Dans ce chapitre, nous allons présenter en premier
lieu les matériels utilisés tant dans la collecte et traitement
des données que dans la réalisation des différentes cartes
et ensuite nous aborderons les différentes méthodes d'analyse et
traitement des données.
2.1. MATERIEL
Pour la réalisation de ce travail, nous avons
utilisé des matériels et outils qui nous ont servi dans les
différents travaux de terrain pour les mesures des niveaux statiques,
les prélèvements des échantillons d'eaux des
différents ouvrages hydrauliques parcourus (puits, Forages et plans
d'eaux) ainsi que le traitement des données.
2.1.1. Matériel de terrain
Tout au long de nos travaux, nous avons utilisé les
matériels (Planche II-1) de terrain ci-dessous :
Ø Une voiture de marque Toyota pour les
différentes courses de terrain ;
Ø Un appareil Global Positonning System (GPS) de type
GARMIN pour le relevé des coordonnées géographiques des
points de mesures et d'échantillonnage ;
Ø Une sonde électrique sonore et lumineuse de
marque Solinst pour la mesure du niveau statique ;
Ø Un appareil multiparamétrique qui nous a
permis de mesurer la conductivité électrique, le taux de solides
dissouts (TDS) et la température de l'eau ;
Ø Des flacons en polyéthylène de volume
de 300 millilitres pour le prélèvement des échantillons
destinés aux analyses des ions majeurs ;
Ø Trois glaciaires servant à stocker et
à conditionner les différents échantillons
prélevés lors de campagne de terrain ;
Ø Des cartes topographiques à l'échelle
de 1 : 50000ème et des papiers millimétrés pour
la réalisation des coupes hydrogéologiques.
2.1.2. Outils informatiques
Les logiciels et matériels utilisés dans le cadre
de cette étude sont :
Ø Logiciels de Système d'Information
Géographique (SIG) tels que ; QGIS pour la réalisation des cartes
de distribution spatiale des paramètres hydrodynamiques et d'autres
cartes thématiques ;
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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 Logiciel « Diagrammes » pour la
détermination des faciès chimiques des points d'eau
échantillonnés ;
Ø Logiciel R-Studio pour la réalisation de l'ACP,
de la matrix de corrélation et le graphe des individus de l'ACP.
Ø Un ordinateur portable de marque FUJITSU pour analyser,
traiter, calculer de manière automatique une grande quantité
d'informations et générer des cartes thématiques sur les
paramètres étudiés et des Modèles Numériques
de Terrain (MNT).
Planche II-1 : Matériels utilisés
lors de la campagne de collectes de données (photos prises par Djonmbe,
Juillet 2023)
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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)
2.2. METHODOLOGIE
Afin d'atteindre les objectifs assignés à cette
recherche, nous avons adopté des démarches méthodologiques
allant de la collecte au traitement des données pour en déduire
des résultats.
2.2.1. Recherche documentaire
La recherche documentaire a porté essentiellement sur
la consultation des mémoires, rapports, thèses, articles et
autres documents en relation avec l'étude menée
2.2.2. Collecte des données
Les données que nous avons collectées pour ce
travail sont constituées des données hydroclimatiques à
savoir : les précipitations, les températures et les
évapotranspirations potentielles, toutes issues de la station synoptique
de Bohicon, ainsi que des données lithologiques des Forages au niveau de
la Direction Générale de l'Eau (DG-EAU) Benin.
2.2.3. Méthode de terrain
La campagne des travaux de terrain s'est
déroulée du 24 au 30 Juillet 2023 sur les deux plateaux (plateau
d'Abomey et celui d'Aplahoué). Les activités effectuées
ont consisté à mesurer les niveaux statiques de quelques puits
à grand diamètre, à échantillonner les eaux des
puits, des forages ainsi que celles des rivières et des forages
artésiens tous situés dans les localités intégrants
notre zone d'étude. La Planche II-2 illustre les
différentes activités effectuées sur le terrain.
