Caractérisation hydrogeochimique et évaluation de la recharge de l'aquifère du turonien-coniacien capté sur le plateau d'Aplahoué et d'Abomey (sud-benin)

Abstract

The plateaus of Abomey and Aplahoué, located in the northern part of the Coastal Sedimentary Basin (CSB), consist of twelve (12) municipalities, namely: Bohicon, Abomey, Zakpota, Agbangnizoun, Zogbodomey, Aplahoué, Azovè, Dogbo-Tota, Djakotomè, Toviklin, Lalo, Klouékanmè, and a small part of the Lokassa municipality. These plateaus, along with those of Kétou and Zagnanado, constitute the recharge zone of the Turonian-Coniacian aquifer in the Coastal Sedimentary Basin of Benin. The Turonian-Coniacian aquifer is the most exploited on these two plateaus. Therefore, without a thorough understanding of the resource both qualitatively and quantitatively, effective management cannot be achieved. Our objective is to conduct hydrogeological characterization and assess the recharge of the Upper Cretaceous aquifer tapped into on the plateaus of Aplahoué and Abomey. Piezometric measurements and hydrogeological cross-sections demonstrate that the Turonian-Coniacian aquifer (Upper Cretaceous) tapped into on these plateaus is unconfined in the north, where it is recharged, and confined in the south. It exhibits good transmissivity, and its waters are low in mineral content with an average acidic pH. Hydrochemistry allows for the characterization of the Turonian-Coniacian aquifer, revealing a predominance of Calcium Bicarbonate facies ( Ca²⁺ - HCO3 ) at 54%, a Magnesium Bicarbonate facies ( Mg²⁺ - HCO3) at 9%, and a Calcium Chloride facies (Ca²⁺ - Cl^- ) at 6%. The Piper Diagram reveals a gradual natural evolution of waters from the Calcium Bicarbonate facies towards the Calcium Chloride facies. According to principal component analysis (PCA), mineralization over the residence time emerges as the dominant mechanism in the ion acquisition processes by water in the Turonian-Coniacian. The presence of nitrates indicates anthropogenic influences contributing to mineralization, attributed to the presence of inadequately constructed wells in the outcrop area. Recharge of the Turonian-Coniacian on the studied plateaus is mainly dependent on the annual precipitation. For the Abomey plateau, which has good storage capacity, it represents between 18% and 69.9% of total precipitation.

Keywords: Turonian-Coniacian; plateaus of Aplahoué and Abomey; recharge; Piper Diagram; PCA.

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Caractérisation hydrogéochimique et évaluation de la recharge de l'aquifère du Crétacé Supérieur capté sur les plateaux d'Aplahoué et d'Abomey (Sud Benin)

Table des matières

In Memorium i

Dédicace ii

Remerciements iii

Résumé iv

Abstract v

Liste de Tableaux ix

Liste de Figures ix

Liste des Planches x

Liste des annexes x

Liste des abréviations, acronymes et cycle xi

INTRODUCTION 1

1. GENERALITE ET CONTEXTE 1

2. OBJECTIFS 2

3. HYPOTHESES 3

4. STRUCTURE DU MEMOIRE 3

5. REVUE DE LA LITTERATURE 3

Chapitre I : PRESENTATION DE LA ZONE D'ETUDE 8

1.1. SITUATION GEOGRAPHIQUE 8

1.2. CONTEXTE CLIMATIQUE 10

1.2.1. Précipitations 10

1.2.2. Températures 10

1.2.3. Evapotranspiration 11

1.3. CONTEXTE HYDROGRAPHIQUE 12

1.3.1. Le fleuve Zou 12

1.3.2. Le fleuve Couffo 12

1.3.3. Le fleuve Mono 12

1.4. CONTEXTE PEDOLOGIQUE 13

1.4.1. Sols ferrugineux 13

1.4.2. Sols ferralitiques 14

1.4.3. Sols hydromorphes 14

Caractérisation hydrogéochimique et évaluation de la recharge de l'aquifère du Crétacé Supérieur capté sur les plateaux d'Aplahoué et d'Abomey (Sud Benin)

