Memoire Online - Etude des propriétés hydriques de la zone non saturée de la nappe du quaternaire au sud de la Côte d'Ivoire: zone de Grand- Bassam

2.2 Caractérisation de quelques propriétés hydriques de la zone non saturée 9

AVANT-PROPOS

Le présent travail est le fruit de la participation de plusieurs personnes et structures. C'est pourquoi il est indispensable, avant de présenter ce mémoire, d'adresser mes vifs et sincères remerciements aux personnes ressources et aux structures qui ont contribué de près ou de loin à sa réalisation :

Professeur GOULA Bi Albert, Doyen de l'UFR des Sciences et Gestion de l'Environnement (UFR SGE) ;

Docteur TAHOUX Martine, Directrice du Centre de Recherche en Ecologie (CRE) ;

Professeur SAVANE Issiaka, Doyen honoraire de l'UFR des Sciences et Gestion de l'Environnement à l'Université Nangui Abrogoua, Directeur du Laboratoire des Eaux Continentales du Centre de Recherche en Ecologie qui m'a accueilli au sein dudit Laboratoire ;

Mon encadreur, Docteur KOFFI Kouadio, Maître-assistant au Laboratoire de Géosciences et Environnement à l'Université Nangui Abrogoua, qui a bien voulu que j'emboîte ses pas dans le domaine de l'hydrogéologie. Il est à l'origine de la réalisation de ce travail. Je manque sincèrement de mots pour le remercier et laisse le soin au Tout-Puissant de le faire. Mon plus grand souhait est d'avoir à tout moment un comportement digne de la confiance qu'il a placée en ma modeste personne ;

Docteur KOUAME Kouassi Innocent, Maître-assistant au Laboratoire de Géosciences et Environnement à l'Université Nangui Abrogoua, pour sa disponibilité et ses conseils ;

Messieurs le Président du jury et les membres du jury, merci pour tout et surtout d'avoir accepté de juger ce travail ;

Messieurs GNOLEBA Irma et NENEFE Marius qui, au-delà des conseils, ont été mon support financier aux fins du présent travail. Ceci m'a permis de me consacrer exclusivement à l'achèvement de mes travaux plutôt qu'à la recherche d'une source de financement. Par voie de conséquence, je voudrais qu'ils trouvent ici l'expression de toute ma gratitude ;

Je remercie de tout mon coeur Monsieur TOURE Condé Ibrahima et son épouse pour leur sens de l'hospitalité, la solidarité fraternelle, le soutien financier et moral exprimés à mon égard.

Docteurs KOUAKOU Eugène et KOUADIO Alex, ont également tout entrepris pour me faciliter l'obtention du stage afin de pouvoir rédiger ce mémoire. Grâce à eux, je n'ai pas eu du tout de soucis pour ce qui concerne mon stage. Je leur dis un merci infini ;

Je remercie également Monsieur KOFFI Jean-Louis, à la SODEXAM, de m'avoir fourni des données météorologiques.

Merci à feu BOUKARY Zerbo, ex-correspondant AIP à Grand-Bassam, pour les informations sur la commune de Grand-Bassam qu'il m'a fournies.

Merci à la Direction départementale de la construction, de l'assainissement et de l'urbanisme de Grand-Bassam pour la carte de Grand-Bassam.

Merci au Docteur DOUAGUI Aristide, qui a suivi de près les travaux de terrain et de bibliographie. Sa disponibilité, ses conseils et son soutien moral ont été d'une grande utilité pour l'édification de ce mémoire.

Que mes collègues KOUAME Kouamé Jean Jacques, KOUADIO Justin, KOUAKOU Séraphin Zoumanan, KONAN N'Deffou Bénédicte, ADOU Kouakou Eric, TRAORE Inza, BAMBA Dramane, ADOU Mathias et

ARRA Stanislas reçoivent ici mes remerciements pour les souffrances endurées au cours des travaux de terrain et de laboratoire et les multiples services rendus ;

Je n'oublie pas ma mère OHOULAN Akouba, mon père KOLIA André et mes frères à Grand-Bassam et à Bonoua qui, en réalité, s'associent à moi pour remercier tous ceux dont je viens de citer les noms. Que l'Eternel Dieu les comble de ses riches bénédictions !

DEDICACE

LISTE DES ABREVIATIONS ET ACRONYMES

SODEXAM : Société de Développement et d'Exploitation Aéroportuaire et Maritime

LISTE DES FIGURES

LISTE DES TABLEAUX

Tableau I : Récapitulatif sur les points de mesure de la porosité de drainage .... 21

Tableau II : Récapitulatif sur les points de mesure de la conductivité hydraulique

Tableau III : conductivités hydrauliques et porosités efficaces des différents

RESUME

Cette étude fait état de l'évaluation des propriétés hydriques de la zone non saturée de la nappe du Quaternaire à Grand-Bassam. Pour ce faire, la porosité efficace, la conductivité hydraulique et la granulométrie du sol ont été déterminées. Les résultats des analyses effectuées montrent que dans l'ensemble, les matériaux de sol de Grand-Bassam ont une porosité efficace comprise entre 9 et 44,17 %. Cette porosité est caractéristique des sables. L'étude de la granulométrie indique que la zone d'étude est recouverte à 73 % de sables grossiers et 27 % de sables moyens. La conductivité hydraulique a une valeur moyenne de 10^-4 m/s. Cette valeur reflète le comportement d'une zone perméable.

La zone non saturée de la nappe du quaternaire de Grand-Bassam est constituée principalement de sables grossiers avec une forte perméabilité donc sujette à la pollution.

Mots clés: vulnérabilité, nappe, quaternaire, porosité efficace, conductivité hydraulique, granulométrie.

