Memoire Online - Mobilisation des ressources en eau souterraine pour l’approvisionnement en eau potable des communes du Bénin. Cas de la commune de Djougou.

Elle est subdivisée en trois étapes que sont : i) l'analyse documentaire, ii) la reconnaissance du site et iii) la photo-interprétation

L'hydrogéologue en compagnie de l'animateur de l'ONG qui a participé à la réalisation du projet se rend dans les différentes localités. Cette reconnaissance permet d'établir les schémas d'accès, de prendre les coordonnées des villages avec un GPS et de recueillir des informations telles que la géomorphologie, l'indication des collines, des bas-fonds, des cours d'eau, l'inclinaison du terrain, les forages et les puits traditionnels ou modernes afin de compléter la photo-interprétation.

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Au cours de cette reconnaissance, le chef de mission fait des investigations sur le terrain afin de reconnaître les indices hydrophiles, l'alignement des gros arbres et des termitières, ou tout autre indice qui peut permettre à l'équipe de prospection de choisir les directions et la longueur des profils électriques.

Pour la réalisation des travaux de photo-interprétation, le bureau d'étude utilise un stéréoscope à miroir. Le stéréoscope est un instrument d'optique au moyen duquel on obtient le relief des images. Cette étude est faite à l'aide des photographies aériennes et des imageries satellitaires. Elle permet de déterminer les différents linéaments et les fractures ou failles sur les sites à prospecter dans un rayon de 1 km autour du village si les conditions techniques le permettent. Elle permet de recenser tous les réseaux hydrographiques, les zones d'inclinaison et les ruptures de pente. Les directions choisies sont très souvent liées aux contraintes de cisaillement de l'histoire tectonique qui offre de meilleurs perméabilité, donc de meilleurs débits. Cette étude facilite l'orientation des profils géo-électriques sur le terrain.

L'implantation consiste à l'utilisation d'une méthode géophysique de prospection afin de choisir des points appropriés pour le captage rapide et à bon débit de l'eau souterraine qui s'écoule dans les fractures. La méthode la plus utilisée en prospection au Bénin est le dispositif classique Schlumberger AMNB dans lequel A et B sont des électrodes émettrices du courant électrique et M et N des électrodes réceptrices de la différence de potentielle. Le positionnement des électrodes est représenté à travers la figure 5.

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Le travail commence par la recherche de la direction du trainé. Ceci se fait souvent perpendiculairement à l'alignement des grands arbres hydrophiles comme le baobab (Photo 1). Les études photo-aériennes aussi permettent de choisir d'avance la direction du trainé. Les rivières et les dépressions permettent aussi de choisir des directions de trainé qui leurs sont parallèles. On prend les coordonnées du premier point de mesure avec le GPS

Le trainé ou l'investigation horizontale consiste à mesurer la résistivité du sol à une profondeur constante avec des pas de mesure suivant une direction donnée. L'appareil de mesure de la résistivité appelé résistivimètre, mesure la différence de potentiel enregistrée au niveau des électrodes M et N après l'envoi du courant à travers les électrodes A et B (figure 5) Sous les ordres de l'opérateur qui, après lecture de la résistivité apparente demande à tout le dispositif d'avancer suivant le pas de mesure choisi. Le pas de mesure utilisé a été de 20 m sur une distance qui varie entre 100 à 200 voir 300m. Les données de résistivité sont notées pour la réalisation d'un profil électrique sur papier bi-log.

Aux points de résistivité faible on réalise un sondage. Ces points sont appelés Sondage électrique 1, 2, ou 3 (SE 1, 2 ou 3) selon le nombre de point voulu. Le sondage se fait cette fois-ci avec des longueurs AB et MN qui varient des plus petites longueurs vers les plus grandes (tableau 3). C'est-à-dire qu'on s'éloigne au fur et à mesure du point de sondage avec des distances MN qui font environ le 1/4 des distances AB. A la fin de la réalisation des sondages on caractérise ces

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points par des piquets qui portent les notes : F1, F2, et F3 selon le nombre de point sondés. F1 pour le meilleur point, F2 pour le moins bon ainsi de suite.

