutefois, grand Merci pour les sacrifices, les prières et les encouragements ainsi que l’instruction et l’éducation que tu n’as pas cessé de me donner ; Mon Frère RASOAZANAMARO Tsimandresy, qui n’est plus là pour assister à la soutenance de cette Master, j’aurai aimé que tu sois là à cet instant ; Mes Frères et mes Sœurs : RASOLONIANA Tsimanohitra Daniel, RANANDRAINA F. Arisaina, RAZAFIARISOA Sendra Hélène, RASOAMALALA Tsimangidy Jeanne, RAMAMIZARASOA Justine qui m’ont toujours soutenue dans les moments difficiles et encouragé dans toutes mes entreprises.
Mes amis et à tous ceux qui de près ou de loin, ont contribué pour arriver à terme de ce travail.
------Tous ceux qui me sont chers------
i
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
REMERCIEMENTS
« Dieu soit loué, car sans sa bénédiction, ce présent mémoire n’a pas pu voir le jour.» Ce rapport est le fruit de collaboration de plusieurs personnes, ainsi il nous est agréable de les remercier. Nous exprimons notre profonde reconnaissance à nos parents, pour leurs soutiens, notamment financiers et psychologiques. Notre gratitude va d’abord à : Monsieur RAHERIMANDIMBY Marson, Professeur Titulaire, Doyen du domaine Sciences et Technologies; qui nous a autorisé la soutenance de ce mémoire au sein de son établissement, Monsieur RAKOTONDRAMANANA Hery Tiana, Maître de Conférences, Chef de Département de Physique du domaine Sciences et Technologies ; qui nous a permis de suivre et de terminer ce travail de fin d’études dans son département, Monsieur RAMBOLAMANANA Gérard, Professeur Titulaire, Directeur de l’Institut et Observatoire de Géophysique d’Antananarivo (IOGA) ; de m’avoir accueilli dans cet Institut en tant qu’étudiant- chercheur. Nous exprimons nos remerciements aux membres du jury : Monsieur RANAIVO-NOMENJANAHARY Flavien Noel, Professeur Titulaire, au sein du domaine Sciences et Technologies, et Responsable de notre formation S.T.G.G, qui tout au long de la formation, n’a cessé de nous prodiguer ses précieux conseils, et aussi de nous avoir fait l’honneur de Présider le jury de ce mémoire ; Monsieur RAZAFINDRAKOTO Boni Gauthier, Docteur en Géophysique, Enseignant-Chercheur à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, chercheur à l’Institut et Observatoire Géophysique d’Antananarivo (IOGA), qui nous a fait l’honneur d’être notre examinateur ; Monsieur RAKOTO Heritiana Andriamanajara, Docteur en Géophysique, Enseignant-Chercheur au Laboratoire de Géophysique Appliquée à l’Institut et Observatoire de Géophysique d’Antananarivo et Gérant de la société SGDM, notre encadreur, pour nous avoir guidés et orientés lors de l’élaboration de ce mémoire. Ses conseils ainsi que sa gentillesse nous ont permis de mener à bien ce travail. Nous remercions toutes l’équipe de la SGDM, qui nous a bien accueilli et qui nous a beaucoup aidé et a offert l’occasion de se familiariser aux divers appareils géophysiques et aux multiples logiciels d’interprétation des données géophysiques. Nous citons, en particulier, Monsieur RAMANANTSOA Andriamahazoherizo, pour ses encouragements et précieux conseils. Enfin, nos sincères remerciements s’adressent à tous les corps administratif, les enseignants et les étudiants du STGG pour leur disponibilité, la qualité de la formation, la compréhension, l’entraide et le comportement fraternel jusqu’à l’achèvement de notre cycle de formation.
ii
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
SOMMAIRE
DEDICACES REMIERCIEMENTS LISTE DES FIGURES LISTE DES PHOTOS LISTE DES TABLEAUX LISTE DES ANNEXES LISTE DES ABREVIATIONS
. INTRODUCTION . CHAPITRE I : CONTEXTE GENERAL DE LA ZONE D’ETUDE . CHAPITRE II : METHODOLOGIE ADOPTEE ET LE PRINCIPE D’ACQUISITION DE DONNEES . CHAPITRE III : RESULTATS ET INTERPRETATIONS DES DONNEES . CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUE ET WEBOGRAPHIQUES ANNEXES RESUME
iii
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Carte de localisation de la zone d’étude (source BD500, FTM) 3 Figure 2 : Emplacement de ressources inventoriées 9 Figure 3 : Extrait de la carte géologique de la zone d’étude, source : Service Géologique 12 Figure 4 : Réseau hydrographique 14 Figure 5 : Modèle hydrogéologique du secteur 15 Figure 6 : Cycle de l’eau 18 Figure 7: Dispositif à quatre électrodes 22 Figure 8 : Dispositif Wenner 23 Figure 9 : Représentation d’un panneau électrique 2D pour les mesures en surface 24 Figure 10 : Principe d’acquisition des données en sondage électrique 25 Figure 11 : Présentation générale des acquisitions des donnes en panneau electrique 26 Figure 12 : Exemple de diagramme logarithmique de sondage électrique 29 Figure 13 : Organigramme simplifié de traitement du programme 31 Figure 14 : Exemple d’une coupe géoélectriques présentant la résistivité 32 Figure 15 : Carte de linéament du village de Befotaka 34 Figure 16 : Emplacement des travaux géophysiques (Source: Google earth) 36 Figure 17: Coupe géoélectrique du profil I 38 Figure 18 : Coupe géoélectrique du profil II 40 Figure 19 : Coupe géoélectrique du panneau P1 41 Figure 20 : Coupe géoélectrique du panneau P2 42 Figure 21 : Coupe géoélectrique du panneau P3 44 Figure 22 : Coupe géoélectrique du panneau P4 45 Figure 23 : Emplacement du point de captage sur panneau P2 46 Figure 24 : Modèle 3D de résistivité des panneaux électrique 47 Figure 25 : Modèle 3D de chargeabilité des panneaux électrique 48 Figure 26 : Emplacement du point de captage d’eau souterraine à Befotaka Nord 50
iv
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
LISTE DES PHOTOS
Photo 1 : Ecole d’éducation fondamentale niveau 2 4 Photo 2 : Internat des sœurs 4 Photo 3 : Centre catéchétique d’Ambalavy 4 Photo 4 : Dispensaire et son enseigne 4 Photo 5 : Elevage bovin 6 Photo 6 : Puits de forage manuel exploité 7 Photo 7 : Puits de forage manuel non pérenne 7 Photo 8 : Puits pour l’AEP de l’internat des sœurs 8 Photo 9 : Puits couvert non exploité 8 Photo 10 : Réservoir sur pilotis 8 Photo 11 : Puits couvert non exploité 9 Photo 12 : Puits utilisé par les villageois d’Ambalavy 9 Photo 13 : Matériel de mesure en Sondage Electrique Vertical 28 Photo 14 : Matériel de mesure en Imagerie par Tomographie Electrique 28
v
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1 : Localisation des ressources en eau existantes 10 Tableau 2 : Répartition mensuelle des précipitations 11 Tableau 3: Répartition mensuelle de la température 11 Tableau 4 : Tableau récapitulatif de l’utilisation de méthode 32 Tableau 5 : Implantation des points de sondages électrique et de panneaux électrique 35
vi
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
LISTE DES ANNEXES
Annexe 1: Résistivités et chargeabilités de roches 52 Annexe 2: Norme de potabilité Malagasy (Décret n°2004-635 du 15/06/04) 53 Annexe 3 : Les différentes courbes de sondages interprétés 55
vii
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
LISTE DES ABREVIATIONS
Abréviation Signification
AEP Adduction en Eau Potable BD Base des Données °C Dégrée Celsius CSB II Centre de Santé de Base niveau II FTM Foibe Taotsarintanin’i Madagasikara GPS Global Position System INSTAT Institut National de Statistique IOGA Institut et Observatoire de Géophysique d’Antananarivo ITE Imagerie par Tomographie Electrique MSTGG Master des Sciences et Techniques en Géophysique et en Géomatique OMS Organisation Mondiale de la Santé RGPH Recensement Général de la Population et de l’Habitat RN Route Nationale SEV Sondage Electrique Vertical SGDM Société Géosciences pour le Développement de Madagascar UTM Universal Transverse Mercator 1D Un Dimension 2D Deux Dimensions 3D Trois Dimensions
viii
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
INTRODUCTION
L’eau est une substance indispensable à la pérennité de tous les êtres vivants : hommes, animaux et plantes, tous ont besoin de leur ration quotidienne. Elle est également une ressource primordiale au développement des sociétés humaines. L’insuffisance de l’eau à usage ménager est un problème fréquent à Madagascar. Elle est l’un des facteurs qui bloquent le développement de Madagascar. Plusieurs efforts y ont été menés pour la recherche d’eau souterraine en vue de faire une alimentation en eau potable. Actuellement, l’accès à l’eau potable pour le village de Befotaka n’est assuré ni en qualité, ni en quantité à cause de l’usage de puits de forage manuel non pérenne et les eaux de surface exposées à des sources de contaminations. Face à cette situation, une étude de la potentialité en eau souterraine de la zone cible dont la partie Ouest du village de Befotaka où la mission catholique est installée, a été menée pour avoir plus d’information sur l’extension, la quantité et la qualité, et pour localiser le lieu favorable à l’implantation du point de captage d’eau souterraine à l’Alimentation en Eau Potable de la mission. Le reste de l’eau potable sera distribué aux habitants environnant la zone d’exploitation, la partie Ouest du village de Befotaka. L’étude a été menée par la SGDM, une société malagasy spécialisée à l’étude des ressources souterraines, où nous avons effectué notre stage de fin d’étude, depuis le mois de Février 2015. L’approche utilisée a été basée sur la photo-interprétation et la prospection géophysique, plus particulièrement la prospection électrique. Notons qu’à partir de la méthode de prospection électrique à 1D (une dimension) et à 2D (deux dimensions), les techniques de prospection électrique, tels que le sondage électrique et l’imagerie électrique 2D, sont les plus efficaces et les plus appropriées à l’évaluation des nappes d'eaux souterraines. Ce sont des outils légers et efficaces dans le cadre de la recherche en eau souterraine. Le présent mémoire intitulé «Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord» est articulé autour des trois chapitres : - le premier chapitre montre le contexte général de la zone d’étude, - le deuxième chapitre expose la méthodologie adoptée et le principe d’acquisition des données, - enfin le troisième chapitre est réservé aux résultats et à l’interprétation des données. Une conclusion termine ce manuscrit.