INTRODUCTION

Les eaux souterraines constituent environ 2/3 des ressources mondiales en eau douce exploitable (Banton et Bangoy, 1997). Ces eaux représentent une ressource vitale lorsqu'il s'agit de faire face aux besoins des collectivités (UNESCO, 1992). L'eau est un élément primordial pour tout développement économique. Cette eau est parfois contaminée par les activités anthropiques. Mais si la pollution des eaux de surface est perceptible, celle des eaux souterraines est moins apparente. Cette dernière est parfois négligée (Henri, 1975). Or ces eaux souterraines constituent une réserve immense utile à l'homme. C'est de l'eau protégée par les terrains qui la recouvrent. Mais la partie supérieure de ces terrains, la zone non saturée joue un rôle important dans les systèmes drainants, car c'est dans cette interface que les échanges d'eau, de polluants et de microorganismes vers la nappe ou vers l'atmosphère se produisent (Thais, 2004). Elle constitue une barrière contre la pollution directe de la nappe. Cela dépend des caractéristiques hydrodynamiques de la zone non saturée qui recouvre la nappe. La connaissance des propriétés hydrodynamiques est importante pour la résolution de la plupart des problèmes de transport de nutriments et de flux d'eau dans les sols. En effet, elles permettent de quantifier les flux d'eau et de nutriments, de sels minéraux dans les sols (Weynants, 2005).

Le concept de vulnérabilité à la pollution est fondé sur le fait que l'environnement physique et biologique c'est-à-dire le milieu naturel fournit une certaine protection contre le transfert des polluants vers les ressources en eau. Ce terme a été introduit par Margat (1970). Il est défini et utilisé de manière très diverse (Gogu et Dassargues, 1998; Lallemand Barres, 1994; Lallemand et Roux, 1989).

En Côte d'Ivoire, la nappe du Quaternaire est confrontée au problème de pollution. Les travaux effectués par Douagui (2005) sur l'application de la méthode Drastic ont révélé la vulnérabilité de cette nappe à la pollution. D'autres auteurs, ont montré que la vulnérabilité à la pollution de cette nappe est surtout due à sa surface libre proche du sol qui se situe entre 0,16 m et 1,09 m et donc susceptible de recevoir les polluants d'origine diverse (Aghui et Biémi, 1984 ; Jourda, 1987 ; Brou, 2002 et Douagui, 2005).

Dans tous les cas, les propriétés de cette nappe sont peu connues parce que peu d'étude porte sur l'étude des propriétés hydriques de la zone non saturée de la nappe du Quaternaire au sud de la Côte d'Ivoire.

L'objectif de ces travaux est la détermination de la porosité efficace, de la conductivité hydraulique et de la granulométrie à partir du sol de la commune de Grand-Bassam en vue de l'évaluation des risques de pollution de la nappe du Quaternaire.

- la première partie porte sur les généralités relatives au milieu d'étude et

PREMIERE PARTIE :

GENERALITES

1. ZONE D'ETUDE

1.1. Situation géographique

Grand-Bassam est une zone humide côtière située le long du littoral ivoirien en bordure de l'Océan atlantique. Il est situé dans le Sud-Est de la Côte d'Ivoire, dans la sous-préfecture et le département de Grand-Bassam, dans la région administrative du Sud-Comoé, à 43 Km au Sud-Est d'Abidjan. Il est délimité au Nord par les communes de Bingerville et d'Alépé, à l'Est par la Commune de Bonoua, à l'Ouest par la commune de Port-Bouët et au Sud par l'Océan Atlantique. La population de Grand-Bassam est estimée à 88118 habitants en 2012. Grand-Bassam est arrosé par trois cours d'eau qui sont : la Lagune Ebrié, la Lagune Ouladine et le fleuve Comoé (Figure 1). La commune compte près de 22 quartiers et villages dont Impérial, Oddos et Mockey-ville.

1.2. Climat.

1.2.1. Pluviométrie.

La zone d'étude se situe dans le climat attiéen, faciès littoral avec une pluviométrie abondante (Rougèrie, 1960). La pluviométrie annuelle en 2010 est 2149,6 mm (Sodexam, 2011). Elle est caractérisée par quatre saisons : une grande saison sèche (Décembre à Avril), une grande saison des pluies (Mai à Juillet), une petite saison sèche (Août à Septembre) et enfin une petite saison des pluies (Octobre à Novembre) (Figure 2).

1.2.2. Température.

La température moyenne annuelle en 2010 est de 27,9 °C. Ce sont les mois de Mars (29,7°C) et d'Avril (29,6°C) qui sont les plus chauds. Le mois d'Août (25,4°C) est le plus frais (Figure 3).

Figure 3: Températures moyennes mensuelles (2010) en °C à Abidjan (Annexe 2)

1.3. Sol et végétation.

Le sol est sableux, avec des bas-fonds plus ou moins marécageux par endroit. La végétation de la commune est une savane arborée dont le paysage végétal est dominé par des plantations de cocotiers sur tout le long du cordon littoral (Anonyme 1, 2011).

1.4. Géologie et hydrogéologie.

1.4.1. Géologie.

Au plan géologique, la zone de Grand Bassam repose sur un sol qui s'est développé selon la topographie et la profondeur de la nappe phréatique. Cette zone se localise dans la zone centrale du bassin sédimentaire où on observe du Nord au Sud les formations miopliocène à quaternaire. Les plateaux sablo-argileux miopliocène du continental terminal au Nord, dominent les sables argileux des bas-plateaux anthéholocène qui sont relayés au Sud par les vases et sables lessivés fluvio-lagunaires. Le cordon littoral quaternaire plus au Sud est formé de cordons marins sableux successifs. On observe à l'Est de ces cordons et rides de sables marins, moyens à grossiers, une génération de cordons de sable moyen à fin blanc jaunâtre (Yaokokoré et N'Douba, 2005).