Photo 1 : Le Baobab (arbre hydrophile) Photo 2 : Enfoncement des électrodes

On allume l'appareil en penchant le «flexible on-off» vers «on». La lumière de marche s'allume en vert. Avant l'allumage il faut vérifier si le «flexible EXT-INT» est bien conforme à l'origine de la source d'alimentation. Ici la source d'énergie est incorporée à l'appareil, donc le «flexible» doit être penché du côté de «INT» qui signifie intérieur. Après l'allumage, on actionne sur « FUNCT-STOP » pour commencer l'opération de mesure de la résistivité apparente. Ensuite, on appuie sur « SPACING » qui fait afficher à l'écran «SPACING

METER AB/2 = » on saisie alors la longueur correspondant à la distance
AB/2 déjà défini et qui est égale à 100 m. Pour le trainé les distances ne changent pas c'est le point de mesure qui change. L'étape suivante est l'activation du bouton « ENTER », ce qui nous fait afficher à l'écran « MN/2= ..... » et on saisie également la distance MN/2 qui est égale à 10 m. On appuie à nouveau sur « ENTER » ce qui nous fait afficher à l'écran simultanément

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- SP : potentiel spontanée : c'est la valeur du courant naturel existant dans le sol qui peut varier.

- HV : c'est le voltage envoyé dans le sol par le résistivimètre à travers les électrodes A et B. HV = 400V. Les trois tirets après la valeur du voltage signifient que l'injection du courant se fait trois fois dans le sol.

On appuie alors « START » qui permet l'envoie du courant et la mesure de la différence de potentiel. On continue en appuyant « RESULT » et « ENTER » qui font afficher :

- Q : l'écart type des trois différences de potentiel obtenues par les trois injections de courant. L'idéal est d'avoir un Q = O ce qui prouve que le résultat de Ro obtenu est fiable.

On a ainsi des valeurs de résistivités pour chaque point du profil, ce qui nous permet de choisir les points de sondage. Pour la méthodologie de mesure des sondages, on reprend l'opération en actionnant sur « FUNCTION-STOP » pour des AB/2 et/ou des MN/2 différents. La fiche de mesure présentée dans les résultats nous donnera plus d'éclaircissement. Notons qu'il est important pour preuve de prudence, de vérifier si les électrodes sont tapées dans le sol avant d'appuyer sur « START » pour l'envoie du courant. Pour cela il faut que l'opérateur entende le « ok » à travers l'appareil de communication. Ceci pour ne pas électrocuter ceux qui enfoncent les électrodes.

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iii. Utilité des instruments et appareils utilisés pendant l'implantation

Le tableau 1 récapitule les différents types d'instruments et appareils utilisés lors des travaux d'implantation.

Tableau 1 : Récapitulatif des instruments et appareils utilisés lors des travaux d'implantation

Instruments ou Appareils	Utilités
Résistivimètre SYSCAL incorporé de batterie (appareil)	-permet d'amplifier le courant reçu de la batterie incorporée et de l'injecter dans le sol à travers les électrodes. -permet de mesurer la résistivité apparente des couches traversées par le courant.
4 électrodes	-deux permettent d'envoyer le courant dans le sol : A et B -deux autres permettent de mesurer la différence de potentiel :M et N
Rouleaux de fil conducteurs	-Permettent de mettre en connexion le résistivimètre et les électrodes.
Marteaux	-permettent d'enfoncer les électrodes dans le sol.

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Appareils de communication émetteur-récepteur (talkie-walkie)	-permettent de faciliter la communication entre l'opérateur qui est fixe et ceux qui enfoncent les électrodes qui sont éloignés.
Hectomètres	-pour graduer la ligne de mesure.
barres métalliques	-on les enfonce aux endroits fréquents où on enfonce les électrodes en guise de repère.
Appareil GPS	-pour connaître les coordonnées des points de mesures.
Des balises. (piquets)	-pour marquer et numéroter les différents points de sondage réalisés.

