CHAPITRE II : HYDROLOGIE ET HYDROGEOLOGIE
II.1. Introduction
Le présent chapitre introduit les concepts
généraux d'une étude sur l'hydrologie,
l'hydrogéologie ainsi que les techniques de forage de puits. Nous
présenterons les éléments théoriques de
l'hydrogéologie permettant de dimensionner les pompes de puits
appropriés dans notre domaine d'utilisation.
II.2. Définition des concepts
· Forage : Puits de petit
diamètre creusé mécaniquement et destiné à
l'exploitation d'une nappe d'eau souterraine. Lorsque le puits est
destiné à la reconnaissance du sous-sol pour déterminer la
constitution d'un gisement minier, on parle plutôt de sondage, bien que
les deux mots soient souvent employés indistinctement.
· Puits : Excavation
généralement cylindrique, creusée manuellement, et souvent
en partie maçonnée, destinée à atteindre et
à exploiter la première nappe d'eau souterraine libre (nappe des
puits ou nappe phréatique). Son diamètre varie de 0.25 à
0,80 mètres et sa profondeur varie de quelques mètres ou quelques
dizaines de mètres et parfois des centaines de mètres en
terrain.
· Substratum : Terme très
général désignant ce sur quoi repose une formation
géologique prise comme référence.
· Calotte glaciaire : Glacier
revêtant entièrement un sommet montagneux.
· Hydraulique : Hydraulique a pour
racine le mot grec `hudor' qui signifie l'eau (ou liquide quelconque).
L'hydraulique est la science qui étudie le comportement du fluide.
· Ouvrage hydraulique (ouvrage de captage) :
un ouvrage hydraulique est une installation qui permet de puiser l'eau
à partir des nappes d'eau souterraine qui se situent sous la surface du
sol. Il est composé des composantes telles que le tubage, un couvercle,
une pompe, une crépine, des tuyaux de raccordement et un
réservoir. Le choix du type d'ouvrage hydraulique adéquat
dépend du contexte hydrogéologique local ainsi que des besoins en
eau.
?
Travail de fin de cycle présenté par Tshikandji
Maseho Junior ISTC 2017
14
Niveau piézométrique : c'est la
cote à laquelle ; en un point donné, un forage rencontre la
surface libre de la nappe s'il s'agit de la nappe libre ; il est la cote
à laquelle le niveau de l'eau vient se stabiliser si la nappe est en
charge.
? Surface piézométrique :
c'est l'ensemble de niveaux en tout point de la nappe. L'utilisation
de cette surface dans certaines applications implique que la nappe a un
écoulement naturel. Et lorsque la surface piézométrique
est la même partout, il n'y a pas d'écoulement, on va parler alors
de la surface hydrostatique.
? Hauteur piézométrique :
c'est l'altitude de la surface piézométrique en un point
donné. Cette altitude n'est pas forcement donné en valeur
absolue, mais aussi en valeur relative à partir d'un substratum
horizontal.
II.3. Hydrologie II.3.1. Définition
L'hydrologie est une science qui étudie les
propriétés, la distribution et la circulation de l'eau à
la surface de la terre, dans les sols, dans les souterrains et dans
l'atmosphère.
II.3.2. Etude des paramètres hydrologiques
Lorsqu'il pleut, les paramètres « P » se
partagent en trois grandes fractures qui sont le ruissellement(R),
l'infiltration(I) et l'évaporation ajouté à la
transpiration qui forment l'évapotranspiration(ET).
1. Infiltration
L'infiltration est la quantité d'eau franchissant la
surface du sol. Elle dépend de la géologie ; des
précipitations et de la pente du terrain ; lorsque le terrain admet une
pente topographique faible, on constate que l'infiltration devient
importante.
I = Pm- R- ETr = 1247,46- 249,49- 1,32 =
996,65mm/an
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Nous nous intéresserons dans ce travail à
"l'infiltration efficace", c'est la fraction de l'infiltration rejoignant
effectivement les aquifères, le reste étant absorbé par la
végétation ou renouvelle l'humidité intrinsèque du
sol. Cette quantité peut être déterminée par la
formule d'infiltration efficace cumulée : Ief [LUBIMBI, 2006].
I ec = 0,13 . Pm - ETr = 0,13 .1247, 46 - 1, 62 = 160,
85 mm/an
|
Avec :
|
Iec
Iech=
mmoy . 30 . 24
|
; [mm/m2. h]
|
- Iech: hauteur d'eau horaire qui recharge les
aquifères.
