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Alimentation d’une nappe
Lors d`une tombée de pluies efficace, une grande partie ruissèle avec une vitesse variable selon la pente du terrain. Une autre partie s`infiltre dans le sous-sol. Si cette infiltration est efficace, elle alimente les nappes. Lorsque la nappe est chargée, l`eau s`écoule vers un exutoire pouvant être une source ou un cours d`eau déjà existant.
Les nappes libres et semi-captives se rechargent directement par infiltration d`eau de pluie qui tombe à la verticale du toit. Pour la nappe captive, l`infiltration d`eau de pluie n`atteint pas cette nappe car son toit est imperméable. Il existe une zone perméable, située à quelques kilomètres voire même à des centaines de kilomètres, reliée à l`aquifère permettant son recharge.
Photo-interprétation
On appelle photo-interprétation le processus d’étude et de collecte des renseignements requis pour identifier les diverses entités géologiques et naturelles, par le biais de la photo aérienne. Cependant, on définit, la photo aérienne comme étant un terme qui désigne toute vue prise depuis un engin se trouvant dans l`atmosphère.
Le traitement de l’image permet alors :
– de différencier les formations géologiques, facilitant ainsi le marquage des cortèges des formations.
– de mettre en évidence les structures reconnues comme importantes en prospection hydrogéologique (linéaments, intrusions) .
– de rechercher les contrastes correspondant à différents types de végétation de façon à aboutir à une image reflétant certaines caractéristiques de la nappe phréatique en profondeur.
Les linéaments sont des révélateurs indirects de discontinuités naturelles du socle, qui peuvent observés sur les photographies aériennes ou sur images satellites.
Sur ces supports, seront tracés des linéaments en s’appuyant sur les alignements des arbres, sur les rectitudes des bras de cours d’eau, l’allure en bayonnette, le grisé des photos et les contours morpho structuraux rectilignes.
Sur le terrain, les linéaments sont associés à des failles, à des contacts géologiques, à des filons à des zones de cisaillement, à des alignements d’indices biologiques ou à des discontinuités géomorphologiques (alignement de termitières ou de certaines espèces végétales, variation minéralogiques dans les cuirasses ou les sols).
Paramètres physico-chimiques
Les paramètres consistent à caractériser les constituants présents dans l’eau souterraine afin d’en évaluer la qualité. Il faut alors déterminer les paramètres physiques et chimique de l’eau du puits tels que la couleur, l’odeur, La conductivité, La température, et le Ph et après les réfères à l’OMS (Organisation mondiale de la santé).
Mesure du pH (potentiel Hydrogène) de l’eau: Le pH est une mesure de l’activité de l’ion hydrogène. Les variations de pH sont dues aux interactions du sol avec le dioxyde de carbone et les ions carbonates et bicarbonates. On recommande que le pH de l’eau soit supérieur à 6,5 et inférieur à 8,5.
Conductivité électrique: Ce paramètre est une mesure de la capacité à conduire le courant électrique. La présence d’ions chargés dans les eaux souterraines est la cause de leur conductivité électrique. La conductivité est mesurée en microhms par centimètre (microhms/cm) ou micro Siemens par centimètre (microS/cm).
La température: La température de l’eau est un paramètre de confort pour les usagers. Elle permet également de corriger les paramètres d’analyse dont les valeurs sont liées à la température.
De plus, en mettant en évidence des contrastes de température de l’eau sur un milieu, il est possible d’obtenir des indications sur l’origine et l’écoulement de l’eau.
La température de l’eau est voisine de 20°C, tantôt plus basse ou plus élevée, sans que des tendances se dessinent en suivant, par exemple, une ligne d’écoulement de la nappe ou qu’elle puisse être liée à l’activité humaine.
Les valeurs mesurées de la température dépendent essentiellement de l’heure de la mesure, de la saison et de l’ensoleillement lorsque la nappe est peu profonde.
Matériels d’acquisitions des données: Les mesures de ces paramètres physiques de l’eau sont faites à l`aide d’un seul appareil. Cet appareil est donc composé d’un thermomètre, d’un pH-mètre et d’un conductimètre .
La méthode consiste à plonger la partie inférieure de l’appareil dans l’échantillon contenu dans un récipient en verre. Après stabilisation de l’affichage sur le cadran, on note successivement ces quatre paramètres.
Méthode géophysique
Les méthodes géophysiques sont des méthodes non destructives qui visent à mesurer les paramètres physiques du sous-sol à partir de la surface du sol. La géophysique de surface comprend nombre de méthodes qui, à partir de la mesure d’un ou de plusieurs paramètres physiques tels que la résistivité électrique la conductivité électrique, la densité, la susceptibilité magnétique qui permettent d’imager le sous-sol.