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 1
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
Chapitre I :
CONTEXTE GENERAL DE LA ZONE D’ETUDE
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
Ce premier chapitre consiste à présenter d’une manière générale le cadre de cette étude. Il évoquera la localisation de la zone d’étude, les infrastructures existant, le contexte socio-économique et la situation actuelle pour l’approvisionnement en eau ainsi que les caractères physiques de la zone d’étude (climat et végétation, géologie et hydrogéologie). En effet, il est important de bien connaitre la zone au préalable car c’est un critère important dans le choix de l’approche d’étude à utiliser.
I.1. Localisation de la zone d’étude
Le village de Befotaka se trouve sur la côte Nord-Ouest de Madagascar. Il appartient administrativement à la Commune de Befotaka Nord, du District Analalava, de la Région Sofia. Il est localisé, aux coordonnées géographiques X=178 774m et Y=8 391 382m, selon le système de projection UTM/UPS, WGS 84, Zone Sud, 39S. Ce village est délimité : - au Nord par le fokontany de Madirokely, - au Sud par le fokontany d’Ambodimadio, - à l’Est par le fokontany de Tsiningia, - à l’Ouest par la commune rurale d’Analalava. On arrive sur le site par la RN4, reliant Antananarivo-Mahajanga, et ensuite la RN6, reliant Ambondromamy-Antsiranana. Cet axe est le symbole du progrès économique de la région dans la mesure où il facilite la circulation des personnes et des marchandises, et la commercialisation des produits agricoles de la région. La carte ci-après donne une vision globale de cette localisation.
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 2
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
Figure 1 : Carte de localisation de la zone d’étude (source BD500, FTM)
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 3
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
I.2.Infrastructures sociales
Les services sociaux (Santé, Education) gérés par la congrégation catholique, sont représentés dans la commune, mais ne couvrent pas les besoins d’une population très dispersée dans de vastes territoires communaux (des fokontany éloignés et enclavés). Dans le village de Befotaka, il existe une école d’éducation fondamentale niveau 1, une école d’éducation fondamentale niveau 2, un lycée privé catholique, un foyer des jeunes, un internat des sœurs et un centre catéchétique(Cf. photo 1, 2,3). Du côté sanitaire, la population utilise le service soit le dispensaire privé catholique, soit le centre de santé de base niveau II (CSBII).
Photo 1 : Ecole d’éducation fondamentale niveau 2 Photo 2 : Internat des sœurs
Photo 3 : Centre catéchétique d’Ambalavy Photo 4 : Dispensaire et son enseigne
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 4
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
I.3. Situations démographique et socio-économique
I.3.1. Donnée démographique Des enquêtes ont été organisées auprès des ménages et des autorités locales au cours de la descente sur terrain afin d’obtenir des données concernant les effectifs de la population dans chaque hameau et la taille des ménages ainsi que d’autres informations sur les bénéficiaires du travail. Le village du chef-lieu de Befotaka compte environ 1805 habitants, d’après les données recueillies auprès de la mairie de la commune. La répartition entre les deux sexes est équitable avec un taux de 49,8% pour le sexe masculin et de 50,12 % pour le sexe féminin. Avec 1805 personnes qui vivent dans le village, nous avons une taille moyenne de ménage de sept (07) individus. Selon les données de l’INSTAT, le taux de croissance démographique actuel est de l’ordre de 3,00% pour les zones rurales à Madagascar (RGPH 2003). Ainsi, le projet d’AEP entrepris dans le cadre cette étude vise un horizon de 15 ans.
I.3.2. Situation socio-économique Même si l’économie du district est basée sur l’agriculture, son potentiel est encore difficile à mettre en valeur notamment en raison de son exploitation ainsi que la non maîtrise de l’eau surtout dans la partie Est (sècheresse, inondation par les grands fleuves). Elle est aussi caractérisée en grande partie, par la pratique de la culture traditionnelle, malgré les grandes actions de vulgarisation de la mécanisation des cultures. L’économie de la commune de Befotaka est basée principalement sur le secteur agricole et la pêche artisanale:
- l’agriculture qui se spécifie par les cultures vivrières telles que le riz, le café, les haricots et les mais, puis, les arbres fruitiers entre autres les manguiers, les orangers...., - l’élevage de bovin tient une grande place dans la Région (cf. Photo 5), - l’élevage de caprins, d’ovins et de volailles généralement pratiqués comme activités d’appoint (pour les femmes). Les produits sont vendus pendant les périodes difficiles (couverture sanitaire faible, insuffisance d'alimentation et d'encadrement etc . . .). D’après les profils socio-économiques de la population du village, on peut conclure que l’économie du district repose essentiellement sur l’agriculture.
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 5
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
Photo 5 : Elevage bovin
On constate que la plus grande source d’argent provient du secteur rizicole et bovin ainsi que la pêche. La majeure partie de la production est consommée sur place.
I.4. Situation actuel de l’approvisionnement en eau
Selon l’avis des villageois sur l’usage de l’eau, la population de Befotaka utilise l’eau pour les besoins domestiques (alimentation, boisson, lessive,…) et les activités extra-domestiques (élevage, potager,…). L’enquête menée a permis d’affirmer que l’eau accessible pour l’usage quotidien de la population de Befotaka n’est satisfaisante ni en quantité, ni en qualité. En effet, la plupart de la population utilise encore des puits (non pérenne, non busé, sans aire d’assainissement, sans couvercle, …) pour s’approvisionner en eau. Ces puits captent l’eau de la première nappe, leur capacité est limitée et elle est exposée à la contamination de surface. En outre, pendant la période sèche, l’eau de puits se raréfie et n’arrive pas à satisfaire les besoins de la population. Par conséquent, elle est obligée de s’approvisionner auprès des rivières et des ruisseaux qui contiennent de l’eau avec un fort risque de contamination. Cela étant, il y a un point d’eau, implantée par le centre catholique, qui sert la population en eau mais celle-ci ne satisfait pas toute la population, de plus, elle est située loin des villages. Ainsi la population souhaite vivement la réalisation de ce projet.
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 6
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
Lors de notre descente sur site, les ressources en eau existantes sont : - un puits busé exploité par les gens du foyer pour leur besoin journalier. Il n’est pas couvert. Ainsi, la salubrité laisse à désirer,
Photo 6 : Puits de forage manuel exploité
- un puits de forage manuel au sud-est du foyer, il est non pérenne,
Photo 7 : Puits de forage manuel non pérenne
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 7
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
- un puits utilisé par l’internat des sœurs pour leur système d’AEP, il est pérenne (cf. photo 8),
Photo 8 : Puits pour l’AEP de l’internat des sœurs
- un puits busé couvert non exploité (cf. photo 9). Il est non pérenne. Ce puits, équipé d’une pompe, était utilisé pour alimenter le château d’eau pour le système d’AEP du foyer (cf. photo 10),
Photo 9 : Puits couvert non exploité Photo 10 : Réservoir sur pilotis
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 8
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
- deux puits du côté de la localité d’Ambalavy, le premier est utilisé par le centre catéchétique (cf. photo 11) et l’autre utilisé par les villageois (cf. photo 12).
Photo 11 : Puits couvert non exploité Photo 12 : Puits utilisé par les villageois d’Ambalavy
La figure 2 ci-après présente l’emplacement de tous les puits inventoriés dans cette zone.
Figure 2 : Emplacement de ressources inventoriées
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 9
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
Au total, sept (7) puits sont localisés dans le domaine, périmètre de la Mission Catholique, les caractéristiques de ces ressources sont consignées dans le tableau 1 ci-dessous.
Tableau 1 : Localisation des ressources en eau existantes
Ressources Latitude Longitude Conductivit PH T° Niveau Profondeur Source d’eau (m) (m) é (µs/cm) Statique (m) utilisée (m) Puits 1 178772 8391376 495 7.3 32 4 7.3 non utilisé Puits 2 178801 8391405 490 6.39 31.6 2.5 5.1 non pérenne Puits 3 178922 8391418 620 6.18 28 2.5 5.5 non pérenne Puits 4 178958 8391272 621 6.22 27.8 4.6 12 non utilisé Puits 5 178638 8391255 222 6.57 32 0.8 5.6 pérenne Puits 6 178475 8391231 1811 6.6 28.4 1 5.9 non pérenne Puits 7 178528 8391104 330 6.95 28.4 2.5 9 pérenne Source : Propres enquêtes
On remarque que les puits inventoriés à l’intérieur de la zone d’étude sont tous de faible profondeur. L’eau est apparemment bonne. Excepté le puits 6, les paramètres physiques mesurés ne dépassent pas les normes de potabilité Malagasy. (Annexe 1)
I.5. Climat et végétation
I.5.1. Contexte climatique
La commune de Befotaka se trouve dans la région de Sofia alors, il aurait des caractéristiques climatiques semblables à celle de toute la région comme décrites ci-après. Elle est régie par un climat de type sub-humide.
- Une saison sèche bien marquée du mois de Mai au mois d’Octobre où la hauteur de pluie moyenne annuelle ne dépasse pas 1500mm, - L’évapotranspiration potentielle est forte, supérieure à 1200mm et peut atteindre ou dépasser 1800mm (Chaperon et al., 1993), - La température moyenne annuelle est relativement élevée, plus de 25°C et la température du mois le plus frais reste supérieure à 20°C.
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 10
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
Les données pluviométriques de la station la plus proche de la zone d’étude (Analalava) sont données par les tableaux 2 et 3 ci-dessous.