Ces travaux sont réalisés par une entreprise autre que le bureau d'étude. C'est plutôt le bureau d'étude qui envoie des contrôleurs afin de s'assurer que les travaux sont biens réalisés dans les normes et dans le respect des Thèmes De Référence (TDR). L'atelier de forage est constitué d'un camion foreur appelé communément foreuse (photo 4), d'un camion citerne (photo 5), d'un véhicule Pick up, d'un chef foreur, d'un secrétaire de chantier et des manoeuvres.

Arrivé dans la localité, le foreur recherche les piquets F1 (photo 6) et F2 qui sont les points de l'implantation. Le point F1 est prioritaire du point de vue

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probabilité de captage de l'eau (le choix de F1 sera justifié dans l'interprétation des résultats). La foreuse se positionne alors de sorte à ce que son outil de foration soit exactement sur le point F1 (photo 7). Le montage du mât débute suivi de l'installation de l'outil de foration et de l'équilibrage de la machine à l'aide de ses 4 vérins qui soulèvent progressivement la machine jusqu'à la hauteur adéquate L'équilibrage de la foreuse (photo 8) permet au mât de la foreuse d'être bien vertical afin que le trou de forage ne soit pas incliné. Dans le socle la méthode de forage utilisée est une combinaison du forage Rotary (R) et du forage Marteau Font de Trou (MFT) à l'air comprimé. L'outil principal utilisé est le MFT mais on débute la foration de l'altération avec le tricône (photo 9) en envoyant de l'air comprimé injecté par la tête d'injection. Le tricône est adapté aux terrains tendres non consolidés. L'air sort à la tête de l'outil en passant à l'intérieur du train de tiges vissées à l'outil. Pour avancer en profondeur, la foreuse exerce deux types de mouvements sur l'outil. Le premier est un mouvement d'enfoncement vertical à l'aide d'une poulie. Le second est une rotation de l'outil. La foration commence alors avec beaucoup de poussière (photo 10) et prend de la profondeur avec l'ajout de tige. En gagnant en profondeur, le foreur remarque à un moment donné que le bruit du moteur change et que l'outil n'avance plus ce qui signifie qu'il a atteint le toit du socle alors il ressort les tiges une à une et remplace le tricône par le marteau. Mais avant cela, on met un casing qui est une colonne de tube en acier pour empêcher l'éboulement de l'altération. Lorsqu'il n'y a pas de casing comme dans le cas des travaux que nous avons suivi on utilise des PVC provisoires de 178 mm et 195 mm de diamètre respectivement intérieur et extérieur (photo 11). Ces PVC prennent en compte toute la longueur de l'altération. Après cela Le MFT (photo 12) est installé avec le vissage du train de tiges à travers lequel l'air comprimé passe sous haute pression (photo 13). Une pièce métallique au bout du MFT fait des mouvements de va et vient verticaux et très rapides sous la force de la pression exercée par l'air comprimé. Cette pièce vient frapper la queue de l'outil

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dont le taillant reste en contact direct avec le sol. L'air détendu ensuite à son passage dans le marteau, acquiert une grande vitesse et remonte dans l'espace annulaire (entre les tiges et les parois du forage) en entrainant en surface les déblais appelés cuttings.

Photo 6 : Repérage du point F1 Photo 7 : Positionnement de la foreuse en F1

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Le bruit du moteur de la foreuse change et la pression d'air envoyée et affichée au baromètre de la foreuse baisse. La vitesse de foration augmente aussi sensiblement. Connaissant le nombre de tiges envoyées, la longueur d'une tige et celle de l'outil, on peut savoir exactement la profondeur de la fracture. Après avoir reconnue la fracture, le foreur fini la tige entamée et la ressort en envoyant de l'eau pour laver la fracture et ensuite envoie de l'air afin de mesurer le débit d'eau générer par cette fracture. S'il n'y a pas d'eau alors on considère que la fracture est sèche.

