m ) P213 P226 200.0 200.5 201.0 201.5 202.0 202.5 203.0 203.5 ni ve au pi é zom é tr iqu e ( m )
Figure IV- 31: Variation du niveau piézométrique sur 10 ans sur trois puits (1995 – 2005)
IV.2.4.3. Evolution piézométrique à long terme (1960-2008)
Les puits utilisés dans cette partie ne font pas parti du réseau de suivi mis en place pour cette thèse. Ces puits situés sur la zone d'étude, ont été identifiés comme d'anciens puits ayant fait l'objet de mesures piézométriques par Plote en 1961. Ces puits ont été retrouvés et mesurés par Guillaume Favreau et Rodrigue Guillon, VI à l'IRD de Niamey. Ces données récentes nous ont ainsi permis d'alimenter cette partie de la thèse. Comme souligné par Favreau (2000), les erreurs possibles quant à l'intégration de telles données anciennes tiennent à l'identification du puits et au référentiel de mesure du niveau de l'eau dans le puits, margelle pour les données récentes et sol pour les données anciennes. D'autres erreurs sont possibles sur les mesures piézométriques anciennes et la précision de ces mesures anciennes a été estimée à ±2,5 m (Favreau, 2000).
107
Les puits sont localisés à l'Est de la ville. Il s'agit des puits de Kombo Tafa 1 et de Dey Kourey mesurés par Plote en 1961. Le puits identifié comme celui de Kombo Tafa 1, localisé près de l'aéroport, bouché suite à son tarissement a été remplacé par un puits proche (~100 m, Kombo Tafa 2). La profondeur de l'eau est de 20 m en avril 2008 et au regard des cartes piézométriques de 2004 (
Figure IV- 10
etFigure IV- 11
), un dôme piézométrique semble se dessiner à ce niveau. Quant au puits de Dey Kouarey (profondeur de 8,8 m en avril 2008), il est localisé au niveau du Kori de Ouallam, où se dessine une dépression piézométrique (Figure IV- 10
etFigure IV- 11
).La
Figure IV- 32
montre une tendance à la hausse piézométrique sur la période 1961-2008.220.0 225.0 230.0 235.0 240.0 245.0
janv.-61 janv.-71 janv.-81 janv.-91 janv.-01
ni ve au pi é zom é tr iqu e (m ) 231.5 232.0 232.5 233.0 233.5 234.0 234.5 235.0 235.5
janv.-61 janv.-71 janv.-81 janv.-91 janv.-01
ni ve au pi é zom é tr iqu e (m )
Figure IV- 32 : Variation du niveau piézométrique sur la période 1960-2008 dans quelques puits de la ville de Niamey
Puits Konbo Tafa 1, Plote (1961)
Puits Konbo Tafa 2
Puits Dey Kouarey
+18 m
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IV.2.4.4. SynthèseLes résultats piézométriques obtenus montrent que :
- Les réponses de la nappe des formations superficielles sont perceptibles dès le début et pendant toute la durée de la saison des pluies. La première pluie de 129 mm est intervenue le 29 avril 2004, nos mesures ont été effectuées du 11 au 17 mai et montrent déjà une hausse piézométrique sur les puits captant la nappe à des profondeurs inférieures ou égales à 15 m. La nappe superficielle réagit vite (moins de 12 jours) à des précipitations de l'ordre de 100 mm.
- Les fluctuations piézométriques enregistrées dans le réservoir d'altérites de la rive droite sont faibles. Ces faibles fluctuations interviennent pourtant dès le début de la saison des pluies sur certains puits. Ces faibles réponses du réservoir des altérites aux précipitations sont dues à plusieurs facteurs : la présence de couches imperméables au niveau de la zone non saturée (argiles, limons) et la présence des dunes de sable qui tamponnent l'infiltration. Les facteurs qui favorisent la recharge de la nappe sont les mares et les affleurements de socle. Par contre l'influence du fleuve sur la recharge est peu marquée.
- Dans la plaine alluviale, on note que les fortes fluctuations enregistrées sur les puits des dépressions piézométriques de Saga et Zarmagandé sont le reflet des forts pompages (maraîchage et alimentation de la population).