Ici l’étude va se concentrer sur la mesure des résistivités électriques car cella permet à l’hydrogéologue d’imaginer la structure et la nature des roches et d’en déduire une éventuelle présence d’eau souterraine ainsi que sa qualité.
La prospection géophysique aura comme objectifs principaux :
– La séparation les différentes structures lithologiques et aquifères.
– La localisation de la zone de contraste de résistivité qui pourrait indiquer le passage de la fracturation ou fissuration géologique.
– La caractérisation d’une éventuelle nappe importante exploitable.
Résistivité électrique
La résistivité électrique ρ d’un milieu est la propriété physique qui détermine la capacité de ce milieu à s’opposer au passage d’un courant électrique. Elle est exprimée en Ohm.m.
La formule qui traduit la résistivité vraie du sous sol est donnée par la relation : ΔV ρ = k I.
Avec k le facteur géométrique et dépend de la disposition géométrique des électrodes.
ΔV est la différence de potentiel et I le courant injecté.
Dans la recherche d’eau, il a des propriétés physiques des matériaux qui affectent la résistivité électrique.
Un des chemins les plus importants, et dans certains cas l’unique chemin du courant électrique à travers le système eau-sol est l’eau contenue dans les pores. Ainsi, plus la conductivité de l’eau des pores est forte, plus la conductivité du système est forte.
La conductivité du fluide des pores dépend du type du fluide, des sels présents et de leur concentration, et de la température. La mobilité des ions dans la solution augmente quand la température augmente, et ainsi augmente la conductivité de la solution. D’où les propriétés qui affectent la résistivité sont :
Porosité: La porosité contrôle la résistivité électrique mais d’une façon plus ou moins anodine que la concentration des minéraux dissous dans l’eau interstitielle. La porosité Φ d’un matériau est définie par le rapport du volume des vides sur le volume total d’un échantillon.
Vv : volume des vides ; Vt : volume total et où le volume des vides Vv correspond à la somme des volumes occupés par l’air et l’eau contenu dans les pores d’un matériau.
La résistivité électrique augmente avec la diminution de la porosité. Lorsque la porosité diminue, la taille des grains du matériau ainsi que la taille des pores diminuent et la longueur des capillaires qui relient les pores augmente.
La teneur en eau: Le contenu en eau peut être exprimé en termes de degré de saturation en eau (Se) d’un matériau qui est défini par la fraction d’eau contenue dans les pores: Où Ve est le volume occupé par l’eau dans les pores d’un matériau et Vv est le volume total occupé par les pores ou le volume des vides.
Principe de mesure de la méthode électrique
Le principe de la prospection électrique est basée par l’injection d’un courant électrique dans le sol entre deux électrodes A et B. La réponse est recueillie par une autre paire d’électrodes qui mesure la différence de potentiel ΔV entre deux points M et N.
A partir de la valeur du courant injecté I, de la mesure de la différence de potentiel ΔV et de l’écartement entre les différentes électrodes, on peut déterminer la résistivité électrique apparente en se basant sur la loi d’Ohm.
Principe de mesure du Panneau électrique
La mesure des résistivités électriques apparentes à partir d’un dispositif multi-électrodes permet d’obtenir une coupe verticale 2D de la répartition des résistivités apparentes du sous-sol. Après traitement (inversion) une coupe verticale en résistivités électriques calculées est obtenue et sert à mettre en évidence la géométrie de corps géologiques aux caractéristiques électriques contrastées.
Le système se compose d’un câble multiconducteur reliant une série d’électrodes disposées à la surface du sol au résistivimètre. Chacune des électrodes du dispositif peut être utilisée comme électrode d’injection de courant (A, B) ou comme électrode de mesure (M,N). Des niveaux d’acquisitions de plus en plus profonds sont obtenus en augmentant progressivement la distance interélectrode.
Acquisition des données
Soit « a » la distance entre les deux électrodes consécutives. Chaque électrode est utilisée comme électrode d’injection du courant puis électrode de potentiel.
Le dispositif de Wenner est un dispositif classique, utilisant N électrodes, que l’on adopte pour la réalisation du panneau électrique. Soit « n.a » la distance inter électrode ou n est le nombre de la séquence de mesures qui s’incrémente de 1 a (N-1)/3, si le nombre d’électrode total N est égal a un multiple de 3 plus 1.
Pour la première séquence de mesures, la distance inter électrode est égale à 1.a. La première série de mesures débute d’abord avec les électrodes 1, 2, 3 et 4 dont les électrodes 1 et 4 sont utilisées comme électrodes de courant et les deux autres électrodes 2 et 3 comme électrodes de potentiel. La seconde série de mesures utilise ensuite les électrodes 2, 3, 4 et 5 et ainsi de suite jusqu’a ce que toutes les séries de mesures soient terminées.
