Memoire Online - Caractérisation hydrodynamique et hydrochimique de la nappe profonde maastrichtienne

UNIVERSITE CHEIKH ANTA DIOP
FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES
INSTITUT DES SCIENCES DE LA TERRE

MINISTERE DES MINES DE L'ENERGIE
ET DE L'HYDRAULIQUE
SERVICE DE GESTION ET DE PLANIFICATION
DES RESSOURCES EN EAU

CARACTERISATION HYDROCHIMIQUE ET HYDRODYNAMIQUE
DE LA NAPPE PROFONDE MAASTRICHTIENNE DANS
LA ZONE DU FERLO

Louange à Allah Seigneur de l'Univers , le Pardonneur, le Miséricordieux. Il est certes avec les endurants.

A mon regretté Père Serigne M'backé rappelé à DIEU la nuit du 7 janvier 1994 ;

A celui dont l'enseignement et l'éducation ont nourri l'esprit et guidé nos pas sur le chemin de la droiture ;

Père ! que le Miséricordieux te rétribue les efforts que tu as consentis durant toute ta vie à notre formation et à celle de tant d'autres ;

Père ! nous ne te mériterons vraiment que lorsque l'on fera parti de ceux aux âmes apaisées ;

AVANT PROPOS

Comme toute ressource limitée, il est important de préserver l'eau en quantité et en qualité. Malheureusement il apparaît que les besoins en eau sont sans cesse plus grands et que bien souvent son utilisation se fait de manière anarchique.

Oui, l'eau souterraine par définition ne se voit pas. Et tout se passe dans les esprits comme si on ne risquait rien à la dégrader et ne gagnait rien non plus à l'améliorer. Le temps est certainement venu de raisonner autrement si l'on veut éviter des préjudices durables.

Au terme de ce travail qui représente ma modeste contribution à l'étude de la nappe du Maastrichtien, permettez moi d'adresser mes remerciements :

Vous avez touj ours répondu favorablement aux sollicitations des élèves-ingénieurs, votre pédagogie et votre rigueur nous serviront touj ours de leçon.

Vous avez guidé mes premiers pas dans le domaine de l'hydrogéologie et depuis vous n'avez cessé de me faire bénéficier de votre savoir avec dévouement et abnégation, je ne saurai vous remercier assez. Que DIEU vous assiste !

Vous m'avez fait aimer l'étude de cette nappe en en balayant le chemin par une remarquable Thèse ès sciences. Vos critiques averties m'ont beaucoup servi.

J' ai pu bénéficier de votre disponibilité et de vos suggestions. Je vous remercie d'avoir accepter de participer à ce jury.

Vous m'avez accueilli ouvertement dans vos bras en me faisant profiter de votre grande expérience professionnelle, ma cha Allah. Je vous remercie de tout coeur.

Votre ouverture dans les discussions scientifiques m'a beaucoup impressionné et m'a servi dans la compréhension des modèles d'interprétation. Je vous remercie également d'avoir accepter de participer à ce jury.

Par votre nom je remercie l'ensemble du personnel du SGPRE, vous m'avez beaucoup aidé dans ce travail. Merci d'avoir accepté de participer à ce jury.

~ A Monsieur Cheikh H. Kane, Directeur de AquaConsult Sahel (ACS) ; le temps que j 'ai passé à tes côtés a été amusant et instructif. Merci d'avoir accepté de participer à ce jury.

Ce travail qui est le fruit de mes efforts et celui de tant d'autres que je ne saurai oublier, est dédié:

A mon Père, qui nous a touj ours incités à donner le meilleur de nous mêmes ; A ma mère Sokhna, nous serons touj ours fiers de toi ;

A mes tantes et oncles, je vous souhaite tous longue vie pleine d'adoration ; A Ibrahima khalilou Lahi, suivons ses traces ;

A mes soeurs et cousines : Astou, Oumy Kalsoum ; les mamans constituent une école ;

A mes amis et tous ceux qui me sont chers, dans l'entente et l'entraide le monde aurait trouvé un équilibre ;

A tous les élèves ingénieurs de l'IST et particulièrement à tous mes camarades de la 1 5è promotion: Serigne Khadim, Bocara sp,Balla, Imam Kane, prince Hann, Maba boy Louga, Dieng,co, Idy Amin et Fanta l'amazone.

A mes amis étudiants des Facultés Sciences et Médecine, aux anciens élèves du LSLL et ingénieurs sortant de l'ESP 2è promotion.

« IL n' y a pas de route royale pour la science, et ceux là seulement ont la chance d'arriver à ses sommets lumineux qui ne craignent pas de se fatiguer à gravir ses sentiers escarpés ».

A tout le personnel de SEHI et SONAFOR ; A tous les défenseurs de la nature réunis autour de l'ASAN ; A mes anciens professeurs : Dia et Bass ;

Fig.6- Carte de distribution spatiale des forages maastrichtiens 20
Fig.7- Carte de distribution spatiale des teneurs en résidus secs

du Maastrichtien dans le Ferlo 21
Fig.8- Représentation des eaux maastrichtiennes de la partie ouest du Ferlo

sur le diagramme de Piper 22
Fig.9a- Diagramme de Stiff de l'analyse chimique de l'échantillon

du forage 064x0019 24
Fig.9b : - Diagramme de Stiff de l'analyse chimique de l'échantillon

du forage 066x0015 25
Fig.9c-- Diagramme de Stiff de l'analyse chimique de l'échantillon

Fig. 10b- Représentation des eaux du Gr2sur le diagramme de Shoeller, modifié 28

Fig.26 Courbe de remontée du P3 63
Fig.27- Illustration schématique des paramètre de la modification

Tableau II- Récapitulatif des résultats de l'essai par paliers de débits du P4 54

TableauV - Récapitulatif des résultats du pompage longue durée après correction 66

RESUME

Le Service de Gestion et de Planification des Ressources en Eau, dans son programme du Projet Sectoriel Eau, a réservé une place importante à l'étude de la nappe maastrichtienne. C'est ainsi qu' un dispositif de quatre piézomètres a été réalisé à Dahra (zone pilote).

Nous avons profité de cette occasion pour apporter notre contribution à une meilleure connaissance de cette nappe dans le Ferlo, en pleine zone sylvo-pastorale.

La première phase de l'étude est consacrée à une caractérisation chimique des eaux maastrichtiennes dans ce secteur. L'appui des rapports de forage et de la base de données du service nous a permis de faire une zonation chimique des eaux dans ce secteur. En effet les 3/5 du secteur couvrant les parties centrale et orientale de la région de Louga emmagasinent des eaux de bonne qualité, bicarbonatées calci-magnésienne avec des teneurs en résidu sec inférieures à 1000mg/l. Parcontre la partie occidentale correspond à une bande salée, renfermant des eaux chlorurées dont les teneurs en résidu sec sont supérieures à 2000mg/l.

La deuxième phase de l'étude concerne essentiellement la zone pilote. L'étude lithostratigraphique faite à partir de l'observation des cuttings, couplée aux diagraphies offre un schéma du Maastrichtien constitué d'une nappe captive subdivisée en trois niveaux composés du haut vers le bas des sables grossiers épais de 100m, contenant des eaux douces dont la teneur en TDS< 500mg/l. Ces dernières sont suivies de deux autres niveaux à sables moyens à fins avec une abondance de passées argileuses vers le bas contenant respectivement des eaux dont la minéralisation est de 1000mg/l et des eaux salées de 6500mg/l. Le niveau supérieur offre une transmissivité de l'ordre de 10^-3 m²s^-1alors que celui du niveau intermédiaire est de l'ordre de 1 0^-5m²s^-1.Toutefois, sur la base d'hypothèse, le coefficient d'emmagasinement du niveau

supérieur serait de l'ordre de 10^-3. Par conséquent, pour une détermination précise de ce paramètre, la mise en place d'un forage de gros diamètre dans ce futur centre de captage est plus que jamais nécessaire.

Au vu de tous ces résultats, le Maastrichtien offre dans le Ferlo d'importantes réserves d'eau de qualité.

Mots-clés :Hydrogéologie, aquifère, nappe, Maastrichtien, hydrochimie, hydrodynamique, diagraphie, pompage d'essai.

DEUXIEME PARTIE : CARACTERISATION HYDROCHIMIQUE DE LA NAPPE MAASTRICHTIENNE AU FERLO

INTRODUCTION

Les eaux souterraines constituent en général des réserves naturelles de bonne qualité qui nécessitent peu de traitement par rapport aux eaux de surface. Cette res source doit être bien gérée car elle n'est ni inépuisable, ni insensible aux agressions de l'environnement. Il est indispensable d'assumer une gestion quantitative et qualitative des eaux souterraines, afin de satisfaire la demande par les points de production les mieux adaptés. Une exploitation rationnelle est indispensable, car une exploitation mal maîtrisée des nappes pourrait avoir des conséquences très néfastes et peut être irréversibles sur la qualité de l'eau.

