INTRODUCTION
1. GENERALITE ET CONTEXTE
À l'échelle mondiale, l'eau douce ne
représente que 2,8 % de la quantité totale d'eau sur Terre. Elle
est diversement répartie entre les glaciers et les calottes polaires
(2,2 %), puis dans les nappes souterraines (0,6 %) (Petit, 2004). Les cours
d'eau et les lacs ne représentent qu'une quantité insignifiante
(environ 0,01 % du volume total d'eau sur Terre). Seulement la moitié de
l'eau douce contenue dans les nappes souterraines (soit 0,3 % de la
quantité d'eau présente sur Terre) est accessible à
l'homme pour sa consommation directe (Margat, 1989). Bien que l'eau demeure
abondante, sa répartition sur la Terre est inégale. Certains pays
souffrent d'un manque d'eau important pour satisfaire les besoins vitaux
élémentaires de leurs populations, tandis que d'autres luttent
pour gérer un excès d'eau chronique qui envahit progressivement
les terres arables et déplace des populations entières (Idder et
al., 2013 ; Petit, 2004). De plus, la problématique liée à
l'eau douce devrait encore s'aggraver dans les années à venir en
raison des développements socio-économiques et du changement
climatique (Mérino, 2009).
Les eaux souterraines constituent la plus grande
réserve en eau douce liquide de la planète. Elles sont
annuellement renouvelées par infiltration des précipitations,
représentant environ 8 à 10 millions de km3, soit 98
à 99 % du total (Margat, 1989). Cette ressource en eau douce est
confrontée ces dernières décennies aux
phénomènes liés au changement climatique, se traduisant
par l'augmentation de l'évapotranspiration due à la hausse des
températures, ce qui accroît l'intensité et la durée
des sécheresses des sols avec un risque élevé
d'assèchement de la nappe (Holman et al., 2012; Seguin et al., 2019).
Les variations interannuelles du stockage des eaux souterraines sont bien
corrélées à la variabilité interannuelle des
précipitations (Kotchoni et al., 2019). Dans son rapport de 2021 sur
l'établissement d'un réseau de référence
piézométrique pour le suivi de l'impact du changement climatique
sur les eaux souterraines, le BRGM affirme que le niveau des nappes d'eau
souterraine dépend, pour beaucoup d'entre elles, de l'infiltration des
eaux météoriques et sera donc nécessairement
impacté par le changement climatique qui provoque un changement dans le
régime d'infiltration (Vemoux et al., 2012). Pourtant, dans de
nombreuses régions d'Afrique, les eaux souterraines sont la seule source
d'eau fiable. Jusqu'à 75 % de la population africaine utilise les eaux
souterraines comme principale source d'eau potable et accessible à un
coût réduit (UNECA et al., 2000 in Nijsten, 2018; Mérino,
2009; Houégnon et al., 2021; Penant, 2016). Elles sont également
une source vitale d'eau douce dans toutes les régions tropicales,
permettant l'accès à de
Caractérisation hydrogéochimique et
évaluation de la recharge de l'aquifère du Crétacé
Supérieur capté sur les plateaux d'Aplahoué et d'Abomey
(Sud Benin)
l'eau salubre à des fins domestiques, agricoles et
industrielles à proximité du point de demande (Kotchoni et al.,
2019).
Au Bénin, les eaux souterraines constituent la
ressource principale de l'approvisionnement des populations en eau potable
(Penant,2016). Ces eaux sont soit captées dans les aquifères
discontinus des formations du socle cristallin qui occupent la plus grande
partie du territoire béninois, soit dans les aquifères continus
des bassins sédimentaires que sont le bassin sédimentaire de
Kandi, le bassin sédimentaire du Volta et le bassin sédimentaire
côtier (Boukari, 2002).