1.4.2. Hydrogéologie.

Les sables quaternaires contiennent des eaux douces alimentées par l'infiltration des précipitations. La perméabilité des terrains superficiels

dans lesquels se développe la nappe du quaternaire se situe entre 10^-4 m.s^-1 et 10^-3 m.s^-1 pour les sables argileux des bas plateaux et 10^-3 m.s^-1 pour les

sables des cordons marins (Aghui et Biémi, 1984 ; Jourda, 1987 ; Tapsoba, 1990 ; Brou, 2002 et Douagui, 2005). Le débit des ouvrages de captage varie de 2 m³.h^-1 à 22 m³.h^-1.

2. ZONE NON SATUREE.

2.1. Définition

La zone non saturée est la zone du sous-sol comprise entre la surface du sol et la surface d'une nappe libre. Le transfert des polluants dans le sol s'effectue d'abord à travers la zone non saturée (ZNS) avant d'atteindre la zone saturée.

Dans cette partie, la quantité d'eau est temporaire et est en transit. La vulnérabilité des nappes phréatiques et le risque de leur pollution dépendent de la constitution structurelle et de l'importance de cette zone. L'état de saturation du milieu permet de distinguer de bas en haut : la frange capillaire (zone juste au-dessus de la surface de la nappe), la zone de transition et la zone d'évapotranspiration (zone située immédiatement sous la surface du sol). La teneur en eau de cette dernière zone est en relation avec le type de sol et le climat (Castany, 1982).

2.2. Caractérisation de quelques propriétés hydriques de la zone non saturée.

2.2.1. Porosité

2.2.1.1. Définition de la porosité

La porosité totale (n), est la propriété d'un milieu poreux ou fissuré, de comporter des vides. Elle est exprimée en pourcentage (%), et est égale au rapport du volume des vides (Vv) d'un milieu, au volume total (Vt) de l'échantillon (Castany, 1982). On peut aussi l'exprimer en millimètres de hauteur d'eau pour la surface concernée (Roger, 1996). Elle s'exprime comme suit :

2.2.1.2. Différents types de porosité

On distingue selon la nature des vides dans les terrains trois types de porosités (Figure 4):

- la porosité d'interstices : c'est celle des formations meubles (graviers, sables, etc.) ou des roches solides non encore complètement colmatées ; les pores sont interconnectés. Ce type de porosité peut être détruit par cimentation des grains comme chez les grès (Figure 4a).

- la porosité de fissure : elle est celle des roches compactes fracturées ; elle est due aux déformations tectoniques ou aux plans de stratification, de foliation et de schistosité (Figure 4b).

- la porosité de chenaux : elle est causée par la dissolution des roches ou par la croissance des plantes vasculaires dans les plans de failles, cela provoque l'élargissement des fractures (Figure 4c).

2.2.1.3. Facteurs de la porosité

La porosité est dépendante de la forme, de l'agencement des grains constituant la roche, mais aussi de leur degré de classement, de compaction, de cimentation (in Anonyme 2, 2011). La fracturation et l'altération par dissolution des niveaux rocheux peuvent également constituer des facteurs favorables au développement de la porosité.

2.2.2. Perméabilité

2.2.2.1. Définition

Selon Castany et Margat (1977), la perméabilité (K) ou coefficient de Darcy, est l'aptitude d'un milieu à se laisser traverser par un fluide sous l'effet d'un gradient de potentiel. Elle concerne donc la vitesse de circulation de l'eau dans un aquifère. C'est pourquoi sa dimension est [L.T^-1] soit m/s. Plus le sol est perméable, plus l'eau s'y infiltre.

2.2.2.2. Paramètres influençant la perméabilité

De nombreux facteurs influent sur la perméabilité du sol. Certains, comme la nature du fluide (sa viscosité, son poids spécifique, sa masse volumique, sa température et la quantité de sels dissous). Par exemple, plus un fluide sera visqueux moins il aura tendance à s'écouler dans l'aquifère. D'autres facteurs tels que la nature du milieu traversé (sa granulométrie, sa porosité) et la taille des pores du sol ont beaucoup d'importance en ce qui concerne le taux d'infiltration (pénétration de l'eau dans le sol) et le taux de percolation (déplacement de l'eau à l'intérieur du sol). Enfin, la perméabilité dépend aussi des interactions éventuelles d'ordre chimique et physique entre fluide et roche.

2.2.2.3. Différents types de perméabilité

Il existe quatre grands types de perméabilité : la perméabilité intrinsèque; la perméabilité de Darcy (perméabilité normale ou conductivité hydraulique); la perméabilité des fissures et perméabilité de chenaux.

- La perméabilité intrinsèque : K = 100d10² (cm²) formule de Hazen, dont le facteur principal est le diamètre efficace des grains (d10). C'est le

facteur du coefficient de perméabilité propre au réservoir. On appelle perméabilité intrinsèque, le volume de liquide en m³ d'une unité de viscosité cinématique traversant en une unité de temps (en s), sous l'effet d'une unité de gradient hydraulique. Elle s'exprime en darcy.

- la perméabilité de Darcy est la perméabilité normale obtenue pour les écoulements lents ou laminaires à travers les terrains poreux. Elle exprime la conductivité hydraulique normale des terrains.

- la perméabilité des fissures est une perméabilité acquise postérieurement par une roche qui à l'origine était un aquifuge, roche imperméable qui ne contient pas de l'eau.

- la perméabilité de chenaux est une perméabilité acquise par une roche à la faveur soit de l'activité des plantes fracturophiles, soit de la dissolution.

2.2.3. Granulométrie

La connaissance des matériaux constitutifs d'un sol nécessite de les séparer en fonction de leur taille. L'étude granulométrique, ou granulométrie, est l'ensemble des techniques de laboratoire, permettant de déterminer les caractéristiques physiques, pétrographiques et géochimiques des roches meubles (Castany, 1982). Elle repose sur :

- l'examen microscopique : géométrie, forme, dimensions et disposition dans l'espace (arrangement) des grains et des vides ;

- l'étude pétrographique : nature des minéraux constituant les grains, argiles en particulier (échanges d'ions) :

2.2.3.1. Intérêt de l'analyse granulométrique

Selon Castany (1982) l'analyse granulométrique est une opération importante. Elle permet :

cartes, trame de la distribution spatiale des paramètres hydrodynamiques ; - de calculer les paramètres granulométriques ;

- de procéder à l'équipement technique des puits et sondages : calcul de l'ouverture des parties captantes (crépines), calibrage du gravier des massifs filtrants.