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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)
Planche II-2: Méthode d'acquisition des
données de terrain (Photos prises par Glessougbé Mellone, Juillet
2023)
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Supérieur capté sur les plateaux d'Aplahoué et d'Abomey
(Sud Benin)
2.2.4. Réalisation des coupes
hydrogéologiques
La connaissance des informations hydrogéologiques
constitue un volet clé dans l'étude des ressources en eau
souterraine d'une région donnée. Cela permet de
représenter graphiquement les variations verticales des formations
géologiques et des nappes aquifères présentes en
profondeur. Nous avons choisi trois traits de coupes afin d'avoir une bonne
représentativité de la géologie et de
l'hydrogéologie de la zone. Nous avons réalisé un trait de
coupe qui est orienté suivant l'axe SW- NE traversant les deux plateaux
et les deux autres traits sont d'axes S-N respectivement situé sur
chacun des deux plateaux (Figure II-1 ). Pour réaliser
les coupes hydrogéologiques, nous avons suivi la démarche
suivante :
Ø Projection des logs de Forages collectés et
sélection par requête spatiale dans le logiciel QGIS 3.32.2 de
ceux qui sont situés dans la zone d'étude ;
Ø Vérification de la cohérence de la
succession lithologique dans le fichier Excel et définition des traits
de coupe après projection des logs stratigraphiques dans QGIS 3.32.2
;
Ø Projection sur les cartes topographiques à
l'échelle de 1/50000ème des Forages pris en compte,
c'est-à-dire ceux situés sur les traits de coupe ou à
proximité des traits ;
Ø Traçage des traits de coupe sur les cartes
topographiques à l'échelle de 1/50000ème et
exécution des profils topographiques le long de ces traits de coupe sur
du papier millimétré ;
Ø Corrélation litho-stratigraphique entre les
différents logs ;
Ø Scannage des coupes obtenues et importation dans
QGIS 3.32.2 sous forme de raster ;
Ø Digitalisation des coupes dans QGIS 3.32.2 et
exportation des résultats sous forme d'image après sa mise en
forme.
Les traits de coupes sur les plateaux d'Abomey et
d'Aplahoué sont présentés à la Figure
II-1.
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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)
Figure II-1 : Localisation des traits de coupes
et des ouvrages exploités pour l'étude
2.2.5. Niveau statique, Piézométrie et
paramètres hydrodynamiques de l'aquifère du Crétacé
supérieur
2.2.5.1. Mesure des niveaux statiques
Les sites sur lesquels les mesures ont été
faites sont retenus en fonction de leur accessibilité. Les mesures ont
été effectuées sur 31 ouvrages dont 30 puits à
grand diamètre et un piézomètre ( Figure
II-2). Lors de la mesure, la tête métallique de la sonde
est introduite dans l'ouvrage ; au contact de l'eau, elle déclenche un
bruit sonore et le voyant lumineux s'allume. La lecture est faite sur la
graduation du ruban de la sonde et à cette valeur lue nous soustrayons
la valeur de la margelle mesurée si elle existe à l'aide du ruban
gradué. L' Équation II-1 présente la
formule utilisée pour la détermination du niveau statique.
Équation II-1 : Ns = N?? - M
Avec Ns le niveau statique, Nm
le niveau d'eau mesuré et M la margelle.
Nous avons utilisé le logiciel QGIS 3.32.2 pour
réaliser la carte de spécialisation des niveaux statiques
mesurés sur l'étendue de notre secteur d'étude.
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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)
2.2.5.2. Calcul du niveau
piézométrique
La détermination des niveaux
piézométriques est une opération principale dans la
caractérisation hydrogéologique des ressources en eau
souterraine. Il est assimilable à l'altitude du niveau d'eau en
équilibre naturel dans un ouvrage.
Le niveau piézométrique (HP) est calculé
en soustrayant la côte du sol (repère de l'ouvrage)
Z, de la profondeur de l'eau (Niveau statistique-Ns-), tel que
présenté par l'Equation II-2 .
Equation II-2 : HP = Z - Ns
Le Ns est mesuré par une sonde
électrique tandis que la cote Z correspond à
l'altitude enregistrée par le GPS.
2.2.5.3. Réalisation de la carte
piézométrique
L'étude piézométrique d'une nappe
fournit des renseignements d'une importance capitale sur les
caractéristiques de l'aquifère. Elle permet, en particulier,
d'apprécier de façon globale les conditions d'écoulement
des eaux souterraines, ainsi que leurs conditions d'alimentation et de
drainage, et la variation de leurs réserves (Eric et al., 2008). Les
études piézométriques requièrent de disposer d'un
nivellement très précis des points d'observation (puits, forages,
piézomètres, sources) qui permet d'assurer la précision
dans la réalisation de la carte piézométrique. Celle-ci
est tracée par interpolation entre les cotes relevées, sur la
base de courbes hydroisohypses (lignes d'égale altitude de la surface
piézométrique) dont la qualité et l'équidistance
dépendront de la densité des points de mesure et de
l'échelle d'étude adoptée.