En effet, le bassin sédimentaire côtier,
situé au sud du territoire béninois, occupe environ 10 % de sa
superficie (environ 112 620 km2), renferme plus de 35 % des ressources en eaux
souterraines de ce territoire et abrite actuellement près de 65 % de sa
population, un taux appelé à augmenter dans l'avenir (Boukari
& Alassane,2007). Cette croissance démographique s'accompagne de
l'augmentation de la demande en eau, ce qui conduira probablement à une
surexploitation de cette ressource, pouvant aboutir au phénomène
d'intrusion saline en raison de la situation côtière
( Majdoub et al., 2014 ; Houemenou,2020). Il est
également à noter que de nombreux travaux ont été
effectués sur le bassin sédimentaire côtier, mais la
plupart se sont concentrés sur les plateaux méridionaux. Peu
d'études hydrogéologiques ont été
réalisées dans la partie septentrionale du bassin. C'est dans
cette optique que cette recherche, intitulée
"Caractérisation hydrogéologique et évaluation
de la recharge de l'aquifère du Crétacé Supérieur
capté sur les plateaux d'Aplahoué et d'Abomey (Sud
Bénin)," a été réalisée dans
le but de contribuer à la connaissance hydrogéologique des
plateaux nord du bassin sédimentaire côtier en
général, et de ceux d'Abomey et d'Aplahoué en
particulier.
2. OBJECTIFS
Cette présente recherche a comme objectif
général de déterminer les caractéristiques
hydrogéologiques et d'évaluer la recharge de l'aquifère du
Crétacé Supérieur du champ de captage des plateaux
d'Aplahoué et d'Abomey.
De façon spécifique, il a été
question de (d') :
V' déterminer la structure et de la
géométrie du réservoir étudié ;
V' évaluer les propriétés hydrodynamiques et
physico-chimiques des eaux du Turonien-Coniacien ;
V' estimer de la recharge de l'aquifère du Turonien-
Coniacien par la méthode de la fluctuation
piézométrique.
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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)
3. HYPOTHESES
Partant des recherches antérieures, cette investigation a
été guidée par les hypothèses directrices suivantes
:
y' La lithologie de la zone d'étude serait
hétérogène et géomorphologiquement variée
;
y' Les processus de minéralisation de l'eau seraient
influencés par les réservoirs aquifères
traversés et les activités anthropiques ;
y' La recharge de l'aquifère du Crétacé
supérieur serait influencé par la pluviométrie et
la
structure géologique de la zone.
4. STRUCTURE DU MEMOIRE
Ce travail de mémoire est structuré en trois
chapitres dont le premier porte sur les généralités
concernant le secteur d'étude et plus
spécifiquement la situation géographique, le contexte climatique,
le contexte hydrographique, la pédologie, la végétation,
le contexte topographique, géologique, hydrogéologique et les
activités économiques. Le deuxième chapitre est
destiné à la description de la méthodologie et
matériels utilisés, aux analyses et traitement des données
obtenues. Le troisième et dernier chapitre a porté sur la
présentation, l'interprétation et la discussion des
différents résultats obtenus. En fin, nous avons tiré une
conclusion suivie des perspectives.
5. REVUE DE LA LITTERATURE
Cette partie présente une synthèse
bibliographique sur la caractérisation hydrogéologique des
aquifères des zones sédimentaires et
l'estimation des recharges des aquifères. Bien avant, plusieurs travaux
d'études similaires à notre thématique ont
été abordés par certains auteurs et dont nous
présentons la quintessence dans les lignes qui suivent, par la suite,
nous décrivons de manière succincte les différentes
méthodes qui ont été utilisées pour estimer la
recharge des aquifères.
En 2007, Boukari et Alassane ont fait un panorama sur les
éventuels travaux d'études hydrogéologiques
effectués sur le bassin sédimentaire côtier du Benin. Ce
screening littéraire les a permis d'identifier la structure
hydrogéologique du bassin sédimentaire côtier qui est
constituée de quatre principaux aquifères dont deux sont à
nappes captives d'âge Turonien-Coniacien et Paléocène
Inferieur à moyen ; deux autres aquifères à nappe libre
d'âges du Continental Terminal et du Quaternaire. Les
caractéristiques hydrodynamiques tels que les débits
d'exploitations varient d'un aquifère à un autre. Les ouvrages
captant les aquifères du Crétacé et du
Paléocène ont un débit inférieur ou égal
à 50 m3/h tandis que ceux captant les aquifères du
Continental Terminal peuvent atteindre un débit supérieur ou
égal à 200 m3 /h. En ce qui concerne les
paramètres hydrochimiques ;
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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)
la conductivité électrique est relativement
faible avec une valeur de 100 us / cm sur le Continental-Terminal. Quant aux
eaux captées sur le Crétacé- Supérieur, elles sont
peu minéralisées vers l'amont où on rencontre la nappe
libre, Mais la minéralisation croit au fur et à mesure que la
nappe s'enfonce sous son toit imperméable. S'agissant des eaux de
l'aquifère superficiel du Quaternaire, la minéralisation est
généralement moyenne avec une conductivité
électrique qui varie entre 200 à 1000 us / cm.