Tableau 2 : Répartition mensuelle des précipitations
Janv Fév Mars Avr Mai Juin Juil Août Sept Oct Nov Déc Total
Précipitation [mm] 441,2 391,8 251,9 57,4 6,7 1,4 1,2 2,7 1,9 17,6 94,6 211,3 1579,7
Source : données moyennes de l’année [2005-2014] service météorologiques Ampandrinomby
Tableau 3: Répartition mensuelle de la température
Janv Fév Mars Avr Mai Juin Juil Août Sept Oct Nov Déc Total
T° max 33 33,2 33,9 34,1 33,8 32,4 32,2 33,1 34,7 36,2 36,1 34,5 33,9
T° min 23,6 23,6 23,5 22,6 20,9 18,9 18,1 18,7 19,6 22,1 21,1 23,9 21,3
Source : données moyennes de l’année [2005-2014] service météorologiques Ampandrinomby
I.5.2. Végétation Les conditions naturelles de la commune du Befotaka contribuent à la diversification des formations végétales toutes aussi importantes les unes que les autres en matière de potentialité : - des savanes herbeuses qui dominent essentiellement dans la partie ouest de la Commune, - des forêts denses ombrophiles sont localisées dans les zones de moyenne altitude, - d’autres types des végétations particulières se rencontrent sur les forêts galeries qui bordent les lits des rivières et dans les zones alluvionnaires, - des Ilots de forêts claires situés dans la rivière de Maevarano.
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 11
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia I.6. Contexte géologique
La géologie de Madagascar comprend deux grands ensembles : les formations du socle cristallin qui constituent les 2/3 de la grande île, puis, les couvertures sédimentaires (Besairie, 1972). Selon Razafindrazaka et al., 1999, les premiers dépôts sédimentaires du bassin de Majunga sont datés du Karroo (Carbonifère supérieur – Trias). Comme dans la partie Nord du bassin de Morondava, la Sakoa n’est représentée. La Sakamena est donc directement transgressive et discordante sur le socle. La zone d’étude est implantée dans une zone alluvionnaire déposée par la rivière Maevarano qui délimite le village au Sud. Les alluvions reposent sur la formation d’Isalo III formée par une alternance de grès à stratification entrecroisée, d’argiles et de grès carbonatés fins avec des intercalations lagunaires. Cette formation est affleurant au Nord de la ville et au Sud (cf.figure3), sur la rive gauche de la rivière Maevarano, du côté du village d’Ambodimadiro (cf. Figure 4). Toute prospection d’eau souterraine se base sur une bonne connaissance de la géologie locale. Celle-ci joue un rôle très important dans la recherche et dans l’exploitation des eaux souterraines. Elle est parfois plus compliquée en terrain sédimentaire. Elle est gérée par les différents types stratigraphiques, lithologiques et structuraux. En effet, les caractéristiques et le comportement des eaux souterraines sont liés à la structure des formations sous-jacentes.
Figure 3 : Extrait de la carte géologique de la zone d’étude, source : Service Géologique
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 12
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia La géomorphologie de Befotaka est dominée par une vaste plaine argileuse et gréseuse. Les zones alluviales sont aménagées pour la plupart en zone de culture vivrière. La coupe lithologique relevée lors de la réalisation du forage d’eau pour l’alimentation en eau potable du village de Tsiningia, donne la succession, du haut vers le bas, des formations suivantes : - grès argileux de 0m à 9m, - argile de 9m à 15m, - grès de 15m à 19m, - argile et argilite entre 19m et 30m, - grès de 30m à 40m.
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 13
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia I.7. Contexte hydrogéologique
L'hydrogéologie s'occupe de la distribution et de la circulation de l'eau souterraine dans le sol et les roches, en tenant compte de leurs interactions avec les conditions géologiques et l'eau de surface. La couverture sédimentaire de l’ouest est caractérisée par le réseau hydrographique surimposé par des fleuves allogènes qui prennent leur source soit sur les hautes terres, soit sur les revers des « cuestas ». L’écoulement non permanent fait suite à une alimentation insuffisante.
I.7.1. Hydrographie Dans la plupart des cas, les cours d’eau à Madagascar prennent leurs sources sur les Haut-plateaux et s’écoulent vers l’Ouest, vers le Sud et vers l’Est (Rakotondrainibe J., 2005)
Le réseau hydrographique est très dense dans cette région. La grande rivière de Maevarano passe à l’Est et au Sud de la ville de Befotaka. Ainsi, le bassin de Befotaka est drainé par la rivière Maevarano. Elle est alimentée en amont par plusieurs principaux affluents, entre autre la rivière Andampibe, Andampinoro, Ambinahely etc…, puis rejoigne le fleuve Loza au Sud avant de se déversé dans la mer au niveau de la baie de Narindra. (Chaperon et al., 1993)
Figure 4 : Réseau hydrographique
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 14
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
I.7.2.Hydrogéologie Toutes les formations peuvent contenir des nappes mais leur fonctionnement, leur qualité et les possibilités d’exploitation varient avec la profondeur. Les aquifères de notre zone d’étude sont constitués par une succession de strate de nature différentes, plus ou moins hétérogènes et qui correspondent à des épisodes de sédimentation successive. Dans toutes les régions Nord-ouest, les seules ressources en eaux souterraines disponibles se trouvent dans des aquifère poreux constitués essentiellement des alluvions et des grès dont les intérêts se complètent pour les populations locales. Les résultats de forage au Tsiningia se confirment : - les alluvions déposées sur les deux rives de Maevarano constituent un important réservoir d’eau souterraine dans le secteur. Ces nappes sont alimentées par les eaux de la saison des pluies par infiltration directe dans une couche perméable. L’argile sous-jacente forme la base de cette première nappe, elle est donc perchée. La connexion de la nappe avec les autres nappes d’eaux souterraines est très limitée, d’où son tarissement pendant l’étiage, - les grès situés dans la formation d’Isalo III constituent l’aquifère général dans cette zone. Cet aquifère est alimenté latéralement par la rivière et par l’écoulement latérale d’eau souterraine. Rappelons que, notre étude est focalisée sur la localisation de cette nappe.
-
Figure 5 : Modèle hydrogéologique du secteur
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 15
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
Chapitre II :
METHODOLOGIE ADOPTEE ET PRINCIPE D’ACQUISITION DE DONNEES
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
Ce second chapitre développe la démarche méthodologique de la technique utilisée lors de la campagne de prospection. Ce dernier traite explicitement la théorie fondamentale de la technique adoptée pour une étude hydrogéologique : la documentation, la reconnaissance géologique et hydrogéologique in situ, l’analyse et la synthèse des travaux effectués dans et aux environs immédiats du site, la caractérisation des aquifères, la photo-interprétation, et la prospection géophysique plus particulièrement la méthode électrique en courant continu.
II.1. Démarche préliminaire
La méthodologie utilisée pour réussir la recherche est celle permettant de découvrir et de collecter les informations à exploiter et à synthétiser afin d’en tirer les idées essentielles. Pour y parvenir, elle est indispensable de faire l’analyse des documents existants permettant la caractérisation des aquifères, suivie de la reconnaissance géologique et hydrogéologique in situ, initiée par l’inventaire des ressources en eau existantes. Pour réaliser ce travail, nous avons suivi trois étapes successives :
Etape 1 : Documentation
Les études documentaires permettent de : - avoir les informations bibliographiques et webographiques, et aussi les données météorologiques, - analyse et synthèse des cartes topographique, géologique, photo-interprétation, - analyse et interprétation des données collectées auprès des services ayant travaillés dans et aux environs immédiats de la zone. Plusieurs outils informatiques ont été sollicités lors de cette phase d’étude (Google Earth, Arcgis etc….).
Etapes 2 : Descente sur site
La reconnaissance sur terrain sert à la localisation et à la vérification des informations lors de l’étape 1. Elle nous permet de comprendre les activités suivantes :
- vérification auprès des autorités locales sur les activités et le nombre de la population, inventaire des ressources en eau existant, - reconnaissance géologique et hydrogéologique, prise des caractéristiques des points d’eau inventoriés, - analyse du problème de l’approvisionnement en eau actuel,
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 16
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
- vérification de l’adéquation besoins-ressource, - prise des coordonnées géographiques de tous les points nécessaires pour la suite de l’étude. - localisation des secteurs jugés favorables pour l’implantation des ouvrages de captage d’eau souterraine, - choix des lignes géophysiques afin de préciser le point de l’ouvrage de captage d’eau souterraine, - collecte des données géophysiques.
Etape 3 : Traitement de donnée
Il est important de noter que la maîtrise des données concernant la zone d’étude est indispensable. Le traitement des données se répartissait en : - primo, dépouillement des informations et recoupement des données collectées, - secundo, acquisition des données par prospection électrique : sondage et panneau électrique, - tertio, Interprétation des données : le traitement, des données recueillies, est effectué, respectivement, par le logiciel QWSEL, de CRG Garchy, pour les sondages électriques et le logiciel RESDINV, de H. Loke, pour les panneaux électriques. Le traitement permettra d’obtenir, diverses coupes géoélectriques qui par la suite seront corrélées avec la lithologie du terrain.
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 17
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia II.2. Caractérisation des aquifères
II.2.1. Notion d’Hydrogéologie (Cycle de l’eau) Le cycle de l’eau se déroule à la fois sur la Terre et dans l’atmosphère. Les rayons chauds du soleil provoquent l’évaporation de l’eau de surface. Transformée en vapeur, celle-ci refroidit en s’élevant et réforme des gouttelettes qui donnent à leur tour des nuages. Ces nuages, se déplaçant grâce au vent, se transforment en gouttes pour retomber quelque part sur le sol sous forme de pluie. Une partie de cette eau s’infiltre dans le sol (recharge) et devient de l’eau souterraine, alors que l’autre partie coule dans les cours d’eau et les rivières qui retournent à la mer.
Figure 6 : Cycle de l’eau
II.2.2. Généralités sur les aquifères L’aquifère est une formation perméable contenant de l'eau en quantités exploitables. En réalité, il existe plusieurs types de nappe suivant le critère de classification. En général, on peut les classer en trois sortes: la nappe libre et la nappe captive, la nappe semi-captive. Nappe libre : lorsque le sol est uniformément poreux et perméable, l’eau de pluie s’infiltre jusqu’à une couche imperméable et sature les roches jusqu’à un certain niveau appelé surface libre de nappe donnant la nappe libre. Alors, la surface piézométrique d'une nappe libre est la surface supérieure de l'eau qui fluctue sans contrainte et la pluie efficace peut les alimenter par toute la surface. Elle coïncide avec la surface libre de la nappe qui est surmontée par une zone non saturée.
