L’étude des caractéristiques hydrochimiques des précipitations est indispensable à l’identification de la signature du signal d’entrée dans les nappes et à la compréhension de la minéralisation des eaux souterraines (Wagner et Stelle, 1985 ; Appelo et Postma, 1999).
À l’échelle de l’Afrique intertropicale, plusieurs études se sont intéressées à la chimie des précipitations (Freydier et al., 1998 ; Galy-Lacaux et Modi, 1998 ; Freydier et al., 2002 ; Sigha-Nkamdjou et al., 2003). Celles-ci ont mis l’accent sur l’origine de la minéralisation des précipitations à partir des compositions chimiques observées. Nous les utiliserons donc à titre comparatif (rapports ioniques notamment) dans notre analyse. L’ensemble des pluies échantillonnées avec les hauteurs précipitées est indiqué en annexe 20.
T°, pH, O2 et C.E.
Les températures (T°) mesurées dans les pluviomètres ne semblent pas être représentatives des précipitations du fait de l’équilibre possible entre la température réelle des pluies et celle du récipient. Elles sont donc enregistrées à titre indicatif. Mais ces valeurs se rapprochent bien de celles de l’air (en moyenne 27°C) mesurées à la station météorologique de Djougou (fig. 65).
15 20 25 30 35 40
janv.-03 mars-03 mai-03 juil.-03 sept.-03 nov.-03 déc.-03
te m pér at ur e ( °C ) T° air T° pluie
Figure 65 : Températures des précipitations et de l'air mesurées à la station météorologique de Djougou en 2003.
Le pH varie de 5,0 à 5,6, avec une moyenne de 5,3 en saison sèche et proche de la neutralité (pH ≈ 7) en saison humide (tableau 8). En saison sèche, les pluviomètres sont régulièrement sous l’influence des poussières transportées par l’harmattan et des aérosols produits lors des feux de forêt très fréquents pendant cette période. Durant la saison pluvieuse, l’atmosphère (tout comme les pluviomètres) subit un lessivage régulier traduisant une baisse de l’acidité.
Les teneurs en oxygène dissous (O2) des échantillons sont dans une gamme de 70 à 90 % (tableau 8) et indiquent probablement une faible activité microbienne dans les eaux récoltées quelque temps après l’évènement pluvieux.
Les valeurs de la C.E. sont indiquées dans le tableau 8. Elles sont plus fortes en saison sèche (121 µS/cm). Cette observation est en accord avec les résultats obtenus pour le pH et O2 de la même saison. En saison humide, la moyenne est d’environ 10,5 µS/cm. Les raisons évoquées plus haut (notamment l’impact de l’harmattan en saison sèche) expliquent aisément la hausse de la minéralisation des eaux de saison sèche.
Périodes T (°C) pH O2 dissous (%) C.E. (µS/cm)
saison sèche (n=3) 28,9 ± 2,1 5,3 ± 0,3 69,5 ± 5,0 121 ± 73
saison humide 2003 (n=8) 26,8 ± 3,4 7,1 ± 0,2 83,4 ± 0,6 11 ± 2
saison humide 2004 (n=6) 27,5 ± 1,1 7,2 ± 0,2 87,2 ± 3,7 10 ± 2
Tableau 8 : T°, pH, O2 et C.E. moyens dans les précipitations (saisons sèche et humide).
Signature des ions majeurs
Sur un diagramme de Piper, deux grands groupes de faciès chimique se dégagent (fig. 66) : chloruré calco-magnésien et bicarbonaté calco-magnésien. Ils diffèrent donc l’un de l’autre par leurs proportions en anions, notamment en Cl (NO3) et HCO3. Toutes les eaux de saison sèche sont chlorurées calco-magnésiennes. La plupart des eaux de la saison humide 2003 le sont également ; seules deux sont chlorurées sodiques et une bicarbonatée magnésiennne. Les eaux de la saison humide 2004 sont majoritairement bicarbonatées calco-magnésiennes mais deux échantillons sont bicarbonatés sodi-potassiques. Cette grande variabilité saisonnière et interannuelle rend très complexe la détermination de la signature des eaux de recharge. Mg SO 4+ Cl+ NO 3 C a N a +K CO 3+ HC O3 C l+ N O 3 SO 4 C a+ M g 0 10 0 0 1 00 0 1 0 0 0 1 0 0 0 10 0 0 10 0 0 0 1 0 0 1 0 0 sa iso n sè c h e 2 0 0 3 sa iso n h u m id e 2 0 0 3 sa iso n h u m id e 2 0 0 4
Les compositions moyennes calculées pour la saison sèche 2003 et les deux saisons humides (2003 et 2004) sont indiquées en annexe 21 et 22.
