(2004-2005)
La Figure V- 31 représente le diagramme de Piper des eaux du socle échantillonnées lors de la présente étude. Pour les 14 forages échantillonnés (n= 35 échantillons), le faciès chimique le plus représenté est le faciès bicarbonaté calcique et magnésien (66%, 11 forages). Les autres faciès représentés sont nitraté calcique (23%, 2 forages) et bicarbonaté sodique (11%, F303-Saga école). Mg2+, Ca2+, et SO42- ne sont jamais dominants.
V.1.2.2. Processus et sources et de la minéralisation V.1.2.2.1. Introduction
Pour une bonne gestion de la qualité des eaux souterraines il est primordial de connaître les processus géochimiques contrôlant leur minéralisation naturelle, et ceux qui concourent à la dégradation de la qualité chimique des eaux. Les interactions eau-roches (composition minéralogique) et les apports atmosphériques (pluies et poussières) sont les sources naturelles de la minéralisation des eaux souterraines. La composition ionique initiale peut être modifiée par le mélange d'eaux souterraines de nature différente, par l'évaporation qui concentre les éléments solubles, par les microorganismes qui consomment certains éléments. Les teneurs en éléments solubles donnent des informations sur le temps de séjour et donc les trajectoires et les vitesses de déplacement ainsi que les conditions climatiques pouvant favoriser leurs concentrations par évaporation. Les principaux processus chimiques qui contrôlent la minéralisation des eaux souterraines sont les échanges ioniques,
Mg SO 4+C l+N O3 Ca N a+K CO 3+H CO 3 Cl+NO3 SO 4 C a+M g 0 100 0 100 0 100 0 100 0 100 0 100 0 0 100 100
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la dissolution des minéraux, la concentration par évaporation et les apports d'ions issus de pollutions éventuelles.
Méthodes de traitement des données
L'analyse des données géochimiques en vue de déterminer les processus et sources de la minéralisation des eaux souterraines de Niamey est fortement basée sur les techniques statistiques (Güler et al., 2002). Il s'agit dans notre cas de l'analyse en composantes principales (ACP), de l'analyse factorielle des correspondances (AFD) et de la classification hiérarchique ascendante (CHA). Mais l'analyse statistique seule ne permet pas de mettre en évidence les processus et les sources de la minéralisation. Nous avons utilisé les rapports ioniques pour compléter notre étude. L'ACP est une des techniques statistiques de plus en plus employées, portant sur plusieurs variables, dans le but d'identifier les facteurs contrôlant la variabilité des données géochimiques. L'ACP aide à simplifier et organiser une large variété de données. Elle permet des généralisations utiles qui conduisent à des aperçus significatifs. L'avantage de l'ACP est que toutes les variables d'une série de données peuvent être interprétées simultanément, et beaucoup plus facilement que ne le permettent les méthodes classiques traditionnelles de comparaisons des variables dans les diagrammes à deux dimensions (x, y) ou à trois dimensions (x, y, z). La plupart des techniques statistiques nécessite une distribution normale des données, mais cette exigence ne porte pas sur l'ACP car cette technique est basée exclusivement sur les matrices de corrélation ou les covariances. Les données portant sur les eaux souterraines présentent rarement une distribution normale. Le but de cette ACP est d'identifier les variables qui définissent le plus la minéralisation des eaux, la manière dont les ions se regroupent et les différents groupes qui s'en dégagent. L’AFD est une méthode permettant de distinguer des groupes et de tester l’appartenance d’un individu à un groupe, en fonction des valeurs prises par plusieurs variables. Afin de distinguer des groupes choisis, l’AFD consiste à minimiser la variance intra-groupe et à maximiser la variance intergroupe. Dans notre cas, les variables explicatives des groupes sont les variables utilisées précédemment pour l’ACP.
Apports atmosphériques de surface
Avant de décrire les processus géochimiques pouvant se produire dans un aquifère, il est essentiel de connaître la contribution des précipitations atmosphériques. Au Sahel les ions issus des pluies et des poussières atmosphériques constituent généralement le signal d'entrée dans la nappe. La composition chimique originelle des pluies est acquise au dessus des océans, et les ions constitutifs sont naturellement marqués par les constituants chimiques des eaux d'évaporation des océans. Une grande partie des ions Na+, Cl-, et Mg2+ des eaux de pluies provient des aérosols marins. La concentration initiale diminue par effet de continentalité. La composition chimique ainsi acquise peut être modifiée par les poussières atmosphériques apportées par l'Harmattan et constituent la source terrigène. Elles forment une partie des ions contenus dans les pluies, surtout en début de saison, et se déposent également en surface. Les apports atmosphériques peuvent contribuer de manière significative, à la composition chimique des aquifères superficiels, surtout peu minéralisés comme l'aquifère du Continental Terminal 3 qui forme la partie supérieure de notre système aquifère au niveau du plateau de la rive gauche.
Favreau (2000) a effectué une synthèse des travaux effectués sur les précipitations atmosphériques au Sud-Ouest du Niger. Nous présentons les résultats que nous avons obtenus sur les pluies de Niamey échantillonnées en septembre 2004 lors de nos travaux de thèse à titre indicatif et ceux recueillis par Elbaz-Poulichet en juillet 2000.
