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ETUDE DU FONCTIONNEMENT
HYDRODYNAMIQUE ET PHYSICO-CHIMIQUE DE
L’AQUIFERE PROFOND DU PLATEAU DE MBÉ AU
POOL-NORD.
Harmel Obami Ondon
To cite this version:
Harmel Obami Ondon. ETUDE DU FONCTIONNEMENT HYDRODYNAMIQUE ET PHYSICO-CHIMIQUE DE L’AQUIFERE PROFOND DU PLATEAU DE MBÉ AU POOL-NORD.. Sciences de l’environnement. Université Marien NGOUABI, 2020. Français. �tel-03049038�
UNIVERSITE MARIEN NGOUABI ECOLE NATIONALE SUPERIEURE
POLYTECHNIQUE
Année : 2018 - 2019 N° d’ordre :.3011/UMNG.VR.DBU
THESE
pour l’obtention du diplôme de Doctorat de l’Université Marien NGOUABI
Mention : Sciences de l’Ingénieur
Parcours : Mécanique, Énergétique et Ingénierie
Spécialité /Option : Mécanique et Ingénierie
présentée et soutenue publiquement
le vendredi 07 février 2020
par
Harmel OBAMI-ONDON
Titulaire du Master en Sciences de l’Ingénieur TITRE
ETUDE DU FONCTIONNEMENT HYDRODYNAMIQUE ET PHYSICO-CHIMIQUE DE L’AQUIFERE PROFOND DU PLATEAU DE MBE AU POOL-NORD
DIRECTEUR DE THESE
Bernard MABIALA, Professeur Titulaire CAMES, Université Marien NGOUABI COMPOSITION DU JURY
Président : Bernard M’PASSI MABIALA, Professeur Titulaire CAMES, Université Marien NGOUABI Rapporteurs : Severin PISTRE, Professeur, Université Montpellier 2
Christian Armand Anicet TATHY, Maître de Conférences CAMES, Université Marien NGOUABI Examinateurs : Paul LOUZOLO – KIMBEMBE, Professeur Titulaire CAMES, Université Marien NGOUABI
Martin TCHOUMOU, Maître de Conférences CAMES, Université Marien NGOUABI Directeur de thèse : Bernard MABIALA, Professeur Titulaire CAMES, Université Marien NGOUABI
2
FICHE PRESENTATIVE DE LA THESE
- Nom et Prénom de l’auteur : OBAMI-ONDON Harmel
- Intitulé du travail : «
ETUDE DU FONCTIONNEMENT HYDRODYNAMIQUE ET PHYSICO-CHIMIQUE DE L’AQUIFERE PROFOND DU PLATEAU DE MBÉ AU POOL-NORD.»
- Directeur de thèse :
nom, prénom et grade : MABIALA Bernard, PT, CAMES.
Laboratoire Mécanique, Energétique et Ingénieurie (LMEI),
Université Marien NGOUABI.
- Lieux de réalisation des travaux (laboratoires, institution,…) :
Laboratoire Mécanique, Energétique et Ingénieurie (Université
Marien NGOUABI, laboratoire HydroSciences Montpellier (HSM) et
Université de Montpellier (UM), France.
- Période de réalisation du travail de thèse : Janvier 2015– Février 2020.
- Rapporteurs (nom, prénom, grade, institution) :
Rapporteur externe:PISTRE Severin, professeur, Université de Montpellier.
Rapporteur interne:TATHY Christain, MC, CAMES, ENS/UMNG.
- Ce travail a donné lieu aux résultats suivants (Publications et
communications) :
Publications
1. Harmel Obami-Ondon, Urbain Gampio Mbilou, Dominique Nkounkou Tomodiatounga, Médard Ngouala Mabonzo, Raymond Gentil Elenga, Bernard Mabiala. Physicochemical Characterization of Water of the Plateau of Mbe in Pool-North in Republic of Congo Brazzaville. American Journal of Environmental Protection. Vol. 7, No. 3, 2018, pp. 40-54. doi: 10.11648/j.ajep.20180703.11 ;
3
2. H. Obami-Ondon, U. Gampio Mbilou, Raymond Gentil Elenga, Médard Ngouala Mabonzo, D. Nkounkou Tomodiatounga, B. Mabiala. Impact of the Seasonal Variability of the Rains on the Hydrodynamic Operation of the Aquifer Major of the Plateau of Mbe in Pool-Nord in Republic of Congo Brazzaville. Journal of Scientific
and Engineering Research, ISSN : 2394-2630.
http://jsaer.com/download/vol-6-iss-10-2019/JSAER2019-610-173-184.pdf;
Article soumis et accepté
H. Obami-Ondon, U. Gampio Mbilou, Raymond Gentil Elenga, Médard Ngouala Mabonzo, D. Nkounkou Tomodiatounga, B. MabialaImpact of seasonal variability of precipitationon surface and groundwaters in the Mbe plateauin North Poll (Congo-Brazzaville). Journal Minería y Geología, ISSN 1993-8012.
Communication Scientifiques Orales.
H. Obami-Ondon, U. Gampio Mbilou, Médard Ngouala Mabonzo (2019). Etude de la variabilité saisonnière des précipitations sur le plateau de Mbé au pool-nord (Congo-Brazzaville): impacts sur les eaux de surface et souterraines.
Organisé par le Département de Géographie de la Faculté des Lettres et Sciences Humaines, Université de Bangui Avec l’appui du Ministère de la Recherche Scientifique et de l’Innovation Technologique (21-26 octobre 2019, Salle de Conférences du Palais de la CEMAC, Bangui, République Centrafricaine).
Qualité et usages des ressources en eau en Afrique centrale et de l’Est : impacts sur les écosystèmes et la santé.
Soumis et accepté
H. Obami-Ondon, U. Gampio Mbilou, Médard Ngouala Mabonzo (Novembre 2020). Etude de la variabilité saisonnière des précipitations sur le plateau de Mbé au pool-nord (Congo-Brazzaville). 4ème conférence des grands fleuves d’Afrique qui aura lieu à Cotonou (Bénin) en Novembre 2020.
I
Je dédie ce travail à :
la mémoire de mon grand-père NGALETEMI Gaston, alias LEBATA ;
mes enfants (mon fils OBAMI Harmel El Rey V. et ma fille OBAMI Opulence
Exa) ;
II
Remerciements
Avant d'exposer les résultats de mes travaux de recherche, je tiens à remercier toutes les personnes qui ont cru en moi en m'accordant leur confiance ainsi que les moyens nécessaires à la réalisation ce manuscrit.
Je tiens d’abord à remercier les membres de mon jury de m’avoir fait l’honneur d’évaluer mon travail. Je leur suis reconnaissant pour leur pédagogie, leurs remarques constructives, et d’avoir su passer outre les imperfections de mon manuscrit.
Je tiens à remercier, Monsieur Bernard M’PASSI MABIALA, Professeur titulaire, CAMES, FST/UMNG, Congo, pour avoir pris le temps afin de participer à l’évaluation de mes travaux de recherche en qualité du président de jury.
Je remercie sincèrement les Professeurs Séverin PISTRE de l’Université de Montpellier 2 et
Christian TATHY de l'Université Marien Ngouabi pour avoir accepté d'être les rapporteurs
de ma thèse.
Je suis très reconnaissant envers Messieurs Paul LOUZOLO KIMBEMBE et Martin
TCHOUMOU, respectueusement Professeurs titulaire et Maître de Conférences à
l’Université Marien NGOUABI, pour l’honneur qu’ils m’ont fait d’avoir accepté la tâche d’examinateur et de juger cette thèse.
Je voudrais adresser ma profonde gratitude à mon directeur de Thèse. En acceptant de diriger mon travail, Monsieur Bernard MABIALA, Professeur Titulaire, CAMES s’est exposé à des très nombreuses sollicitations et questions. J’ai pris grâce à son exigence de l’excellence, le goût de faire de la recherche mon compagnon à vie.