Le travail de Maliki (1993), a porté sur l'étude
hydrogéologique du littoral béninois dans la région de
Cotonou et ses environs dans le bassin sédimentaire côtier. Cette
recherche a mis en évidence trois horizons d'aquifères selon leur
épaisseur à savoir un aquifère à nappe libre
capté par les puits peu profonds à grand diamètre avec une
puissance comprise entre 10 à 25 m au maximum et les deux autres
aquifères captifs avec respectivement l'épaisseur de 20 à
40 m et de plus de 50m. Les paramètres hydrodynamiques moyens de ces
deux horizons étudiés ont donné des résultats
suivants : Transmissivité comprise entre 1,67.10-2 à
1,01.10-2 m2/s et 10-5 à
10-2 pour le coefficient d'emmagasinement. En ce qui concerne les
paramètres chimiques, il ressort de cette étude que les eaux
présentent deux faciès : bicarbonatés calcique et
magnésien et chlorurées sodi-potassiques.
La méthode de polygone de Thiessen, autrement
appelée méthode des polygones pondérés, est une
technique utilisée pour estimer la recharge des aquifères (Berthe
et al., 2015) .En effet, cette méthode consiste à diviser la zone
d'étude en polygones en utilisant des lignes qui représentent les
points équidistants entre les puits ou les points d'observation. Chaque
polygone est associé à un puits ou à un point
d'observation, et la recharge est estimée en fonction des
précipitations et d'autres paramètres au sein de chaque polygone.
L'avantage que présente cette méthode est quelle peut être
appliquée dans diverse situations géographiques,
hydrogéologique et climatique (Edmunds & Gaye, 1994). Elle prend en
compte les données locales spécifiques à chaque polygone
telles que : l'urbanisation des polygones, la superficie d'infiltration et
l'intensité des précipitations enregistrées aux
différentes stations renseigne toujours le travail de ces mêmes
auteurs. Bref, la méthode de polygone de Thiessen est relativement
simple à comprendre et à être appliqué. Elle ne
nécessite pas de calculs complexes et peut être utilisée
avec des données relativement faciles à obtenir. Bien que cette
méthode soit facile et simple à utiliser, elle présente
également des faiblesses qui doivent être prises en compte. Il
s'agit notamment de sa sensibilité à la distribution des points
d'observation et ses hypothèses simplifiées à la
distribution des points d'observation. Outre la méthode de polygone de
Thiessen utilisée par les auteurs précités pour estimer la
recharge des eaux de la nappe, il existe d'autres méthodes à
savoir :
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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)
Ø La méthode basée sur le bilan hydrique
qui consiste à estimer la quantité d'eau infiltrée dans le
sol permettant d'obtenir son taux de recharge. Cependant, cette méthode
est plus adaptée aux pays qui ont un climat tempéré que
dans les contrées arides de types sahélien à cause de la
forte évaporation avec des cumuls annuels souvent supérieurs aux
précipitations enregistrées dans ces pays et pour ce faire, il en
ressort que le taux de la recharge de la nappe serait très faible
(Edmunds & Gaye, 1994). Si l'on applique cette méthode usuelle de
bilan, on détermine le taux de recharge par la soustraction de la
fraction de l'eau évaporée des précipitations. On
soustrait donc deux grands nombres pour en obtenir un petit (puisque les deux
nombres sont du même ordre de grandeur). Il s'ensuit que le taux de
recharge obtenu de cette manière est très peu sûr car une
légère erreur de mesure sur un des grands nombres induira une
erreur très importante sur la réponse (une erreur de 100% n'est
pas rare) (Geoffrey, 2003). En plus de la limite relative à la forte
évaporation, signalons que cette méthode est utilisée pour
les cas de recharge directe de la nappe pour permettre de déterminer la
variabilité spatio-temporelle de la recharge. La recharge ponctuelle est
difficilement prise en compte par cette méthode (FAvreau & Travi, s.
d.).