2.2.3.2. Paramètres granulométriques du milieu poreux

Une roche meuble, milieu poreux, est constituée d'un assemblage de particules solides ou grains et des vides. Leurs caractéristiques géométriques sont : le diamètre et la surface. L'analyse granulométrique a donc pour but la mesure des diamètres des grains par des paramètres granulométriques (Castany, 1982).

2.2.3.3. Classification granulométrique

Les dimensions des grains des roches meubles s'étalent dans une gamme, en général continue (Castany, 1982). L'opération consiste à faire un tri des grains en utilisant des tamis standards (tamis 1/2/4/5,6 /6,3 /8/16/31,5 /63).

Ensuite faire un classement des grains en gamme de diamètres déterminés, c'est-à-dire l'établissement d'une classification granulométrique.

2.2.3.4. Courbe granulométrique cumulative et ses caractéristiques

Le traitement statistique des données de l'analyse granulométrique, utilisé en hydrogéologie est la courbe granulométrique cumulative (Figure 5).

Le couple de données granulométriques, diamètre et poids, obtenu par tamisage, est porté sur un papier graphique semi-logarithmique (Figure 5) :

- en abscisses logarithmiques les diamètres des grains, en mm, en valeurs décroissantes (ou croissantes), déterminés par les dimensions des mailles des tamis ;

- en ordonnées linéaires les poids cumulés, en grammes, exprimés en pourcentage du poids de l'échantillon étudié.

Le graphique obtenu, en joignant les points, est la courbe granulométrique cumulative.

2.2.3.5. Calcul des paramètres granulométriques

La courbe granulométrique permet de calculer deux paramètres granulométriques principaux : le diamètre caractéristique (d_x) et le coefficient d'uniformité (CU).

Le diamètre caractéristique (d_x), en mm, correspondant à un pourcentage en poids cumulés, choisi en ordonnées. Le plus utilisé est le diamètre efficace, d10, obtenu par la valeur 10 % des poids cumulés. D'autres diamètres caractéristiques peuvent être calculés comme le diamètre D60.

Le coefficient d'uniformité (CU), sans dimension, est calculé par l'expression ci-dessous:

2.2.3.6. Emploi et signification des paramètres granulométriques

Le diamètre efficace représente conventionnellement le diamètre moyen, représentatif des grains d'un échantillon de roche meuble, de granulométrie variée. Il permet leur identification par une donnée numérique plus précise que l'interprétation globale. Il exprime le poids de la phase granulométrique, égal à 10 % du poids total de l'échantillon, inférieur à ce diamètre. La valeur _d10 a été fixée conventionnellement par des études en

laboratoire, en considérant que les grains fins, entrainés par l'eau en mouvement, obstruent les pores réduisant ainsi leurs dimensions. De même dans les captages ils provoquent leur colmatage et leur ensablement. Par convention, si le coefficient d'uniformité est compris entre 1 et 2, la granulométrie est dite uniforme. S'il est supérieur à 2 (ou 2,5) elle est variée (in Anonyme 3, 2011).

DEUXIEME PARTIE :

MATERIEL

METHODES

3. MATERIEL ET METHODES

3.1. Matériel

Les prélèvements d'échantillons de sol ont été effectués à l'aide d'une tarière. Ces échantillons ont été conditionnés dans des sachets plastiques. Un bécher de 100 mL a servi à jauger les échantillons de sol pour la détermination de la porosité efficace. Un infiltromètre à double anneau a permis de mesurer in situ la conductivité hydraulique de la zone non saturée. Pour l'analyse granulométrique, le séchage et la pesée des échantillons de sol ont été effectués respectivement au moyen d'une étuve de modèle Friocell et d'une balance électronique. Une colonne de tamis de type AFNOR a permis de séparer les grains de sable en fonction de leur taille.

3.2. Méthodes

De même qu'une granulométrie est faite au laboratoire, la porosité des sols est déterminée au laboratoire. Quant à la conductivité hydraulique, elle est faite in situ.

3.2.1. Mesure de la porosité efficace

Sur le site, neuf échantillons de sol ont été prélevés à l'aide d'une tarière. Les points de prélèvement sont présentés dans la figure 6. Ces échantillons, conditionnés dans des sachets plastiques, ont été acheminés au laboratoire. Ils ont été pesés à l'aide de récipients jaugés puis saturés d'eau (Figure 7). Après 48 heures d'égouttage, les volumes d'eau recueillis au niveau des

échantillons ont été déterminés. Ces volumes ont permis de calculer les porosités efficaces à partir de la formule (1) :

où V_v exprime le volume d'eau gravitaire en cm³ que le réservoir peut contenir à l'état saturé, puis libérer sous l'effet d'un égouttage complet ; Vt (cm³) est le volume de l'échantillon et n la porosité efficace. Le protocole de mesure est présenté dans la figure 7.

Les points de mesure et les différents volumes ayant permis de calculer les différentes porosités efficaces sont reportés dans le tableau I.

Tableau I: Récapitulatif sur les points de mesure de la porosité de drainage.