Je tiens à remercier à titre exceptionnel, Monsieur Urbain Gampio MBILOU, Maitre de Conférences, CAMES, pour son soutien scientifique irremplaçable et pour la confiance dont il a fait preuve en allant sur le terrain pendant toutes les campagnes de prélèvement et en me laissant la liberté nécessaire à l'accomplissement de mes travaux, tout en y gardant un œil critique et avisé.
Je voudrais aussi adresser ma profonde gratitude à Monsieur Médard NGOUALA
MABONZO, Assistant à la faculté des lettres et des arts pour son ultime temps, soutien et les
encouragements qu’il a disposé pour aller sur le terrain, malgré les difficultés financières qu’on rencontrait et de répondre à toutes mes préoccupations.
Je remercie également Monsieur Alain MALONGA, technicien au laboratoire de l’IRSN, qui a été pour moi la véritable cheville ouvrière dans la réalisation des analyses physico-chimiques menées dans cette thèse.
Je remercie vivement l’Agence Universitaire de la Francophonie (AUF) en passant par son Directeur régional le professeur Mohamed Adel BEN AMOR à Yaoundé (Cameroun), d’avoir accordé l’importance à mes travaux en me recrutant dans le collège doctoral (Mathématiques, Informatique, Biosciences et Géosciences de l’environnement) de la région Afrique Centrale et Grands Lacs. En finançant ma mobilité à Montpellier (France) pour la finalisation de ma thèse dans un laboratoire de haut niveau. Sans oublier les membres
III
du comité de pilotage, notamment aux experts de mon domaine Géosciences de
l’environnement, je cite le professeur MAKAYA M’VOUBOU, USTM, Franceville (GABON)
et autres. Vous avez toujours été là avec vos critiques, suggestions et orientations pour l’amélioration de ce manuscrit.
J’ai eu l’insigne honneur de bénéficier d’une mobilité à l’Université de Montpellier 2 (UM2) et au laboratoire HydroScience Montpellier (HSM), financée entièrement par l’AUF, dont j’ai profité des conseils et encouragements des chercheurs et les enseignants desdits établisements pour la finalisation de mes travaux et pour leur accueil chaleureux.
Ma reconnaissance va également à l’endroit de Messieurs Oscar OTOKA et Alphonse
GANTSIELE, respectivement, Coordonnateur Technique et chef de Département Eau à la
Direction Générale aux Grands travaux, de m’avoir accordé l’autorisation d’exploitation des données du projet « Eau Pour Tous ».
Les travaux de terrain n'auraient pu être réalisés sans l'aide précieuse de Monsieur Aimé
Clovis NGOYA, qui avait mis à ma disposition une voiture 4x4 tout terrain. Qu’il retrouve
ici mes sincères remerciements.
Je tiens à remercier aussi les professeurs Louis MATOS, responsable de la Chaire
UNESCO en Science de l’Ingénieur et Désiré LILONGA BOYENGA, Directeur de l’Ecole
Nationale Supérieure Polytechnique (ENSP), sans votre acceuil je n’aurais pas eu l’opportunité de suivre ce programme.
Je tiens à exprimer ma profonde gratitude et mes sincères reconnaissances aux différents acteurs ayant pris part directement ou indirectement à l’élaboration de ce mémoire. Mes pensées vont particulièrement au Professeur Gentil Raymond ELENGA, au docteur
Alfred Raoult MISSETTE et à tous les enseignants et collègues du laboratoire Mécanique,
Energétique et Ingénierie. Qu'ils trouvent en ces quelques lignes toute ma reconnaissance pour cet aide et pour leurs encouragements.
Pour finir, je n’oublierai pas de remercier ma famille qui m’a toujours soutenu dans la poursuite de mes études. Afin de réaliser ce rêve qui s’achève de la plus belle des manières en grande partie grâce à eux.
Je pense principalement à : Catherine OVOULOU, Angèle LEKOULEMAYA, Auguste
GAMVALA, Donald B. OBAMI-ONDON, Adonis Floris GAMVALA MPIO, toute la
famille OBAMI (sœurs et frères), la liste n’est pas exhaustive.
Que l’ensemble des mes frères et sœurs, collègues et amis qui ont étudié à Cuba, trouvent aussi ma profonde gratitude à travers ces lignes, je pense plus particulièrement à
Weslay ONANGA ELENGA, Crépin DIKOBAT et Yann ODONGO de ma promotion.
Que l’ensemble des mes sœurs etfrères, collègues et amis du Congo, en général, trouvent ma profonde gratitude à travers ces lignes, la liste est tellement longue et je ne citerai pas pour ne pas oublier quelques noms et les vexer.
Merci Diane Ondélé pour ta compréhension indéfectible sur ma gestion des ressources financières pendant la réalisation de ma thèse et pour ton amour constant et sans faille pendant le temps de ma mauvaise santé en 2017.
IV
El-Rey ou Mango et Opulence ou Pichè comme l’appellent affectueusement vos mamans
(Natalie et Chance), votre arrivée au monde en pleine période de ma reprise des études du
3eme cycle, a donné un coup de pouce dans la réalisation de ce manuscrit en instaurant la
confiance dans notre famille et en me donnant plus d’espoir. Je me consacrerai corps et âme à votre éducation qui me tient à cœur.
Je ne saurais finir sans avoir m’encourager de cette idée géniale qui m’est arrivée après les huit bonnes années de fin de formation d’Ingénieur à Cuba en 2007 de prendre l’inscription en thèse, avant une transition en master 2 en 2014-2015.
Merci à tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à l’aboutissement de ces travaux quelle que soit la manière.
V
RESUME
Cette étude contribue à l’amélioration de la connaissance hydrodynamique et physico-chimique de l’aquifère profond du plateau de Mbé en vue de dégager les conditions optimales de leur exploitation durable et de la gestion rationnelle de la ressource disponible.
Pour cela, un suivi piézométrique mensuelle pendant l’année hydrologique, entre septembre 2017 et août 2018 avec un réseau de quatre (04) forages, un puits pour les eaux souterraines et trois (03) rivières pour les plans d’eau, nous a permis d’établir une première carte piézométrique du plateau de Mbé. En plus, l’analyse des fiches techniques et diagraphiques du forage d’Imvouba, nous a donné la possiblité de situer l’aquifère profond dans cette unité des Plateaux batéké et l’étude nous montre aussi, que la nappe est en équilibre, drainée (sens d’écoulement) par les grandes rivières qui entaillent ce plateau, notamment : la Léfini au nord, le fleuve Congo à l’Est et au Sud et enfin, la Louna au Nord-Ouest et la Maty-Djiri au Sud-Ouest. Ce drainage assure la pérennité de ces cours d’eau pendant toute l’année hydrologique.
La caractérisation physico-chimique des eaux de la zone d’étude est réalisée à partir de cent vingt (120) échantillons d’eau prélevés entre novembre 2017 et aout 2018 en dix mois (saison des grandes pluies avec une intercalation saisonnière entre mi-janvier et fin février dite petite saison sèche, reprise des pluies entre mars et mai qui désigne la petite saison des pluies et enfin, l’arrêt des pluies qui marque la grande saison sèche). Quatre (04) forages des villages (Massa ; Dieu Le Veut ; Ingha et Ivoumba), trois (03) rivières (La Maty ; La Mary et La Gamboma) et un (01) puits (Ignié) ont été échantillonnés durant cette étude. L’étude de ces eaux s’est basée sur des paramètres mesurés in-situ (la température, les TDS, le pH, la CE, l’oxygène dissous, le fer total dissous et la salinité) et au laboratoire notamment : la dureté, Ca2+, Mg2+,
K+, Na+, Al
3+, NH4+, Cu2+, Fe2+, Pb2+, Cd2+, Mn2+, Cl-, HCO3-, SO42-, NO3-, PO43- et alcalinité. Les
éléments mesurés in situ ont fait l’objet d’un contrôle au laboratoire pour confirmer les résultats. Les résultats obtenus montrent que les valeurs des mesures des paramètres physico-chimiques des eaux analysées sont toutes conformes aux normes prescrites par l’OMS pour l’eau de boisson, sauf dans le cas de la température avérée anormale avec une moyenne de 27 °C, le Pb2+ qui presente les valeurs sur
supérieures et un pH moyen de 5,0 ce qui confirme le caractère acide des eaux dans toute cette zone d’étude. Ces résultats sont traités à partir d’une méthode hydrochimie, en utilisant les diagrammes : de Piper, de Stabler, de Schoeller Berkaloff, de Stiff, de Wilcox et des méthodes statistiques classiques avec le logiciel XLSTAT 2016. L’analyse nous a permis de mettre en évidence la prédominance de faciès chimiques global chlorurée et sulfatée calcique et magnésienne dans ces eaux du plateau de Mbé. Les ions dominants sont les chlorures pour les anions et le magnésium pour les cations.