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Il ressort de la compilation effectuée par Favreau (2000) que les eaux de pluie de la région se caractérisent par des pH de 5,2 à 6,6, et des teneurs ioniques entre 2,9 et 6,6 mg.L-1. Les faciès chimiques sont variables, chloruré, nitraté ou bicarbonaté calcique selon les années et l’importance relative des différentes sources. La source biogène est locale, et les éléments associés (NO3-, NH4+, K+) sont générés sur la zone d’étude par le bétail et quelques feux de brousse.
Les résultats physico-chimiques des eaux de pluies échantillonnées à Niamey ont été analysés. Il s'agit de deux échantillons recueillis en juillet 2000 et deux autres en septembre 2005. Les pH sont autour de 6,5. La conductivité est faible. En septembre 2005, elle est de l'ordre de 8 µS.cm-1 et en moyenne de 20 µS.cm-1 en juillet 2000. La minéralisation ionique est de 7,5 mg.L-1 en septembre 2005 et de 14,1 mg.L-1 en juillet 2000. Les cations suivent l'ordre de décroissance Ca2+-K+-Na+-Mg2+ pour les deux périodes. Par contre, la répartition des anions diffère. Pour les pluies de juillet 2000, on obtient NO3-> HCO3->SO42->Cl-, et pour les pluies de septembre 2005, on observe la répartition suivante : HCO3 ->SO42->NO3->Cl-. A titre comparatif, les résultats des analyses chimiques effectuées sur les pluies de Katibougou, au Mali (Picouet, 1999) présentent une répartition des ions majeurs différente. Les ions majeurs suivent la répartition suivante : Ca2+>Na+>K+>Mg2+ pour les cations, et NO3->SO42->Cl- pour les anions.
Figure V- 32 : Diagramme de Piper des pluies et du fleuve à Niamey
La Figure V- 32 montre que les pluies de juillet 2000 ont un faciès nitraté, calcique, alors que les pluies de fin de saison (septembre 2005) ont un faciès bicarbonaté calcique. HCO3- et Ca2+ sont les
Mg SO 4+C l+N O3 Ca N a+ K CO 3+H CO 3 Cl+NO3 S O 4 C a+ M g 0 100 0 1 00 0 100 0 100 0 100 0 100 0 0 100 100
pluies niamey sept 2005 pluies niamey juillet 2000 Fleuve Niger 2000-2001
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ions dominants pour ces dernières. Les rapports ioniques par rapport au Cl- sont présentés dans le tableau V-1 (annexe B).
Eaux de surface
Les échantillons du fleuve prélevés en 2000 et 2001 présentent tous un faciès bicarbonaté calcique et magnésienne (Figure V- 32). Nous présentons les quelques résultats dont nous disposons dans le tableau V-2 (annexe B).
Les conductivités sont faibles, comprises entre 51 et 77 µS.cm-1 et les pH varient entre 4,5 et 7, indiquant des eaux à tendance acide (médiane de 5,8). La minéralisation totale est faible (médiane de 44 mg.L-1), comprise entre 37 et 79 mg.L-1. HCO3- est l'ion dominant. Pour les cations, Ca2+, Na+ et Mg2+ sont presque dans les mêmes proportions, médianes respectives de 0, 16 meq.L-1, 0,14 meq.L-1, et 0,17 meq.L-1. K+ est très faible, médiane de 0,06 meq.L-1. Pour les anions, HCO3- est largement dominant (médiane de 0,48 meq.L-1), Cl-, SO42- et NO3- sont faiblement représentés et en dessous du seuil de détection dans la majorité des échantillons. Les médianes sont de 0,02 meq.L-1 pour Cl- et SO42-, et de 0,03 meq.L-1 pour NO3-.
Aucune mare n'a été échantillonnée en vue d'analyse chimique sur la zone d'étude. Sur la zone d'étude deux types de mares peuvent être identifiées en fonction de l'occupation de l'espace: les mares de la zone urbaine, généralement comblées d'ordures ménagères et celles de la zone périurbaine pouvant se rapprocher des mares rencontrées en zone rurale. Nous ne disposons pas de mesures physico-chimiques sur les mares de la zone urbaine. Par contre en zone périurbaine les mesures effectuées sur les échantillons de mares localisées sur le degré carré (Favreau, 2000) seront utilisées pour préciser l'influence probable de ces mares sur les eaux souterraines de la zone périurbaine. En juillet 2004, nous avons mesuré la conductivité et la température d'une mare dans la zone de Talladjé, mare comblée par des ordures ménagères. La conductivité électrique mesurée est de 1480 µS.cm-1 soit près de 14 fois la médiane des conductivités mesurées sur la nappe du CT3 de la ville de Niamey (107,5 µS.cm-1) et la température de 34°C apparaît peu élevée par rapport à la température des eaux souterraines de la nappe de Niamey pour la même période (32°C pour le puits P408 qui semble représentative de la température de la nappe).
Pour montrer l'influence des mares de la zone urbaine sur la minéralisation des eaux du CT3, nous présentons le puits P333 situé à 9 m d'un bas fond comblé d'ordures ménagères et où stagne une mare pendant la saison des pluies. La conductivité électrique augmente concomitamment à la piézométrie, passant de 134 µS.cm-1 en fin de saison sèche (avril) à 2800 µS.cm-1 au cœur de la saison des pluies (août), soit près de 21 fois la conductivité d'avril. Le faciès chimique des eaux du puits P333 passe du faciès nitraté/chloruré calcique en début de saison des pluies (juin 2004) au faciès nitraté/chloruré sodique en milieu de saison sèche (janvier 2005) puis au faciès bicarbonaté sodique en début de saison sèche (novembre 2005).