	Localité	volume échantillons (V_t) (cm3)	volume eau ajoutée (cm3)	volume eau écoulée (V_v) (cm3)
P1	Place HKB	185	150	63
P2	Cité Delta	300	200	130
P3	Lomé	300	200	132,5
P4	Route Vitré 2	300	200	75
P5	Belle Ville	300	210	27
P6	Anani	300	200	125
P7	Carrefour Moossou	300	200	70
P8	Après IAO	150	150	57
P9	Vitré 2	150	100	30

3.2.2. Mesure de la conductivité hydraulique

Pour mesurer la conductivité hydraulique, nous avons utilisé la méthode d'infiltrabilité à double anneau. La méthode d'infiltrabilité à double anneau est une méthode qui a été utilisée avec succès par Bovin et Touma (1988), et Koffi (2004) pour la mesure de la conductivité hydraulique des sols non saturés (Kouamé, 2007). La méthode à double anneau est basée sur la détermination de la vitesse verticale d'un flux d'eau à travers un sol à partir de la loi de Darcy. Pour cela, nous avons utilisé un infiltromètre dit de MUNTZ (Figure 8). Ce dispositif est constitué d'un cylindre métallique central d'environ 25 cm de hauteur et 13 cm de diamètre que l'on enfonce à 10 cm dans le sol et sur lequel on pose un vase de Mariotte qui maintient le niveau de l'eau constant à une certaine hauteur au dessus de la surface du sol. Après la stabilisation de la vitesse, on mesure le volume d'eau infiltré

applique la loi de Darcy, l'infiltration se faisant suivant la surface S égale à la section du cylindre et le gradient hydraulique égal à 1. On a donc :

Figure 8 : Dispositif de mesure de la conductivité hydraulique de la zone non saturée (Infiltromètre de MUNTZ).

Afin d'éviter que les filets liquides divergent au dessous du cylindre central, on enfonce de 2 à 3 cm dans le sol un deuxième anneau plus grand, autour du premier, et on maintient un niveau d'eau constant dans l'espace annulaire.

Tableau II: Récapitulatif sur les points de mesure de la conductivité hydraulique

	LOCALITE	Volume initial (L)	Volume final (L)	Durée d'infiltration (s)	Rayon du cylindre central (m)	Volume d'eau infiltrée (L)
P1	Place HKB	1	2,5	222	0,065	1,5
P2	Cité Delta	0,5	3	76	0,065	2,5
P3	Lomé	0,5	3	110	0,065	2,5
P4	Route Vitré 2	0,5	2	625	0,065	1,5
P5	Belle Ville	0,75	1,75	1430	0,065	1
P6	Anani	1	3	41	0,065	2
P7	Carrefour Moossou	0,75	2	409	0,065	1,25
P8	Après IAO	0,75	2	920	0,065	1,25
P9	Vitré 2	0,5	2	848	0,065	1,5

Afin d'avoir une approche du type de sable de notre site à partir des valeurs de la conductivité hydraulique, nous avons utilisé la classification établie par Brassington (1988).

Sables fins Sables moyens Sables grossiers Classification établie par Brassington (1988).

3.2.3. Mesure de la granulométrie

3.2.3.1. Mode opératoire

150 g de nos échantillons de sol recueillis sont mis sur des papiers aluminium pour être séchés à l'étuve. Après 24 heures passées dans une étuve à 105^oC, une quantité de 100 g des échantillons est prélevée. Celle-ci est introduite dans une colonne de tamis. Pendant 10 minutes, ces sédiments sont tamisés au moyen d'un agitateur à colonne vibrante. Après agitation, on pèse le refus de chaque tamis. On en déduit le pourcentage en poids de chaque classe dimensionnelle par rapport à l'échantillon de départ (Annexe 3).

Les méthodes de Friedman (1967) et Folk (1974) nous ont permis de déterminer la moyenne granulométrique (MZ) comme suit :

Où _d16 est le diamètre des particules correspondant à un pourcentage pondéral de 16%,

d50 est le diamètre des particules correspondant à un pourcentage pondéral de 50%

d84 est le diamètre des particules correspondant à un pourcentage pondéral de 84%.

3.2.3.2. Construction des courbes granulométriques

Les courbes cumulatives semi-logarithmiques ont été utilisées pour représenter les paramètres granulométriques. La courbe cumulative semi-logarithmique s'obtient en portant en ordonnée les refus cumulés de chaque tamis. Sur l'axe des abscisses ayant une graduation logarithmique sont portés les diamètres des tamis (Monde, 1997). Les dimensions intérieures des mailles des tamis correspondent aux diamètres des grains qui sont retenus à travers les mailles des tamis exprimé en mm. Elles sont portées en abscisses logarithmique en valeur décroissante à partir de l'origine. Le poids en pourcentage du poids total de l'échantillon étudié des fractions qui sont retenues à travers le tamis correspondant, sont portés en ordonné arithmétique. La courbe obtenue en joignant les points est la courbe granulométrique cumulative (Annexe 4).

3.2.4. Coefficient de corrélation

Le coefficient de corrélation R est un coefficient statistique permettant de mettre en évidence, une liaison entre deux types de séries de données statistiques.

K : Moyenne des données de la conductivité hydraulique ~~ : Moyenne des données de la porosité efficace

Ki et ni sont les données respectives de la conductivité hydraulique et de la porosité efficace.

Le coefficient de corrélation est compris entre 1 et -1 et on considère généralement que si sa valeur absolue est supérieure à 0,95, il y a une liaison forte entre les deux séries.

Si la valeur est proche de 1, les séries évoluent dans le même sens, si elle est proche de (- 1), elles évoluent en sens opposé.

La présence d'une corrélation n'est pas forcément la preuve d'une liaison de cause à effet, car les deux séries de données peuvent être influencées conjointement par une troisième.

TROISIEME PARTIE :

RESULTATS

DISCUSSION

4. RESULTATS ET DISCUSSION

4.1. Résultats

4.1.1. Porosité efficace et conductivité hydraulique

Les valeurs de la conductivité hydraulique (K) et celles de la porosité efficace (n) sont présentées dans le tableau III.

Tableau III: conductivités hydrauliques et porosités efficaces des différents secteurs de la zone d'étude.