On mesure le débit des venues d'eau avec des vases de contenance différentes en fonction de l'importance du débit (photo 14). Lorsque les venues d'eau obtenues produisent un débit d'au moins 700L /h on peut équiper le forage. Mais quand on atteint la profondeur de foration estimée par les études géophysiques et qu'on n'a pas ce débit de 700 L/h on déclare le forage négatif. Dans le cas où on rencontre assez de fractures et que le débit n'est pas suffisant on peut laisser le forage pour l'hydro fracturation. Elle est réalisée par une autre machine et consiste à envoyer de l'eau sous haute pression au niveau des fractures pour les déboucher afin que le débit d'eau puisse augmenter. Ainsi, grâce à l'hydro fracturation on peut quitter un forage négatif pour un forage positif.

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Photo 14 : Récipients de mesure des débits * : Récipient de mesure de gros débit (12 dm³)

Le forage étant déclaré positif, le contrôleur hydrogéologue en commun accord avec le chef foreur, procède à la mise en place de l'équipement. Un schéma est réalisé rapidement sur papier en tenant compte de la profondeur du forage et des niveaux de venu d'eau. L'équipement se fait en PVC de diamètre intérieur et extérieur respectivement de 124 mm et 140 mm comprenant un tubage de décantation dont la base est fermée (photo 15). Les PVC ont des fentes de 0.75 mm à 1 mm (crépines) ou sont pleins (sans fentes). Les crépines sont positionnées au droit des venue d'eau importantes repérer pendant la foration. A la longueur du trou équipé on ajoute celle du hors sol qui est la hauteur de l'équipement au dessus du sol. Sa hauteur fait environ 0,5 m. On prend le soin de mesurer les PVC disponibles pour vérifier la correspondance de la longueur des PVC et du schéma établit parce que les PVC existent de différentes longueurs. L'équipement proprement dite commence par l'envoie du décanteur ensuite les crépines (photo 16) et les PVC pleins s'alternent en fonction de leur positionnement sur le papier de représentation de l'équipement. Les PVC sont envoyés par vissage l'un à l'autre (photo 17).

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Après cette sous étape de l'équipement on passe au gravillonnage qui consiste en la mise en place du massif filtrant (gravier) dans l'espace annulaire. L'espace annulaire est le vide qui existe entre le trou foré et les PVC puisque le diamètre des outils de foration est plus grand que celui des PVC. Le massif filtrant est donc renversé dans l'espace annulaire (photo18), du fond du trou jusqu'à 5 m au dessus de la crépine supérieure. On enlève ensuite le tubage provisoire (photo 19) et on bouche l'espace annulaire en surface pour que l'eau qui sortira lors du développement ne s'échappe pas à travers cet espace. Pour connaitre le volume de gravier à verser on fait le calcul suivant :

{[(Volume/mètre linéaire) du trou foré]-[(volume/mètre linéaire) de l'équipement]} X (la longueur de l'équipement en m + 5m de sécurité)

Le trou étant foré par le MFT, on utilisera le diamètre du MFT qui fait 6»^1/2. Convertissons les 6»^1/2 en cm. 1» = 2,54 cm alors on a 6,5 x 2,54 = 16,51 cm. Soit D le diamètre en mètre, on a la formule du volume linéaire qui donne : D²/4 x 3.14 x 1m On a donc 0.1651²/4 x 3.14 = 0.021 m3

Suivant la même procédure et considérant le diamètre extérieur du PVC qui fait 140 mm. On a : 0,14²/4 x 3.14 x 1m = 0,015 m3

Le volume de gravier par mètre linéaire donne:0,0214m³ - 0,015m³ = 0,006m³ = 6 litres. Alors pour une longueur X_m équipée on a comme volume de gravier : 6 L x (X_m + 5 m).