- L’amplitude et le temps de réponse diffèrent d’un puits à un autre au niveau du plateau pour les puits captant l'aquifère du CT3. Sur la partie haute et plate du plateau, au niveau ou près des dômes et crêtes piézométriques, et à des profondeurs inférieures à 15 m, la réponse de la nappe se fait sentir dès le début de la saison des pluies en mai, alors que cette réponse n’intervient qu’au mois d’août, soit au moins trois à quatre mois après les premières pluies, aussi bien pour les puits captant la nappe à des profondeurs supérieures à 15 m que pour ceux qui sont en bordure du CT3 ou près de zones de déversement (sources). Les fluctuations enregistrées sur tous les puits sont également faibles. La différence portant sur les amplitudes piézométriques suit également la même répartition que le temps de réponse au niveau du plateau. Les amplitudes sont plus élevées au niveau des dômes et crêtes piézométriques. Ceci est probablement lié à deux types d'infiltration à ce niveau : une infiltration directe et une infiltration indirecte localisée. La topographie de la zone favorise, en effet, la formation de mares pendant la saison des pluies à ce niveau. L'infiltration indirecte localisée peut se produire via ces mares. La géomorphologie (relative planéïtude) de la zone à ce niveau favorise également un ruissellement faible et la possibilité d'une infiltration directe via la ZNS. L'étude effectuée par Massuel et al. (2006) sur une zone d'épandage sableuse suggère, en effet, qu'une infiltration profonde peut avoir lieu au niveau des zones d'épandages sableuses, en plus de celle déjà mise en évidence au niveau des mares endoréiques (Desconnets et al., 1997; Martin-Rosales et Leduc, 2003).
La mise en évidence de fluctuations sur tous les puits captant les aquifères superficiels (CT3, alluvions et altérites du socle) durant la saison des pluies montre une relation claire entre les pluies et les fluctuations piézométriques. L'identification de cette relation sous climat semi-aride nous permet donc d'utiliser les fluctuations piézométriques pour estimer la recharge de la nappe.
IV.2.5. Estimation de la recharge
Méthode d’analyse des fluctuations piézométriques (méthode WTF : water table fluctuation)
Cette méthode déduit la recharge des réponses de la nappe aux précipitations. Elle s’applique uniquement aux nappes libres peu profondes et nécessite une bonne connaissance des caractéristiques de l’aquifère et des variations piézométriques de la nappe au cours du temps. Elle est simple
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d’application et fait abstraction des processus se déroulant dans la zone non saturée, mais son utilisation requiert de poser un nombre élevé d’hypothèses (Healy et Cook, 2002). Elle n'est pas applicable aux zones sans fluctuations piézométriques ou dont les niveaux piézométriques ne réagissent pas bien aux précipitations. La méthode WTF donne des résultats erronés lorsque les fluctuations piézométriques se confondent aux effets des pompages par exemples (Sophocleous, 2001). La méthode WTF part du principe que les hausses piézométriques d’une nappe libre sont dues à la recharge R.
R = Sy (dh/dt)= Sy ( h/ t)
Sy est le coefficient d’emmagasinement (porosité efficace pour une nappe libre), h est le niveau piézométrique et t est le temps. A l’échelle saisonnière, la recharge peut s’exprimer par l’équation :
R(tj) = Sy h(tj)
R(tj) est la recharge entre le temps t0 et tj ; Sy , la porosité efficace de l’aquifère superficiel; h(tj) est la hausse piézométrique supposée en faisant la différence entre le niveau piézométrique maximal de la saison au temps tj et le niveau piézométrique le plus bas supposé, obtenu par projection du niveau le plus bas de la saison à la même date tj. L'incertitude sur les estimations provient probablement de l'estimation du coefficient d'emmagasinement (Healy et Cook, 2002).
Application à la nappe de Niamey
L'estimation de la recharge de la nappe de Niamey est faite sur la base des données piézométriques recueillies sur une année (2004-2005) et à un pas de temps mensuel sur des puits captant uniquement les aquifères superficiels (formations du CT3 et altérites). La nappe superficielle de Niamey est une nappe libre, peu profonde (profondeurs comprises entre 0,5 et 26 m). Les caractéristiques hydrodynamiques locales des aquifères superficiels, notamment la porosité efficace, ne sont pas connues. Les porosités efficaces utilisées pour nos calculs proviennent de zones proches ou de la littérature. Les fluctuations piézométriques de 22% des puits de la présente étude se confondent avec les pompages. Ils ont été écartés du jeu de données car l'influence du puisage sur le niveau statique des puits n'est pas connue.