Point de mesure	Localités	Conductivité hydraulique K (m/s)	Porosité efficace n (%)	Classification selon Brassington (1988)
P1	Place HKB	5,09.10^-4	34,05	Sables moyens
P2	Cité Delta	2,48.10^-3	43,33	Sables grossiers
P3	Lomé	1,71.10^-3	44,17	Sables grossiers
P4	Route vitré 2	1,81. 10^-4	25	Sables moyens
P5	Belle Ville	5,27.10^-5	9	Sables fins
P6	Anani	3,68.10^-3	41,66	Sables grossiers
P7	Carrefour Moossou	2,30.10^-4	23,33	Sables moyens
P8	après IAO	1,02.10^-4	38	Sables moyens
P9	Vitre 2	1,33.10^-4	20	Sables moyens

L'analyse de ce tableau montre que les conductivités hydrauliques varient de 5,27.10^-5 m/s (Belle-Ville) à 3,68.10^-3 m/s (Anani). Trois classes sont obtenues.

Les conductivités hydrauliques mesurées à Anani, Cité Delta et Lomé sont toutes de l'ordre de 10^-3 m/s avec une moyenne de 2,62.10^-3 m/s. Ensuite, celles mesurées à la Place HKB, Carrefour Moossou, après IAO, Route Vitré 2 et Vitré 2, sont de l'ordre de 10^-4 m/s, avec une moyenne de 2,31.10^-4 m/s. Enfin, la conductivité hydraulique mesurée à Belle Ville est de l'ordre de 10^-5 m/s, avec une moyenne de 5,27.10^-5 m/s.

La porosité efficace varie de 9 % à 44,17 %. Les mesures de porosité efficace effectuées à Anani, Cité Delta et Lomé ont une valeur moyenne de 43,05 %. Elles présentent une moyenne de 28,07 % au niveau des points de mesure de Place HKB, Carrefour Moossou, après IAO, Route Vitré II et Vitré II. Enfin, la moyenne est de 9 % à Belle Ville.

Le coefficient de corrélation R calculé entre les valeurs de la conductivité hydraulique (K) et celles de la porosité efficace (n) à partir de la formule (5) est 0,70. Nous avons une forte corrélation entre ces deux paramètres.

4.1.2. Moyennes granulométriques

Les valeurs de la moyenne granulométrique sont présentées dans le tableau IV.

	Localités	D16	D50	D84	D95	D5	Mz (um)
P1	Place HKB	0,1154	0,3054	0,5607	0,7312	0,0579	512,22
P2	Cité Delta	0,0580	0,0969	0,2218	0,3468	0,1091	847,60
P3	Lomé	0	0,0821	0,1355	0,2234	0,2469	853,20
P4	Route vitré 2	0,0969	0,3979	0,6990	1,2331	0,2688	466,67
P5	Belle Ville	0,2596	0,4776	0,5664	0,6409	0,1549	384,80
P6	Anani	0,0580	0,1249	0,2798	0,4357	0,1091	805,93
P7	Carrefour Moossou	0,0969	0,3468	0,5607	0,6990	0,2761	508,33
P8	après IAO	0,1024	0,3188	0,5607	0,7312	0,0580	515,00
P9	Vitre 2	0,1761	0,0675	0,1938	0,2741	0,4472	998,67

Les moyennes granulométriques déterminées dans la zone d'étude sont comprises entre 384,80 um et 998,67 um. Ces moyennes sont supérieures à 500 um, excepté celles de Belle ville et Route de Vitré 2 où les valeurs sont respectivement 384,80 um et 466,67 um.

4.2. Discussion

La conductivité hydraulique mesurée à Anani, Cité Delta et Lomé est de l'ordre de 2,62.10^-3 m/s. Celle mesurée à la Place HKB, au Carrefour Moossou, après IAO, Route Vitré II et Vitré II, est de l'ordre de 2,31.10^-4 m/s. A Belle-Ville, la conductivité hydraulique est de l'ordre de 5,27.10^-5 m/s.

Ces résultats montrent, selon la classification établie par Brassington (1988), que nous sommes en présence de terrains constitués de sables fins, de sables moyens, et de sables grossiers. En effet, selon cette classification, la

conductivité hydraulique est de l'ordre de 10^-5 m/s dans du sable fin, de 10^-4 m/s dans du sable moyen et de 10^-3 m/s pour le sable grossier.

Concernant la porosité efficace, elle est élevée avec une moyenne de 43,05 % dans les sables grossiers (Anani, Cité Delta et Lomé) par rapport à 28,07 % dans les sables moyens (Place HKB, Carrefour Moossou, après TAO, Route Vitré 2 et Vitré 2) et 9 % dans les sables fins (Belle Ville). Cela indique que le site d'étude est en grande partie très perméable et poreux et ces résultats sont en accord avec les travaux de Aghui et Biémi (1984). Ces auteurs ont montré d'une part que la perméabilité des formations du Quaternaire varie de 4.10^-5 m/s à 10^-3 m/s et d'autre part que la zone d'étude est recouverte de sables grossiers, sables fins et sable moyens. Selon Faure (1978), la structure des sols est à l'origine d'une grande partie des propriétés physiques, qu'il s'agisse de la porosité, de la conductivité hydraulique ou de la rétention d'eau. Par ailleurs, Le Coz et al. (1995) ont montré que la conductivité hydraulique influence le temps d'infiltration de l'eau et un polluant pour atteindre la nappe d'eau souterraine. En effet, Delor et al. (1974) rapportent que les eaux pénètrent facilement dans la matrice sableuse grossière.