Nous passons après a la seconde séquence de mesures dont la distance inter électrode s’incrémente a 2a. On effectue les autres séries de mesures. L’opération continue jusqu’a ce que toutes les mesures possibles soient effectuées.
Mode de traitement des données
Apres la mesure, on récupère les données au moyen d’un logiciel nommé PROSYS avec lequel la correction des données brutes comme le filtrage et l’ajout des données topographiques sont faites avant de les introduire dans le logiciel Res2dinv.
On utilise le programme RES2DINV développé par H.Loke pour inverser automatiquement les données expérimentales en modèle 2D appelé « pseudo section ».
Une pseudo-section est une carte de résultat qui présente les valeurs des résistivités apparentes calculées a partir de la différence de potentiel mesurée aux bornes de deux électrodes de mesure ainsi que de la valeur du courant injecte entre les deux électrodes d’injection.
La couleur d’un point sur la pseudo-section représente donc la valeur de la résistivité apparente en ce point.
Le modèle final est obtenu après plusieurs itérations sous forme de coupe géoélectrique 2D de résistivité.
L’interprétation de ces coupes comporte 3 étapes relatives à l’interprétation géophysique de l’Imagerie par Tomographie Electrique, qui est à corréler avec les informations géologiques les plus complètes possibles.
Première étape : détermination du nombre de couches ou de formations caractérisées par leur résistivité.
Deuxième étape : description géoélectrique et géométrique de chaque couche ou formation. Troisième étape : correspondance géologique probable de chaque couche ou formation et tentative de mise en évidence de la ou des formations cibles visées.
Résultats des analyses des paramètres physico-chimiques
Cette section, nous présente les comportements statistiques des paramètres physiques (Température, Conductivité électrique et pH) des eaux dans la zone d’étude. Lors de la campagne de mesure concernant les paramètres physiques des eaux dans la zone d’étude, quatre (04) puits ont été visités et de mesurer leurs paramètres physico-chimiques.
Les prélèvements ont été effectués dans des puits rencontrer tout proche du site. Les mesures sont faites in situ (au lieu du prélèvement). La méthode consiste à plonger la partie inférieure de l’appareil dans l’échantillon d’eau contenu dans un récipient en verre bien rincé avec l’échantillon. Après stabilisation de l’affichage sur le cadran de l’appareil, nous avons noté successivement les valeurs de ces quatre paramètres. Les résultats des analyses des prélèvements sont reportés dans le tableau suivant .
Résultats de la prospection géophysique
La coupe géoélectrique représente à la fois les pseudos sections de la résistivité et des chargeabilités obtenues après le traitement avec le logiciel RES2DINV. Pour l’interprétation des coupes géoélectriques, les différentes formations sont déterminées à partir des différentes valeurs de résistivité et de chargeabilité.
Durant la campagne de prospection, nous avons effectués cinq profils géo électriques pour localiser une zone potentielle en eau souterraine dans toute la zone de prospect. La figure 14 montre l’emplacement des profils géoélectriques réalisées dans le site.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I : PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE
I-1 Situation administratif et géographique
I-2 Contexte Climatique
I-2-1 Précipitations
I-2-2 Température
I-2-3 Evapotranspiration (ETP)
I-2-4 Bilan Hydrique
I-3 Situation géologique
I-4 Situation hydrologique et hydrogéologique
I-4-1 Hydrologie
I-4-2 Hydrogéologie
Chapitre II : METHODOLOGIE APPLIQUEES A L’ETUDE HYDROGEOLOGIQUE
II-1 Généralités sur l’hydrogéologie
II-1-1 Cycle de l’eau
II-1-2 Eau souterraine
II-1-3 Concept d’un aquifère et/ou nappe
a- Définitions
b- Types de nappes
c- Alimentation d’une nappe
II-2 Photo-interprétation
II-3 Paramètres physico-chimiques
II-4 Méthode géophysique
II-1-1 Résistivité électrique
II-1-2 Principe de mesure de la méthode électrique
II-1-3 Principe de mesure du Panneau électrique
II-1-3 Acquisition des données
II-1-4 Mode de traitement des données
II-1-3 MATÉRIELS UTILISÉS
Chapitre III : RESULTATS ET INTERPRETATIONS
III-1 Résultats de Photo-interprétation
III-2 Résultats des analyses des paramètres physico-chimiques
III.2.1 Conductivité
III .3.2 Température
III.3.3 pH
III-3 Résultats de la prospection géophysique
III-2-1 Profil géoélectrique n°01
III-2-1 Profil géoélectrique n°02
III-2-2 Profil géoélectrique n°03
III-2-3 Profil géoélectrique n°04
III-2-4 Profil géoélectrique n°05
III-4 SYNTHÈSE
CONCLUSION
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