1.4.4. Vertisols 14

1.5. VEGETATION DANS LA ZONE 15

1.6. CONTEXTE TOPOGRAPHIQUE 15

1.7. CONTEXTE GEOLOGIQUE ET HYDROGEOLOGIQUE 16

1.7.1. Contexte géologique 16

1.7.1.1 Géologie du bassin sédimentaire côtier 16

1.7.1.2 La géologie des plateaux d'Abomey et d'Aplahoué 18

1.7.1.3 Cadre structural du bassin sédimentaire côtier du Benin 18

1.7.2. Contexte hydrogéologique 19

1.7.2.1 Hydrogéologie du bassin sédimentaire côtier du Benin 19

1.7.2.2. Hydrogéologie des plateaux d'Abomey et d'Aplahoué 21

1.8. ACTIVITES ECONOMIQUES 21

Chapitre II : MATERIEL ET METHODES 23

2.1. MATERIEL 23

2.1.1. Matériel de terrain 23

2.2. METHODOLOGIE 25

2.2.1. Recherche documentaire 25

2.2.2. Collecte des données 25

2.2.3. Méthode de terrain 25

2.2.4. Réalisation des coupes hydrogéologiques 27

2.2.5. Niveau statique, Piézométrie et paramètres hydrodynamiques de l'aquifère du

Crétacé supérieur 28

2.2.5.1. Mesure des niveaux statiques 28

2.2.5.2. Calcul du niveau piézométrique 29

2.2.5.3. Réalisation de la carte piézométrique 29

2.2.5.4 Détermination de la transmissivité 29

2.2.6. Paramètres physico-chimiques 30

2.2.6.1. Echantillonnage 30

2.2.6.2. Paramètres mesurés in-situ 31

2.2.6.3 Paramètres analysés au laboratoire 32

2.3. ESTIMATION DE LA RECHARGE 32

Chapitre III : RESULTATS ET DISCUSSION 35

Caractérisation hydrogéochimique et évaluation de la recharge de l'aquifère du Crétacé Supérieur capté sur les plateaux d'Aplahoué et d'Abomey (Sud Benin)

3.1. Structure et géométrie de l'aquifère du Crétacé supérieur 35

3.1.1. Structure et géométrie de l'aquifère du plateau d'Aplahoué suivant la direction

sud-nord (Coupe A'A) 35

3.1.2 Structure et géométrie de l'aquifère du plateau d'Abomey suivant la direction

sud-nord (Coupe C'C) 37

3.1.3 Structure et géométrie de l'aquifère des plateaux d'Abomey et d'Aplahoué

suivant la direction SW-NE (Coupe B'B) 37

3.1.4 Identification hydrogéologique de l'aquifère capté sur les plateaux d'Abomey et

d'Aplahoué 40
3.2 Evaluation des caractéristiques hydrodynamiques de l'aquifère du Crétacé

supérieur 40

3.2.1 Profondeur de l'eau 40

3.2.2 Carte Piézométrique 41

3.2.3. Transmissivité 43

3.3 Caractérisation physico-chimique 43

3.3.1 Température 46

3.3.2 Conductivité électrique 47

3.3.3 Solides Totaux Dissouts (TDS) 48

3.3.4 Potentiel d'hydrogène (pH) 49

3.4 Ions majeurs 50

3.4.1 Faciès chimique des eaux de l'aquifère du Turonien Coniacien 51

3.4.2 Analyse en composante principale (ACP) 52

3.5 Estimation de la recharge sur le plateau d'Abomey 55

CONCLUSION ET PERSPECTIVES 58

Références bibliographiques 59

ANNEXES I

ix

Caractérisation hydrogéochimique et évaluation de la recharge de l'aquifère du Crétacé Supérieur capté sur les plateaux d'Aplahoué et d'Abomey (Sud Benin)

Liste de Tableaux

Tableau III-1: Les valeurs de la transmissivité calculées sur les deux plateaux 43

Tableau III-2: Paramètres physico-chimiques et concentration des Cations et anions majeurs

en meq/L des eaux de surface et souterraines 44

Tableau III-3: Résultat d'analyses statistiques des ions échantillonnées 51

Tableau III-4: Matrice de corrélation entre les éléments chimiques Erreur ! Signet non

défini.

Tableau III-5 : Variation des amplitudes piézométriques et de la recharge sur le plateau

d'Abomey selon les années hydrologiques 56
Tableau III-6: Tableau récapitulatif des valeurs de la recharge estimées par la méthode de FP

57

Liste de Figures

Figure I-1 : Carte des plateaux de Aplahoué et d'Abomey 9

Figure I-2 : Diagramme ombrothermique établi avec la moyenne des précipitations et des

températures de la station de Bohicon (2004-2022) : Source : ASECNA 11
Figure I-3 : Evapotranspiration potentielle moyenne annuelle (2004-2022) de la station

pluviométrique de Bohicon (Source : ASECNA) 11

Figure I-4: Carte de réseaux hydrographiques des plateaux d'Abomey et d'Aplahoué 13

Figure I-5: Carte pédologique des plateaux d'Aplahoué et d'Abomey 14

Figure I-6: Morphologie du bassin sédimentaire côtier ; source : (Slansky, 1962) 16