- mmoy: moyenne des mois pluvieux.
D'après le module, nous avons enregistré 123
mois pluvieux pendant une période de 15 ans d'où la moyenne des
mois pluvieux sera :
mmoy =
D'où :
|
123 = 8, 2 Adoptons 8 mois.
15
|
|
Iech =
160, 85
8 . 30 . 24 =
5760 = 0, 03 mm/m2. h
160, 85
15
2. Ruissellement
Le ruissellement est un écoulement libre superficiel
de l'eau, il dépend de la pente et la nature géologique du
terrain, des obstacles rencontrés et du degré de saturation du
sol.
Pour le ruissellement, on considèrera 20% des
précipitations annuelles par rapport aux pondérations du
module.
D'où :
R = Pm . 0, 2 = 1247, 46 .0, 2 = 249, 49
mm/an
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3. Evaporation et
évapotranspiration
Le tour de l'eau à l'atmosphère peut se faire,
soit directement par évaporation à partir d'une surface d'eau
libre (mer, lac, cours d'eau, etc), soit le plus souvent à partir d'un
sol ou par l'intermédiaire des végétaux, on parle dans ce
deuxième cas de la transpiration.
TURC a proposé une formule permettant d'évaluer
directement l'évaporation et la transpiration.
ETr =
|
Pm I-mm Pm2 ' an J J0, 9 + L2
|
|
L = 200 + 25t + 0, 05t3 = 200 + 25.18 + 0,
05(18)3 = 941, 60 (1247, 46)2
1556156, 45
ETr = 0, 9 + (941, 6)2 = 0, 9 + 886610, 56 = 1, 62
mm/an
Avec :
- ETr: Evapotranspiration réelle [mm/an]
;
- Pm : Pluviométrie annuelle [mm] ;
- t : température moyenne annuelle
[°C].
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Les valeurs trouvées par TURC sont à rejeter dans
le cas où la zone n'est pas couverte des végétaux. Ainsi
l'évaporation et l'évapotranspiration considérer selon
ROCHE, pour le bilan hydrologique, on considérera 61% des valeurs
trouvées à partir de la formule de TURC.
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II.3.3. Bilan hydrologique
Le cycle hydrologique est un concept qui englobe les
phénomènes du mouvement et du renouvellement des eaux sur la
terre. Cette définition implique que le mécanisme
régissant le cycle hydrologique ne surviennent pas les uns à la
suite des autres, mais aussi concomitants. Le cycle de l'eau est donc
l'ensemble des processus de transformation et de transfert de l'eau de la
surface de la terre
Pour connaitre la quantité d'eau de pluie
journalière, mensuelle ou annuelle, on se sert d'un appareil
appelé « pluviomètre ». L'expression
générale du bilan hydrologique est la suivante :
Pa = R + ETr + J [mm] = 249,49+ 1,62 + 160,85 =
411,96 mm/an
Où :
- Pa : la précipitation
annuelle ;
- R : le ruissellement ;
- ETr : l'évaporation et
l'évapotranspiration réelle annuelle ;
- J : l'infiltration.
II.3.3.1. Etude statistique des pluies de la ville de Kolwezi
L'étude du bilan hydrologique nous permet de
déterminer les différents afflux pluviométriques qui
alimentent la ville de Kolwezi. Ces afflux sont alimentés par
l'infiltration efficace et les aquifères présents.