La nappe profonde du Maastrichtien constituant l'aquifère le plus important du pays couvre les 4/5^ème du territoire. Cette ressource découverte en 1938 lors d'une prospection hydrogéologique à Kaolack devient de plus en plus exploitée malgré un manque de connaissance parfaite des réserves, du fonctionnement, des caractéristiques hydrauliques, du taux de renouvellement etc....

Chaque année, sont implantés de nouveaux forages qui captent cette nappe maastrichtienne. Celle-ci s'est révélée , au cours du temps d'un intérêt économique de plus en plus considérable. Soucieux de ne pas exploiter inconsidérément cette ressource, le gouvernement du Sénégal décidait en 1965 d'inscrire au plan quadriennal, la surveillance de cette nappe et en confiait la tâche au Bureau de Recherches Géologiques et Minières(BRGM). Celui-ci, au terme du contrat, devait assurer un contrôle annuel des pressions et de la teneur en sel de la nappe, et après quatre ans de suivi, indiquer comment la nappe évolue. Par la suite cette tâche incombe respectivement à la Direction des Etudes et de la programmation (DEP) devenue plus tard la Direction des Etudes Hydrauliques (DEH). Cette étude devenant plus que jamais nécessaire, vu l'accroissement de la demande sociale en eau, est aujourd'hui attribuée au Service de Gestion et de la Planification des Ressources en Eau (SGPRE).

Depuis 1998, a vu le jour le Projet Sectoriel Eau (PSE) qui a réservé une part importante à l'étude de la nappe maastrichtienne, notamment sa géométrie, ses réserves, son modèle d'écoulement, sa caractérisation chimique; et tout cela afin de mettre sur pied un modèle de gestion des ressources en eau souterraine.

C'est ainsi qu'il a été réalisé un dispositif de quatre piézomètres dans l'arrondissement de Dahra, à 1.5 km à l'Est du village de Mboussobé . Ce secteur d'étude a été désigné sous le

nom de zone pilote par le groupement Cowi-Polyconsult qui avait en charge la réalisation des études au niveau du SGPRE. Un certain nombre de critères justifie le choix de la dite zone pilote ; notamment :

l'épaisseur de la nappe d'eau douce assez importante (environ 1 50m) la concentration de la population faible ;

La détermination des flux d'eau, actuels et passés s'appuie sur la détermination des paramètres hydrodynamiques qui servent de base aux modélisations, et la connaissance de la géochimie des eaux au sein du milieu géologique considéré qui renseigne sur la dynamique et l'évolution du système. Ainsi, les deux approches, hydrogéologique sens strict et

hydrogéochimique sont indissociables dans les études de caractérisation hydrogéologique des
sites.

C'est alors qu'une partie d'une telle étude concernant la nappe profonde du Sénégal dans la zone du Ferlo nous a été confiée dans le cadre du partenariat Institut des Sciences de la Terre (IST) -Ministère des Mines, de l'Energie et de l'hydraulique par l'intermédiaire de son département chargé des études, le Service de Gestion et de Planification des Ressources en Eau (SGPRE). Cette étude porte sur le thème suivant :

«Caractérisation hydrochimique et hydrodynamique de la nappe profonde
maastrichtienne dans la zone du Ferlo ».

L'objectif de cette étude est de déterminer les paramètres hydrodynamiques de la nappe dans le Ferlo mais également de faire une classification chimique des différentes familles d'eau.

PREMIERE PAR TIE

PRESENTATION GENERALE

I.1. - Aperçu géographique

Le secteur étudié comprend la région administrative de Louga et environs au sein de laquelle se trouve le village de M'boussobé, site d'implantation des quatre piézomètres appelé ``zone pilote'' ( fig. 1 ).

Mboussobé est une localité appartenant à l'arrondissement de Dahra, département de Linguère, région de Louga, située à 9km à l'Ouest de la ville de Dahra. Le secteur appartient à la zone du « Ferlo - Linguère - Dahra- Coki -Louga ». C'est la région la plus aride du Sénégal. Elle est sous l'influence de l'Alizé continental (Harmattan) pendant 9 mois sur 12. Les températures maximales sont atteintes en Mai-Juin avec des moyennes de 30 à 33° C et les minima de Décembre-Janvier ne dépassant guère 24°C.

Les précipitations moyennes sont inférieures à 400mm. Elles dépassent rarement 500mm. Les pluies sont très irrégulières.

Du point de vue topographique, c'est une zone très plate: seuls les alignements SW-NE des dunes ogoliennes donnent un moutonnement de faible amplitude. Le relief ne dépasse pas 30 à 40m.

I.2 Aperçu géologique :

I.2.1. Contexte régional :

Le bassin sédimentaire du Sénégal, situé entre les latitudes 12°50 et 16° 50 N et les longitudes 17°50 et 13°30 W, est un sous ensemble du bassin sénégalo- mauritanien.

Son relief est peu marqué et il est limité à l'Ouest par une côte sablonneuse basse où débouchent quatre estuaires relativement importants :

Le Ferlo comme la majeure partie du Sénégal appartient au bassin sédimentaire sénégalomauritanien. Les forages hydrauliques réalisés dans les années 50, ont beaucoup contribué à la connaissance de la stratigraphie de la région. C'est ainsi que tous les niveaux depuis le Crétacé supérieur sont décrits dans la littérature (Dégallier,1954. Michel,1973). Cependant la description lithologique faite dans cette étude concernera les formations maastrichtiennes et celles postérieures.

Les formations secondaires constituent de puissants dépôts de sédiments détritiques reposant sur le mur primaire, qui est atteint à 636m de profondeur à Linguère (Audibert, 1962). Le sommet de la série constitué par l'étage maastrichtienne est à pré-

dominance détritique siliceuse. Dans le Ferlo cette dernière est caractérisée

essentiellement d'un sable à granulométrie hétérométrique qui s'est enrichi d'un apport
argileux, où tous les termes compris entre sable argileux et argile sableuse se retrouvent.

Le toit du Maastrichtien est affecté de jeux de failles présentes dans le Ferlo (LePriol et Dieng, 1985). Dans les zones hautes de Dagana et Matam, un soulèvement notoire est observé. Le toit est subaffleurant vers Dagana, où il est à 30m de profondeur. Il s'enfonce vers Toundou Besset jusqu'à 540m de profondeur (fig.2). Dans les environs de Matam la profondeur du toit est à 40m. A cet endroit, le caractère détritique des sédiments tertiaires et quaternaires rend difficile la détermination des formations proprement maastrichtiennes. Au niveau de la zone d'effondrement principale du Ferlo, le toit se situe à une profondeur de 160 mètres.

Les sables maastrichtiens renferment un important aquifère alimentant la presque totalité des forages hydrauliques. Ils ont une puissance de 300m au niveau du Ferlo, où les perméabilités sont assez bonnes, notamment dans le Nord, avec des valeurs de l'ordre de 10 ^-3ms^-1 (Audibert, 1964).

Le Paléocène est essentiellement constitué de formations calcaires dont les faciès varient localement. Un faciès siliceux, détritique constitué de grés calcaires associés à de l'argile sableuse, est noté au nord-ouest de la zone haute de Dagana (Lepriol et Dieng ,1985). A l'Est on trouve des calcaires francs, coquillers de teinte blanche à grise, qui sont le plus souvent aquifères. Des formations identiques sont retrouvées dans les alentours de Linguère et Barkédji, à l'Est de la zone d'étude. Un ensemble argilo-marneux, constitué d'argile noire et de marnes ou marno-calcaires est également représenté. Cet ensemble recouvrant les formations aquifères du Maastrichtien, donne à celles-ci une configuration de nappe captive.

Au Ferlo, l'Eocène comprend les formations de l'Yprésien (Eocène inférieur) et du Lutétien (Eocène supérieur). La première, à caractère essentiellement argilo-marneux, renferme cependant des niveaux calcaires.

A l'Est de Yaré Lao, les formations du Lutétien présentent un faciès marnocalcaire surmontant quelque fois des calcaires francs (Diène, 1995).

Dans sa partie inférieure, l'Eocène est en continuité avec les formations paléocènes de faciès similaire. C'est pourquoi, à défaut d'arguments paléontologiques, les niveaux à silex sont considérés comme limite entre les formations paléocènes et celles de l'Eocène

(Michel,1973). Seulement cette délimitation pose problème aux endroits où les niveaux à silex sont absents. Dans ce cas, la présence des fossiles marque le début du Paléocène.

C'est un ensemble de dépôts azoïques. Pendant très longtemps on a pensé qu'ils étaient d'origine continentale. Dans cette région le CT désigne l'ensemble des formations détritiques post-éocènes comprises entre les formations carbonatées de l'Eocène et celles éoliennes du Quaternaire.

Les faciès dominants sont gréso-argileux. Les grés à ciment argileux, avec un aspect bariolé, est plus souvent présent au sommet de la série, sous la cuirasse. Il est associé à l'argile sableuse jaune à ocre .Des termes sableux ou sablo- argileux sont également des faciès trés fréquents, notamment dans la lisière des alluvions de la vallée du Sénégal et de la vallée fossile du Ferlo, en aval de Linguère.