Dans le cadre de notre étude, nous avons
utilisé la méthode d'interpolation de Pondération de
Distance Inverse « IDW » du logiciel QGIS 3.32.2, et via l'option
« Interpolation » pour la délimitation et la circonscription
des courbes isopièzes. Il est important de noter que l'interpolation par
IDW repose sur l'hypothèse que les valeurs proches les unes des autres
ont une influence plus grande les unes sur les autres que celles qui sont
éloignées.
2.2.5.4 Détermination de la
transmissivité
Les données issues de pompages d'essai de longue
durée sur les piézomètres de Bohicon (plateau d'Abomey) et
celui de Djakotomey (plateau d'Aplahoué) ont été
utilisées pour déterminer la transmissivité de
l'aquifère étudié en des points considérés.
La méthode de remontée de Theis nous a permis de calculer la
transmissivité selon l' Equation II-3.
Equation II-3 : T = ??.?? ??
???????'
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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)
Avec : T (m2/s) la
transmissivité ; Q (m3/s) le débit de pompage
constant ; ?½'(m) la variation
de rabattement résiduelle ½'.
Notons que l'analyse de la transmissivité sera faite
à partir de la classification du Comité Inter-
Africain d'Etudes Hydrauliques (C.I.E.H) (DE & CRISTALLIN,
1992) :
- classe faible : T <10-5 (m2/s);
- classe moyenne : 10-5< T <
10-4(m2/s);
- classe forte : T >10-4 (m2/s).
Le fait que les puits d'observations soient confondus aux
piézomètres de mesure, ne nous a pas
permis de calculer le coefficient d'emmagasinement et le
coefficient de perméabilité.
2.2.6. Paramètres
physico-chimiques
2.2.6.1. Echantillonnage
L'échantillonnage est d'une importance fondamentale,
car il conditionne la pertinence des résultats. De ce fait, il doit
être réalisé avec précaution et à
l'échelle représentative.
Les échantillons ont été
prélevés dans des flacons en polyéthylène
rincés trois fois avec l'eau du site à prélever, de
volumes différents selon les types des éléments chimiques
à analyser. Le flacon une fois rempli était fermé sous
l'eau en chassant les bulles d'air afin d'éviter de modifier
l'équilibre chimique dans la solution (variation du Potentiel
hydrogène, précipitation de fer ou de manganèse par
oxydation avec l'oxygène de l'air). Un système
d'étiquetage a été réalisé sur chaque
échantillon d'eau, comprenant la date de prélèvement et le
nom de la localité. Une fois prélevés, ces
échantillons ont été placés dans une
glacière contenant des glaçons pour les conserver à une
température comprise entre 2°C et 5°C. Ces dispositions
permettent d'éviter la prolifération des bactéries qui
sont susceptibles d'altérer et de dégrader les
éléments (nitrate, nitrite) contenus dans les échantillons
d'eau. Pour la représentativité de l'échantillon d'eau de
la nappe, les forages ont été pompés pendant une dizaine
de minutes avant le prélèvement de l'échantillon. Dans le
cas des puits et piézomètres non exploités quelques seaux
d'eau ont été évacués avant le
prélèvement. La Figure II-2 présente la
répartition de points d'échantillonnage dans notre milieu
d'étude.
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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)
Figure II-2 : Carte de localisation des sites
d'échantillonnage
2.2.6.2. Paramètres mesurés
in-situ
Les paramètres tels que la température, la
conductivité électrique et le TDS ont été
mesurés in-situ au moyen d'une sonde multiparamétrique
TDS&EC- meter (hold) (Planche II-1. G). Le pH n'a pas
été mesuré à cause de la limite de la sonde
multiparamétrique qui ne dispose pas de pH-mètre et pour ce faire
nous avons considéré les valeurs antérieures des pH
mesurés pendant la période des basses eaux (Mars 2023) sur les
mêmes sites. Pour les eaux des Forages équipés, ne pouvant
pas introduire la sonde dans le Forage pour mesurer directement les
paramètres, nous avons recueilli dans un récipient une
quantité d'eau du Forage ou du puits et procédé ensuite
aux mesures en introduisant la sonde dans l'échantillon d'eau
prélevé dans le récipient. En ce qui concerne les eaux de
surface, les électrodes ont été directement introduites
dans l'eau à une dizaine de centimètres.