Les écarts piézométriques entre basses et hautes eaux des puits utilisés pour évaluer la recharge ont été considérés comme étant des hausses piézométriques. En effet, du fait de la présence du fleuve Niger et du réseau en eau potable qui sont avec les eaux souterraines les sources d'alimentation en eau de la ville de Niamey, l'effet des pompages domestiques sur les niveaux piézométriques de ces puits peu ou pas pompés, est probablement minime, au vu des faibles fluctuations observées sur la plupart des puits, comparé aux fortes fluctuations piézométriques enregistrées sur les puits fortement pompés. Pour les estimations de la recharge, nous avons utilisé pour le réservoir d'altérites, les données de porosité efficace de la littérature, et pour le CT3, la porosité efficace obtenue par Vouillamoz et al. (2008) par MRS (Magnetic Resonance Sounding). Pour l'aquifère du CT3 nous avons donc utilisé la porosité efficace moyenne de 13% estimée par MRS (Vouillamoz et al., 2008). Pour les puits captant les altérites nous avons utilisé une porosité efficace comprise entre 1 et 5 % (Engalec, 1978; Filippi et al., 1990). Pour les alluvions nous avons utilisés une porosité efficace de 25% (De Marsily, 2004). La terrasse moyenne T3 est formée d'alluvions grossières (galets, graviers et sables) ainsi que des limons et des argiles, comme à Kirkissoye côté sud. Les basses terrasses, plus étendues en rive droite, sont des alluvions fines, à dominante sablo-limoneuse à limono-argileuse hydromorphe.
Pour une hausse piézométrique moyenne observée de 1,27 m en 2004-2005 et une porosité efficace comprise entre 1 et 5%, la recharge du réservoir d'altérites est estimée entre 13 mm.an-1 et 64
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mm.an-1 pour la période 2004-2005, soit un coefficient de recharge α (α = R (mm)/P (mm), R recharge annuelle de la nappe et P pluviométrie annuelle) compris entre 2 et 10% du total pluviométrique. Pour les alluvions seules, la recharge a été estimée à 200 mm.an-1 pour une hausse piézométrique moyenne de 0,8 m et une porosité de 25% soit un coefficient de recharge α de 31%.
La recharge de l'aquifère du CT3 est estimée à 150 mm.an-1 pour la période 2004-2005 pour une hausse piézométrique moyenne annuelle de 1,15 m et une porosité efficace de 13%, soit un coefficient de recharge α de 23%.
Pour les puits dont les niveaux statiques sont supposés être stabilisés dans les altérites du socle en zone de plateau, la hausse piézométrique moyenne est de 2 m et la lame d'eau infiltrée est estimée entre 20 et 100 mm.an-1, soit un coefficient de recharge α compris entre 3 et 16%.
Globalement, sur une seule année (2004) la recharge de la nappe superficielle de la ville de Niamey estimée par la méthode WTF a donné une gamme de valeurs comprises entre 13 et 200 mm.an-1, soit un coefficient de recharge α (α = R (mm)/P (mm), R recharge annuelle de la nappe et P pluviométrie annuelle) compris entre 2 à 31% de la pluviométrie annuelle (644 mm).
Sur une zone de socle subaffleurant, localisée dans un environnement tropical et rural du Bénin, Kamagaté et al (2006) ont estimé la recharge de la nappe des altérites de subsurface du bassin versant de la Donga (596 Km2) entre 50 et 250 mm/an sur deux ans (2004-2005), soit 5 à 24% de la pluviométrie annuelle. Le climat et l'occupation de l'espace (zone rurale) sont totalement différents de ceux de notre zone d'étude même si le contexte géologique des deux zones est similaire.
En utilisant la méthode WTF (Water Table Fluctuation), Favreau et al. (2009) estiment la recharge de la nappe du CT3 à l'Est de Niamey, en milieu rural à 25+/- 7 mm.an-1 en utilisant une porosité de 13% estimée par MRS (Magnetic Resonance Sounding). Cette recharge a été estimée entre 20 et 50 mm.an-1 sur la période 1992-1999 par modélisation hydrodynamique (Favreau et al., 2002) en utilisant une porosité comprise entre 10 et 25% issue de la littérature. Dans notre étude, l'estimation de la recharge a été faite en utilisant cette même porosité de 13%. La recharge estimée sur la nappe du CT3 de Niamey sur une seule année (2004-2005), et sur la base de mesures de niveaux piézométriques mensuelles par la méthode des fluctuations piézométriques (WTF), est de 150 mm.an-1.