Les sables éoliens forment des massifs dunaires parfois très étendus recouvrant la cuirasse latéritique, démantelée par endroits (sous forme d'agrégats de granules ferrugineux). Ils se seraient mis en place lors d'une importante régression marine liée à la dernière glaciation (Wurm) dans les régions tempérées (Michel, 1973).

Le modelé dunaire s'est considérablement émoussé aucours du temps; les dunes sont fixées par la végétation, les interdunes ont été plus ou moins remblayées par les produits de ruissellement. Un sol de couleur brun à rouge, datant du Tchadien (phase humide :11000- 6000BP), recouvre les sables dunaires. Entre les cordons dunaires on peut retrouver soit des sols bruns subarides, soit des sols hydromorphes, constitués de boue grise et profondément crevassée en saison sèche. C'est en ces endroits que se forment des mares temporaires.

A première vue le Bassin du Sénégal donne l'impression d'une unité tectonique simple avec des couches généralement subhorizontales (fig.3 ). Toutefois les photos

aériennes montrent (Le Priol et Dieng,1985) de nombreux linéaments, dont beaucoup sont assimilables à des fractures.

La région du Ferlo, si elle ne montre aucune particularité tectonique, présente néanmoins un certain nombre d'accidents majeurs qui sont à l'origine de la formation de zones hautes et de zones basses dans la région.

Les familles de fractures de direction NNE-SSO bordent à l'ouest et à l'est le lac de Guiers, dont elles conditionnent le tracé. Elles limitent à l'ouest la zone haute de Dagana que l'on appelle communément le dôme de Guiers (Michel, 1973). L'effondrement du compartiment occidental est assez important, avec un rejet de l'ordre de 200m (Le Priol et Dieng, 1985).

L'examen de la carte structurale permet de constater dans la zone pilote une série de fracturations de direction générale N-S mais également des failles transformantes orientées E-W (fig.4).

I. 3- Aperçu hydrogéologique :

Au Sénégal l'exploitation des ressources en eau souterraine concerne en grande partie les aquifères du Crétacé, du Tertiaire et du Quaternaire.

Généralement on distingue(fig.3) un ensemble aquifère inférieur situé dans des niveaux plus profonds du Maastrichtien et Campanien et un ensemble supérieur regroupant les nappes du Tertiaire et du Quaternaire (Travi, 1988).

L'aquifère du Maastrichtien est largement représenté sur l'ensemble du bassin (160.000km²). A ce jour il est généralement exploité sur sa partie supérieure(100 premiers mètres) et sa base est donc mal connue. Cependant les forages de recherches pétrolières ont fourni quelques indications sur son mur et son épaisseur.

A l'est du méridien 14°30 l'aquifère maastrichtien repose directement sur les formations cristallines du socle anté-mésozoïque. Il constitue un réservoir relativement homogène et de nature essentiellement sablo-gréseuse.

A l'ouest, l'aquifère repose sur des formations argileuses anté-maastrichtiennes qui séparent les eaux salées que l'on rencontre en profondeur et les eaux douces de l'aquifère.

A l'ouest du méridien 17°15 il devint entièrement argileux et improductif. Le toit du Maastrichtien marqué par l'apparition des niveaux argileux et carbonatés du Paléocène, présente des zones hautes et des zones effondrées. Les zones hautes sont localisées dans trois régions (Lepriol et Dieng, 1985):

I.3.2- L'ensemble supérieur :

Les deux premières explications n'ont pas retenu une grande attention du fait, d'une part de la faiblesse relative des prélèvements par rapport aux réserves potentielles des aquifères, d'autre part de l'absence de processus tectonique susceptible d'expliquer une dépression d'une telle ampleur.

Ainsi les hypothèses souvent retenues sont celles de la variation du niveau marin, testée par simulation mathématique (Dieng,1987) et qui paraît plausible pour l'aquifère du Ferlo mais aussi celle de la reprise évaporatoire qui a fait l'objet d'études menées au Sénégal (Ndiaye et al,1993).

DEUXIEME PARTIE

CARACTERISATION HYDROCHIMIQUE DE

LA NAPPE MAASTRICHTIENNE AU FERLO

L'eau souterraine contient touj ours des substances dissoutes dont la concentration et la stabilité dépendent de plusieurs paramètres tels que la pression partielle des gaz dissous, le pH, la température, l'environnement géologique, le potentiel redox, la nature des substances organiques et inorganiques dissoutes. C'est ainsi que s'explique l'existence de différentes familles d'eau.

I.1. - Aperçu sur les travaux antérieurs :

Conformément aux objectifs fixés, nous allons nous limiter à rappeler les caractéristiques chimiques de la nappe profonde du Maastrichtien tirées de plusieurs travaux( Faye, 1994 ; Moussu et Vuillaume,1972; Travi ,1988).

La minéralisation totale est comprise entre 0,2 et 12g.l ^-1avec une augmentation lente de 0,2 à 0,7g.l^-1 à l'Est de 15°3. On distingue trois familles d'eau :

Ces différentes familles résulteraient d'une évolution hydrochimique du pôle calcique et magnésien vers le pôle sodique et du pôle bicarbonaté vers le pôle chloruré par suite des phénomènes d'échange de base dans la partie centre et à l'Ouest du bassin.

Les valeurs de pH comprises entre 7,9 et 8,6 dans la partie centrale et la partie nord, tournent autour d'une moyenne de 5.8 dans les bordures E et W.

Les valeurs du potentiel redox sont négatives sur l'ensemble de la nappe, sauf à Vélingara dans la zone de contact Maastrichtien/socle où la valeur la plus forte(-30mV) a été mesurée (Faye A,1994).

L'évolution des eaux le long des lignes de courant peut se résumer par l'existence de deux zones séparées par une ligne passant par Dahra et Arafat. Les teneurs en chlorures inférieurs à 1 meq.l^-1 à l'Est de cette ligne (zone 1), augmentent rapidement lorsque l'on passe à l'Ouest (zone2) traduisant, si l'on y ajoute le fait que les ions Ca ++ et Mg⁺⁺ diminuent brutalement, une très nette discontinuité.

L'individualisation des deux zones apparaît également en considérant la chimie des carbonates. A l'est et prés des aires d'alimentation il se produit une légère augmentation des teneurs en carbonates liée à la dissolution de ceux-ci par des eaux sous saturées en calcium et en magnésium. A l'ouest les teneurs continuent à croître ou se stabilisent sous l'effet des échanges de base sur des eaux saturées (Travi,1988).

I.2 -Traitement des données d'analyse :

Dans la zone du Ferlo des prélèvements d'échantillons d'eau ont été effectués sur plus d'une centaine de forages, de puits-forages ou de piézomètres existants. Nous avons choisi un nombre de soixante seize ouvrages répartis autour de la zone pilote de Dahra pour faire la caractérisation chimique de la nappe (fig.6).

Les échantillons ont été analysés dans les laboratoires du BRGM ou du département de géologie de la faculté des sciences de l'Université Cheikh Anta Diop de Dakar. Pour chaque échantillon les éléments analysés sont :

cations : Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , NH4⁺ ; anions: Cl^-, SO4^2-, HCO3 -, CO3 -, F^-, NO3 -

Les résultats sont représentés sous forme de tableaux disponibles dans les rapports de forage du SGPRE. Cependant les diagrammes de Shoeller, de Piper et de Wilcox permettrons de faire une interprétation chimique de ces eaux. L'utilisation combinée de ces diagrammes permettra de conclure sur l'origine et l'évolution possibles de ces eaux de la nappe profonde dans le Ferlo .

Après une conversion des concentrations en mg/l, en meq/l en divisant par la masse de l'ion équivalent (p/z), on a procédé à un calcul de balance ionique pour déterminer l'erreur relative de chaque analyse:

Ceci a permis d'éliminer tous les échantillons dont l'erreur relative est supérieure à 5%. A l'issu de cela soixante quatorze analyses ont fait l'objet d'exploitation par les différentes méthodes d'interprétation graphiques basées sur la carte thématique des résidus secs l'erreur relative et sur les diagrammes de Piper, de Shoeller, de Stiff et de Wilcox.

I.3.1- Carte de résidus secs :

Cette carte de résidus secs a été établie à partir des analyses des échantillons répertoriés en utilisant le logiciel « arcview''(fig.7).

les eaux dont le résidu sec (TDS = total des sels dissous) est inférieur à 1000 mg/l qui sont de bonne qualité se concentrent dans l'est du Ferlo ; les eaux acceptables dont le TDS est compris entre 1000 et 1500 mg/l rencontrées au centre et en bordure orientale de la zone d'étude;

enfin les eaux salées qui ont un TDS supérieur à 1 500mg/l et qui occupent la partie occidentale suivant l'axe Louga- Darou Mousty -Touba -Mbacké- Kaolack- Fatick.