Le silicium a été seulement analysé dans les eaux de saison humide 2003. Avec une moyenne de 0,25 mg/l, cet élément est l’espèce chimique dominante pour cette campagne.
Les précipitations de la saison humide 2004 ont la particularité de contenir du
NH4+ (0,18 meq/l en moyenne). Cette espèce a déjà été mise en évidence dans les
précipitations au Cameroun (Freydier et al., 2002 ; Sigha-Nkamdjou et al., 2003), au Niger (Galy-Lacaux et Modi, 1998 ; Freydier et al., 2002) et en Côte d’Ivoire (Freydier et al., 2002). Les teneurs moyennes pour les autres éléments sont très variables d’une espèce à l’autre ainsi que d’une saison à l’autre, en accord avec la diversité des faciès chimiques mis en évidence précédemment. Mais dans l’ensemble, les eaux sont plus minéralisées en saison sèche. En saison humide, l’ordre d’importance des éléments est le suivant : Mg<K<Na<Ca pour les cations et SO4<NO3<Cl<HCO3 pour les anions.
De façon générale en Afrique de l’ouest, les éléments chimiques dissous dans les précipitations ont trois sources principales (Taupin et al., 1997 ; Freydier et al., 1998) : terrigène, océanique et biogénique. Dans notre zone, la poussière semble la source majeure d’émission d’éléments grossiers dont l’ensemble définit la source terrigène exprimée par Ca, Mg et SO4. La mousson atlantique représente la source océanique définie par les éléments Na et Cl, la source biogénique est le fait des feux de brousse marqués par NO3, NH4 et K. Pour mieux préciser la signature des précipitations, les compositions moyennes ont été comparées aux moyennes obtenues à d’autres stations d’Afrique intertropicale. Ces stations sont Kollo au Niger (2°21 E et 13° N), Lamto en Côte d’Ivoire (5°01'O et 6°13'N) et Nsimi (11°58' E et 3°10' N) au Cameroun. Les eaux de saison sèche (2003) et de saison humide 2004 se détachent des autres précipitations contrairement à celles de saison humide 2003 (fig. 67).
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Ca Mg Na K HCO3 Cl NO3 SO4
m oye nne s ( m eq /l)
Donga (saison sèche) Donga (saison humide 2003) Donga (saison humide 2004) Kollo (Niger)
Lamto (Côte d'Ivoire) Nsimi (Cameroun)
Figure 67 : Compositions moyennes en ions majeurs des pluies de saisons humide et sèche de la zone d’étude avec 3 pluies d’Afrique de l’Ouest (Freydier et al., 1998 ;
Freydier et al., 2002).
Signature des éléments traces
Au total, 5 pluies ont été analysées pour la détermination des éléments traces. Le collecteur d’eau étant ouvert à l’atmosphère et de nature métallique (contamination probable), seuls les éléments non métalliques et les éléments Al, Mn et Pb feront l’objet de discussion.
Les moyennes de saison sèche et saisons humides de la zone sont comparées aux moyennes obtenues aux autres stations d’Afrique de l’Ouest. En saison humide, les teneurs moyennes sont largement plus faibles (baisse de près de 100%) avec des pics positifs notamment pour Ba et B contrairement à la saison humide (fig. 68). L’ordre d’importance est nettement modifié. Les valeurs de saison humide de notre zone sont comparables à celles des stations d’Afrique de l’Ouest, tout comme pour les ions majeurs, confirmant que les prélèvements de saison humide sont plus représentatifs des précipitations de la zone.
0.001 0.010 0.100 1.000 10.000 100.000 1000.000 Li B Al Cr Mn Co As Rb Sr Mo Ba Pb U co ncent ra tio n ( µ g/ )
Donga (saison sèche) Donga (saison humide) Kollo (Niger) Lamto (Côte d'Ivoire) Nsimi (Caméroun)
Figure 68 : Compositions moyennes en éléments traces des pluies de la zone avec 3 pluies d’Afrique de l’ouest (Kollo au Niger, Lamto en Côte d’Ivoire et Nsimi au Cameroun ;
Freydier et al., 2002).
Conclusion
Les précipitations sont très peu minéralisées (10,5 ± 2 µS/cm) et présentent dans l’ensemble deux faciès chimiques dominants :
- chloruré calco-magnésien (saisons sèche et humide 2003) - biacarbonaté calco-magnésien (saison humide2004)
Qualitativement, silicium, calcium, magnésium et bicarbonate sont les éléments chimiques majeurs dominants. Pour les éléments traces, le strontium et le baryum dominent.