Memoire Online - Etude des proprietes hydriques du sol pour l'amelioration du rendement agricole de la commune de Ngong (nord-Cameroun)

Le débit d'un cours d'eau est la quantité d'eau traversant une section donnée par unité de temps. Il peut être obtenu par plusieurs procédés de jaugeage notamment : le jaugeage au moulinet, le jaugeage au flotteur, le jaugeage volumétrique, le jaugeage par dilution chimique, le jaugeage à l'aide d'ouvrages calibrés ou des formules et le jaugeage à l'ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler). Celui réalisé dans la présente étude pour estimer le débit du mayo Douka Longo s'est fait par la méthode du jaugeage à gué au micro moulinet. Les principaux éléments d'un micro-moulinet (Fig. 15) sont :

- Hélice du micro-moulinet avec des diamètres allant de 25 mm à 125 mm tandis que les pas peuvent aller de 50 mm à 100 mm ;

- Perche de jaugeage graduée utilisée pour sonder la profondeur du cours d'eau ;

Le jaugeage à gué au micro moulinet a été effectué à l'exutoire du cours d'eau mayo Douka et n'a pas été possible en amont (DoukaGanaiko) car la rivière était sèche. Cette méthode consiste à choisir un site sur le cours d'eau qui est rectiligne et uniforme avec un fond plat et pouvant être traversé à pied. Ensuite tendre un câble de section graduée au-dessus du cours d'eau à la section transversale choisie et le sécuriser en utilisant des piquets tout en mesurant cette largeur (Fig. 16). Enfin déterminer le nombre d'espacement et de verticale ainsi que la mesure de la profondeur le long d'une verticale. Les données obtenues seront dépouillées en laboratoire et donnera la valeur du débit à l'instant de mesure. Nous rappelons ici que ces mesures ont été faites près des échelles limnimétriques.

II.3- TRAVAUX DE LABORATOIRE

Les travaux en laboratoire ont consisté à déterminer la vitesse d'infiltration de l'eau dans le sol, le coefficient de perméabilité à saturation, établir le bilan hydrique et enfin, au dépouillement et traitement des données ainsi obtenues.

La vitesse d'infiltration correspond à la quantité d'eau, par unité de temps de surface et par unité de temps qui pénètre dans le sol. Dans le cadre de cette étude, les vitesses d'infiltration ont été calculées à partir de la baisse du niveau d'eau dans les trous avec le temps comme suit :

Où :

= profondeur initiale au niveau de l'eau dans le trou ;

profondeur jusqu'au niveau de l'eau dans le trou à un instant donné

heure initiale

Les vitesses d'infiltration ont été calculées à partir de la baisse moyenne du niveau d'eau des quatre dernières mesures stabilisées, mesurées dans le trou.

Les données collectées sur le terrain lors des essais de Porchet, ont été traitées par la suite à partir du logiciel Microsoft Excel 2010. Une feuille de calcul Excel a été préalablement programmée pour effectuer les calculs résultant des formules empiriques développées par Porchet suivant la loi de Darcy. La perméabilité (K) est définie par la loi de Darcy comme le volume d'eau gravitaire traversant une unité de section perpendiculaire à l'écoulement en une seconde sous l'effet d'une unité de gradient hydraulique. En prenant comme unité le m² et le m³, K est exprimé en m/s.

Avec S : surface d'infiltration en (m²) ; R : rayon du trou (en m) ; h : hauteur d'eau dans le trou (en m) ; i : gradient hydraulique.

La valeur de (K), s'obtient en traçant la courbe, log (h+R/2) en fonction du temps à l'échelle semi-logarithmique (Annexe 2). Une fois le régime stabilisé, on obtient une droite de pente p = -2K/(2,3R). La perméabilité est obtenue par la relation suivante :

Avec K : coefficient de perméabilité (en m.s^-1) ; R : rayon du trou (en m) ; p : pente de la droite représentative de l'essai d'infiltration log (h + R/2) = f(t).

L'établissement de la carte piézométrique a pour but de déterminer les principales directions de l'écoulement souterrain et les aires d'alimentation de la nappe. Ces cartes schématisent d'une part les fonctions capacitives et conductrices des réservoirs, et d'autre part le comportement hydrodynamique de l'aquifère.

Trois méthodes sont généralement utilisées pour le tracé des courbes d'iso valeurs (Castany, 1998) :

- La méthode d'interpolation des données piézométriques par des programmes informatiques.

Cette dernière méthode est celle qui a été utilisée dans la présente étude car elle est rapide et donne une meilleure interpolation. Les logiciels informatiques qui ont été utilisés sont ArcGis10.4 et Surfer 12. Sur ces cartes, les principales directions d'écoulement souterrain et les aires d'alimentation sont matérialisées.

Les données collectées sur le terrain lors du jaugeage à gué au micro moulinet, peuvent être traitées soit à l'aide d'un dépouillement manuel, soit à l'aide d'un dépouillement informatique. Cette dernière a été utilisée dans les locaux du CRH (Centre de Recherche Hydrologique) à l'aide du logiciel TIDHYP (Traitement Informatique des Données Hydro Pluviométrique) pour obtenir le débit du cours d'eau mayo Douka à l'exutoire.