Fig.7- Carte de distribution spatiale des teneurs en résidus secs du Maastrichtien dans le Ferlo

I.3.2. Le diagramme de Piper :

Il est composé de deux triangles représentant la répartition des anions et celle des cations respectivement, et d'un losange représentant la répartition synthétique des ions majeurs(fig.8) .

Dans le cadre de cette étude, les analyses des échantillons d'eau insérées dans les rapports de forages mentionnent en ce qui concerne CO3^2- , des traces. Cependant la cohabitation ou non des ions CO3 ^2-et HCO3 - est fonction du pH. Or dans la zone d'étude ces eaux profondes ayant des valeurs de pH comprises entre 7.9 et 8.5 sont

intermédiaires, ce qui explique la prédominance des ions HCO3 - sur les ions CO3 Parailleurs on peut remarquer qu'à pH faible H2CO3 - est y l'espèce prépondérante suivie de HCO3 - . Par contre en milieu franchement basique CO3 ^2-est plus abondant et en moindre degré HCO3 -.

Fig.8- Représentation des eaux maastrichtiennes de la partie ouest du Ferlo sur le diagramme de Piper

un faciès bicarbonaté sodique (Gr1) ; un faciès bicarbonaté calcique (Gr2) ;

D'autre part l'observation des diagrammes ternaires permet de constater plus en détail que le faciès Gr3 peut être subdivisé en trois sous familles (Davis S.N. et. De Wiest, 1967).

sous famille à eau chloruré sodique ; sous famille à eau sulfaté sodique ; sous famille à eau mixte.

I.3.3- Diagramme de Stiff :

Ce genre de diagramme permet d'obtenir une figure géométrique polygonale caractéristique d'une famille d'eau donnée. Les données d'analyse des ions majeurs sont reportées sur des axes horizontaux de part et d'autre de l'axe vertical d'origine. Les cations sont représentés à gauche ( Na + + K⁺ , Ca 2+ , Mg ²⁺et Fe²⁺ ) et les anions à droite (Cl^-, HCO3 - + CO3 ², SO4 2-,NO3 - (fig.9a,9b,9c).

Cependant comme ce diagramme ne peut faire que la représentation individuelle, on a choisi un échantillon représentatif dans chaque famille pour les illustrations.

Fig.9a- Diagramme de Stiff de l'analyse chimique de l'échantillon du forage 064x0019

Fig.9b : - Diagramme de Stiff de l'analyse chimique de l'échantillon du forage 066x0015

Fig.9c-- Diagramme de Stiff de l'analyse chimique de l'échantillon du forage 077x0009

Les eaux maastrichtiennes du forage 064x0019 du village de Touba Ndiaye se trouvant à l'ouest de la ville de Louga est typique du faciès mixte bicarbonaté chloruré-sodique.

L'échantillon 066X001 5 du village de Beynabé se trouvant dans la partie Est de le région de Louga et plus proche de Linguère est caractéristique du faciès bicarbonaté sulfaté-sodique.

Les caractéristiques de l'eau maastrichtienne captée par le forage 077x0009 du village Vélingara situé au sud est de la région Louga et appartenant à la communauté rurale de Gassane sont celles d'une eau à dominante bicarbonatée calcique.

La représentation de ces trois échantillons n'est en fait qu'une illustration des résultats obtenus avec le diagramme de Piper. Par ailleurs il faut noter que le diagramme de Stiff bien qu'étant individuel permet une lecture facile des caractéristiques chimiques de l'échantillon mais également une localisation aisée.

I.4.-Diagramme de Shoeller :

C'est un diagramme vertical à échelle logarithmique, constitué d'axes représentant chacun un élément majeur et dont les graduations expriment les concentrations en équivalent gramme par millilitre (eq /ml ou EPM).

Fig.10a- Représentation des eaux du Maastrichtien de l'ouest Ferlo sur le diagramme de Shoeller, modifié

Fig.10b- Représentation des analyses 077x0009 et 131x0005 (Gr2)sur le digramme de Shoeller, modifié

La représentation de Shoeller, comme celle de Piper montre aussi les trois familles d'eau qui existent dans la partie ouest du Ferlo.

I.3.5- Diagramme de Wilcox.

Ce diagramme est basé sur les valeurs du rapport d'absorption en sodium (SAR) et de la conductivité électrique des ions contenus dans l'eau. L'objectif était de représenter les échantillons sur le diagramme de Wilcox afin de faciliter la caractérisation des eaux profondes sur leur aptitude à l'irrigation, mais il n'était disponible que la valeur de conductivité de quelques échantillons. C'est alors qu'on a tenté de retrouver par calcul théorique les conductivités des échantillons à partir des conductivités équivalentes des différents ions majeurs analysés (Na, K, Ca, Mg, Cl, SO4^2-, HCO3 -,) à 25°C d'après la méthode décrite par Hölting (1996).

CE éch = conductivité équivalente de l'échantillon, [Ci] = concentration ionique,

Cette tentative n'a pas abouti car les valeurs de températures mentionnées dans les rapports de forage n'ont pas permis leur application. Ceci est dû au fait que les valeurs de température mentionnées dans la base sont parfois entachées d'erreur. Néanmoins les quelques échantillons disponibles ont été représentés (fig. 11).

Les sept échantillons représentés sur le diagramme de Wilcox se répartissent en quatre groupes et sont tous localisés dans les secteurs ouest et nord de la zone pilote:

C3S4 concentre les échantillons en provenance de la partie ouest du secteur avec des risques de salinisation des sols moyens mais ceux d'alcalisation sont très élevés ;

C3S1 regroupe des échantillons de la partie centrale du secteur avec des risques de salinisation moyens et ceux d'alcalisation faibles ;

Les échantillons 69x9 et 65x14 se localisent respectivement dans C3S2 et C1 S2 où les risques d'alcalisation sont moyens et ceux de salinisation faibles à moyens.

I.4- Conclusion :

L'infiltration de l'eau et son écoulement dans le sol et le sous sol sont les vecteurs de transport de solutés dans les systèmes d'eaux souterraines. Au cours de leur cheminement, les eaux souterraines sont en contact direct avec les matériaux solides tels que les sédiments, les sols et roches. De ces interactions peuvent résulter des phénomènes de dissolution et de précipitation, mais aussi d'autres importants phénomènes tels que l'adsorption et les réactions d'échange ionique. Par ailleurs les solutés peuvent interagir avec d'autres éléments en solution ou en suspension dans l'eau, et se complexer avec ceux-ci. C'est ainsi que peut s'expliquer l'existence de différents faciès chimiques au sein de la nappe maastrichtienne.

Le faciès bicarbonaté calcique est typique des environnements calcaires et sa tendance magnésienne reflète les formations marneuses. En effet le Paléocène qui est subjacent au Maastrichtien est constitué de formations calcaires et son mur marqué par le Danien est constitué d'argile ou de marne grise.

Le faciès chloruré sulfaté sodique est le reflet des formations évaporitiques telles que le gypse.

Le faciès chloruré est typique des évaporites alcalins et alcalino-terreux. Ce faciès qui fait remarquer la forte présence d'un milieu marin regroupe les forages à forte teneur de résidu sec. C'est ainsi que des hypothèses sur l'intrusion marine ou l'existence d'eau connée ont été avancées.

Pour les deux premiers cas il faut une gestion des prélèvements; soit pour éviter l'avancement de l'intrusion vers les forages d'exploitation soit un prélèvement des eaux salées actuelles pour entraîner à long terme une dilution favorisant une baisse de salinité.

TROISIEME PARTIE

DISPOSITIF D'ETUDE DE LA ZONE PILOTE

Les quatre piézomètres réalisés dans la zone pilote ont été exécutés par la méthode rotary à la boue (fig.12). Cette méthode est particulièrement adaptée aux terrains meubles à mi-durs. Les avantages principaux sont la possibilité d'accéder à des profondeurs considérables, une vitesse d'avancement rapide dans les terrains tendres, une consolidation des parois par le dépôt d'une couche d'argile appelée cake, résultant

de la boue utilisée comme fluide de forage. La boue permet également la remontée des cuttings, le refroidissement de l'outil et le nettoyage du trou.

Le lecteur intéressé trouvera une description assez détaillée sur la technique de réalisation des piézomètres dans le premier rapport de stage présenté par l'auteur (Seck M. 2000).

Le matériel d'équipement des ouvrages comporte des tubes pleins et des crépines. Pour le piézomètre n°4 (P4), tubages et crépines sont en PVC avec un diamètre ~ = 6" alors que pour les autres l'équipement entier est en acier. La colonne de captage à l'exception de la chambre de pompage a un diamètre ~ 4". En effet l'équipement en PVC étant plus léger a été utilisé au niveau du P4 monolithique. Les autres sont des forages télescopés. Les tubes pleins servent à maintenir les parois du forage pour éviter des éboulements, délimiter les venues d'eau à exploiter et parfois à supporter la pompe immergée.

Les crépines qui sont des tubes perforés sont placées en dessous des tubes pleins face à la partie de la zone productrice de l'aquifère. Le P4 est équipé de crépine lanternée alors que ceux des autres sont du type fil enroulé de marque Johnson (tableau.I).