Enfin, l’essai de la modélisation hydrodynamique de la nappe profonde fournit des données indispensables à une gestion rationnelle de cette ressource primordiale au développement durable dans cette zone. Les résultats obtenus sont encourageants et sont en conformité avec les paramètres tels que la piézométrie mesurée sur le terrain. Mais, les principales limitations du modèle sont pour le moment liées en partie à l'insuffisance des données sur les paramètres hydrodynamiques (transmissivité, perméabilité, coefficient emmagasinement etc.) couvrant l’ensemble de cette zone, des chroniques de suivi de la piézométrie, des stations météorologiques et aussi la méconnaissance de la géométrie de l’aquifère. En effet, la modélisation des écoulements requiert l’ensemble de ces données pour aboutir à un résultat plus réaliste.
Mots-clés : Plateau de Mbé, Aquifère profond, Hydrodynamique de l’aquifère, Géochimie et Modélisation
VI
ABSTRACT
This study contributes to improving hydrodynamic and physico-chemical knowledge of the deep aquifer of the Mbé Plateau with a view to identifying the optimal conditions for its sustainable exploitation and the rational management of the available resource.
To this end, monthly piezometric monitoring during the hydrological year, between September 2017 and August 2018, with a network of four (04) boreholes, one well for groundwater and three (03) rivers for water bodies, enabled us to establish an initial piezometric map of the Mbé Plateau. In addition, the analysis of the technical data sheets and logs of the Imvouba borehole gave us the possibility to locate the deep aquifer in this unit of the Batéké Plateaux and the study also shows us that the aquifer is in equilibrium, drained (direction of flow) by the large rivers that cut into this plateau, notably: the Léfini River in the north, the Congo River in the east and south and finally, the Louna River in the northwest and the Maty-Djiri River in the southwest. This drainage ensures the sustainability of these rivers throughout the hydrological year.
The physico-chemical characterization of the waters of the study area is carried out from one hundred and twenty (120) water samples taken between November 2017 and August 2018 in ten months (season of great rains with a seasonal intercalation between mid-January and the end of February called the small dry season, resumption of rains between March and May which designates the small rainy season and finally, the cessation of rains which marks the great dry season). Four (04) boreholes in the villages (Massa; Dieu Le Veut; Ingha and Ivoumba), three (03) rivers (La Maty, La Mary and La Gamboma) and one (01) well (Ignié) were sampled during this study. The study of these waters was based on parameters measured in-situ (temperature, TDS, pH, EC, dissolved oxygen, dissolved total iron and salinity) and in the laboratory in particular: hardness, Ca2+, Mg2+, K+, Na+,
Al3+, NH4+, Cu2+, Fe2+, Pb2+, Cd2+, Mn2+, Cl-, HCO3-, SO42-, NO3-, PO43- and alkalinity. The elements
measured in situ were checked in the laboratory to confirm the results. The results obtained show that the values of the measurements of the physico-chemical parameters of the waters analysed all comply with the standards prescribed by the WHO for drinking water, except for the temperature, which was found to be abnormal with a mean of 27°C and a mean pH of 5.0, confirming the acidic nature of the waters throughout the study area. These results are processed from a hydrochemical method, using the diagrams: of Piper, Stabler, Schoeller Berkaloff, Stiff, Wilcox and classical statistical methods with XLSTAT 2016 software. The analysis allowed us to highlight the predominance of global chloride and sulfate calcium and magnesium chemical facies in these waters of the Mbé plateau. The dominant ions are chlorides for the anions and magnesium for the cations.
Finally, the hydrodynamic modelling of the deep water table provides data that is essential for the rational management of this resource, which is essential for sustainable development in this area. The results obtained are encouraging and are in line with parameters such as piezometry measured in the field. However, the main limitations of the model are for the moment partly linked to the insufficiency of data on the hydrodynamic parameters (transmissivity, permeability, storage coefficient, etc.) covering the whole of this zone, chronicles of piezometry monitoring, meteorological stations and also the lack of knowledge of the geometry of the aquifer. Indeed, flow modelling requires all these data to achieve a more realistic result.
Keywords: Mbé plateau, Mbé deep aquifer, Mébé aquifer hydrodynamics, Mbé geochemistry and Mbé
VII TABLE DE MATIERE Dédicace………..i Remerciements………...………...ii Résumé………...v Summary………...vi
Liste des figures………...x
Liste des tableaux………xii
Liste des abreviations………...………...………..xiii
INTRODUCTION GENERALE……….……1
CHAPITRE 1 : CADRE DE L’ETUDE ……….………....4
1.1 Introduction……….…4
1.2 Cadre géographique………..4
1.3 Cadre géomorphologique et réseau de drainage……….6
1.4 La végétation……….………..9
1.5 Relief………...10
1.6 Cadre climatique………..11
1.6.1. Pluviométrie………...13
1.6.1.1. Evolution des précipitations moyennes mensuelles………..…14
1.6.2.1. Variations interannuelles des précipitations………..…14
1.6.2. La température………..15
1.6.2.1. Variation des températures moyennes annuelles maximales et minimales………..15
1.6.2.2.Variation des températures moyennes interannuelles maximales et minimales……….16
1.6.2.3.Variation des températures moyennes interannuelles………..…..17
1.7 L’indice d’aridité……….18
1.8 Humidité relative……….….20
1.8.1. Variations d’humidité relative (HR%) moyennes mensuelles maximales et minimales………..20
1.9. Evaporation sous l’abri……….….21
1.10. Insolation……….22
1.11. Le vent………..23
1.11.1 Variation de vitesse moyenne mensuelle du vent………..23
1.11.2 Variation de vitesse moyenne interannuelle du vent………23
1.12. Les sols………24
1.13. Cadre hydrographique et hydrologique………26
1.14. Cadre géologique………..27
1.14.1. Généralités……….27
1.14.2. Lithostratigraphie………..29
A- La série du Stanley-Pool (SP)……….………….29
B- La série des plateaux batékés (Ba)……….…..29
- Les grès polymorphes (Ba1 de l’Eocène)………30
- Les sables ocres (Ba2 du Néogène)………..……31
1.14.3. Cadre géodynamique………..……31
1.15 Conclusion……….….33
CHAPITRE 2 : HYDRODYNAMIQUE ET PIEZOMETRIQUE……….……34
2.1 Introduction……….…….………….…...34
2.2 Hydrogéologie de la zone d’étude……….…34
VIII
- Alimentation de la nappe……….…..37
2.2.2. Les petites nappes perchées………38
2.2.3. Les mares……….………..………..…..39
- Les terrains connus comme perméables……….…40
2.3. La piézométrie et plans d’eau………..41
2.3.1. Précision des mesures piézométriques et des courbes isopièzes……….…41
2.3.2. Piézométrie générale……….………..41
2.3.3. Suivis piézométriques ………...42
2.3.4. Réseau de mesure………..……42
2.3.5. Analyse des résultats piézométriques………...…….46
2.3.6. Comparaison avec le puits d’Ignié (ouvrage peu profond)………...………48