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 18
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Dans ce cas, l'eau circule dans toute l'épaisseur de l'aquifère, plus ou moins parallèlement à la surface libre sauf au niveau des exutoires et des lignes de crête. Nappe captive : une nappe dont le toit est à un niveau inférieur à la surface piézométrique. Ceci suppose que la couche géologique située au toit de l’aquifère est « imperméable ». Toutefois, cette condition n’est pas suffisante. Une couche géologique imperméable confine l'eau. L’eau est comprimée à une pression supérieure à la pression atmosphérique et donnant la nappe captive et peut jaillir dans des forages dit artésiens lorsque la configuration s'y prête. L'alimentation ne peut se faire que par des zones y d'affleurement limitées ou par des communications souterraines. Les nappes captives sont souvent profondes. En effet, si le terrain perméable est suffisamment alimenté, la nappe est captive ; si cette alimentation est trop faible, elle reste libre.
Nappe semi captive : même formation que la nappe captive, mais, situe entre deux formations semi-imperméables qui permettent l’échange d’eau avec l’aquifère superposée ou sous-jacente. Ces derniers drainent l’eau souterraine vers l’aquifère à nappe semi-captive pour être alimenter.
II.2.3. Les formations aquifères
Certaines formations géologiques sont suffisamment poreuses ou fissurées pour contenir de l'eau. On parle alors de formations aquifères (roche qui contient de l'eau). Selon la nature géologique des terrains observés dans cette zone, on peut distinguer différents types aquifères :
Les nappes alluviales : contenue dans les grands épandages de sable, de gravier et de galet, des fleuves et des rivières, la nappe alluviale est le lieu privilégié des échanges avec les cours d'eau et les zones humides. Ce type de nappe peut être réalimenté par les crues et restitué à l'inverse de l'eau dans le cours d'eau en période de sécheresse. L'aquifère est contenu dans les alluvions. L'eau de la nappe est en équilibre avec celle de la rivière et les échanges se font dans les deux sens. Les alluvions sont très perméables; elles peuvent être très épaisses (une centaine de mètres). Elles constituent un réservoir très important qui sert à l'alimentation en eau des villes situées aux abords des cours d’eau. C'est le cas du village de Befotaka. Ces nappes, drainées par les cours d’eau (ou d'un lac), sont très vulnérables à la pollution.
Les aquifères en domaine sédimentaire : ces systèmes sont caractéristiques des bassins sédimentaires, il s'agit de roches sédimentaires poreuses ou fracturées (sables, grès, calcaires,..) jadis
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 19
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia déposées en vastes couches. Ces aquifères peuvent être libres ou captifs selon qu'ils sont ou non recouverts par une couche imperméable. La principale aquifère cible de la zone, compte tenu de la condition géologique, consiste en un aquifère poreux constitué essentiellement des grès de l’Isalo III.
II.2.4. Caractérisation hydrodynamique d’un aquifère
Les aquifères sont caractérisés par leurs paramètres hydrodynamiques : la conductivité hydraulique , coefficient de perméabilité, la transmissivité, qui caractérisent la propriété d'un milieu à être traversé par l'eau en mouvement et la porosité efficace où le coefficient d'emmagasinement spécifique au volume relatif d'eau gravitaire contenue dans l’aquifère qui indiquent sa capacité à contenir de l’eau. - Le coefficient de perméabilité dépend à la fois des caractéristiques du réservoir-bassin (granulométrie, porosité efficace) et des caractéristiques du fluide (température, et masse volumique). L'eau souterraine s'écoule lentement en général et est contrôlée par la perméabilité des matériaux dans lesquels elle s'infiltre, - La transmissivité caractérise la productivité d'un captage. C'est le produit du coefficient de perméabilité K par l'épaisseur de la zone saturée h, - La porosité efficace est le rapport du volume d'eau gravitaire au volume total de la roche saturée en eau, La nappe phréatique, une zone où toutes les cavités (pores du sédiment, fractures des roches, cavernes, etc.) sont saturées en eau. Entre ces cavités, il y a beaucoup d’espace libre. Les pores dans cette zone peuvent être remplis d’eau. Une formation consolidée comme les alluvions et les grès a aussi des pores, - Le coefficient d'emmagasinement d'un aquifère est déterminé à partir de la quantité d'eau libérée pour une perte de charge donnée, c'est à dire une baisse de pression. D'une façon générale, la quantité d'eau libérée est beaucoup plus grande dans une nappe libre ou le gain, d'une certaine quantité d'eau se traduit par une variation de la charge hydraulique. Lors des travaux sur terrain, on a observé que la géologie locale est caractérisée par un milieu perméable et poreux car elle comporte des alluvions et des grès. Ce qui fait que pour la suite de la recherche d’eau souterraine, le paramètre considéré est la porosité car on a un réservoir en milieu poreux.
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 20
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
II.3. Photo-interprétation
La photo-interprétation consiste à identifier des objets géologique, morphologique et couverture végétale, sur une photographie aérienne, à les repérer et à les comprendre. Elle se porte sur l’étude et l’analyse des morphologies et sur la délimitation des différentes entités observées sur la photographie aérienne. La photographie aérienne constitue le document de base, et elle complète efficacement les cartes existantes (topographiques, géologiques etc….). Les hydrogéologues doivent se fier aux indices visibles en surface, comme le relief (vallée, crête, versant,…), l’affleurement des roches, l’alignement des végétaux etc….. On peut percevoir les éléments rectilignes ou curvilignes, à la surface de la croûte terrestre, qui traduisent la présence de phénomènes plus profonds, failles, schistosités, fractures, et contacts géologiques. Dans notre étude, on se limitera à l’identification des objets géologiques à savoir les linéaments, les lignes d’écoulement des eaux de surface …etc.
II.3.1. Principe Les principes généraux se basent sur le principe de restitution du relief qui est obtenue en utilisant deux (02) prises de vue d’une même scène recueillie depuis deux points de vue différentes (stéréogramme) avec l’aide d’un stéréoscope. Ces deux images doivent posséder une surface commune d’au moins 60%.
II.3.2. Méthode de la photo-interprétation La méthodologie de l’interprétation des PA comporte deux (02) phases: Phase d’identification (description des faits observés) Cette phase consiste à identifier sur la photo le réseau hydrographique, la tonalité ou la teinte, la schistosité et les linéaments. Phase d’interprétation Cette phase consiste à comprendre les objets identifiés précédemment: origine, cause,….La descente sur terrain consiste à la localisation des objets identifiés.
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 21
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
II.4. Prospection géophysique
II.4.1. Généralités Les méthodes de prospection géophysique constituent des outils performants d’acquisition des données indirectes sur la géologie pour l’étude du sous-sol. La géophysique appliquée peut se définir comme une science qui utilise les propriétés physiques de la Terre pour détecter les substances utiles telles les réservoirs de pétrole, de gaz naturel, les gisements miniers et les nappes phréatiques ayant une importance économique qui s’y trouvent. Plusieurs méthodes (gravimétrique, magnétique, sismique et électrique…..) peuvent être utilisées à cet effet. Dans cette étude, nous avons appliqué la méthode de prospection électrique, ou les deux techniques d’investigation : Sondage Electrique Vertical (SEV) et Imagerie par Tomographie Electrique (ITE). Le premier nous informe sur la structure verticale, à l’aplomb de point de mesure, tandis que le second nous donne en même temps les modèles en 2D du sous-sol sous la ligne étalée.
II.4.2. Méthode de prospection électrique
Les méthodes électriques ont pour but la détermination de la conductivité électrique σ des structures étudiées. En prospection électrique par courant continu, le paramètre de résistivité électrique ρ, l’inverse de la conductivité, est plus couramment utilisé. Elle désigne la capacité d’un milieu à s’ opposer au passage du courant électrique. La méthode de la prospection électrique met en évidence la distribution des résistivités dans le sous-sol. Elle est basée sur la mesure de la différence de potentiel (ddp) entre deux électrodes (M et N) appelées électrodes du potentiel, générées par l’injection du courant continu (DC) à l’aide de deux électrodes (A et B) de courant dans le sous-sol.
Figure 7: Dispositif à quatre électrodes
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 22
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
II.4.3. Technique de prospection électrique du sous-sol
Il existe plusieurs techniques de prospection électrique dont le sondage électrique, le profilage électrique, et le panneau électrique. Le panneau électrique est la combinaison du sondage et du traîné électrique.
La technique du sondage électrique
La technique consiste à faire l’investigation verticale du sous-sol à l’aplomb de centre du dispositif qui est aussi le point de mesure. Pour ce faire, on augmente progressivement la distance entre les deux électrodes d’injection. L’augmentation de l’écartement entre les électrodes permet d’envoyer d’avantage le courant en profondeur. La variation de la formation géoélectriques du sous-sol sous le point de mesure entraine la variation de la valeur de résistivité apparente mesurée avec le dispositif étalé. En effet, la méthode consiste toujours à injecter du courant électrique I dans le sol, il suffit d’y planter deux électrodes (A et B), c’est-à-dire deux piquets métalliques, avec une intensité connue et on mesure entre deux électrodes de potentiel (M et N) la différence de potentiel induite crée par ce courant. En principe, tous les dispositifs classiques, Wenner, Schlumberger, dipôle-dipôle, etc.… peuvent être utilisés pour exécuter des sondages électriques. Dans notre étude, nous avons utilisé le dispositif de Wenner car il est le plus adapté en terrain sédimentaire, cas du village de Befotaka.
Figure 8 : Dispositif Wenner Le résistivimètre injecte un courant I et mesure la différence de potentiel Δ퐕. Il est alors facile de calculer la résistance R du circuit (loi d'Ohm). En fonction du type de dispositif utilisé, la disposition géométrique des électrodes intervient dans sa définition par un coefficient k qui s’écrit : V , et K I
Avec, ρ : résistivité du sous-sol homogène exprimée en Ωm, K : coefficient géométrique du dispositif, ΔV: différence de potentiel mesurée entre les deux points M et N exprimé en V, I: intensité de courant injecté en A.
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 23
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
La méthode du panneau électrique
Le panneau électrique sert à la fois à une investigation verticale et latérale du sous-sol. Autrement dit, il permet à une investigation à deux dimensions du sous-sol. Il donne en même temps les modèles 2D de résistivité et chargeabilité. Cette méthode permet la description et la localisation des discontinuités du sous-sol, à partir de la distribution des résistivités apparentes aussi bien latéralement que verticalement. Le panneau électrique exige l'utilisation du dispositif multi-électrode comme dispositif de base. Soit "a" la distance entre les deux électrodes consécutives. Chaque électrode est utilisée comme électrode d'injection du courant puis électrode de potentiel. Le dispositif de Wenner de même distance inter-électrodes « a », utilisant N électrodes, est utilisé pour la réalisation du panneau électrique. Soit "n.a" la distance inter-électrode où n est le nombre de la séquence de mesures qui s'incrémente de 1 à (N-1)/3, si le nombre d’électrode total N est égal à un multiple de 3 plus 1. La figure suivante montre la configuration des électrodes pour le panneau électrique du type Wenner.