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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)
2.2.6.3 Paramètres analysés au
laboratoire
Les eaux prélevées lors de la campagne
d'échantillonnage sont convoyées au laboratoire pour des analyses
chimiques (Laboratoire d'Hydrologie Appliqué (LHA)) de l'Institut
National de l'Eau (INE). Compte tenu du délai trop court pour produire
notre rapport, nous n'avons pas pu obtenir les résultats de laboratoire
de notre campagne et avons de ce fait utilisés les données
existantes (campagnes Mars 2023) pour l'interprétation dans notre
rapport. Les éléments chimiques analysés sont : le calcium
(Ca2+), le magnésium (Mg2+), le sodium
(Na+), le potassium (K+), le chlorure (Cl-),
le sulfate (SO42-) et le bicarbonate (HCO3 - ), pour ions
majeurs et le nitrate (NO3 -), selon les différents
protocoles d'analyses recommandés par (Bridgewater et al., 2017) et
(Rodier et al., 2009).
2.3. ESTIMATION DE LA RECHARGE
Plusieurs méthodes d'estimation de la recharge
existent, et quelques-unes ont été exposées dans la
section consacrée à la revue de la littérature de notre
travail. En raison du manque de données nécessaires, nous avons
opté pour la méthode de la fluctuation
piézométrique (FP) afin d'estimer la recharge. En effet, cette
méthode a été utilisée pour évaluer la
recharge des aquifères depuis les années 1920 jusqu'à nos
jours (Meinzer, 1923; Varni et al., 2013). Elle repose sur l'hypothèse
selon laquelle l'élévation du niveau d'eau dans les
aquifères résulte de l'infiltration d'eau rechargeant
l'aquifère. Le niveau piézométrique de l'eau et le
coefficient d'emmagasinement (S) sont essentiels pour le calcul de la recharge.
Bien que largement employée, cette méthode présente
certaines difficultés, notamment l'identification de la véritable
cause des fluctuations du niveau piézométrique, car celles-ci ne
sont pas toujours attribuables à la recharge de la nappe par
l'infiltration des eaux de précipitation et à la décharge.
De plus, le calcul du coefficient d'emmagasinement n'est pas exempt de biais
(Scanlon et al., 2002). La recharge est calculée conformément
à la méthode de Scanlon et al. (2002)en tant que produit des
amplitudes des niveaux statiques ou piézométriques par le
coefficient d'emmagasinement, comme illustré par l' Equation
II-4.
???? = L??
Equation II-4 : R = ?? *
??t Lt
Avec R, S et dh/dt
qui désignent respectivement la recharge, le coefficient
d'emmagasinement et la variation des amplitudes piézométriques
par rapport au temps. La méthode de FP nécessite la connaissance
de la variation de la charge hydraulique (dh), définie comme la
différence entre le pic du niveau le plus élevé sur la
courbe de niveau statique ou du niveau piézométrique, et le point
le plus bas de la courbe extrapolée, également appelé
amplitude piézométrique. Ce dernier
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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)
représente le niveau auquel l'eau serait
établie dans l'aquifère en l'absence de tout apport (Ezi, 2023).
Le coefficient d'emmagasinement peut être déterminé par la
méthode graphique semi-logarithmique de Jacob (1946). Malheureusement,
nous n'avons pas pu obtenir ce coefficient en raison de
l'indisponibilité des données nécessaires. À cette
fin, nous avons utilisé le coefficient d'emmagasinement estimé
par Boukari (2002) pour la localité d'Adjido, située dans la
commune de Bohicon, une zone géographiquement proche du Service-Eau de
Bohicon (SEau-Bohicon), et équivalent à 8.10-2. Cependant, aucune
donnée de référence n'a été obtenue pour le
plateau d'Aplahoué malgré nos recherches bibliographiques
approfondies. En effet, les données relatives aux niveaux
piézométriques utilisées pour calculer les recharges dans
les deux plateaux constituant notre secteur d'étude proviennent du
Service d'Eau (SEau) de Bohicon, spécifiquement du plateau d'Abomey. Ces
données couvrent la période de 2011 à 2016, soit cinq
années hydrologiques. En raison du manque de données
nécessaires, nous n'avons pas pu estimer la recharge sur le plateau
d'Aplahoué, de même que le coefficient d'emmagasinement,
même en consultant les travaux antérieurs.
La Figure II-3 présente un
modèle illustrant la détermination de l'amplitude
piézométrique.
Figure II-3 : Principe de détermination
de Ah( Koudjega et al., 2020 in Ezi, 2023).
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Caractérisation hydrogéochimique et
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