Le gravillonnage est une opération qui consiste à placer du gravier arrondi (massif filtrant) autour des crépines. Celui utilisé dans ces ouvrages est de type goulombo tamisé dans les gravillons latéritiques du sud est du pays. Son optimisation peut empêcher l'ensablement de l'ouvrage et éviter la sous exploitation de la nappe.

Le développement sert à améliorer la productivité du forage et celle de la nappe exploitée en augmentant la perméabilité des terrains situés autour de la crépine. L'opération s'est déroulée suivant les procédés suivants :

u développement à l'air lift avec traitement à l'hexamétaphosphate de sodium qui agit par défloculation en dispersant le cake ainsi que l'argile des terrains ;

IL faut noter qu'au cours du développement du P4, le procédé par acidification a été aussi effectué en utilisant de l'acide chlorhydrique dilué pour décolmater les fractures existantes dans les calcaires.

I.2- Apport de la diagraphie pour une meilleure reconnaissance géologique.

I. 2.1- Introduction :

La diagraphie est un enregistrement continu des paramètres physico-chimiques mesurés dans un forage en fonction de la profondeur. Celles réalisées dans la zone pilote sont dites différées car faites après l'interruption de la foration dans un trou non tubé et rempli de boue.

La boue joue un rôle essentiel dans le choix des diagraphies et leur mode d'exécution. L'emploi des diagraphies électriques nécessite une boue conductrice permettant le passage du courant. En effet certaines mesures comme la conductivité, la polarisation spontanée et la température ne portent pas uniquement sur la paroi du forage mais également sur le liquide qui le remplit.

L'objectif de cette opération est de tirer des informations sur la porosité, la géométrie des milieux poreux et perméables, la qualité de l'eau dans les roches, l'épaisseur et les limites des différentes unités lithologiques.

I.2.2. Matériels et procédés :

L'opération à été effectuée par Itawells (CDE-forage) avec un appareil nommé «Géovista ». Ce dernier est muni d'un logiciel de même nom installé dans un microordinateur portable qui permet, in situ le traitement graphique des mesures.

La démarche à utiliser consiste à envoyer la sonde multiparamètre dans le trou de forage à l'extrémité d'un câble assurant la liaison avec l'enregistreur stabilisé en surface dans un véhicule tout terrain.

L'avantage de cet appareil est de mesurer en un temps tous les paramètres qui nous intéressent notamment :

I.2.3- Aperçu sur quelques paramètres :

I.2.3.1- Résistivité électrique (ohm.m) et la conductivité ( jiS.cm^-1).

La résistivité de la plupart des roches (sauf quelques gîtes métallifères et quelques minéraux) est de type électrolytique c'est à dire qu'elles conduisent le courant grâce au fluide emmagasiné (ici l'eau).

I.2.3.2- La polarisation spontanée :

I.2.3.3- Digraphie nucléaire :

I.2.3.4- diagraphie de température :

I.2.4- Interprétations des diagraphies :

Remarques :

I.3- Coupes de forages :

I.3.1- Commentaire des coupes de forages :

Entre 0 et 28m, les sables fins superficiels renferment des niveaux faiblement argileux parfois même des graviers latéritiques . Ils constitueraient l'Eocène supérieur, le Continental terminal et le Quaternaire.

En dessous, sur une épaisseur moyenne de 80m se trouvent les formations de l'Eocène inférieur et moyen constitué de marne, de marno-calcaire ou de calcaire marneux jaunes. Il s'en suit jusqu'à 1 80m, les formations du Paléocène composées de calcaire gréseux parfois coquillés surmontant les argiles noires du Danien, toit du Maastrichtien.

L'étage du Maastrichtien portant le nom de la nappe du Crétacé supérieur est constitué de sables grossiers blancs coquillers et quartzeux. Son épaisseur moyenne dans le secteur est 100m.

Cette formation repose sur des intercalations d'argile et sable qui appartiendraient au Santonien -Campanien . Ces dernières reposent sur des sables moyens à fins au dessus d'argile compacte qui représenteraient le Cénomano-Turonien.

Remarque: Les délimitations qu'on a tenté de donner dans ce paragraphe n'ont pas encore été justifiées par une investigation paléontologique. En réalité nous avons procédé par analogie avec les découpages proposés par Audibert (1966).

QUATRIEME PARTIE

CARACTERISATION HYDRODYNAMIQUE

DU MAASTRICHTIEN DANS LE FERLO

Chapitre I : Aperçu sur le modèle de captage

I.1- Problématique :

La plupart des forages et piézomètres captent la partie supérieure de l'aquifère. Seuls quelques sondages pétroliers ont traversé l'ensemble de la formation maastrichtienne.

Si la géométrie du toit de l'aquifère maastrichtien est connu avec une précision suffisante, par contre, la configuration et la structure de son mur ne le sont pas. La limite inférieure de l'aquifère maastrichtien devrait cependant être clairement définie pour préparer sa modélisation. Cette définition doit théoriquement être basée sur des critères lithologiques et stratigraphiques, amenant à considérer suivant la localisation, le mur de l'aquifère comme :

la limite des sables avec la première formation argileuse rencontrée qui peut être éventuellement dans certains cas d'âge maastrichtien ;

Dans les zones salées, l'interface avec les saumures profondes et immobiles peut servir comme mur de l'aquifère.

I.1.2 Localisation de zone d'exutoire

La distribution des charges hydrauliques sur l'ensemble de l'aquifère et les lignes de courant théoriques correspondantes donnent un schéma général d'écoulement centripète, dirigé globalement vers le centre du bassin (fig.5).

Compte tenu de cette configuration et considérant d'autre part la baisse de perméabilité vers l'ouest. On peut dire que l'exutoire de la nappe n'est pas clairement identifié. L'hypothèse de drainage vertical ascendant vers les nappes superficielles est avancée sur la base de mesures des champs de pression sans toutefois apporter des démonstrations indiscutables.

I.1.3- Processus de transfert d'eau dans le réservoir :

La mise en évidence d'une alimentation récente d'eau au nord ouest écarte l'hypothèse d'une vidange possible par cette limite. L'aquifère maastrichtien paraît dépourvu d'exutoire, or, les méthodes isotopiques ont permis de montrer qu'il est alimenté régulièrement depuis longtemps. Il faut donc admettre que la sortie de l'eau se fait à travers le toit peu perméable du réservoir.

D'autre part la méthode isotopique a également montré que les eaux sont très récentes dans la partie Est du réservoir, malgré l'absence d'affleurement du Maastrichtien dans cette zone, qui est recouvert de niveaux peu perméables. Le processus de drainance semble exister dans les deux sens et intéresser l'ensemble du système. Les échanges entre les nappes supérieure et profonde ne peuvent donc être négligées même dans l'état actuel de l'aquifère peu perturbé par l'exploitation. Un certain nombre de réponses pourront être apportées à l'issu des travaux de la zone pilote.

I.2- Modèle de captage :

Les trois piézomètres P1 et P4 sont distants de 21m par rapport à un point central suivant l'axe N-S alors que P2 et P3 occupent l'axe E-W respectivement éloignés de 20 et 21m par rapport à ce même point. Ces distances ont été choisies supérieures à 5m dans le souci d'éviter une interférence entre les cônes de rabattement de deux forages voisins et les éboulements aux alentours immédiats de l'ouvrage provoqués par l'exécution des travaux de fonçage.

u Le P4 capte les eaux douces du Paléocène contenues dans les calcaires gréseux. L'objectif de ce forage c'est d'observer les éventuelles réactions qui pourraient s'y advenir lors des pompages de longue durée.

Chapitre II : Pompage d'essai

Les acquisitions des données hydrogéologiques les plus classiques en forage sont réalisées à partir d'essai de pompage à débit constant .

Les essais de puits par paliers de débit suivis de périodes d'arrêt, servent à évaluer la productivité et les caractéristiques de l'ensemble ouvrage/aquifère. Ce sont le débit critique, le débit spécifique, les pertes de charges dans l'ouvrage et son environnement immédiat et débit maximum d'exploitation.

Ce type d'essai a pour nos expérimentations un intérêt secondaire dans la mesure où le dispositif réalisé dans la zone pilote n'a pas pour vocation l'exploitation des ressources en eau souterraine.

Mesure des paramètres hydrodynamiques: transmissivité et coefficient
d'emmagasinement;

Etude quantitative des caractéristiques particulières de l'aquifère; conditions aux

limites (confirmation de la distance du puits à la limite), structure (hétérogénéité,
drainance);

Observation directe en vraie grandeur de l'effet de l'exploitation sur l'aquifère, prévision de l'évolution du rabattement en fonction des débits pompés, évaluation de la ressource en eau exploitable.

II .1- Essai de pompage par palier de débits :

II.1.1- Notions sur les pertes de charge :

Le rabattement mesuré dans l'ouvrage à l'instant (t) est la somme de deux composantes nommées pertes de charges, exprimées en mètre de hauteur d'eau caractérisant le complexe aquifère/ouvrage de captage.