Figure 9 : Représentation d’un panneau électrique 2D pour les mesures en surface
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 24
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
II.5.Acquisition et représentation de mesure
II.5.1. Acquisition de donnée en sondage électrique
Pour la technique du sondage électrique, on dispose quatre lignes électriques reliées à quatre électrodes. Deux sont destinées à envoyer un courant (A et B) ; les deux autres (M et N) sont chargées de mesurer la tension qu’il crée en traversant les terrains. On écarte progressivement la distance AB et/ou MN (selon le dispositif utilisé) après avoir noté sur la feuille de mesure la valeur de la résistivité apparente à chaque écartement jusqu’à une distance maximale qui dépend de la profondeur voulue. On peut ainsi suivre l’évolution de la résistivité électrique des formations géologiques depuis la surface jusqu’à une profondeur p.
Figure 10 : Principe d’acquisition des données en sondage électrique II.5.2. Acquisition de donnée en panneau électrique
Le principe d’acquisition est basé sur la réalisation d’un grand nombre de sondage électrique le long d’un profil à partir de diverses combinaisons de quatre électrodes spécifiques à un type de dispositif parmi les N électrodes. En écartant la distance inter électrodes, la profondeur de pénétration augmente et le nombre des points expérimentaux diminue. Le modèle géoélectriques est obtenu en inversant automatiquement les données expérimentales en modèle 2D, grâce au programme Res2dinv. Le quadripôle Wenner où les quatre électrodes sont alignées et toutes les électrodes sont équidistantes, c’est-à-dire : AM = MN= NB =AB/3 = a. Soient « a » la distance inter-électrode et « N » le nombre des électrodes.
Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 25
Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia
Figure 11 : Présentation générale des acquisitions des donnes en panneau electrique L = longueur totale du dispositif Dans ce cas, la résistivité apparente devient : La profondeur d’investigation P dépend de la nature du terrain. Elle est comprise entre AB/10 et AB/4 c’est-à-dire AB/10< P m ( N 3n) où n=1, 2, 3, 4,…Le nombre d’électrons N est choisi suivant la profondeur d’investigation voulue. Le logiciel « ELECTRE » sert à configurer ces paramètres et aussi d’affecter les numéros des électrodes utilisés. Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 26 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia II.5.2. Matériel utilisés Lors des travaux de terrain, les matériels suivants sont utilisés: - un G.P.S de marque Garmin, - une boussole de marque suunto, - un résistivimètre de marque SYSCAL R2 équipé d’un convertisseur DC/DC de 250 Watts alimenté par une batterie de 12 V, des deux boîtiers multinodes pour une acquisition en mode multi- électrodes, d’un module de commutation (multiplexeur RCM ou « Remote Control Multiplexer »), des câbles de connexion, des électrodes en acier inox, et des rouleaux de fils. Le résistivimètre d'IRIS INSTRUMENTS a été conçu pour la prospection du sous-sol à l'aide des méthodes à courant continu. Il permet d'étudier les variations de la résistivité avec la profondeur (sondage électrique vertical), les variations latérales de la résistivité apparente ainsi que la chargeabilité apparente observées le long du profil électrique. Le résistivimètre SYSCAL R2 utilise la liaison USB pour le transfert des données du résistivimètre vers un micro-ordinateur pour permettre l’interprétation des données. Le transfert des données via le résistivimètre vers le micro-ordinateur se fait à l'aide du logiciel Prosys d'IRIS INSTRUMENTS. Ce résistivimètre est caractérisée par : - une tension de sortie de 800Volts (1600V crête a crête), - un courant de sortie maximum jusqu'à 2.5A, - une puissance de sortie maximum de 1600Watts, - une impédance d'entrée de 10MW, - une gamme de tension d'entrée de -5 a +5V, - une compensation automatique de la PS (-5 a +5V) avec une correction linéaire de la dérive (Jusqu’à 1mV/s), - une mesure de la prise de résistance de prise de terre de 0.1 à 1000K W. Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 27 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia La figure suivant montre le résistivimètre et ses différents accessoires. Photo 13 : Matériel de mesure en Sondage Electrique Vertical Photo 14 : Matériel de mesure en Imagerie par Tomographie Electrique Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 28 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia II.6. Traitement de données et représentation des résultats II.6.1. Sondage électrique Le résultat d’un sondage électrique est traduit sous forme de diagramme bi-logarithmique de type ρa = f (AB/2), (cf. figure 12). Le document d’interprétation utilisé est la courbe de sondage des résistivités apparentes en fonction des distances que l’on traite en deux étapes : - la première étape consiste le traitement par abaques qui donne un modèle tabulaire, - la deuxième étape affine ce modèle par ordinateur à l’aide d’un programme QWSEL du CRG de Garchy (CNRS ; France). On ajuste la courbe théorique avec les données recueillies. Après plusieurs itérations, on obtient un modèle final où l’erreur est acceptable. La courbe obtenue permet de préciser l’épaisseur des terrains au droit du sondage, on a donc la répartition des résistivités des terrains en fonction de la profondeur. Figure 12 : Exemple de diagramme logarithmique de sondage électrique Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 29 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia II.6.2. Panneau électrique II.6.2.1. Transfère des données Après la mesure, on récupère les données au moyen du logiciel PROSYS d’Iris Instruments où la correction, des données brutes (élimination des valeurs aberrantes, filtrage, ajout des données topographiques…) est faisable. On les transferts dans l’ordinateur et convertir en données d’extension « .dat ». Mais préalablement, les mauvaises données obtenue par des mauvais contacts d’électrode ou d’électrode non plantés en des points du milieu homogène sont éliminés. II.6.2.2. Méthode d’inversion Le programme RES2DINV développé par H.Loke 1997, permet l’inversion automatiquement des données expérimentales en modèle 2D appelé « pseudo-section » que l’on interprètera. Cette méthode d'inversion est basée sur la méthode des moindres carrée, en utilisant la méthode des différences finies pour le calcul de la résistivité. Elle utilise la méthode de lissage par contrainte pour déterminer le modèle approximatif. Cette inversion des données est réalisée suivant un processus itératif qui tente de minimiser l’écart entre la pseudo-section mesurée et une pseudo-section recalculée à partir d’un modèle de résistivité électrique afin de fournir des informations quantitatives permettant de caractériser l’origine des différentes anomalies mises en évidence : résistivité, géométrie et profondeur, pendage. L’algorithme divise tout d’abord la section en plusieurs blocs rectangulaires dont la taille augmente de 10 à 25% avec la profondeur suivant le nombre de point et de niveau d’acquisition de profil en question. Il attribue une valeur de résistivité apparente calculé à partir des points des mesures à chacun des blocs. Puis calcul la valeur de résistivité vrai de chaque bloc à l’aide d’une matrice de dérivée partielle Jacobien. Pour les premières valeurs qu’introduit dans cette matrice, qui sont la résistivité apparente, il donne un premier modèle approximatif (Cf. figure 12). Le traitement des données expérimentales s'effectue en trois étapes : - la lecture du fichier des données .dat, - l’inversion itérative par moindres carrées, - la détermination du modèle 2D du sous-sol lorsque l'écart entre les valeurs expérimentales et celles calculées est le plus petit possible (inférieure à 5 %). Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 30 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Après élimination des erreurs de mesure, on peut procéder à l’inversion itérative des valeurs. L’inversion continuera jusqu’à ce qu’il converge a une limite que l’utilisateur pourra définir, la limite de convergence par défaut est de 5%. C’est-à-dire que si le logiciel arrive à une n-ieme itération, et que si l’écart entre l’erreur RMS de ce dernier et celui de l’itération (n-1) est moins de 5%, le logiciel arrête l’inversion. Quand l’itération s’arrête, le modèle final est déterminé. Après inversion, on obtient les coupes de résistivité électrique et les coupes de chargeabilité électrique sous le profil. L’organigramme simplifié de traitement du programme est comme suit : Lecture des données (.dat) NON Correction des données OUI Inversion par moindre carrées Calcul de Lissage par résistivité par Modèle final contrainte différence finie Figure 13 : Organigramme simplifié de traitement du programme Pour l’inversion des données utilisant le Res2dinv, plus le nombre d’itération augmente, plus l’erreur est minimale. Pour cela il est recommandé de faire au moins 10 itérations afin d’avoir un bon résultat. La méthode d’inversion est très sensible à l’hétérogénéité des couches, elle est donc favorable à la délimitation des couches souterraines même pour les couches de faible épaisseur (0.3 m). Après le traitement des données, le résultat final ou le modèle final retenu est représenté sous forme de coupe géoélectriques 2D ou « pseudo-section ». Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 31 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Figure 14 : Exemple d’une coupe géoélectriques présentant la résistivité A partir de ce modèle, il injecte du courant fictif et recalcule les valeurs apparentes. Après, il compare cette coupe de résistivité calculé à celle qui a été dessiné à l’aide des valeurs mesurées. La comparaison lui permette de corriger la matrice et de recalculer pour obtenir un modèle plus précis. L’opération est alors répétée de manière itérative jusqu’à ce que le processus converge (c’est-à- dire que l’erreur ne change plus de manière significative). La méthode d’inversion par moindres carrées est une méthode conventionnelle qui tend à minimiser le carré de la différence des valeurs de résistivité apparentes et calculées. Le modèle géo-électrique 2D consiste à imager le sous-sol en termes de résistivité qui doit avoir une relation avec la nature géologique du sous-sol, en particulier le réservoir d’eau. Elle nous informe sur l’épaisseur des différentes couches que renferment le sous-sol et leur profondeur. Tableau 4 : Tableau récapitulatif de l’utilisation de méthode Méthode Paramètre Objectifs Avantages Inconvénients physique Prospection résistivité structure - la résistivité présente une grande nécessité d’ électrique du terrain gamme de variation, avoir une par - maîtrise de la résolution latérale et résistance de courant verticale (profondeur d’ contact injecté investigation), électrique avec - rapide (faibles coûts). le sol faible. Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 32 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Chapitre III : RESULTATS ET INTERPRETATIONS DE DONNEES Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Ce dernier chapitre se porte sur l’évaluation effective de la potentialité en eaux souterraines de la zone d’étude. Il tient compte de l’étude préliminaire et de la reconnaissance hydrogéologique. La prospection géophysique a été effectuée afin de préciser les points préjugés favorables à l’implantation des points de captage d’eau souterraine prédéfinie en reconnaissance hydrogéologique. Auparavant, avant d’entamer la prospection géophysique proprement dite, la photo- interprétation nous a orientés sur le choix de la direction des lignes géophysiques. III.1. Interprétation de photo-aérienne Lors de la photo-interprétation, la zone d’étude est traversée par une grande rivière pratiquement rectiligne. Elle est quasi-stationnaire. Cet état vient du fait que la zone est caractérisée par la présence de la formation sédimentaire (formation meuble), formé par des alluvions en surface. L’eau s’infiltre facilement en profondeur pour alimenter les nappes souterraines. La forêt galerie suit les rivières. Elles indiquent que le sol est perméable (alluvions). Le réseau hydrographique de la rive gauche de la rivière Maevarano ressemble à des ramifications des branches d’arbres. On peut dire qu’on a un réseau dendritique dense, caractéristique d’un sol imperméable. Il nous indique la prédominance de formation argileuse en surface. L’étude des photos aériennes nous montre l’existence de deux (02) groupes de linéaments. Le premier de direction N150°, et le second N30° (cf. figure 6). Les directions des panneaux électriques sont sécantes à la direction des linéaments observées lors de la photo-interprétation. Ils ont pour but, entre autre, de confirmer ou d’infirmer la présence de fissuration ou de fracturation du sous-sol. Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 33 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Figure 15 : Carte de linéament du village de Befotaka Ces linéaments sont trouvés par observation de cette photo à l’aide d’un stéréoscope. Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 34 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia III.2. Présentation de travaux géophysique L’objet de notre étude est de déterminer d’abord, le niveau de la formation aquifère, ensuite de donner plus d’informations sur l’évolution spatiale des aquifères probables et enfin de localiser le point le plus favorable à l’implantation du point de captage d’eau souterraine. L’implantation des sondages et des panneaux a été décidée après la connaissance de la situation générale du domaine et après la détermination de la cible de prospection géophysique : la nappe perchée des alluvions et l’aquifère chargé situé dans les grès. Nous avons réalisé cinq sondages électriques verticaux, puis, quatre panneaux électriques. Ils ont été implantés sur des endroits nécessitant plus d’informations. Leurs emplacements ont été dictés par la nature hydrogéologique jugée favorable. Le sondage électrique, appuyé par les considérations géologiques, sert à estimer la profondeur de l’aquifère. Il permet, par la suite, de définir la distance inter-électrodes des panneaux électriques qui est fonction de la profondeur d’investigation à atteindre. L’Imagerie par Tomographie Electrique réalisée permet d’obtenir une image à 2D de l’aquifère. L’emplacement du centre d’un dispositif a été localisé à l’aide d’un récepteur GPS. Les coordonnées géographiques des points de mesure sont consignées dans le tableau 4 ci-dessous. Tableau 5 : Implantation des points de sondages électrique et de panneaux électrique Coordonnées Désignation NOM X(m) Y(m) SEV1 178812 8391322 SEV2 178838 8391404 Sondage électrique SEV3 178816 8391121 vertical SEV4 178918 8391344 SEV5 178737 8391263 DEBUT FIN X(m) Y(m) X(m) Y(m) P1 178757 8391446 178843 8391304 Panneau électrique P2 178731 8391426 178918 8391457 P3 178889 8391251 178986 8391415 P4 178678 8391275 178915 8391425 Au total, on a réalisé neuf (09) mesures géophysiques dont cinq (05) pour le sondage électrique et quatre (04) pour le panneau électrique. Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 35 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia La figure 14 suivante montre les emplacements des points de sondage électriques et des panneaux électriques effectués dans le village. Figure 16 : Emplacement des travaux géophysiques (Source: Google earth) Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 36 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia III.3. Interprétation des résultats Après avoir effectué l’étude au préalable de la zone d’intérêt qui a été détaillé dans le chapitre précédent, la reconnaissance géologique et hydrogéologique in situ nous a permis de compléter les informations déjà à notre disposition. Le choix, des points de sondage électrique et des profils électriques, a été dicté à partir de la reconnaissance géologique et hydrogéologique appuyé par la photo-interprétation. Il nous permet de donner le maximum d’informations sur l’évolution des structures du sous-sol. Pour atteindre notre cible, la longueur de ligne maximale adoptée est de l’ordre de AB/2=150m en sondage électrique. Pour les panneaux électriques, le dispositif de Wenner a été adopté, utilisant respectivement deux distances inter-électrodes a=6m et a=10m. Trente-deux (32) électrodes, pour chaque dispositif étalé, ont été utilisés. Il permet d’avoir une investigation maximale en profondeur égale à 50m. III.3.1. Interprétation des sondages électriques La présentation en coupe de profil des interprétations de sondage électrique nous donne plus d’informations sur l’évolution spatiale des formations géoélectriques ainsi que le sens d’écoulement. Les cinq sondages réalisés dans le domaine de la mission catholique de Befotaka nous a permis d’élaborer deux coupes de profils, l’une de direction généralement Nord Sud et l’autre de direction globalement Sud-Ouest Nord-Est. COUPE I La coupe I a été obtenue par la mise en profil des trois sondages, SEV02, SEV01 et SEV03, placés cote à cote. Elle traverse, presque le centre de la Mission (cf. figure 14), suivant la direction globalement Nord-Sud. La distance entre SEV2 et SEV1 est de l’ordre de 80m et elle est de 180m entre SEV1 et SEV3. La coupe du profil obtenue, a mis en évidence la succession des cinq terrains (cf. Figure 15): - Un terrain superficiel, conducteur, de résistivité varie entre 39m et 59m. Elle est relativement mince dont l’épaisseur ne dépasse pas 2m. - une formation moyennement résistant, formé de grès plus ou moins compact. Son épaisseur varie entre 6m et 11m et atteint sa valeur maximale au niveau du sondage SEV1. - Une couche, très conductrice, de valeur de résistivité inférieure à 17m, est constituée d’argile. Cette formation argileuse est très puissante, dont l’épaisseur s’épaissit, du Nord vers le Sud, de 9m à 37m, la valeur maximale est atteint au niveau du SEV03. Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 37 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia - Une formation moyennement résistant, est constitué par le grès de l’Isalo III. Son épaisseur croît du Nord vers le Sud. Elle renferme l’aquifère cible d’une puissance variant entre 12m et 20m. - le cinquième et dernier terrain correspond au substratum conducteur dont la valeur de résistivité varie entre 29m et 48m. Il est constitué d’une formation argileuse. Son toit présente un pendage Nord Sud. Figure 17: Coupe géoélectrique du profil I Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 38 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia COUPE II Cette coupe passe le long de la piste menant dans le domaine de la mission catholique (cf. Figure 14). Elle est élaborée à partir des sondages SEV04, SEV 01, SEV05. Elle suit la direction Sud-Ouest Nord- Est. La distance entre SEV5 et SEV1 est de l’ordre de 90m et celle entre SEV1 et SEV4 est de 100m La coupe géoélectrique a mis en évidence la succession des cinq terrains (cf. Figure 16), comme en profil I: - le premier terrain superficiel est relativement mince. Comme pour la coupe I, son épaisseur ne dépasse pas 2m. - Un terrain moyennement résistant, de résistivité supérieure à 200m. Son épaisseur s’épaissit, de 6m à 29m, du Nord-Est vers le Sud-Ouest, - le troisième terrain est très conducteur. Il est constitué d’une formation argileuse où la teneur en argile est relativement élevée. Il a une puissance moyenne de 15m et présente un pendage vers le nord-ouest. - le quatrième terrain, faiblement résistant, est constitué de grès plus ou moins fissuré. Son épaisseur s’amincit de 14m à 9m, en allant du Nord-Est au Sud-Ouest. - la formation argileuse forme le substratum atteint par l’investigation géophysique. Le toit du substratum présente un pendage Nord-Est Sud-Ouest. Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 39 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Figure 18 : Coupe géoélectrique du profil II Globalement, toutes les formations, déterminées à partir de deux coupes géoélectriques, présentent un pendage Nord-Est Sud-Ouest. Ainsi, l’allure, du toit du substratum argileux qui est surmonté par l’aquifère saturée d’eau, suit cette inclinaison. Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 40 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia III.3.2. Interprétation des coupes géoélectriques des panneaux Quatre panneaux électriques, dénommés panneau P1, panneau P2, panneau P3 et panneau P4, ont été effectués. Leurs emplacements sont donnés sur la figure 14. Les panneaux P1 et P2 ont pris la direction Nord-Sud, et celle, du panneau P3 et du panneau P4, est Nord-Est Sud-Ouest. Panneau P1 Le panneau P1 a été étalé avec une distance inter-électrodes égale à 6m. Le panneau P1 et le point de sondage SEV1 sont confondus. Il traverse la cours central du foyer en prenant la direction globalement Nord-Sud. La longueur de ligne est alors 186m et la profondeur d`investigation est de 30m avec ce dispositif. Figure 19 : Coupe géoélectrique du panneau P1 Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 41 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia La coupe nous montre la présence des trois formations géoélectriquement différentes : - la première formation est hétérogène, de résistivité supérieur à 100Ωm, représentée par les couleurs vert roi, jaune et marron. Son épaisseur s’amincit du Sud vers le Nord. - la deuxième formation est faiblement résistante, de résistivité entre 50Ωm et 100Ωm, caractérisée par les couleurs vert et vert clair. - la formation conductrice revient en profondeur, elle constitue le substratum argileux atteint par les lignes électriques. On peut dire que ce profil ne présente pas de formation hydrogéologique intéressant. La chargeabilité électrique de la formation sous-jacente, est relativement forte sous la ligne. Panneau 2 Le panneau P2 a été étalé parallèlement à l’axe de la ligne d’écoulement au Nord du centre Orphelinat. L’électrode N°20 coïncide avec le point de sondage SEV2. La distance, entre deux électrodes successives, est a=6m. Comme le précédent, la profondeur d’investigation, atteint par les lignes électriques, est de 30m. Figure 20 : Coupe géoélectrique du panneau P2 Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 42 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia La coupe géoélectrique, sous le panneau P2, montre la présence de trois formations : - la formation superficielle, hétérogène, caractérisé par des valeurs de résistivités comprises entre 150Ωm et 300Ωm. Son épaisseur oscille entre 0m et 8m. - une couche faiblement résistante de résistivités inférieure à 100Ωm, caractérisée par la couleur bleu auréolé de vert. Elle occupe presque la totalité de la coupe depuis l’Ouest et s’amincit vers l’Est. Cette zone correspondrait à l’aquifère du site, elle proviendrait des grès d’Isalo III, - la troisième formation est conductrice, de résistivité inférieure à 25 Ωm, représentée par la couleur bleu roi. Elle est localisé sur la partie Est de la coupe et présente un pendage vers l’Ouest. Elle peut être assimilée à une formation argileuse. La distribution de la valeur de la chargeabilité électrique a mis en évidence que la chargeabilité de cette formation est relativement faible. Elle décroit en allant en profondeur pour atteindre des valeurs inférieure à 2mV/V, à partir de 20m de profondeur. Alors, on peut dire que c`est une bonne nappe à cause de sa forte porosité. La nappe est captive, car son toit est imperméable. Cette nappe est en liaison avec les nappes situées dans les formations tendres des linéaments évoqués dans la photo-interprétation. La zone est alors intéressante de point de vue hydrogéologique pourvue qu’elle soit éloignée de toute structure susceptible de contaminer l’eau souterraine. Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 43 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Panneau 3 Le panneau P3 a été étalé au Sud-Est de l’ECAR de Befotaka Nord (cf. figue 14). Il a pris la direction Nord-Est Sud-Ouest. La distance entre deux électrodes successives est a=6m. La profondeur d’investigation est de 30m comme les deux premiers panneaux. Figure 21 : Coupe géoélectrique du panneau P3 La coupe géoélectrique obtenue a mis en évidence la présence de trois formations: - une formation superficielle, moyennement résistante de gamme de résistivité comprise entre 100m à 300m, caractérisée par la couleur vert et jaune. - une mince couche faiblement résistante, 30m à 100m, de couleur vert auréolé de bleu. Elle s’épaissit de 5m à 10m en allant vers le Sud-Ouest. - une couche très conductrice termine la séquence. Elle constitue le substratum argileux atteint par les lignes électriques. La valeur de chargeabilité électrique est relativement élevée dans cette zone. La structure est à forte teneur d’argile dans ce secteur, alors, l’écoulement et la percolation verticale de l’eau y sont limités. Ce qui signifie que la capacité d’eau souterraine est très limitée dans cette partie. Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 44 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Panneau 4 Pour avoir plus d’information en profondeur, le quatrième panneau P4 a été étalé le long de la piste menant à l’enceinte de la mission catholique, avec les distances inter-électrodes a=10m. Il permet d’avoir une investigation en profondeur maximale égale à 50m. Il a pris la direction Nord-Est Sud-Ouest. Figure 22 : Coupe géoélectrique du panneau P4 La coupe géoélectrique reflète les résultats obtenus comme pour la coupe géoélectrique du panneau P2 : - la formation, en surface et en sub-surface, est électriquement résistante. Elle est hétérogène, les valeurs de résistivité varient entre 100m et 500m. Elle s’amincit du Sud-Ouest vers le Nord-Est (cf. figure 23). - une couche faiblement résistante, dont les valeurs de résistivité sont comprises entre 30m et 100m. Elle s’épaissit de 4m à 25m en allant vers le Sud-ouest, en plongeant vers la Sud-Ouest. Cette formation est constituée par la présence de grès plus ou moins compacte. Elles sont représentées par les couleurs vert clair, vert foncé et du bleu ciel. Cette formation correspondrait à une formation saturée d’eau. - comme le substratum observe sous la coupe du panneau P2, le panneau P4 présente un substratum conducteur, de même forme que celui en Panneau P2. Toutefois, les valeurs de chargeabilité sont relativement élevées, ce qui signifie que l’aquifère y est à forte teneur d’argile. La circulation d’eau souterraine est limitée. Elle n’est donc pas intéressante du point de vue hydrogéologique. Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 45 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia D`une manière générale, pour les quatre coupes, on observe en surface et en sub-surface une formation faiblement résistante correspondant à la formation alluvionnaire. Puis, la résistivité décroit en allant en profondeur pour atteindre l’argile constituant la couche imperméable de la deuxième nappe. Sur les quatre coupes interprétées, les valeurs de la chargeabilité observées sont comprises entre 0.5mv/v et 20mv/v. En reliant ces mesures aux informations concernant la géologie de la zone d`étude et à nos observations sur le terrain, nous pouvons ainsi proposer le modèle suivant : - sur les deux premiers mètres de profondeur, on aurait une couverture très superficielle constituée par des alluvions, - puis, la formation gréseuse de l’Isalo III. Cette couche renferme la zone saturée d’eau, où l’aquifère est le plus propice à l’exploitation. - la formation conductrice, constituant le soubassement des coupes géoélectriques, constitue le substratum atteint par les lignes électriques. Elle est assimilée à la formation argileuse qui, joue le rôle de couche imperméable emmagasine l’eau. La coupe géoélectrique obtenu à partir du panneau P2 a mis en évidence la formation où l’implantation du point de captage d’eau souterraine est la plus favorable. Ce point répond au mieux au critère technique de l’implantation de point de captage d’eau souterraine. Il a été confirmé par le sondage SEV2, dont la vingtième électrode coïncide avec le point désigné du panneau P2. Plus précisément le point d’abscisse x=99m du panneau qui sera retenu pour point de captage d`eau souterraine du village. Figure 23 : Emplacement du point de captage sur panneau P2 Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 46 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia III.4. Représentation de résultat en trois dimensions (3D) du sous-sol La modélisation 3D a été élaborée à partir des modèles 1D et 2D obtenus de la prospection électrique. Elle permet d’avoir une représentation en relief, certes, qualitative, des évènements géologiques, modélisés par la géophysique. En outre, les couches à 2D vues dans chaque profil ci-dessus sont semblables, seules les épaisseurs les différencient. Alors, le modèle 3D ci-après s’approche de la réalité. La couche marquée, en vert pour le modèle 3D des résistivités, et en bleu pour celle des chargeabilités, en profondeur, représente la formation gréseuse. Elle est saturée en eau. La modélisation a été effectuée par le logiciel Oasis Montaj. Le module 3D Gridding est utilisé pour l’affichage en 3D. Figure 24 : Modèle 3D de résistivité des panneaux électrique Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 47 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Figure 25 : Modèle 3D de chargeabilité des panneaux électrique A l’aide du logiciel Oasis Montaj, la transformation des coupes en blocs diagrammes nous a permis de visualiser en 3D les structures hydrogéophysiques du sous-sol (résistivités et chargeabilités des panneaux électriques). L’interprétation de ces blocs donne l’extension des structures hydrogéologiques sous-jacentes. Il peut donner aussi une estimation de la puissance de nappe si l’endroit est bien déterminé. On peut considérer que la valeur de résistivité électrique de la nappe existant dans le domaine de Mission catholique est estimée entre 25 à 100Ωm. Le modèle en trois dimensions concernent à la fois : - Le modèle 3D de résistivité, la couche de couleur en vert en profondeur, indique probablement la présence de formations saturées d’eau. - Le modèle 3D de chargeabilité montre que la couche de couleur vert que nous avons vue dans le modèle 3D de résistivité change en bleu qui indique la faible valeur de chargeabilité compris entre 0.5 mV/V et 3 mV/V et confirme la présence de formations saturées d’eau. Plus la valeur de la chargeabilité est forte plus la formation est argileuse, d’où l’absence de nappe d’eau exploitable. Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 48 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia CONCLUSION L’étude a été effectuée dans la partie Ouest du village de Befotaka où la potentialité en eau est élevée. Toutefois, elle est exposée par divers contamination en surface et en sub-surface. Alors, l’option efficace, parmi les ressources existantes, est l’exploitation des ressources en eau souterraines pour réaliser un mode d’approvisionnement durable. D’après les enquêtes effectuées auprès des villageois, l’accès à l’eau potable est faible. Ce problème peut être résolu par l’exploitation des nappes souterraines. La recherche d’eau souterraine est rendu possible en utilisant la méthode conventionnelle de reconnaissance hydrogéologique appuyée par la prospection géophysique. La méthode électrique, utilisant les deux techniques : sondage électrique vertical, SEV, et Imagerie par Topographie Electrique, ITE, constitue un atout majeur dans la caractérisation des aquifères. Elle permet de déterminer la formation géoélectrique du sous-sol qui est fonction de la lithologie et l’hydrogéologie. Les coupes géoélectriques obtenues nous ont indiqués un endroit favorable à l’implantation d’un point de captage d’eau souterraine. Les cinq sondages électriques et les quatre panneaux électriques, étalés à l’intérieur de la zone d’étude, atteignent une profondeur maximale de 50m de profondeur. Ils ont montré la succession des couches géoélectriques présentes dans le sous-sol. Les résultats nous ont montré la présence de deux (02) aquifères poreux pour répondre au besoin en eau du village de Befotaka : - nappe superficielle, elle est localisé dans les alluvions et elle se trouve à une profondeur inférieure à quatre (04) mètres. C’est une nappe perchée. Sa capacité est limitée, elle se tarit en période d’étiage et elle est exposée à toute sorte de contamination. Cet état est dû à la présence des infiltrations directes des eaux de surface. Donc, elle ne respecte pas les normes de potabilités, - nappe profonde, elle est localisée dans les grès et se trouve à plus de 30m de profondeur. Elle représente une ressource en eau importante. L’eau y est apparemment de bonne qualité et satisfaisant en quantité. La nappe repose sur une formation argileuse suffisamment imperméables, dont le toit est estimé à 40m de profondeur. Cette nappe est semi-captive à captive. D’après l’interprétation de la prospection géophysique, l’eau souterraine coule suivant la direction Nord-Est Sud-Ouest. La formation, faiblement résistant, identifiée précédemment comme aquifère potentiel, où la zone de faible valeur de chargeabilité (<2mV/V) de l’ordre de 0.5mV/V et de puissance moyenne de 20m, est probablement l`aquifère à forte porosité et à faible teneur en argile. C’est la nappe où la potentialité en eau souterraine est la plus élevée. Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 49 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Ainsi, le point de coordonnées géographiques X= 178822 et Y= 8391400 sous le panneau P2 est proposé pour l’implantation du captage d’eau souterraine de Befotaka. La profondeur totale de l’ouvrage de captage d’eau souterraine est estimée à 35m. Figure 26 : Emplacement du point de captage d’eau souterraine à Befotaka Nord Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 50 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Références bibliographique et webographiques BESAIRIE H., COLLIGNON M., (1972) - Géologie de Madagascar : Les terrains sédimentaires. Annales géologiques de Madagascar fascicule n° XXXV. CHAPERON P., DANLOUX D., FERRY L., (1993), Fleuves et rivières de Madagascar LOKE M.H., 1994. The inversion of two dimensional resistivity data. PhD Thesis, University of Birmingham, Birmingham. LOKE M.H., 1999. Time-lapse resistivity imaging inversion. 5th Meeting of the Environmental and Engineering Geophysical Society European Section Proceedings. Em1. MARSHALL, S. and ROGERS, R. 2012 Lungfish burrows from the upper cretaceous Maevarano formation, Mahajanga basin, NorthWestern Madagascar. Palaios 27: 857-866. CHOUTEAU M., 1999 : Géophysique appliquée II- méthode électrique. Notes de cours Ministère de l’énergie et des mines-Direction générale de l’eau et de l’assainissement, 2008 Programme National d’Accès à l’Eau Potable et l’Assainissement RAKOTONDRAIBE J. H., 2005, Les huit (8) zones Hydrogéologiques et principales nappes de Madagascar, 1974, mise à jour 2005. Hery Nirina Charles RALAIVELO, évolution spatio-temporelle de l’état physico-chimique des eaux souterraines exploitées par la JI.RA.MA à Mahajanga ville, Rapport de stage DEA, DEA Hydrogéologie, Faculté des Sciences, Université d’Antananarivo, 2015. INSTAT, Recensement général de la population et de l’habitat (RGPH) 1997, Recensement au niveau des communes, Juin 2003, Monographie de la région Sofia, estimation de la population, RAPPORT D’ANALYSE REGIONALE REGION SOFIA Services de la statique agricole, décembre 2002 Reference web SITE DE MEMOIRE EN LIGNE : http://www.memoireonline.com/ http://theses.recherches.gov.mg/ http://www.hydrogéologie.com www.sofia.gov.mg/ Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 51 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia ANNEXES Annexe 1: Résistivités et chargeabilités de roches Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 52 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Annexe 2: Norme de potabilité Malagasy (Décret n°2004-635 du 15/06/04) PARAMETRE ORGANOLEPTIQUE NORME Odeur ABSENCE Couleur INCOLORE Saveur désagréable ABSENCE NORME PARAMETRE PHYSIQUE UNITE Température °C <25 Turbidité NTU <5 Conductivité µS/cm <3000 pH 6,5-9,0 NORME PARAMETRE CHIMIQUES UNITE ELEMENTS NORMAUX MINIMA VMA Calcium mg/l 200 Magnésium mg/l 50 Chlorure mg/l 250 Sulfate mg/l 250 Oxygène dissous % de saturation % 75 Dureté TH mg/l en CaCO3 500 ELEMENTS INDESIRABLES MATIERES ORGANIQUES mg/l 2(milieu Alcalin) 5(milieu Acide) Ammonium mg/l 0,5 Nitrite mg/l 0,1 Azote total mg/l 2 Manganèse mg/l 0,05 Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 53 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Fer total mg/l 0,5 Phosphore mg/l 5 Zinc mg/l 5 Argent mg/l 0,01 Cuivre mg/l 1 Aluminium mg/l 0,2 Nitrate mg/l 50 Fluore mg/l 1,5 Baryum mg/l 1 ELEMENTS TOXIQUES ARSENIC mg/l 0,05 Chrome total mg/l 0,05 Cyanure mg/l 0,05 Plomb mg/l 0,05 Nickel mg/l 0,05 Polychloro-biphenyl PCB mg/l 0 Cadmium mg/l 0,005 Mercure mg/l 0,001 SOLVANTS CHLORES Chloroforme mg/l 0,05 Tétrachlorure de carbone mg/l 0,05 GERMES PATHOGENE ET INDICATEURS DE POLLUTION FECALE Coliformes totaux 0/100ml Streptocoques fécaux 0/100ml Coliformes thermo-tolérants (e.coli) 0/100ml Clostridium sulfito-réducteur <2/20ml Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 54 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Annexe 3 : Les différentes courbes de sondages interprétés Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 55 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 56 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 57 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Table des matières DEDICACES ...... i REMERCIEMENTS ...... ii SOMMAIRE ...... iii LISTE DES FIGURES ...... iv LISTE DES PHOTOS ...... v LISTE DES TABLEAUX ...... vi LISTE DES ANNEXES...... vii LISTE DES ABREVIATIONS ...... viii INTRODUCTION ...... 1 Chapitre I : CONTEXTE GENERAL DE LA ZONE D’ETUDE I.1. Localisation de la zone d’étude ...... 2 I.2.Infrastructures sociales ...... 4 I.3. Situations démographique et socio-économique ...... 5 I.3.1. Donnée démographique...... 5 I.3.2. Situation socio-économique ...... 5 I.4. Situation actuel de l’approvisionnement en eau ...... 6 I.5. Climat et végétation ...... 10 I.5.1. Contexte climatique ...... 10 I.5.2. Végétation ...... 11 I.6. Contexte géologique...... 12 I.7. Contexte hydrogéologique ...... 14 I.7.1. Hydrographie ...... 14 I.7.2.Hydrogéologie ...... 15 Chapitre II : METHODOLOGIE ADOPTEE ET PRINCIPE D’ACQUISITION DE DONNEES II.1. Démarche préliminaire ...... 16 II.2. Caractérisation des aquifères ...... 18 II.2.1. Notion d’Hydrogéologie (Cycle de l’eau) ...... 18 II.2.2. Généralités sur les aquifères ...... 18 II.2.3. Les formations aquifères ...... 19 II.2.4. Caractérisation hydrodynamique d’un aquifère ...... 20 II.3. Photo-interprétation ...... 21 Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 58 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia II.3.1. Principe ...... 21 II.3.2. Méthode de la photo-interprétation ...... 21 II.4. Prospection géophysique ...... 22 II.4.1. Généralités ...... 22 II.4.2. Méthode de prospection électrique ...... 22 II.4.3. Technique de prospection électrique du sous-sol ...... 23 II.5.Acquisition et représentation de mesure ...... 25 II.5.1. Acquisition de donnée en sondage électrique ...... 25 II.5.2. Acquisition de donnée en panneau électrique...... 25 II.5.2. Matériel utilisés ...... 27 II.6. Traitement de données et représentation des résultats ...... 29 II.6.1. Sondage électrique ...... 29 II.6.2. Panneau électrique ...... 30 Chapitre III : RESULTATS ET INTERPRETATIONS DE DONNEES III.1. Interprétation de photo-aérienne ...... 33 III.2. Présentation de travaux géophysique ...... 35 III.3. Interprétation des résultats ...... 37 III.3.1. Interprétation des sondages électriques ...... 37 III.3.2. Interprétation des coupes géoélectriques des panneaux ...... 41 III.4. Représentation de résultat en trois dimensions (3D) du sous-sol ...... 47 CONCLUSION ...... 49 Références bibliographique et webographiques ...... 51 ANNEXES ...... 52 RESUME Mémoire de Master Rinah 02 Mars 2016 59 Thème Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia Thème : Etude de la potentialité en eaux souterraines de la partie Ouest du village de Befotaka-Nord, District Analalava, Région Sofia RESUME L’étude a été effectuée afin d’évaluer la potentialité en eaux souterraines de la zone et de localiser le point de captage d’eau souterraine pour la population de Befotaka Nord. Alors pour atteindre cet objectif, la méthode de prospection électrique, à 1D et à 2D, a été utilisée lors de la campagne géophysique. Le résistivimètre SYSCAL R2 et ses accessoires ont été utilisés pour réaliser cinq sondages électriques et quatre panneaux électriques. Les coupes géoélectriques, celle du sondage et celle du panneau électrique donnant à la fois la coupe de résistivité électrique et de chargeabilité électrique nous informe à la fois sur la puissance, le type et la qualité de la nappe aquifère. Deux aquifères potentiels ont été trouvés pour lesquels, l’emplacement, la profondeur l’épaisseur ainsi que la nature ont pu être déterminées. Les modèles 2D et 3D de résistivité et de la chargeabilité ont été présentés. Ces résultats nous ont conduits au modèle d’écoulement d’eau souterraine dans le secteur et surtout nous a beaucoup appuyé à la localisation de la zone favorable à l’implantation du point de captage d’eau souterraine pour le village Befotaka. Mots clés : eaux souterraines, aquifère, sondage électrique, panneau électrique, Befotaka ABSTRACT Topic: Study of the groundwater potentiality of the west part in the village Befotaka North, Analalava District, Sofia Region. The study was carried out in order to evaluate the groundwater potential and also to locate the favorable drilling point for the groundwater exploitation. So to reach this assign objective, the electrical method using 1D and 2D, was done. The resistivimeter SYSCAL R2 and his accessories were used to produce five electric survey and four electric panels. The geoelectrical section have a relationship with the lithology and hydrogeology structures. So the section give us the thick of each layer and its slope. The combination of the geological, geophysical and hydrogeological information’s conduct on the location of the favorable drilling point for the groundwater exploitation. These results have led us to the groundwater flow pattern in the sector and especially the groundwater flow. The Befotaka area contains the two groundwater’s types: an unconfined aquifer and a confined aquifer, the first is exposed on the contamination and the second on is in charge and may have a good quality. Keywords: groundwater, aquifer, electric survey, electrical panel, Befotaka Impétrant Rapporteur RAZANADRAKOTO Lala Rinah Monsieur RAKOTO Heritiana A. E-mail : [email protected] E-mail: [email protected] Mars 2016 Tel: 034 02 313 47 Tel: 034 14 286 89