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Cette étape a pour objectif d'obtenir l'eau claire sans particules. Elle consiste à envoyer un train de tuyaux Galva (photo20) jusqu'à 1 m du fond du forage déjà équipé (dans le décanteur) dans lequel on envoie l'air sous forte pression afin de faire remonter l'eau captée par les crépines. Avant d'envoyer l'air on ferme l'espace annulaire. Après l'envoi de l'air, l'eau monte et sort en passant à travers l'espace existant entre les tuyaux Galva et l'équipement et s'écoule ensuite dans la rigole déjà réalisée pour la mesure du débit. On mesure donc le débit et le contrôleur réalise la tache de sable pour déclarer l'eau claire, ce qui conditionne l'arrêt du développement. En général le développement fait environ 30 à 45 min. La tache de sable consiste à recueillir l'eau dans un vase de 10 litres environ et de la tourbillonner. Une tache de sable se forme au fond du vase (photo 21). Si

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le diamètre de cette tache est inférieur à 1cm alors on déclare l'eau claire. On retire après, les tuyaux Galva et le contrôleur mesure ensuite le niveau dynamique de l'eau dans l'ouvrage à laide d'une sonde électrique (photo 22). Etant maintenant sûr du gravillonnage, on ressort tout ce qui avait servi à boucher l'espace annulaire et on le rempli de tout venant (les cuttings) jusqu'à 1m du sol. Le mètre restant est comblé par du ciment pour rendre l'équipement solide et empêcher toute infiltration directe vers les crépines.

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L'atelier de l'entreprise qui s'occupe de cette étape est composé soit d'un camion soit d'un véhicule adapté avec la machine comme se fut notre cas. Le pompage d'essai consiste à tester le forage. C'est-à-dire solliciter la nappe en pompant une quantité d'eau pendant un temps donné et en observant au fur et à mesure la baisse du niveau d'eau dans le forage. Cette baisse de niveau est appelée le rabattement. Ces donnés traitées et interprétées nous permettent de connaître le débit maximum que peut fournir le forage en permanence sans risque.

Les travaux démarrent par le contrôleur qui prend le niveau statique et la profondeur du forage à l'aide d'une sonde électrique et une sonde de masse. La méthode de pompage d'essai utilisée est celle du CIEH (Comité Interafricain d'Etudes Hydrauliques). Le débit et la durée de chaque palier varient suivant chaque forage et le nombre de paliers varie également suivant les débits obtenus après équipement des forages. Le choix du nombre de paliers se présente comme suit :

Le déroulement du pompage commence par la recherche de la meilleure position pour installer la machine afin de poser la poulie de déroulement du flexible

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proche du forage. On associe le flexible à la pompe (photo 23). Le flexible est un tuyau dans lequel passera l'eau pompée du forage par la pompe vers l'autre extrémité pour la mesure du débit. Le câble de sécurité et celui de l'alimentation de la pompe étant déjà associés à la pompe, on descend la pompe très basse dans le forage par le déroulement du flexible auquel elle est associée (photo 24). Il est très important de s'assurer que la pompe est descendue au niveau d'un PVC plein pour que la pression de pompage ne détruise pas les crépines. Le câble de sécurité est attaché à la pompe pour pouvoir la retirer lorsqu'elle se dissociera du flexible et le câble d'alimentation conduit le courant à la pompe. L'autre bout du flexible est vissé à une association de tuyaux en métal afin de recueillir l'eau pompée et de mesurer le débit pour caler les différents débits à utiliser pour le pompage. Une vanne installée sur la tuyauterie (photo 25) permet de diminuer et d'augmenter le débit. Ainsi, selon le débit au développement on règle à l'aide de la vanne le débit qu'il faut pour chaque palier.

La mesure du débit se fait par le chronométrage du remplissage d'un vase (photo 26). Connaissant le volume du vase et le temps de remplissage on fait le calcul suivant : volume du vase en Litre multiplié par 3600 secondes, le tout divisé par le nombre de seconde de remplissage. Et on a le débit en Litre/heure. Lorsque ce débit ne correspond pas au débit voulu pour l'opération on serre ou on desserre la vanne afin de reprendre l'opération jusqu'à obtenir le débit voulu. Après cela on peut donc chronométrer le temps de pompage et la mesure de la baisse du niveau dynamique (photo 27). Dix minutes avant la fin du pompage le contrôleur prélève au jet un échantillon d'eau pour analyse dans une bouteille de 1,5L. Il inscrit sur la bouteille le nom du village, le numéro du forage, l'heure, la date de prélèvement et son propre nom. Il fait également un test de tache de sable pour confirmer la clarté de l'eau.