Ainsi le rabattement total ( s ) à l'instant (t) s'établit selon Jacob(1946) :

Une perte de charge linéaire provoquée par l'écoulement laminaire dans l'aquifère au voisinage du puits, notée BQ. Elle résulte de deux effets :

- Influence de l'aquifère où l'écoulement laminaire est de régime transitoire. La perte de charge linéaire, imposée par les paramètres hydrodynamiques de l'aquifère, au voisinage du puits, croît avec le temps pompage. Elle est caractéristique de l'aquifère.

- Influence de la partie captante du puits: remaniement du réservoir, crépine et

éventuellement massif. Cette perte de charge dépend uniquement de l'ouvrage. Une perte de charge quadratique, non linéaire, provoquée par l écoulement turbulent dans l'ouvrage, crépine et tubage, notée CQ², fonction du débit pompé et de l'équipement est constante .

II.1.2- Données expérimentales :

Au niveau du P4 on a opéré quatre paliers enchaînés de courte durée d'une heure. Le P1 n'a pas subi de pompage par palier de débit. Un essai de puits en quatre paliers séparés d'une durée de 30mn a été effectué au niveau du P3 contrairement au P2 où les paliers sont enchaînés (fig. 1 8a, 1 8b).

Pour chaque palier on a un couple de données composées par le débit Q de pompage (m³h^-1)et le rabattement (m) portés sur un graphique en coordonnées linéaires.

II.1.3 - Exploitation des résultats de pompage par palier :

Les données de pompage par palier de débit ont permis de tracer les courbes caractéristiques (fig. 1 9a,20a,2 1) des différents piézomètres mais aussi de déterminer leurs pertes de charge (fig. 1 9b,20b).Ces résultats sont récapitulés dans les tableaux II et III.

Les essais par palier de débit du P2 n'ont pas eu la réussite escomptée car le réglage de la vanne ne permettait pas à la pompe de 6 pouces à 6 étages de respecter les petits débits d'essai par conséquent les constantes de Jacob n'ont pas été déterminées. Ainsi la courbe caractéristique du P2 avec son allure hyperbolique, montre un développement au cours de l'essai (fig.21).

II.2- Pompages d'essai de longue durée:

Ces pompages de longue durée sont exécutés en un seul palier à débit constant 69m³h^-1 durant quatre jours sur le P3 et 21 .78m³h^-1 pendant 8heures sur le P2.

L 'interprétation des données mesurées, rabattements et temps, repose sur l'emploi des expressions hydrodynamiques en régime transitoire, établies par Theis (1935) et Jacob(1 950).

II.2.1 -Notions sur le régime transitoire :

C'est un régime d'écoulement variable dans le temps, encore non stabilisé. C'est Theis (1935) qui a établi le premier les expressions de l'écoulement de l'eau souterraine vers les ouvrages de captages, dites en régime transitoire.

Les conditions générales de base d'application de ces expressions sont celles de l'essai de puits:

- validité de la loi de Darcy: écoulement laminaire en milieu isotrope ; - puits complet ;

En outre le type hydrodynamique d'aquifère, base des calculs, doit répondre aux trois caractéristiques suivantes: aquifère à nappe captive, illimité, à substratum et toit imperméable.

L'expression de Theis applicable à tous les dispositifs de station d'essai (Castany G, 1982) est :

Ce terme W(u) est une fonction exponentielle intégrale décroissante , de type -

Les termes du développement en série de la fonction -Ei(-u), deviennent négligeables comparés au premier terme constant, lorsque le temps de pompage croit. D'où l'expression d'approximation logarithmique donnée par CE. Jacob (1950).

II.2.2- Conditions hydrogéologiques:

Le modèle de captage montre une nappe qui occupe l'ensemble du Crétacé supérieur. Le réservoir d'eau douce est constitué de sables grossiers et moyens, il repose sur des sables fins intercalés de minces bandes d'argile. Cet aquifère maastrichtien, dans la zone pilote, est limité au toit par les argiles supposées appartenir au Danien et le mur est constitué d'argiles compactes supposées appartenir au Turonien. Nous avons ainsi une configuration de nappe captive qui est confirmée par les mesures de niveaux statiques situés au dessus du toit de l'aquifère dans les piézomètres P1, P2 et P3. La carte isopièze de la zone d'étude établie avec quelques points, montre que le niveau piézomètrique dans la zone pilote est à 1m au dessus du niveau de la mer. Elle montre également l'existence d'un dôme piézomètrique au niveau de la ville de Louga. Néanmoins cette carte confirme l 'insuffisance de piéomètres dans le centre de la zone.

La seconde nappe qui intéresse cette étude, celle du Paléocène, captée par le P4 est également captive. Cet aquifère est constitué par des calcaires gréseux. L'observation des mesures de niveaux statiques par rapport au sol dans les piézomètres captant le Maastrichtien (P1 :41,43m; P2:39,70m; P3:39,40m) montre une différence qui confirme la complexité du Maastrichtien dans ce secteur. En réalité il s'agit d'une nappe d'eau douce captée par les piézomètres P2 et P3 qui se superpose à une nappe d'eau salée captée par le P1. Sur cette même démarche le réservoir de la nappe d'eau douce peut être également considéré comme une nappe hétérogène.

Cependant notre modèle de captage n' a pas respecté la condition du puits complet, puits idéal crépiné sur toute la hauteur de la couche aquifère et n'introduisant aucune perte de charge locale à la paroi du puits. En effet le P3 qui joue le rôle de puits de pompage est à pénétration partielle. L' aquifère est si épaisse qu'il est très difficile techniquement et financièrement de réaliser un puits parfait. Dans ce cas de figure, on a un puits incomplet ou puits à pénétration partielle, ne captant qu'une partie de l'épaisseur de la nappe. Or ce type de puits crée des gradients d'écoulements verticaux, provoquant ainsi un écoulement tridimensionnel au moins aux alentours

immédiats du puits pompé. Ce phénomène rend inapplicable les solutions développées ci-dessus pour le puits complet.

Les effets de la pénétration partielle sont indépendants de la réalimentation verticale. Ils produisent des courbes de rabattements-temps analogues dans leur forme à:

- -l'effet d'une limite d'alimentation, dans le cas d'un puits pénétrant totalement une nappe libre;

- -l'effet d'une épaisseur variable d'aquifère pour un puits à pénétration totale.

- Ces observations semblables de contextes différents seront éclaircies par l'interprétation des pompage de longue durée.

II.2.3 - Exploitation des données de pompage longue durée :

L' allure des courbes de rabattement des piézomètres P2 et P3 laisse croire à une drainance dont le volume est proportionnel au volume pompé mais il peut être provoqué par des écoulements verticaux (fig.23a,23b,23c).

2. le rayon d'influence est si faible que les effets de pompage sur le P2 ne sont pas ressenti sur les autres.

D'autre part l'allure des courbes des piézomètres P4 et P1 n'est pas surprenant car le premier a capté les calcaires gréseux du Paléocène qui sont séparés du Maastrichtien par les argiles; alors que le second capte le niveau inférieur qui est séparé du niveau intermédiaire par une bande d'argile de 10m d'épaisseur.

Fig.24- Variation de la température et de la conductivité lors du pompage sur P2

Par ailleurs le P2 , crépiné entre 415 et 43 5m ,qui devrait jouer le rôle de piézomètre d'observation n'a pas été à la hauteur de nos att entes. Ce dernier refoule des eaux dont le TDS est de 800mg/l. Les températures sont en moyenne 39°C et la conductivité 2mS.cm^-1 (fig.24). Par conséquent les niveaux argileux observés entre 280 et 300m sont d'une étanchéité non négligeable.

Le P3 offre des eaux de TDS moyen égale à 400mg/l. Par contre les eaux du niveau inférieur ont un TDS variant autour de 6500mg/l.

Vu tout cela, la détermination des paramètres hydrodynamiques devient plus difficile, mais nous avons proposé de travailler avec un piézomètre fictif nommé P3f distant d'un mètre du P3. La détermination des constantes de Jacob nous a permis de connaître les rabattements réels spécifiques aux capacités de la nappe ( %BQ = 41,88).

C'est ainsi que sur la base des pertes de charges linéaires, la détermination des rabattements dans un piézomètre fictif situé à 1m du P3 a permis d'obtenir grossièrement un coefficient d'emmagasinement (fig.25).

sr, est un rabattement résiduel mesuré à un instant donné pendant la remontée, en m ;

Les résultats obtenus lors de la remontée sont reconnus être plus fiables que ceux obtenus lors de la descente, étant donné que les conditions de pompage notamment le régime de la pompe utilisée, ne sont généralement pas constantes, et que seules les caractéristiques de la nappe influencent la remontée et non plus celles du forage ou du pompage (fig.26).

L'hypothèse de la faiblesse du rayon d'influence se confirme également car la distance entre P3 et P2 est égale à 29m.