Ø La méthode de fluctuation
piézométrique (FP) fait partie des applications utilisées
pour la caractérisation de la recharge des eaux souterraines. Elle est
basée sur l'hypothèse que l'augmentation du niveau
piézométrique ou statique d'une nappe est due à la
recharge atteignant cette nappe (Varni et al., 2013). Kotchoni et al. (2019)
ont utilisé cette méthode pour estimer la recharge sur les
aquifères du Quaternaire, du Grès du Mio-Pliocène et les
roches cristallines altérées du
Néoprotérozoïque du centre de Benin. L'application de cette
méthode leurs a permis de mettre à l'évidence la
corrélation entre les variations interannuelles de stockage des eaux
souterraines avec la variabilité interannuelle des
précipitations. Il a été constaté également
que la recharge varie considérablement en fonctions de l'environnement
géologique. C'est ainsi que, la recharge annuelle des aquifères
peu profonds de sables Quaternaires s'élève jusqu'à 40 %
des précipitations annuelles, tandis que dans les aquifères plus
profonds de grès du Mio-Pliocène et de roches cristallines
altérée, les fractions annuelles de précipitations
générant la recharge étaient respectivement de 4 et 13%.
Ces différences sont principalement attribuées à
l'épaisseur de la zone non saturée et aux contrôles
lithologiques sur la transmission et le stockage de la recharge pluviale.
Signalons que, le fait que cette méthode soit appliquée sur les
aquifères continus et discontinus constitue sa force. Mais toutefois,
les résultats de la recharge estimée par cette méthode ne
présentent pas une certitude. Cette dernière présente
quelques exigences telles que la non perturbation par les pompages, pas
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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)
d'effet de retard important lors du transit dans la zone non
saturée, c'est donc qu'à la satisfaction de ces exigences
précitées ci-haut que la méthode peut s'appliquer (Varni
et al., 2013). Cependant, Kotchoni et al. (2019) recommandent l'utilisation
d'autres méthodes telles que celles basées sur les traceurs
ioniques et la modélisation numérique pour améliorer la
compréhension des processus de contrôles de recharge dans les
environnements saisonnièrement humides sous les tropiques ;
Ø La méthode basée sur l'utilisation des
traceurs ioniques, isotopiques stables ou radioactifs dont le chlore
s'avère très utile (Favreau & Travi, s.d). Selon Edmunds
& Gaye (1994), l'utilisation du chlore comme traceur présente de
nombreux avantages à savoir :
V' C'est un élément ubiquiste présent dans
toutes les eaux naturelles ;
V' Il peut être absorbé par les plantes ;
V' Il est fortement soluble et ne cristallise qu'à des
concentrations très élevées ;
V' Il fait partie des éléments persistants ce qui
signifie qu'il n'a pas tendance à être impliqué
dans les réactions géochimiques du sol ou de la
nappe phréatique ;
V' Son cycle géochimique est proche de celui de l'eau
à l'exception qu'il n'est pas impliqué dans
le processus
d'évaporation. Lorsque l'eau s'évapore, le chlore
(Cl-) reste dans la solution résiduelle et s'y concentre
proportionnellement à la quantité d'eau évaporée.
Suite à un événement pluvieux, l'eau contenant la
signature enrichie en chlorure va quitter la zone d'évapotranspiration
du sol (zone comprise entre la surface du sol et l'extrémité de
la zone racinaire des plantes) et transporter cette signature vers
l'aquifère. Celle-ci peut alors être utilisée pour estimer
la perte nette en eau comparée aux précipitations et, de
là, en déduire le volume de la recharge (Edmunds & Gaye,
1994).
Dans le cadre de notre étude, nous avons
utilisé la méthode de la fluctuation piézométrique
car elle demeure la méthode la plus utilisée mais aussi
adaptée à tout type de climat (Geoffrey, 2003; Healy & Cook,
2002; Kotchoni et al., 2019).
Caractérisation hydrogéochimique et
évaluation de la recharge de l'aquifère du Crétacé
Supérieur capté sur les plateaux d'Aplahoué et d'Abomey
(Sud Benin)
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