2.3.7. Observations limnimétrique de septembre 2017 à Août 2018………..……50
2.3.8. Variation du plan d’eau dans les rivières……….…51
2.3.9. Les cartes piézométriques……….53
2.3.10. Apports du suivi de la piézométrie au cours du temps………..56
2.4. Paramètres hydrodynamique……….56
- Le forage de Tchoumou………..….56
La perméabilité………..57
La transmissivité………57
2.5. Analyse des résultats de quelques forages réalisés par la Croix rouge………..….58
2.5.1. Coupe lithologique et techniques des forages du village Ingha et Imvouba……….58
2.6. Conclusion………..……….62
CHAPITRE 3 : ETUDE PHYSICO-CHIMIQUE DES EAUX ……….63
3.1 Introduction………...63
3.2. Réseau de prélèvement………...63
3.3. Protocole d’échantillonnage……….63
3.4. Résultats des mesures……….…69
3.4.1. Résultats des mesures au laboratoire……….….….70
3.4.2. Résultats des mesuresdu terrain (in-situ)……….……….…..74
3.5. Discussions des résultats………...74
3.5.1. Discussions des résultats du terrain (in-situ)………..74
3.5.2. Discussions des résultats du laboratoire ……….74
3.5.2.1. La température (T°)………..……..75
3.5.2.2. La conductivité électrique (CE)……….……...75
3.5.2.3. Le pH……….…...76
3.5.2.3. Les sulfates (SO4-)……….77
3.5.2.4. Les bicarbonates (HCO3-)……….…..77
3.5.2.5. Le calcium (Ca2+) ………..…..78
3.5.2.6. Les chlorures (Cl-)………..…..78
3.5.2.7. Le magnésium (Mg2+)……….……….79
3.5.2.8. Le sodium (Na+)………..………..79
3.5.2.9. Le potassium (K+)……….………79
3.5.2.10. Les nitrates (NO3-)……….………..…..79
3.5.2.11. Alcalinité (HCO3)………...80
3.5.2.12. Elément mineur naturel Phosphates (PO43-)………..80
3.5.2.13. Quelques métaux lourds étudiés (Fe, Cu, Mn, Cd, Al et Pb)………..………...81
IX
A. Diagramme de Piper………..…..81
B. Diagramme de Schoeller-Berkaloff……….……..83
C. Diagramme de Stabler et Stiff………..……..85
3.7. Qualité des eaux de la nappe………..………..86
Diagramme de Wilcox………..87
3.8. Analyse en Composantes Principales (ACP)……….87
3.9. Matrice de corrélation………89
3.10. Classification hiérarchique ascendante (HCA)………...……91
3.11 Conclusion………92
CHAPITRE 4 : ESSAI DE MODELISATION NUMERIQUE DES ECOULEMENTS…..93
4.1 Introduction……….…….………….…...93
4.2. Intérêt d’une modélisation numérique……….……93
4.3. Objectif de cette modélisation……….…..94
4.4. Elaboration du modèle conceptuel………..….95
4.4.1. Géométrie du modèle ………..….95
4.4.2. Conditions aux limites………..……96
4.4.3. Paramètres hydrodynamiques………98 4.4.4 Recharge et prélèvement……….……..98 4.4.4.1. Recharge……….98 4.4.4.2. Prélèvement ……….…….99 4.5. Modèle numérique..………...………....99 4.5.1. Logiciel utilisé………..….99 4.5.2. Discrétisation spatiale………..….100 4.5.3. Simulation numérique ………..….101 4.5.3.1. Simulation initiale ………...…101 4.5.3.2. Calage ………102 4.5.3.3. Validation ………..102 4.5.3.4. Tests de sensibilité ………...102
4.5.4. Résultats des simulations……….103
4.6. Bilan de masse en régime permanant………104
4.7. Les limite du modèle……….105
4.8. Conclusion………..106
5. CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES...107
6. BIBLIOGRAPHIE………....110
X
LISTE DES FIGURES
Figure 1.1 : Situation du département du Pool……….….……….4
Figure 1.2 : Les quatre unités constituantes les plateaux batéké (d’après Philippe SIMON, 2018 modifié)………..……5
Figure 1.3 : Carte de localisation de la zone d’étude………6
Figure 1.4 : La végétation de la zone d’étude………..……..…….…9
Figure 1.5 : Pluviométrie moyenne annuelle (d’après P. Souchere, 1974)……….……12
Figure 1.6 : Evolution des précipitations moyennes mensuelles sur les stations de Brazzaville et Djambala pour la période (1987-2016)………..…14
Figure 1.7: Evolution des précipitations moyennes interannuelles sur les stations de Brazzaville et Djambala pour la période (1987-2016)………15
Figure 1.8 : Evolution de la température moyenne annuelle minimale et maximale de la station de Brazzaville et Djambala pour la période (1987/2016)...16
Figure 1.9: Evolution de la température moyenne interannuelle mini et maxi de la station de Brazzaville et Djambala pour la période (1987-2016)………17
Figure 1.10: Evolution de la température moyenne interannuelle sur la station de Brazzaville et Djambala pour la période (1987-2016)……….…….18
Figure 1.11 : Variations d’humidité relative (HR%) moyennes mensuelles minimales et maximales sur les stations de Brazzaville et Djambala entre 1987 et 2016………...….…20
Figure 1.12: Variations de l’évaporation moyennes mensuelles et interannuelles sur la station de Brazzaville entre 1987 et 2016………....…21
Figure 1.13: Variations de l’insolation moyenne mensuelle et interannuelle sur la station de Brazzaville entre 1987 et 2016……….…….22
Figure 1.14: Variations de vitesse moyenne mensuelle sur la station de Brazzaville et Djambala entre 1987 et 2016………..……..……23
Figure 1.15: Variations de vitesse moyenne interannuelle sur la station de Brazzaville et Djambala entre 1987 et 2016………..…..…24
Figure 1.16 : Carte pédologique de la zone d’étude………25
Figure 1.17 : L’hydrographie du plateau de Mbé……….…………27
Figure 1.18 : Carte géologique de la zone d’étude……….……….28
Figure 2.1 : Coupe géologique de synthèse de la zone d’étude (d’après N. Moukolo 1987)………..……38
XI
Figure 2.2 : -A coupe géologique de synthèse de Brazzaville et B- Interprétation
hydrogéologique (d’après N. MOUKOLO, 1987)……….…...…..……..…42
Figure 2.3 : Carte de localisations des points de mesure………46
Figure 2.4 : Matériels utilisés……….………..48
Figure 2.5 : A-Variations moyennes mensuelles des précipitations (mm) et B-piézométriques (m) de la nappe de Sept. 2017 à Août 2018………...…50
Figure 2. 6 : La différence du niveau d’eau dans le puits entre les deux grandes saisons………...…52
Figure 2. 7 : A-variations moyennes mensuelles des pluies (sept.17-Août 18). B-Niveau d’eau dans le puits (Sept 2017 à Août 2018)………..……….…...52
Figure 2.8 : A-variations moyennes mensuelles des pluies (sept.17-Août 18). B-Plan d’eau dans les rivières (Sept 2017 à Août 2018)………..…….…….55
Figure 2.9 : Carte piézométrique de la zone d’étude avec les données du projet eau pour tous : A - données initiales. B – carte sans village Odziba………..………….……..56
Figure 2.10 : Courbes de niveau traduisant la topographie du toit : A-carte piézométrique avec les altitudes et profile transversal. B-carte piézométrique superposée sur l’image de Google Earth Pro………..57
Figure 2.11: Coupe lithologique et technique du forage d’Imvouba………..…..61
Figure 2.12 : Coupe lithologique et technique du forage D’Imvouba……….…….63
Figure 3.1: Localisation des points de prélèvement………...……..67
Figure 3.2 : Images des appareils utilisés………...70
Figure 3.3 : Variation moyenne annuelle de la température, le pH, la conductivité électrique et le TDS des eaux de la zone d’étude au cours de l’année 2017-2018………...……….………..………….78
Figure 3.4 : Faciès chimique des eaux de la zone d’étude……….…….84
Figure 3.5 : Diagramme de SchöellerBerkaloff de la saison des pluies (d’après H. Obami ondon et al., 2018)………...85
Figure 3.6: Diagramme de SchöellerBerkaloff de la saison sèche……….……..86
Figure 3.7 : Diagramme de Stabler en saison des pluies et sèche………..…..87
Figure 3.8 : Diagramme de Stiff en saison des pluies et sèche……….….88
Figure 3.9 : Diagramme de Wilcox en saison des pluies et sèche……….…89