Toutefois par souci de précaution on a également utilisé les méthodes de correction des puits à pénétration partielle établies par Jacob en régime permanent et Hantush en régime transitoire pour les pompages de longue durée, décrites par Kruseman et De Ridder (1974).

II.2.4.1 -En régime permanent ( Jacob) :

La méthode de correction de Jacob s'appuie sur les formules données par Muskat (1937, In Krusempan et De Ridder (1974).

L'écart entre le niveau réel et le niveau donné par une loi purement logarithmique vaut, à une distance r du puits de pompage.

Où K0 est la fonction modifiée de Bessel de seconde espèce et d'ordre zéro (fonction de Hankel).

Le signe positif s'applique à la répartition du rabattement au toit, tandis que le signe négatif s'applique à la répartition au mur de l'aquifère.

où (sm)complet (sm) partiel est la correction de rabattement, c'est à dire la différence entre le rabattement observé (sm) _partielet le rabattement _(sm)completque l'on aurait mesuré si le puits de pompage, toutes choses égales par ailleurs, avait traversé la totalité de la nappe.

II.2.4.2- Régime transitoire (Hantush) :

Pour une longue durée de pompage, on utilise la modification de Hantush de la méthode de Jacob pour la pénétration partielle (fig.27).

Fig.27- Illustration schématique des paramètres de la modification de Hantush de la méthode de Théis

En échelle semi-log la courbe rabattement-temps affiche une droite dont la pente

Cette droite rencontre l' axe des abscisses ( s= 0) au point(fig.23b) : to = 1.08 s = Sr²/2,25Te^fs

TableauV - Récapitulatif des résultats du pompage longue durée après correction

II.3- Conclusion

Les paramètres hydrodynamiques du Maastrichtien dans ce secteur qui sont de l'ordre de 10^-3 pour la transmissivité et l'emmagasinement montrent l'importance de cette zone pour une éventuelle centre de captage. Cependant il n' y a pas de grande différence entre les résultats des deux méthodes d'exploitation en captage complet et en pénétration partielle sauf pour l'emmagasinement selon Hantush. Mais, il faut admettre que les eaux captées dans ces nappes sont sans rapport avec l'alimentation actuelle, et qu'elles sont essentiellement et pendant très longtemps, pour partie prélevées sur les réserves (produit de la décompression), et pour partie (croissante avec le temps) dues aux modifications de transfert d' eau à travers le mur et le toit des couches aquifères.

Le captage de l'eau des nappes captives n'est possible, et durant très longtemps, qu'en régime transitoire et on a pas la possibilité de choisir entre une exploitation présumée équilibrée et une exploitation en régime non équilibré (Margat ,1967). Toute exploitation de la nappe captive est en soi une surexploitation, et on peut seulement en choisir la mesure. La définition de la ressource ne dépend pas d'une estimation de l'alimentation de la nappe, elle ramène au choix du déclin des pressions jugées les plus admissibles.

CONCLUSIONS GENERALES ET RECOMMANDATIONS

Le secteur de Dahra et environs, se trouve à l'Est de la bande salée orientée nord sud. Le réservoir maastrichtien présente dans ce secteur de grandes épaisseurs, plus de 200m de sables perméables, renfermant des eaux admissibles (400<TDS<1000mg/l) suivant les normes de l'Organisation Mondiale de la Santé.

Pailleurs une découverte vient d' être faite avec l'aquifère paléocène, aux ressources jadis supposées négligeables dans ce secteur et constitué par des formations calcaires gréseuses pouvant fournir des débits de l'ordre de 15m³h^-1 avec une pompe de 4 pouces.

En ce qui concerne les paramètres hydrodynamiques de la nappe maastrichtienne dans la zone, on trouve en moyenne pour le niveau supérieur :

Ces résultats montrent les énormes capacités de ce réservoir maastrichtien dans ce secteur.

Toutefois la carte piézomètrique du secteur montre des lacunes dues à une insuffisance des piézomètres captant le Maastrichtien au nord ouest de Dahra. La mise en place d'un réseau complémentaire de piézomètres devrait permettre de mieux caractériser la géologie mais aussi d'élucider les conditions hydrogéologiques au nord du Ferlo.

La zone pilote qui pourrait être aménagé en centre de captage pour l'approvisionnement des villes comme Touba, Mbacké et Diourbel doit satisfaire à un certain nombre de critères:

Disposer d'un forage de gros diamètre pouvant donner des débits de 200 à 250m³h^-1 distant de 12m du P3. Pour ce, le diamètre des crépines doit être du 8 "5/8 sur une

longueur de 30m et celui de la chambre de pompage du 13" 3/8 , située à une profondeur de 100 à 110m.

- Ce forage jouera le rôle du puits d'essai et le P3 le piézomètre d'observation. Le pompage se fera sur une durée d'au moins quatre jours.

- éviter les immobilisations de chantier sans pour autant assurer des circulations régulières de boue ;

- veiller à une exploitation rationnelle des données de forage, mesures instantanées lors de la foration telles que la vitesse d'avancement et la pression sur l'outil mais également les mesures différées surtout la conductivité et la température qui donnent des résultats fiables sur les venues d'eau et la variation de la salinité en fonction de la profondeur ;

- veiller au respect stricte des techniques de diagraphie notamment les mesures des paramètres de la boues d'injection.

- j'invite également le SGPRE, à une révision de la banque de données mais aussi à une attention particulière sur le traitement des données et des conditions d'échantillonnage ;

- à procéder à un découpage du territoire sénégalais en différentes zones d'étude attribuées aux différents techniciens pour une amélioration de ce travail déjà entamé afin de mieux gérer la carte d'identité hydrogéologique du pays.

Enfin je ne saurai terminer sans inviter nos autorités à une meilleure attention vis à vis des populations de Mboussobé et environs. Ces dernières se trouvent dans un manque criard d'eau. Les villages de Mboussobé, Ndiossy, Niandoul et les hameaux peuls ne disposent pas d'eau ni en permanence ni en quantité suffisante, ce qui les oblige à consommer l'eau des marigots en même temps que le bétail ou faire 9km pour s'approvisionner en eau potable. Or l'eau est sur notre planète est un des éléments essentiels au maintien de la vie. C'est aussi une ressource inégalement répartie à la surface du globe et les grandes modifications climatiques qui ont affecté durant une décennie toute la région sahélienne de l'Afrique, ont montré sa valeur inestimable dans les pays tropicaux.

L'exploitation actuelle de la nappe des sables maastrichtiens entraîne une diminution inéluctable de ses réserves, qui ne se traduit que par une diminution modérée de la pression. Il est souhaitable de poursuivre les observations régulières et précises sur l'état des pressions et débits prélevés dans la nappe .

Ces données seront utiles en particulier pour évaluer les ressources exploitables, si l'on augmente globalement ou dans un secteur restreint le débit prélevé dans la nappe . Cette évaluation conduirait à définir un nombre optimal de forages pour un niveau de pompage économique.