Après le pompage, on observe une remonté du niveau d'eau dans l'ouvrage pendant 1h. On note les remontés suivant une chronologie. On traite les donnés au bureau pour en déduire le débit à utiliser pour le forage et la cote de la pompe

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à installer. La présentation des résultats et l'interprétation seront abordés dans le chapitre III.

Photo 24 : Déroulement du flexible dans le forage Photo 25 : Vanne de régularisation du débit

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Cette étude consiste à la détermination du faciès des eaux et à une comparaison des concentrations ioniques. L'obtention des faciès des eaux demande une analyse de certains paramètres après échantillonnage de ces eaux. Cette étude nous donnera une idée sur le faciès des eaux et les interprétations des comparaisons ioniques nous permettrons de savoir l'origine des éventuelles différences de concentration. Puisse que les puits captent la nappe phréatique et les forages la nappe captive constitué par les fractures du socle.

Pour l'obtention des concentrations des ions on fait un dosage par chromatographie.

L'échantillonnage a constitué à prélever les eaux in-situ dans des bouteilles en plastique. Nous avons prélevé, au total, 8 échantillons dont 4 pour des eaux de forages et 4 autres pour des eaux de puits. (Tableau 2). Il faut préciser que la distance séparant un forage d'un puits dans chaque localité choisie ne dépasse pas 15 m.

Arrondissements	Localités	Coordonnées
		Longitude X	Latitude Y	Altitude Z (m)
Djougou III	Dendougou	01°43'44,8»	09°44'08,2»	360
Pélébina	CSA Pelebina	01°38'14,3»	09°28'10,9»	446
Bariénou	CEG Baniérou	01°45'52,0»	09°42'45,9»	410
Sérou	Paparapanga	01°46'40,7»	09°36'15,8»	395

Les échantillons ont été conservés dans une glacière et transportés le lendemain au Laboratoire d'Hydrologie Appliquée (LHA) pour détermination des cations

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(Mg²⁺, Ca²⁺, Na⁺, et K⁺) et des anions (SO4^2%, HCO3 %, NO3 %, Cl^%). Les bicarbonates ont été calculés à partir du TAC.

phosphates, calcium, sodium, magnésium, ammonium, potassium, la méthode utilisée pour la mesure de leur concentration est la méthode chromatographique. C'est une technique analytique qui permet l'analyse qualitative (par séparation des espèces présentes) et quantitative des espèces ioniques présentes dans un échantillon liquide dépourvu de matières en suspension.

Pour la mesure des échantillons, une fois le système équilibré, nous injectons 1 ml de l'échantillon dans le chromatographe DIONEX ICS-1000 (photo 28) préalablement étalonné. Nous obtenons sur l'écran de l'ordinateur de pilotage du chromatographe une courbe qui nous indique les éléments minéraux présents de même que leurs concentrations en mg/l. Il faut noter que les analyses des anions et des cations se font différemment.

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pas (20m)		AB/2 (m)		MN/2 (m)		Pa (?.m)
0		100		10		670
20		100		10		330
40		100		10		529
60		100		10		502
80		100		10		510
100		100		10		448
120		100		10		914
140		100		10		932
160		100		10		530
180		100		10		566
190		100		10		545
pas (20m)	AB/2 (m)		MN/2 (m)		Pa (?.m)
0	100		10		638
20	100		10		381
40	100		10		497
60	100		10		610
80	100		10		553
100	100		10		533
120	100		10		573

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Pour le dosage des ions bicarbonates, nous avons Prélevé 50 ml de l'échantillon dans un erlenmeyer puis nous avons ajouté trois (3) gouttes d'indicateur (Hélianthine). Il apparaît une coloration jaune. Ensuite nous avons dosé le mélange avec une solution d'acide sulfurique (H2SO4) de concentration N/25 jusqu'au virage de l'indicateur. Après avoir déduit le volume d'acide versé, la teneur en bicarbonate de l'échantillon est obtenue par la formule suivante :

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2*2 Méthodologie des travaux de forage

2.2.1 Description des différentes étapes dans la réalisation des travaux