XII
Figure 3.11 : Projection des variables sur le plan factoriel………...90
Figure 3.12 : Dendrogramme pour la classification des points d’eau……….…93
Figure 4.1: Délimitation du domaine à modéliser………...99
Figure 4.2: Surface topographique en utilisant la méthode numérique du terrain (MNT)………..…....100
Figure 4.3: Profil topographique de la zone d’étude………....101
Figure 4.5: Zones de recharge……….…..102
Figure 4.5: Domaine discrétisé………...104
Figure 4.6: Les lignes de flux……….….107
LISTE DES TABLEAUX Tableau. I : Les coordonnées des stations synoptiques………...……13
Tableau II : Classement en fonction de l’indice d’aridité de DE MARTONNE………..…...…19
Tableau III : Indice d’aridité de DE MARTONNE sur les stations synoptiques de Djambala et de Brazzaville………..….19
Tableau IV : Références géographiques des ouvrages retenus……….…….…44
Tableau V : Variation piézométrique mensuelles 2017-2018 (précipitation en mm)……….……49
Tableau VI : Variation piézométrique mensuelles du puits entre 2017-2018………...…..51
Tableau VII : Variation Mensuelles du niveau (cm) d’eau entre 2017-2018……...54
Tableau VIII : Références géographiques des ouvrages retenus……..……….…...65
Tableau IX : Résultats des paramètres physique mesurés in situ………....…..71
Tableau X: Résultats physico-chimiques du laboratoire………....……73
Tableau XI : Matrice de corrélation des éléments chimiques sous ACP……….……92
Tableau XII : Classification des paramètres par classe………..……94
Tableau XIII Bilan de masse des eaux souterraines de l’aquifère profonde en fonction de l’approche de modélisation……….…108
XIII
LISTE DES ABREVIATIONS
AUF : Agence Universitaire de la Francophonie ; HSM : HydroScience Montpellier (Laboratoire) ; UM2 : Université de Montpellier 2 (France) ;
BRGM: Bureau de Recherches Géologiques et Minières ; ETP : Evapotranspiration Potentielle ;
ETRm : Evapotranspiration Réelle maximale ; ACP: Analyse en Composante Principale ;
IRD: Institut de Recherche pour le Développement ; % : pourcentage ; Km : kilomètre ; Km2: kilomètre carré ; m : mètre ; m3: mètre cube ; mm : millimètre ;
MNT: Modèle Numérique du Terrain ;
α(h) : Fonction de réponse au stress hydrique (sans unité) ; ∂H/ ∂z : Gradient de charge hydraulique (sans unité) ; ANAC : Agence Nationale de l’Aviation Civile ;
BI : Balance Ionique ;
Ca2+ : ion calcium ;
C.E : Conductivité Electrique (µS/cm) ;
Cl− : Ion chlorure ;
E N S P : Ecole Nationale Supérieure Polytechnique ; ETP: Evapotranspiration potentielle;
FAO: Food and Agriculture Organization; H : Charge hydraulique ;
K : conductivité hydraulique (m. s−1) ;
IRSEN : Institut de Recherche en Sciences Exactes et Naturelles ;
XIV
Ks : Conductivité hydraulique à saturation ;
Mg2+ : Ion Magnésium ;
Na+ : Ion sodium ;
NO3− : Ion nitrate ;
OMS : Organisation mondiale de la santé ;
ORSTOM : Office de la recherche scientifique et technique outre-mer ; P: Precipitation (mm);
pH: potentiel hydrogène;
PMWIN: Processing Modflow for Windows; MNT: Méthode Numérique de Terrain;
Q : Débit (Flux d'eau qui traverse une section donnée en une unité de temps donnée (m3.
s−1) ;
R : Ruissellement (mm) ; RU : Reserve utile (mm) ;
SIG : système d’information géographique ; SIH : système d’information hydrogéologique ;
SO42− : Ion sulfate ;
T : Transmissivité (m2. s−1) ;
TAC : Titre alcalimétrique Complet ; TDS : Solides Totaux Dissouts ; TH : Titre hydrolimetrique ;
1
Introduction générale
L’eau constitue un élément indispensable pour la vie des hommes, des animaux et des plantes. Avoir de l’eau à disposition en quantité et en qualité suffisantes contribue au maintien de la santé (Kahoul et all, 2013). L’évolution démographique et de la consommation d’eau (réelle ou virtuelle) par individu font que, les besoins en eau de la population mondiale se font de plus en plus croissantsalors que les ressources sont souvent de plus en plus rares en raison de changements globaux. L’accès généralisé à l’eau potable, l’irrigation, l’expansion urbaine, le développement industriel et le tourisme sont autant de facteurs qui font augmenter ces pressions (Association internationale des Hydrogéologues, 2014). Cependant, la problématique de l’eau est indissociable du développement durable dans la mesure où l’eau doit permettre de répondre aux besoins des générations actuelles sans hypothéquer, la capacité des générations futures à satisfaire les leurs (PNUD, 2009). Pour cela, la consommation d’une eau potable, facteur déterminant dans la prévention des maladies liées à l’eau, doit bénéficier d’une attention particulière. En effet, l’eau destinée à la consommation humaine ne doit contenir ni substances chimiques dangereuses, ni germes nocifs pour la santé (Coulibaly, 2005). Toutefois, l’eau reste le premier vecteur de pathologies et de mortalité infantile notamment sur le continent africain (Coulibaly, 2005).
Au Congo-Brazzaville, dans le plateau de Mbé (Fig. 1.3) qui est l’une des 4 unités constituants les plateaux Batéké (plateau koukouya, plateau de Djambala, plateau de Nsa et plateau de Mbé), l’eau est le facteur limitant majeur, d’une part, pour l’agriculture, l’élevage, le développement industriel, etc., et d’autre part pour l’alimentation des populations qui quittent les quartiers de Brazzaville-Nord à cause des érosions, de l’ensablement et des inondations pour s’y installer (Obami Ondon et al., 2018). Sur le Plateau de Mbé, en raison d’un environnement semi-aride lié aux conditions des formations géologiques perméables (fig.1.18), le problème de l’eau se pose en termes de développement. La rareté des eaux de surface et la non pérennité de cette ressource en surface due aux conditions géologiques ont favorisé l’utilisation de la nappe profonde comme palliatif pour satisfaire les besoins en eau de cette population (Obami Ondon et al., 2018). Des études de Le Marechal, (1966) et Moukolo, (1992) ont mis en évidence que le plateau de Mbé dispose d’un potentiel aquifère important. Ce réservoir d’eau est répandu dans pratiquement tous les Plateaux batéke. Le système hydrogéologique de la zone d’étude est constitué de plusieurs nappes perchées peu productives, des marécages et de la nappe profonde qui fait l’objet de cette étude.
La question de l’eau sur les plateaux Batéké a été posée depuis longtemps étant donné le manque de points d’eau en surface, la mauvaise qualité des eaux qu’on y trouve et dans bien
2
des cas leur assèchement en saison sèche (Le Marechal, 1966). Plusieurs rapports font le point de la situation : on peut citer Sautter, (1952 ; 1953) ; Hudeley, (1952) ; Mermollod, (1961) ; Archambault, (1960) ; Palausi, (1960) et les rapports de quelques projets. Cet aquifère est très mal connu du point de vue hydrodynamique, physico-chimique et hydrogéologique ; les rares études (Le Marechal, 1966 ; Moukolo, 1992, 2000 ; Sautter, 1952, 1953 ; Mermollod, 1961 ; Archambault, 1960 etc.) le concernant sont restées au stade prospectif.Compte tenu des enjeux pour le développement des populations installées sur ce plateau, il est nécessaire d’étudier cette zone afin d’évaluer son potentiel hydrogéologique.