Le coefficient de corrélation calculé entre les valeurs de la conductivité hydraulique et celles de la porosité efficace est de 0,70. Nous pouvons dire qu'il existe une forte corrélation positive entre K et n. Cette corrélation montre que la conductivité hydraulique du sol est fonction de l'importance de la porosité efficace. Plus la porosité efficace est élevée, plus la conductivité hydraulique l'est aussi. Cette corrélation entre la porosité efficace et la conductivité hydraulique confirme ce qu'ont montré Lallemand-Barres et Peaudecerf (1978). En effet, selon Lallemand-Barres et Peaudecerf (1978) ainsi que Freeze et Cherry (1979), il existe d'une manière générale, une relation entre la porosité efficace et la conductivité hydraulique. Ainsi, les zones de sables grossiers sont

caractérisées par une forte vulnérabilité à la pollution tandis que les zones de sables moyens présentent une vulnérabilité moyenne (Murat et al., 2003). Toutefois en présence d'argile, cette relation entre la porosité efficace et la conductivité hydraulique n'est pas valable.

La valeur moyenne de la moyenne granulométrique déterminée est entre 425,73 pm et 720,13 pm. Ces résultats montrent, d'après la classification granulométrique établie par Friedman (1967) et Folk (1974), que la zone d'étude est recouverte à 73 % de sables grossiers (720,13 pm supérieur à 500 pm) et 27 % de sables moyens (425,73 pm inférieur à 500 pm). Ces sables, principalement ceux qui sont grossiers, peuvent faciliter la circulation des polluants.

CONCLUSION

L'objectif de cette étude est la détermination de la conductivité hydraulique, la porosité efficace et la granulométrie de la zone non saturée de la nappe du Quaternaire.

La porosité efficace du site est comprise en majorité entre 9 et 44,17 %, caractérisant les sables. L'étude de la granulométrie indique que la zone d'étude est recouverte à 73 % de sables grossiers et 27 % de sables moyens. En ce qui concerne la conductivité hydraulique, la valeur moyenne déterminée est 10^-4 m/s. Cette valeur reflète le comportement d'une zone perméable.

La zone non saturée de l'aquifère du Quaternaire à Grand-Bassam est constituée principalement de sables grossiers et est perméable. Cela rend la nappe du quaternaire très vulnérable à la pollution. Alors, la protection de la nappe phréatique est nécessaire.

Nous recommandons qu'une étude porte sur le transfert d'éléments solubles depuis la surface du sol jusqu'à la nappe à l'aide des traceurs naturels pour rendre compte de l'impact de la pollution sur cette nappe phréatique.

REFERENCES

BIBLIOGRAPHIQUES

AGHUI N. et BIEMI J. (1984). Bassin sédimentaire de Côte d'Ivoire : Géologie et hydrogéologie des nappes de la région d'Abidjan et risque de contamination. Ann.Univ. Abidjan. Série c (Sciences) tome XX, 27 p.

BANTON O. et BANGOY L. (1997). Hydrogéologie : Multiscience environnementale des eaux souterraines. Presses Univ. Québec/ AUPELF, 460 p.

BOVIN P. et TOUMA J. (1988). Mesure de l'infiltrabilité d'un sol par la méthode du double anneau, 2. Résultats numériques, Ca. Orstom, sér. Pédol., vol XXIV, n°1, p 27-37.

BRASSINGTON R. (1988). Field Hydrogeology. John Wiley and sons. Wat. Res.vol.35, n^o 18, p 4359-4369.

BROU Y. (2002). Modèle mathématique de l'écoulement de la nappe du quaternaire de la région d'Abidjan : cas du secteur Sud des lagunes. Mémoire de DEA d'hydrogéologie. Univ. Cocody, 65 p.

CASTANY G. (1982). Hydrogéologie, principes et méthodes, Ed Dunod, Université-Bordas, Paris, 238p.

CASTANY G. et MARGAT J. (1977). Dictionnaire français d'hydrogéologie, BRGM service géologique national, Orléans, 249p.

CHAOUI W. (2007). Etude de la vulnérabilité à la pollution des eaux superficielles et souterraines de la Région de Bouchegouf. Université de Badji Mokhtar, Algérie, article 6p.

CHOSSAT J-C. (2005). La mesure de la conductivité hydraulique dans les sols. Ed. Tec et Doc, Hermès - Lavoisier 720 p.

DOMMANGET A. (1992). Notice explicative de la carte Géologique de la Côte d'Ivoire à 1/200000, Feuille Abidjan, Mémoire de la Direction de la Géologie de Côte d'Ivoire, n°3, Abidjan, Côte d'Ivoire, 26 p.

DOUAGUI A. (2005). Evaluation de la vulnérabilité à la pollution de la nappe du Quaternaire du secteur Canal de Vridi - Grand-Bassam par la méthode DRASTIC. Mém. DEA, Univ. Abobo-Adjamé, 55p.

FAURE A. (1978). Comportement des sols au compactage : rôle de l'argile et conséquences sur l'arrangement des grains. Thèse Doctorat ès Sciences. Grenoble, 179p.

FOLK R. (1974). Petrology of sedimentary rocks. Austin, Texas: Hemphills, 182p.

FREEZE R. et CHERRY J. (1979). Groundwater Prentice - Hall, Englewood Cliff, 604 p.

FRIEDMAN G. (1967). Dynamic processes and statistical parameters compared for size frequency distribution of beach and river sands. Journal of Sedimentary petrology 37(2): 327-354 p.

GOGU R. et DASSARGUES A. (1998). A short review on groundwater vulnerability assessment. Basic statements for use in the framework of the cost 620 action. Workshop, 18?20 mai, Université de Neuchâtel, Suisse, 1-19 p.

HILLEL D. (1998). Environmental soil physics, Academic Press, 31 août 1998, 771 p.

JOURDA P. (1987). Contribution à l'étude géologique et hydrogéologique de la région du Grand-Abidjan (Côte d'Ivoire). Th. Doct. 3ieme cycle, 319 p.

KOFFI K. (2004). Contribution à l'étude des processus couplés hydrogéochimiques dans les stocks de déchets miniers : le cas du site de Carnoules (Gard, France). Thèse de Doctorat, discipline Hydrogéologie et géochimie dans l'environnement minier, Université Montpellier II, Sciences et Techniques du Languedoc, 161 p.