Nous allons ici étaler dans un tableau des études
statistiques de précipitations en millimètre (mm) fait au courant
des plusieurs années dans la ville de Kolwezi qui pourront donc nous
permettre de comprendre à travers les résultats obtenus, les
quantités des pluies ses comportant vis-à-vis à
l'infiltration et au ruissellement :
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Tableau II-1: illustration du module pluviométrique
de la ville de Kolwezi de 2000 à 2015
Sept Oct Nov Dec Jan Fev Mar Avr Mai Ju
i
Jul Aoû Pa
saison 2000-2001 2001-2002 2002-2003 2003-2004 2004-2005
2005-2006 2006-2007 2007-2008 2008-2009 2009-2010 2010-2011 2011-2012 2012-2013
2013-2014 2014-2015
36,96
96,99
71,6
242,8
61,94
4,88
1185,07
132,9
299,5
237,5
0
0
0
4,26
162,7
440,6
106,6
286,7
1484,56
125,1
245,2
110,9
0
0
0
2,5
158,6
198
316,5
209,67
167,8
81,18
1,66
1378,96
21,25
123,3
101
0
0
78,64
80,04
301,8
206
1295,08
205,7
95,3
270,2
57,4
0
0
0
0
166,84
266,43
135,8
175,6
192,6
32,6
1289,21
205,1
114,24
0
0
0
0
7,8
40,38
85,75
910,8
179,24
195,45
137,7
239,5
24,5
0
0
0
0
65,24
226,63
218,89
218,89
196,58
167,6
390
37,3
0
0
0
0
1521,13
11,36
116,6
32,6
14,55
124,35
220,47
220,47
175
0
0
0
0
1040,25
106,9
202,65
71,6
971,88
0
245,4
245,4
141
39,5
0
0
0
0
34,36
128,3
142,8
80,5
6,2
948,56
23,25
201,13
127,71
127,71
0
0
0
80,5
308
1138,3
40
100
295,5
212,3
212,3
27
0
0
0
0
208,3
336,5
74,5
123,5
150,7
193,5
133,5
111
0
0
0
0
1331,5
108,5
186,5
74,5
152
227,7
252,2
219,3
104,3
0
0
0
0
1325
78
208,4
284,6
216,2
176,8
189
1278
0
125
0
0
0
0
29,8
234,6
323,8
168,6
1565,5
59,4
313,5
215,9
219,9
0
0
0
0
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II.3.3.2. Détermination du module pluviométrique
Le module pluviométrique est donné par la relation
suivante :
ni=t
Pm = 1 Pt. pt
t=1
Pm= P1
|
9
123 + P2
|
9
123+ P3
|
10
123+ P4
|
8
123 + P5
|
8
123+ P7
|
8
123 + P8
|
8
123 + P9
|
7
|
|
|
9
+ P10123 + P11
8
123 + P12
8
123 + P13
8
123 + P14
7
123 + P15
8
123
19
= 1185,07 9 + 1484,56
9 + 1378,9610 + 1295,08 8 + 1289,21
8 +
123 123 123 123 123
910,8183+1521,13183+1040,25183+971,88173+948,56193+1138,3183+
1331, 5 8
123 + 1325128?3 + 1278127?3 + 1565,
5 8
123
= 86,71+ 108,63+ 112,11+ 84,23+ 83,85+ 59,24+ 98,94+
67,66+
55,31+ 69,41+ 74,04+ 86,60+ 86,18+ 72,73+
101,82
= 1247, 46 mm/an
Avec :
- Pm: module pluviometrique ;
- Pt: précipitations correspondant
à l'année t ;
- pt: pondération correspondant à
l'année t ;
- ni: nombre des mois pluvieux.
Apres cette étude qui englobe l'ensemble des
données et consiste à une interprétation des
données brutes, on constate que : la saison de 2014-2015 est la plus
pluvieuse jusqu'à preuve du contraire de la ville de Kolwezi et vaut
1565,5 mm de pluie et c'est la seule année au contraire la plus
abondante tandis que la saison 20052006 est la moins pluvieuse de toutes les
autres saisons et vaut 910,8 mm de pluie.
Notre module pluviométrique annuel « Pm
» de 2000 à 2015 retenu dans la ville de Kolwezi est
de 1247,46. Le mois enregistrant plus des jours pluvieux est le mois de
novembre, décembre, janvier, février, mars. On est arrivé
à connaitre le mois le plus pluvieux suite au module
pluviométrique de La ville de Kolwezi.
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II.4. Etudes hydrogéologiques II.4.1.
généralités
L'hydrogéologie est la science de l'eau souterraine. C'est
une discipline des sciences de la terre qui a pour objectif l'étude du
rôle des matériaux constituant le sous-sol et les structures
hydrogéologiques (aquifères) et, par acquisition des
données numériques par la prospection ou l'expérimentation
sur le terrain, de permettre la planification des captages, ainsi que
l'exploitation et la gestion de l'eau souterraine.
? Les réservoirs d'eau à la surface du
globe
Les volumes d'eau disponibles dans le monde peuvent être
estimés de la manière
suivante :
+ Océans : 97,3% ;
+ Calottes polaires et glaciers : 2,14% ;
+ La fonte de l'antarctique correspondrait à une
montée des océans de 65m.
cette hauteur serait de 6m pour la fonte des glaces du Groenland
et de 2m pour
la fonte de tous les autres glaciers ;
+ Eaux souterraines : 0,61% ;
+ Eaux de surface : 0,009% ;
+ Lacs salés et mers intérieures : 0,008% ;
+ Rivières 0,0001% ;
+ Atmosphère : 0,001%.
|
|