Le choix de cette zone d’étude s’appuie sur les motivations suivantes :
- les études existantes sur cette région, ne sont que des observations faites depuis des années 60 avec des anciennes technologies certainement ;
- les études précédentes, n’ont pas pu proposer une carte piézométrique de la zone par manque d’ouvrages de mesure. Ainsi, aucun suivi piézométrique sur cette zone d’étude n’est disponible;
- il n’existe pas d’études physico-chimiques des eaux détaillées de la nappe profonde du plateau de Mbé.
Cette étude se propose donc d'apporter une amélioration à la connaissance de tels problèmes. Son objectif général est de contribuer à l’améliorationde la connaissance hydrodynamique et physico-chimique de l’aquifère profond du plateau de Mbé en vue de dégager les conditions optimales de son exploitation durable et de la gestion rationnelle de la ressource disponible. Cet objectif vise à épargner le pays des conséquences déplorables, voire catastrophiques d'une pollution massive des ressources en eaux souterraines.
Quatre objectifsspécifiques sont visés à savoir: - étudier le comportement de l’aquifère;
- proposer la carte piézométrique de la nappe, etc ;
- analyser les paramètres physico-chimiques de la nappe profonde; - modéliser l’écoulement des eaux souterraines.
La méthodologique adoptée repose, prioritairement, sur la collecte, le dépouillement et l'analyse des nombreuses données accumulées lors de la mise en œuvre du projethydraulique villageois « Eau Pour Tous »concernant la lithologie, l'hydrodynamique et l'hydrochimique de cet aquifère. Les données existantes ont été, ensuite, complétées par les travaux complémentaires de terrain et de laboratoire notammentpour déterminer les paramètres physico-chimiques et la piézométrie.
3
Le traitement de toutes ces données, fait avec des logiciels appropriés (Diagrammes, PMWIN-Modflow, Excel, Arc-Gis, MapInfo, XLSTAT,etc.), a abouti aux résultats et interprétations présentés dans quatre (04) chapitres:
Le chapitre 1 présente la zone d’étude notamment la localisation géographique, l’hydrographie, le cadre climatique, le couvert végétal, la nature du sol et le cadre géologique; Le chapitre 2 résume les travaux antérieurs dans une première partie sur l’hydrologie et l'hydrogéologie et porte sur l’analyse du comportement hydrodynamique de la zone d’étude. Dans la deuxième partie, l’hydrogéologie du plateau de Mbé sera préciséegrâce aux données recueillies lors des mesures mensuelles des niveaux statiques des eaux. Alors, sur cette base, nous allons tracer de cartepiézométrique et indiquer les axes d’écoulement de l’aquifère profond. En plus, la détermination de son hydrodynamisme permettra de mieux cerner les comportements de l’aquifère en fonction des précipitations et du flux des eaux infiltrées. Nous prendrons en ligne de compte, la relation entre écoulements superficiels et souterrains, sans oublier l’influence de la géométrie de l’aquifère mise en évidence sur l’hydrodynamisme des eaux, afin de concevoir, sur une zone bien délimitée un modèle de fonctionnement permettant d’expliquer au mieux les variations locales du comportement hydrodynamique de l’aquifère. La validation du modèle sera réalisée dans le chapitre 4. Ceci permettrait la gestion durable et rationnelle des ressources ;
Dans le chapitre 3, sont exposés la méthodologie utilisée pour l'exécution des travaux sur le terrain et au laboratoire, et les principes des programmes informatiques quiserviront au traitement des données. L’étude physico-chimique permettra d’affiner la connaissance sur la géométrie de l’aquifère et le fonctionnement de celui-ci, afin d’apprécier d’éventuelles pollutions sur les eaux du plateau de Mbé ;
Enfin, le chapitres 4 rapporte et analyse les résultats numériques de l'étude du fonctionnement hydrodynamique del’aquifère du plateau de Mbé.Cettenouvelle méthodologie qui permet d’interpréter autrement l’hydrodynamisme de l’aquifère, est utilisée pour la première fois dans notre zone d’étude.
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CHAPITRE 1 : CADRE DE l’ETUDE
1.1 Introduction
Ce chapitre présente la zone d’étude notamment la localisation géographique, l’hydrographie, le cadre climatique, le couvert végétal, la nature des sols et le cadre géologique. Ces éléments vont contribuer à situer l’aquifère dans le contexte général dans le plateau de Mbé (les districts d’Ignié et Ngabé) au Pool-Nord et à identifier les éléments utiles à la compréhension des problématiques abordées au cours de ce travail.
1.2 Cadre géographique
Le département du Pool est situé dans la partie méridionale de la République du Congo (Fig.1.1). Il se limite au Nord par la rivière Léfini ; à l’Est par le fleuve Congo ; au Sud par le fleuve Congo et par la République Démocratique du Congo (RDC) à travers les lignes de crête des plateaux des cataractes. Au Nord-Ouest, il est limité par la rivière Bouenza (Lali) ; à l’Ouest par la Ndouo (Niari).
Administrativement, le département est limité au Nord par les Plateaux ; à l’Est et au Sud par la République Démocratique du Congo (RDC) ; au Nord-Ouest par le département de la Lékoumou et à l’Ouest par le département de la Bouenza, tel que le montre la Figure 1.1.
Figure 1.1 : Situation du département du Pool.
Du point de vue limite administrative, le département du Pool est subdivisé en 13 districts : le district de Ngabé, le district d’Igné, le district de Goma Tsétsé, le district de Mbandza-Ndounga, le district de Kinkala (chef-lieu), le district de Mayama, le district de Mindouli,
5
ledistrict de Kindamba, le district de Vinza, le district de Kimba, le district de Louingui, le district de Boko et le district de Loumo.
La zone d’étude, qui n’est autre que le plateau de Mbé est couvert par les districts Ignié et Ngabé (Fig. 1.3) et s’inscrit dans un cadre géographique plus large. Il fait partie d’un ensemble de plateaux qui se ressemblent énormément (Fig. 1.2) : le paysage naturel est le même à quelques nuances près ; les habitants sont tous des Batéké authentiques (Sautter, 1960). Ce sont les plateaux « batéké » (Fig. 1.2). Or le plateau de Djambala et celui de Nsa sont presque aussi dépourvus d’habitants que celui de Mbé. Cette triple correspondance semble mener à une explication simple du déficit de peuplement, trait commun aux trois plateaux. On songe immédiatement à incriminer, ou bien le milieu exploité par les Batéké, ou bien les techniques qu’ils utilisent. Le premier pourrait ne pas se prêter à une exploitation agricole suffisamment productive pour une population nombreuse. On peut soupçonner aussi bien les Batéké d’exploiter leurs plateaux de façon tellement inefficace qu’il en résulterait un grand gaspillage de surface. Mais il existe un quatrième plateau, le plateau Koukouya. Tout à fait semblable aux autres, ses dimensions réduites ne l’empêchent pas de porter une population de plus de 10.000 habitants soit une densité de 20 hab/km2 environ, une des plus fortes du Congo. Ce fait aberrant montre que les choses sont plus complexes qu’il paraissait à première vue (Sautter, 1960).
Figure 1.2 : Les quatre unités constituantes les plateaux batéké (d’après SIMON, 2018 modifiée).
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Figure 1.3 : Carte de localisation de la zone d’étude. 1.3 Cadre géomorphologique et réseau de drainage
Le modèle des plateaux batéké correspond à une surface structurale disséquée en 4 unités, par l'érosion linéaire donnant naissance à des vallées profondément encaissées (La Souchere, 1974).