La connaissance plus ou moins parfaite des éléments du bilan hydrique d'un bassin versant, est une opération très importante en hydrologie, car elle permet l'estimation des réserves naturelles des aquifères. Plusieurs chercheurs ont mis au point des méthodes basées sur l'utilisation des formules empiriques facilitant l'estimation ou le calcul du bilan hydrique. Cependant la méthode de Thornthwaite est celle qui est plus appropriée pour les régions tropicales. Le bilan hydrique de Thornthwaite (1954), permet d'évaluer le déficit d'écoulement mensuel et tient compte de la réserve du sol d'un mois à l'autre (Réméniéras, 1972). Elle consiste à calculer tout d'abord pour chaque mois, une évapotranspiration potentielle (ETP), que l'on peut assimiler au pouvoir évaporant de l'atmosphère. Cette évaporation potentielle est fonction de la température moyenne mensuelle par rapport aux indices thermiques mensuels (i), calculés par la formule

et la durée astronomique du jour. L'évapotranspiration potentielle est calculée par la formule suivante :

Avec T : température moyenne mensuelle ; I : indice thermique annuel ; i : indice thermique mensuel.

L'évapotranspiration potentielle calculée sera ainsi confrontée aux précipitations afin de déterminer l'évapotranspiration réelle (ETR), la réserve facilement utilisable (RFU), la variation de la réserve facilement utilisable (?RFU), le water surplus (WS), l'écoulement total (S), l'écoulement de surface (QS), l'écoulement souterraine (QW), le déficit agricole (DA) et le coefficient mensuel d'humidité (á). Le calcul de ces paramètresest effectué suivant l'organigramme de la Figure 17. L'infiltration a été calculée à partir de la relation ci-dessous :

Avec I : infiltration moyenne interannuelle (en mm) ; ETR : évapotranspiration réelleinterannuelle (en mm) ; P : précipitation moyenne interannuelle(en mm) ; R : ruissellement ou lame d'eau ruisselée(en mm). Le ruissellement (R) peut être calculé par deux formules :

Les précipitations enregistrées dans la région d'étude sont inférieures à 600 mm, la formule utilisée est celle de Tixeront-Berkallof modifiée par Romantchouk (1974) (2).

La méthode employée dans le cadre de cette étude est La méthode de cartographie à index avec pondération des critères (Point Count SystemsModels, PCSM). Cette dernière est la plus pertinente vis-à-vis des réalités de terrain du fait de la prise en compte de l'importance relative de chaque critère vis-à-vis de la favorabilité du milieu. De ce fait, elle constitue la méthode la plus reconnue et utilisée à l'heure actuelle (Gogu et Dassargues 2000 ; Vrba et Zaporozec 1994).Son principe consiste à la combinaison des paramètres classifiés du milieu. Ceci en donnant un index numérique ou une valeur à chaque paramètre. La combinaison des cartes se fait au moyen du logiciel de traitement multicritères (logiciel SIG). La méthode repose sur la sélection de paramètres (ou critères) considérés comme représentatifs pour estimer la favorabilité d'une zone à l'agriculture. Dans le cadre de cette étude, les paramètres retenus pour étudier la favorabilité de la zone à l'agriculture sont :

- La distance euclidienne ou proximité au cours d'eau : c'est la distance de chaque point du bassin versant au cours d'eau le plus proche ;

Les calculs sont effectués dans un système d'information géographique (SIG). Chaque paramètre est cartographié avec une côte allant de 1 à 4. Un facteur de pondération est ensuite appliqué aux différents paramètres pendant le calcul. Ce facteur traduit l'importance relative des paramètres en termes de favorabilité d'une zone à l'agriculture.

Les différents poids attribués aux paramètres en fonction de leur degré d'importance sont consignés dans le tableau ci-dessous.

Tableau 10 : Poids des paramètres pris en compte pour caractériser la favorabilité d'une zone à l'agriculture.

Paramètres	Abréviations	Poids
Distance euclidienne	De	0,50
Densité de drainage	Dd	0,30
Niveau statique	Ns	0,20

Classe (m)	Côte	Nomination
0-500	4	Très favorable
500-1300	3	Favorable
1300-3500	2	Moyennement Favorable
3500-13160	1	Faiblement favorable

Classe (km/km²)	Côte	Nomination
0-0,16	1	Faiblement favorable
0,16-0,46	2	Moyennement favorable
0,46-0,79	3	Favorable
0,79-1 ,43	4	Très favorable

Classe (m)	Côte	Nomination
2-5	4	Très favorable
5-10	3	Favorable
10-15	2	Moyennement favorable
15-25	1	Faiblement favorable

En se basant sur le poids des paramètres, le calcul de l'indice de favorabilité noté I? sera effectué avec la calculatrice des rasters du logiciel ArcGIS selon la formule suivante :

Avec I? : index de favorabilité global d'une unité cartographique ;Wj : facteur de pondération du paramètre j ; Rj : index du paramètre j ; n : nombre de paramètres pris en compte.

Figure17: Organigramme de calcul du bilan hydrique selon la méthode de Thornthwaite (1954).

Etude des proprietes hydriques du sol pour l'amelioration du rendement agricole de la commune de Ngong (nord-Cameroun)

II.2.7- Jaugeages

II.3- TRAVAUX DE LABORATOIRE