Figure I-7: Carte géologique des plateaux d'Abomey et d'Aplahoué 19

Figure II-1 : Localisation des traits de coupes et des ouvrages exploités pour l'étude 28

Figure II-2 : Carte de localisation des sites d'échantillonnage 31

Figure II-3 : Principe de détermination de Äh( Koudjega et al., 2020 in Ezi, 2023). 33

Figure III-1 : Corrélation hydrogéologique (a) et coupe hydrogéologique (b) suivant la

direction sud-nord (A'A) du plateau d'Aplahoué 36
Figure III-2 : Corrélation hydrogéologique (a) et coupe hydrogéologique (b) suivant la

direction sud-nord (C'C) du plateau d'Abomey 38

X

Caractérisation hydrogéochimique et évaluation de la recharge de l'aquifère du Crétacé Supérieur capté sur les plateaux d'Aplahoué et d'Abomey (Sud Benin)

Figure III-3 : Corrélation lithostratigraphique (A) et coupe hydrogéologique (B) suivant la

direction SW-NE (B'B) des plateaux d'Abomey et d'Aplahoué 39
Figure III-4 : Carte de profondeur du toit de la nappe du Turonien-Coniacien : Abomey (A) et

Aplahoué (B) 41
Figure III-5: Carte des niveaux piézométriques des plateaux d'Abomey (a) et d'Aplahoué (b)

42
Figure III-6 : Température des eaux échantillonnées sur les plateaux d'Abomey et d'Aplahoué pendant la période des basses (campagne 1) eaux et hautes eaux (campagne 2)

46
Figure III-7: Conductivité électrique des eaux souterraines et de surface pendant la période

des basses eaux (campagne1) et hautes eaux (campagne 2) 48
Figure III-8: TDS des eaux souterraines et de surface des plateaux d'Abomey et Aplahoué

pendant la période des basses eaux (campagne1) et hautes eaux (campagne 2) 49

Figure III-9 : pH des eaux sur les plateaux d'Abomey et d'Aplahoué 50

Figure III-10: Diagrammes de Piper des eaux de l'aquifère du Turonien-Coniacien 52

Figure III-11: Projection de variables F1 et F2 54

Figure III-12: Répartition graphique de la carte factorielle des puits et forages 55

Figure III-13 : Variation des amplitudes piézométriques de SEau-Bohicon selon les années

hydrologiques 56

Figure III-14: Pluviométrie et recharge estimée sur le plateau d'Abomey 57

Liste des Planches

Planche II-1 : Matériels utilisés lors de la campagne de collectes de données (photos prises par

Djonmbe, Juillet 2023) 24
Planche II-2: Méthode d'acquisition des données de terrain (Photos prises par Glessougbé

Mellone, Juillet 2023) 26

Liste des annexes

Annexe 1: Les données hydroclimatique I

Annexe 2 :Niveau et statique et piézométrique mensuelle (source : SEau-Benin) III

Annexe 3: Courbe de Remonté de Theis IV

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Liste des abréviations, acronymes et cycle

Sigle /Acronyme	Signification	Sigle /Acronyme	Signification
ASTER	Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection	DG-Eau	Direction Générale de l'Eau
ACP	Analyse en Composantes Principales	IDW	Inverse Distance Weighting
BRGM	Bureau de Recherches Géologiques et Minières	L	Longueur
BSC	Bassin Sédimentaire Côtier	NNE	Nord, nord- Est
CIEH	Comité Inter- Africain d'Etudes Hydrauliques	Nm	Niveau mesuré
DG-Eau	Direction Générale de l'Eau	Sy	Porosité efficace
Eh	Potentiel Redox	EP	Eocène-paléocène
FP	Fluctuation piézométrique	?t	Variation de temps
GPS	Global Positonning System	HP	Hauteur piézométrique
IGN	Institut Géographique National	ASECNA	Agence pour la Sécurité de la Navigation Aérienne
INE	Institut National de l'Eau	EA	Centre d'Excellence d'Afrique pour l'Eau et l'Assainissement
M	Margelle	SBEE	Société Béninoise d'Eau et d'Electricité
MNT	Modèle Numérique de Terrain	i	Gradient hydraulique
MSP	Ministère de la Santé Publique	OMS	Organisation Mondiale de la Santé
OBEMINES	Office Béninois des Mines	ACP	Analyse en composantes principales
OC	Degrés Celsius	dh	Charge hydraulique
pH	Potentiel d'hydrogène	mg	Milligramme
QGIS	Quantum Geographic Information System	?H	Variation de charges
SIG	Système d'Information Géographique	Z	Côtes
TDS	Total Disolved Solids	H	Hauteur
½	Coefficient d'emmagasinement	ppm	Partie par million

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