Selon Le Marechal (1966) et Dadet (1969), les sables ocres seraient des produits d'érosion des grès batéké de bordure, déposés dans une zone laguno-lacustre. Des mouvements épirogéniques successifs, en basculant vers l'Est et le Sud de vastes compartiments, ont donné au bassin congolais sa structure en cuvette. Le pendage structural a imposé aux cours inférieurs des rivières une direction radiale orientée vers le centre de la cuvette. D’autres mouvements, d'origine combienne, auraient influencé l'orientation parallèle de leurs cours moyens et supérieurs suivant la direction SO – NE (Dadet, 1969).
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Les alignements de cours d'eau des plateaux batéké et les coudes brusques de changement directionnel suggèrent que de nombreux phénomènes de capture ont pu se produire suivant les plans de fracture et de diaclases.
A la surface des plateaux, les pentes topographiques Est-Ouest sont les suivantes (La Souchere, 1974) :
Plateau de Koukouya : 2,14 % Plateau de Djambala : 2,42 % Plateau de Nsa : 1,42 %
Plateau de Mbé (du Nord au Sud) : au parallèle de Mbé : 1,55 % au parallèle d'Imbama : 1,71 % au parallèle d'Odziba : 1,59 % au parallèle de Boulankio : 2 % pente SO -NE : 1,26 %
Avec l'abaissement progressif de la surface des plateaux, on note parallèlement les variations remarquables suivantes (La Souchere, 1974) :
1°) de l'Ouest à l'Est et du Nord-Ouest au Sud-Est:
a) une diminution de la pluviométrie (2000 mm à Djambala, 1500 mm au Sud et à l'Ouest du plateau de Mbé)
b) une diminution de la teneur en matière organique (7 % à Koukouya-Djambala, 3 % à Mbé-Odziba)
c) une diminution de la teneur en argile (2,5 à 35 % à Koukouya-Djambala, 10 à 20 % à Mbé-Odziba).
2°) sur le plateau de Mbé (Fig. 1.3), du Nord-Est au Sud-Ouest :
a) une diminution de l'épaisseur des sables ocres (de 90 m au SO à 20 m NE)
b) une diminution de la perméabilité du matériau originel due à des variations texturales et à la présence des niveaux imperméables proches de la surface (en particulier les niveaux de silification dans les dépressions hydromorphes au NO).
A la surface de la zone d’étude (Fig. 1.3), relativement plane et monotone, s’établit un méso-relief onduleux. Il s'agit du réseau de vallées sèches, de cuvettes humides ou sèches, des étendues légèrement déprimées et de 3 rivières permanentes (la Mary, la Maty et la Gamboma). Les cours de celles-ci ont profondément entaillé les sables ocres jusqu'aux grès polymorphes.
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La répartition géographique de ces accidents du relief est très caractéristique. Dans la zone la plus élevée, sur les bordures Ouest, Sud-Ouest et Sud du plateau s’installent :
a) un réseau de vallées sèches, denses et bien hiérarchisées ; b) une concentration importante de cuvettes humides ou sèches ; c) des étendues légèrement déprimées dénommées "Loussékés".
Ces deux (02) dernières formations sont liées à la fois au réseau de vallées sèches et à la proximité des falaises. Des études de La Souchere(1974), ont conclu que des dépressions ou cuvettes sont inexistantes à l’intérieur du plateau.
Les observations de La Souchere(1974), sur le plateau de Mbé, ont permis de préciser les points suivants :
la plus grande cuvette humide de la région (400 à 500 ha), supportant une forêt marécageuse dense, se situe à l'emplacement du lieu-dit "Bois de Bilankio", un bosquet anthropique. Sa position se situe à peu près au centre d’un éperon limité à 6 km au Nord par la bordure du plateau, et de 4 à 6 km au Sud, par la vallée de la Niamakoulou. Cette cuvette est un haut bassin de réception coiffant la tête d'une vallée sèche orientée vers l’Est, tributaire de la Niamakoulou, orientée vers 1’Ouest. Celle-ci communique à la fois, vers l’Ouest, par un cours permanent avec la Louna située sous les falaises et, vers 1’Est, par une vallée sèche avec la Mary à la hauteur du village d’Imbama. L'altitude au niveau de la source de la Niamakoulou est de 540 m, alors que celle du fond de la vallée sèche à Imbama, à 27 km au NO-O, est de 570 m. Les bords du plateau, de part et d'autre, se situe à la cote 600 m. Ces observations mettent en évidence la capture d’un haut bassin de la Mary par la Niamakoulou ;
à l’intérieur du plateau et jusqu'à ses bordures orientales dominant le fleuve Congo, on rencontre fréquemment des cuvettes sèches dont la taille varie de quelques mètres à plusieurs centaines de mètres. Des cuvettes humides n’ont pas été observées dans ce secteur.
Les cuvettes et les Loussékés ; selon Bocquier(1959) et de Boissézon(1963); ont respectivement pour origine :
un effondrement dû à un entrainement mécanique facilité par la proximité d’un niveau de base situé à 300 m en contrebas,
un abaissement dû à une forte augmentation 1ocale de drainage dans la zone formant les hauts bassins de réception d’un ancien réseau hydrographique.
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D’après les géomorphologues Khobzi(1961); Mainguet(1972); Tricart(1965a, 1965b); on admet que ces cuvettes ou ‘’dolines pseudo-karstiques’’ résultent d’un mécanisme de suffosion (La Souchere, 1974). Ce terme désigne un phénomène d’érosion souterraine par sous-écoulement et/ou par soutirage. Dans ce processus, les eaux, en circulant à travers une masse meuble et poreuse, se concentrent et creusent un réseau de conduits d’infiltration. Des colonnettes tubulaires ferrugineuses percées d’un canal central, observées à la base des sables ocres, correspondent bien à des conduits de suffosion. L’action du soutirage est grandement favorisée par la présence à proximité de ravins profondément encaissés. Par ailleurs, le sous-écoulement favorise le développement des vallons et chenaux à sec.
1.4 Végétation
A l’exception de la forêt primaire de Bangou dans le district de Kindamba, la végétation du département du Pool est essentiellement constituée de savanes tantôt herbeuses, tantôt boisées. On note des forêts galerie le long des cours d’eau et dans la plupart des fonds des vallées.
Figure 1.4 : Végétation de la zone d’étude (d’après Orstom, 1969)
La végétation du plateau de Mbé (Fig. 1.4) est aussi caractéristique que son relief. Le relief du plateau de Mbé ne facilite pas le ruissèlement des eaux en surface à cause des sables. C’est
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une savane d’herbes et d’arbustes où se rencontrent tous les degrés entre la savane nue, méritant le nom de pseudo « steppe », et la savane densément arbustive (Trochain, 1951). Mais les arbustes, si nombreux soient-ils, appartiennent à quelques espèces seulement, toutes d’une grande banalité et à fort pouvoir de dissémination. Ceci paraît indiquer que la savane est d’origine récente (Aubreville, 1948). De petits bois sont éparpillés à travers le plateau. On en voit presque toujours plusieurs à l’horizon. Ils ont en général quelques centaines de mètres de diamètre. Toute une série d’arbres appartenant à des espèces de grande forêt ont été trouvés dans ces bosquets : nouvel indice que la forêt aurait couvert autrefois tout le plateau. Légèrement différente dans sa composition floristique, la savane se retrouve sur les sables des pentes extérieures. Mais, montant du fond des vallées, de grands pans de forêt lui disputent la place. Ils élèvent parfois un seul jet au rebord du plateau. Les versants qui dominent le Congo sont encore en grande partie boisés (Sautter, 1960).
Les études de La SouchereP., 1974 montrent que, sur le plateau de Mbé (Fig. 1.4), on rencontre six principales formations végétales subdivisées, dans les détails, par quelques faciès :
1. la forêt galerie ;
2. les bosquets anthropiques ;
3. la savane à tapis graminéen dense à moyennement dense à dominance de Hyparrhenia diplandra :
a. faciès arbustif à Hymenocardia acida ;
b. faciès buissonneux composé de jeunes plantes d'arbustes ; c. faciès herbacé ;
4. la savane à tapis graminéen moyennement à faiblement dense d'aspect steppique à Trachypogon tollonii ;
5. la savane steppique à Loudetia demeusii ;
6. la prairie à Loudetia simplex dénommée localement les ‘’Loussékés’’.