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ANNEXES

NO_IRH			DESIGNATIO					XCOORD			YCOORD					Cond(gs/cm)					Ca			Ca(meq/l)			Mg(meq/l)
059X0014			SARE SARA					-16,0639			15,1322										15,8			0,79			0,375
059X0020			K.MATAR BINTA OUOLOF					-16,1778			15,0819										15,6			0,78			0,1
059X0021			DAROU DIOP I					-16,1167			15,0486										13,6			0,68			0,058333333
059X0022			DEKHELE					-16,1861			15,0333					3800					16,4			0,82			0,141666667
059X0023			SINE NDIAYE					-16,0297			15,2464					3250					20,8			1,04			1,458333333
059X0024			NGOL GOUREYE					-16,0653			15,3044										16,8			0,84			0,791666667
059X0025			THILMAKHA NGOL					-16,0761			15,3206					4500					21,6			1,08			1,041666667
059X0027			FASS TOURE					-16,1494			15,0592					3580					12,4			0,62			0,425
059X0029			MBACKE KADIOR					-16,1972			15,1139										18,2			0,91			0,158333333
059X0092			DAROU MOUSTY					-16,0500			15,0389										15,4			0,77			1,325
059X0093			TAWFEKH MBACKE					-16,0736			15,1403										14,6			0,73			2,083333333
059X0094			TOUBA MERINA					-16,0095			15,2572										20,4			1,02			1,883333333
059X0095			SAR SARA					-16,0639			15,2989										15,23			0,7615			0,890833333
061X0002			KEUR BALLA SEYE					-15,9000			15,6972										11,6			0,58			0,55
061X0004			KEUR NDIOUGA SARR					-15,9542			15,6764										16,8			0,84			1,016666667
062X0003			MBOULA MBENGUENE					-15,4278			15,6778										29,3			1,465			1,233333333
062X0005			MBEYENE NGUENE					-15,5556			15,6778										14			0,7			0,533333333
062X0006			MBOYNANE NIANGUENE					-15,4167			15,6678					1080					27,8			1,39			1,133333333
064X0006			COKI ESCALE					-15,9875			15,5083										29,2			1,46			1,841666667
064X0007			KEUR BASSINE I					-15,8917			15,5819										15,2			0,76			0,625
064X0008			THIDE NGANADO					-15,8750			15,3361										13,2			0,66			0,766666667
064X0010			TOUBA BELEL					-15,9831			15,3461										15,6			0,78			1,075
064X0011			MAKA TOURE (DAROU NDIAY					-15,9250			15,4167										1275,5			63,775			53,5
064X0012			MOUKH MOUKH					-15,7814			15,4389										10			0,5			0,283333333
064X0013			THIEYENE					-15,6669			15,5500					890					9,2			0,46			0,283333333
064X0014			TAWFEKH					-15,9333			15,4847										19			0,95			0,791666667
064X0015			GANDE					-15,8333			15,5769					1100					10,8			0,54			0,55
064X0016			PETE OUARACK					-15,9906			15,6467					2000					20,8			1,04			1,533333333
064X0018			SANGHE					-15,8200			15,4433										8			0,4			0,366666667
064X0019			TOUBA NDIAYE					-15,9125			15,4550					1200					10,4			0,52			0,508333333
NO_IRH DESIGNATIO								XCOORD			YCOORD					Cond(gs/cm)					Ca			Ca(meq/l)			Mg(meq/l)
064X0021	KOKI ESCALE							-15,9964			15,5014										27,2			1,36			1,866666667
064X0022	LOUGUERE WANDE							-15,8333			15,6528										13,8			0,69			0,716666667
064X0024	NDALLA AVENE							-15,9444			15,5333										13,6			0,68			1,033333333
065X0006	MBOYENANE NDIAYENE							-15,3833			15,6528										31,3			1,565			1,441666667
065X0008	YANG YANG							-15,3500			15,5833										32,1			1,605			1,541666667
065X0009	FASS E.H. ABDOUL A.							-15,5472			15,4194										10,8			0,54			0,316666667
065X0011	DAHRA							-15,4717			15,3658										12,8			0,64			0,408333333
065X0013	MBEULEUKHE							-15,3500			15,6472										31,3			1,565			1,441666667
065X0014	MOUYE							-15,5333			15,5647					104					13			0,65			0,583333333
065X0015	DEPAL							-15,6528			15,4208										8,42			0,421			1,013333333
066X0002	LOUMBI DEK DO							-15,1167			15,6042										40,1			2,005			1,55
066X0003	WARKHOKH FARBA							-15,2333			15,3853										40,1			2,005			1,35
066X0004	MEDINA GOULOUM							-15,2833			15,4556										33,3			1,665			4,366666667
066X0011	NGUITH							-15,1528			15,4056										56,9			2,845			1,65
066X0013	LINGUERE							-15,1000			15,4014										55,7			2,785			1,783333333
066X0015	BEYNABE							-15,0083			15,4375					1011					45,7			2,285			1,4
067X0005	TOUBA BELEL 1							-15,8347			15,1056										8,8			0,44			0,483333333
067X0006	DAROU MINAME PETE							-15,8333			15,1444										10			0,5			0,408333333
067X0007	NDIKY LARRY							-15,8806			15,2806										8,8			0,44			0,691666667
067X0008	KAMBOUNAR							-15,7042			15,2417										10			0,5			0,3
067X0009	KHOYOYE							-15,9803			15,1722										20			1			1,416666667
067X0011	ARAFAT							-15,9500			15,0500										18,2			0,91			0,666666667
067X0012	MBADIANE							-15,8678			15,1011										11,2			0,56			0,725
067X0013	SAM YABAL							-15,9000			15,1833					2190					10,8			0,54			0,75
067X0014	TOUBA BELEL 2							-15,8417			15,0333										12,8			0,64			0,466666667
067X0017	DAROU KARATHIEL							-15,9542			15,1389										20,2			1,01			1,975
068X0003	AFFE OUOLOF							-15,4333			15,1333										10			0,5			0,25
068X0007	KHATALY							-15,5967			15,1906										11,2			0,56			0,35
068X0010	MBACKE DJOLOF							-15,6258			15,1561										9,6			0,48			0,366666667
069X0002	THIARNY I							-15,2875			15,1875										19,4			0,97			0,508333333
069X0004	WENDOU SENO I							-15,0856			15,2667										62,1			3,105			1,766666667
069X0005	TOUBA LINGUERE							-15,0317			15,2375										62,9			3,145			1,741666667
069X0006	TOUBA BELEL LINDE							-15,1667			15,1056										36,3			1,815			1
069X0007	THIARGNY							-15,2861			15,1861										17,4			0,87			0,5
069X0009	VIS VIS							-15,2653			15,2725					954					31,7			1,585			0,816666667
069X0011	MAUGRE							-15,0222			15,3181										55,7			2,785			1,983333333
NO_IRH			DESIGNATIO					XCOORD			YCOORD					Cond(gs/cm)					Ca			Ca(meq/l)			Mg(meq/l)
072X0003			LOUMBOL DJIBY I					-14,6569			15,8403										20,4			1,02			0,658333333
077X0004			DOMOKE THIEL					-14,8944			15,0611										39,7			1,985			1
077X0006			TOUBA NDAR FALL					-14,9000			15,2667										60,5			3,025			0,991666667
077X0007			DIAGALI					-14,6694			15,2778										25,6			1,28			0,341666667
077X0008			SAMALY					-14,7353			15,1606										56,1			2,805			1,216666667
077X0009			VELINGARA					-14,6833			15,0000					1030					68,1			3,405			1,616666667
077X0010			BARKEDJI					-14,8708			15,3311										47,29			2,3645			1,458333333
121X0016			NGUILLO E.H. MAMADOU					-15,8017			14,9950										10,6			0,53			0,225
131X0005			KHOUMOUK					-14,8075			14,9917										58,52			2,926			2,43
NO_IRH			SAR				Na(meq/l)						Cl(meq/l)					SO4(meq/l)					HCO3(meq/l)			NO3(meq/l)
059X0014			45,85852475				35						28,56619718					0,639583333					6,70163934			-0,003225806
059X0020			60,16462243				39,90869565						30,96619718					0,960416667					8,20327869			-0,032258065
059X0021			54,80661673				33,3						25,87042254					0,910416667					7,10163934			-0,032258065
059X0022			49,20779161				34,12173913						26,87042254					0,1					8,15245902			-0,032258065
059X0023			33,09317252				36,98695652						31,76338028					1,820833333					6,30163934			-0,032258065
059X0024			44,55001598				40,23913043						32,96338028					1,860416667					7,00163934			-0,032258065
059X0025			41,166342				42,4						36,75774648					1,370833333					6,60163934			-0,032258065
059X0027			46,23660073				33,42173913						26,96901408					1,460416667					6,03442623			-0,032258065
059X0029			55,6456395				40,66956522						33,36338028					1,070833333					7,85245902			-0,032258065
059X0092			31,75457797				32,5						24,77183099					1,520833333					8,25245902			0,080645161
059X0093			28,04753947				33,26521739						24,97183099					2,541666667					8,4704918			0,080645161
059X0094			28,94818699				34,87826087						28,96619718					1,039583333					7,80163934			-0,032258065
059X0095			34,32580727				31,2						26,2					1,68					6,5			1,290322581
061X0002			21,51745384				16,17391304						10,52676056					1,03125					6,35245902			-0,032258065
061X0004			24,36766702				23,47826087						19,67887324					0,220833333					5,75245902			0,096774194
062X0003			6,4382496				7,47826087						1,45915493					4,033333333					4,80163934
062X0005			9,971503361				7,830434783						1,21971831					2,9125					5,30163934			-0,032258065
062X0006			13,06779423				14,67826087						7,030985915					5,454166667					4,80163934			-0,032258065
064X0006			28,01888741				36						33,49859155					1,420833333					5,85081967			1,961290323
064X0007			20,27187879				16,86956522						11,38591549					1,010416667					6,35245902
064X0008			23,01089061				19,43478261						14,26478873					1,1					6,40163934			-0,032258065
064X0010			28,30627657				27,26086957						22,17464789					1,620833333					5,90163934			-0,032258065
064X0011			2,861639866				21,91304348						319,6338028					11,60625					2,25081967			1,237096774
064X0012			17,22921692				10,7826087						5,135211268					0,38125					6,31147541			-0,032258065
064X0013			12,55185823				7,652173913						1,357746479					1,241666667					5,95245902			-0,032258065
064X0014			32,46946302				30,3						25,26760563					0,320833333					6,20163934			-0,032258065
064X0015			23,02181625				16,99565217						9,887323944					1,3					6,50163934			-0,032258065
064X0016			34,82283064				39,5						33,46197183					2,354166667					6,25245902			-0,032258065
064X0018			19,73988948				12,22173913						5,752112676					0,810416667					6,4852459			-0,032258065
064X0019			24,23563221				17,37826087						10,88732394					1,020833333					6,50163934			-0,032258065
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Réception du piézomètre n° 2 DE LA ZONE PILOTE( DAHRA) Durée de pompage: 8heures