KOUADIO M. (2005). Caractérisation et distribution spatial des sables dans le lac du barrage hydroélectrique de Taabo (Côte d'Ivoire), rapport de stage, 34 p.

KOUAME K. (2007). Contribution à la Gestion Intégrée des Ressources en Eaux (GIRE) du District d'Abidjan (Sud de la Côte d'Ivoire): Outils d'aide à décision pour la prévention et la protection des eaux souterraines contre la pollution. Th.Doct. Univ.Cocody, Abidjan, 222 p.

LALLEMEND B. (1994). Normalisation des critères d'établissement des cartes de vulnérabilité aux pollutions. Étude documentaire préliminaire. R37928. BRGM, p. 1?17.

LALLEMEND B. et ROUX J.C. (1989). Guide méthodologique d'établissement des périmètres de protection des captages d'eau souterraine destinée à la consommation humaine. BRGM, Manuels et Méthode, 19, p. 1-224.

LE COZ C., BRUNO T. et DANIEL T. (1995). Transfert des polluants dans les hydro systèmes. Actes des Sciences journée du diplôme d'étude approfondies Sciences et techniques de l'environnement, organisées les 11 et 12 Mai 1995, Paris, 31 p.

MARGAT J. et ALBINET M. (1970). Cartographie de la vulnérabilité à la pollution des nappes d'eau souterraine. Orléans, Bull. BRGM, 2e série, sect. 3, n° 4 : p.13-22.

MARSILY G. (1994). Hydrogéologie : comprendre et estimer les écoulements souterrains et le transport de polluants, Ecole de mines de paris, 242 p.

MARTIN L. (1974). Le trou sans fond, canyon sous-marin de la Côte d'Ivoire. ORSTOM, série géologie, vol.VI, n°1, 1974, p. 67-76.

MONDE S. (1997). Nouvelles approches de cartographie du plateau continental de la Côte d'Ivoire: aspects morphologiques et sédimentologiques. Th. 3^è Cycle des Sciences de la Terre, Univ. Cocody, 191 p.

MURAT V., PARADIS D., SAVARD M., NASTER M., BOURQUE E., HAMED A., LEFEBVRE R. et MARTEL R. (2003). Vulnérabilité à la nappe des aquifères fracturés du sud-ouest du Québec : évaluation par les méthodes DRASTIC et GOD. Commission géologique du Canada, 14 p.

ROGER L. (1996). Géographie du cycle de l'eau. Presses Univ du Murail, 439 p.

ROOSE E. et CHEROUX M. (1966). Les sols du bassin sédimentaire de Côte d'Ivoire. ORSTOM, Abidjan, 92 p.

ROUGERIE G. (1960). Le façonnement actuel des modèles en Côte d'Ivoire. Mém IFAN, 58, Dakar, 542 p.

TAPSOBA S. (1990). Etude géologique et hydrogéologique du bassin sédimentaire de la Côte d'Ivoire : recharge et qualité des eaux dans l'aquifère côtier (région de Jacqueville). Mémoire de DEA en Géologie appliquée, 69 p, 42

THAIS P. (1994). Etude du transfert d'eau et de solutés dans un sol à nappe superficielle drainée artificiellement. Th.Doct. Ecole Nationale du Génie Rural, des Eaux et Forêts, Centre de Paris, France, 210 p.

UNESCO (1992). Environment and development brief: ground water; n°2, 15 p.

WEYNANTS M. (2005). Caractérisation des propriétés hydrodynamiques et étude de la possibilité d'agrégation de trois types de sols au Fakara, Mémoire de fin d'étude d'ingénieur, Université Catholique de Louvain, Niger 102 p.

YAOKOKORE-B. et N'DOUBA V. (2005). Fiche descriptive sur les zones humides Ramsar. Comité Ramsar, Côte d'Ivoire, 17 p.

ANNEXES

50	99,68	99,39	99,76	99,80	99,98	99,68	99,43	97,68	97,68
63	99,80	99,39	99,76	99,31	99,98	99,68	99,35	97,65	97,65
100	99,65	99,39	99,76	99,31	99,94	99,55	99,17	97,44	97,44
125	99,60	99,39	99,76	99,31	99,74	99,15	98,5	96,99	96,99
160	99,28	99,39	99,76	99,31	99,43	98,55	96,27	95,67	95,67
200	98,73	99,32	99,73	99,31	95,91	95,34	88,54	93,07	93,07
250	97,00	99,09	99,51	99,23	86,16	87,55	76,39	84,38	84,38
315	93,04	98,42	98,10	98,72	68,62	79,21	63,78	70,41	70,41
400	86,00	96,89	ANNEXE 3 : Tableau récapitulatif des pourcentages des refus cumulés en fonction des diamètres des tamis. 94,46	96,99	51,69	68,99	53,63	56,66	56,66
500	74,12	92,84	88,65	91,64	38,42	50,15	36,99	46,5	46,5
630	60,42	80,31	72,97	74,02	21,62	33,06	25,12	29,99	29,99
800	31,35	49,23	42,05	36,39	10,94	14,31	14,78	17,64	17,64
1250	11,10	5,03	5,01	2,50	4,22	5,48	9,25	9,23	9,23
2000	0,15	0,12	0,10	0,17	0,37	0,73	3,04	6,16	6,16
3150	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,73	2,22	2,22
5000	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
N° de tamis (um)	Vitré II	Cité delta	Anani	Lomé	Belle ville	Place HKB	Route Vitré 2	Carrefour Moossou	Après IAO

	1uIMMIi	ii '	1	NII1


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11111MMIMMII{		HI		*MENEM*
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Etude des propriétés hydriques de la zone non saturée de la nappe du quaternaire au sud de la Côte d'Ivoire: zone de Grand- Bassam

Thème :

Etude des propriétés hydriques de la zone non saturée de la nappe du Quaternaire au Sud de la Côte d'Ivoire : zone de Grand-Bassam.

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