1.5 Relief
Le relief du département du Pool, à l’instar de celui du sud et du Sud-Ouest de la République du Congo, est constitué des zones de collines et de plateaux.
Le relief du Plateau de Mbé est basé sur une structure géologique identique.La même végétation (Fig. 1.3 et Fig. 1.4) se retrouve au Nord de la Léfini, dans une série d’autres plateaux qui sont la réplique du plateau de Mbé (Fig. 1.2): celui de Nsa et celui de Djambala, qui sont séparés par la « faille » Otsouankyé, plus à l’Ouest, serré entre les cours parallèles
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de la Mpama et de la Lékéty. Le plateau Koukouya tout petit mais le plus élevé de tous (780-830 m) ; enfin, s’avançant très loin vers le Nord, le long de la frontière du Gabon.Une longue échine de hautes terres onduleuses, à cheval sur les bassins de l’Ogooué, de la Haute-Alima et de la Likouala-Mossaka. Cette dernière région est la seule qui présente des caractères physiques un peu différents (Sautter, 1960).
1.6 Cadre climatique
Le climat local appartient au secteur congolais méridional du domaine subéquatorial guinéen, intermédiaire entre le domaine guinéen-forestier et le domaine soudano-guinéen (La SouchereP., 1974). Il se caractérise par :
des températures relativement constantes et basses dues à l'altitude (moyenne annuelle : 23°C) ;
une humidité relative élevée (moyenne annuelle : 78 %) avec une tension moyenne annuelle de vapeur la moins élevée du Congo.
Une saison sèche marquée de 3 mois, où apparaissent les températures les plus fraîches de l'année (de 13° à 16°C), une assez forte pluviométrie annuelle passant de 1500 mm (secteur de Mbé) à 1700 mm (secteur d'Odziba) et répartie sur 100 jours environ (Fig. 1.5).
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Figure 1.5 : Pluviométrie moyenne annuelle (d’après La Souchere, 1974).
La répartition des pluies au cours de l'année, principal facteur climatique, détermine l'alternance des saisons :
1) une longue période pluvieuse de septembre à mai ;
2) une petite saison sèche boréale de janvier à février marquant un léger ralentissement des pluies ;
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3) une saison sèche de juin à août.
Les maximums de précipitations interviennent en octobre-novembre et en mars-avril avec des hauteurs de 230 à 250 mm pour la zone d'Inoni et de 140 à 235 mm pour les secteurs de Mbé-Odziba où la pluviosité est plus faible. De même, la hauteur des pluies de la petite saison sèche est comprise entre 160 et 190 mm pour Inoni (P. Souchere, 1974).
L'irrégularité des pluies au cours des mois de transition, mai et septembre, contribue, suivant les années, à prolonger la durée de la saison sèche. Par contre, de fortes averses orageuses de juillet et septembre peuvent en atténuer la rigueur.
Cette forte pluviosité favorise une percolation d'eau très importante à travers les sols issus d'un matériau originel meuble, très perméable et par des faibles pentes que présente le plateau. Aussi, Henin-Aubert(1966), observe un indice de drainage calculé élevé à Inoni (D mm = 1270 pour α = 2). Le lessivage est, par conséquent, le processus dominant dans l'évolution actuelle des sols de la région. Ce fait explique la présence d'un horizon podzolisé dans les profils pédologiques.
Pour notre étude, les séries de données, qui sont à la base de la détermination de différents paramètres climatiques, ont été enregistrées sur les stations synoptiques de Brazzaville et de Djambala (ANAC-Brazzaville, 2016). Les coordonnées de ces stations sont mentionnées dans le Tableau I.
Tableau. I : Coordonnées des stations synoptiques
Stations Coordonnées (m) Altitude (m)
X Y
Brazzaville - 4,23 15,25 313
Djambala - 2,56 14,766 789
1.6.1 Pluviométrie
Les précipitations sur les plateaux batéké trouvent leur origine dans un phénomène planétaire, intertropical et à structure très complexe en Afrique centrale (Abderamane, 2012) : le Front intertropical (F.I.T) ou encore Zone de Convergence Intertropicale (ZCIT). Il est défini comme un axe de basses pressions intertropicales et un axe de confluence intertropicale des flux des ceintures anticycloniques subtropicales boréale et australe et ce, tant en altitude qu’en surface.
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1.6.1.1 Evolution des précipitations moyennes mensuelles
L’analyse de la pluviométrie de la zone d’étude constitue probablement le moyen le plus important et le plus efficace pour étudier l’impact du changement climatique sur le fonctionnement de l’aquifère. En effet, la nappe du plateau de Mbé, objet de cette étude est une nappe profonde, rechargée par les eaux de pluies ; d’où l’importance de s’appesantir sur la pluviométrie et l’analyse des moyennes mensuelles, maximales et minimales des données pluviométriques, calculées sur 30 ans entre (1987 et 2016) (Cf. Annexe 1.1).
La courbe de variation des moyennes mensuelles des précipitations (Figure 1.6), montre que le mois de novembre est le plus pluvieux, avec 284,2 mm de précipitation tandis que le mois de juillet est le plus sec, avec 14,1mm de précipitation.
Figure 1.6 : Evolution des précipitations moyennes mensuelles sur les stations de Brazzaville et Djambala pour la période (1987-2016) ; (source : ANAC de B/ville).
1.6.1.2 Variations interannuelles des précipitations
L’analyse des courbes de variation interannuelle des précipitations (Fig. 1.7) sur une période de 30 ans (1987-2016) montrent que l’année 1988 est la plus arrosée avec des précipitations de 3863.6 mm et l’année 1991 est la plus sèche avec 1615.7 mm sur la station synomptique de Djambala. Par contre sur la station synomptique de Brazzaville (Fig. 7) l’année 1990 est la plus arrosée avec des precipitations de 2001 mm et l’année 2015 est la plus sèche avec 839.6 mm.
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0
Jan. Févr. Mars Avril Mai Juin Juillet Août Sept. Oct. Nov. Déc.
P e
n
m
m
Mois
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Figure 1.7: Evolution des précipitations moyennes interannuelles sur les stations de Brazzaville et Djambala pour la période (1987-2016) ; (source : ANAC de B/ville).
1.6.2 Température
La température est un élément fondamental du climat (Abdellah, 2012). Elle est liée à la radiation solaire. Sa variation influe sur la transformation des eaux en vapeur, que ce soit à la surface ou dans le sous-sol. De ce fait, elle influe sur le degré d’évapotranspiration et par conséquent elle agit sur le taux de salinité des eaux et sur la recharge des hydrosystèmes notamment souterrains. La température a donc un rôle important dans la variation des composantes du bilan hydrologique.
1.6.2.1 Variations des températures moyennes annuelles minimales et maximales.
Ce paramètre est un facteur très important dans l'évaluation du déficit d'écoulement, qui entre dans l'estimation du bilan hydrologique. Le climat de la zone d’étude se traduit par une longue saison de pluie et une saison sèche. La température moyenne annuelle maximale est de 30,7 C°. La figure 1.8 (station de Brazzaville) illustre les températures moyennes mensuelles maximales et minimales pour une période de 30 ans (1987-2016). On note que les températures moyennes mensuelles maximales et minimales les plus élevées sont celle du mois d’avril (32,5°C ; 22,8°C) respectivement, alors que les températures les plus basses sont celle du mois de juillet (28,1°C ; 19,5°C).
Sur la station synoptique de Djambala (Figure 1.8), la variation de la température au cours de ces 30 années reste la même. On note que, les températures moyennes mensuelles maximales
0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0 450.0 19 87 19 88 19 89 19 90 19 91 19 92 19 93 19 94 19 95 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 20 04 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 20 11 20 12 20 13 20 14 20 15 20 16 Pr é ci p itat io n s e n m m Années
