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MATERIELS ET METHODES
MATERIELS
La réalisation de ce forage a nécessité la présence d’un personnel compétent composé : d’un conducteur des travaux, d’un sondeur, d’aides sondeur, d’un mécanicien, d’un électricien, d’un soudeur métallique et d’ouvriers.
En plus du personnel, nous avons :
du matériel constitué d’une machine foreuse avec ses accessoires, d’une ligne de sonde, d’un groupe électrogène, d’un poste de soudure, d’un compresseur, de tôles roulés et soudés(TRS), des tubes en polychlorovinyle (PVC), des crépines Johnson inoxydables, des caisses à échantillon, des bouteilles à échantillon, des sondes électriques, une pompe à boue, un mixeur.
Et du matériau composé de ciment, de la bentonite, d’hexa méta-phosphate de sodium, du gravier, du basalte, du carburant et de l’eau.
METHODOLOGIE
Elle consiste à décrire la ou les méthodes utilisées pour creuser, équiper, nettoyer et développer le forage, ainsi que celle utilisée pour faire l’analyse chimique de l’eau.
Forage
Nous connaissons au Sénégal trois techniques de forage : le battage, le marteau fond de trou(MFT) et le rotary. Le choix de la méthode de forage dépend de la nature du terrain, du diamètre et de la profondeur du forage. La méthode rotary convient le mieux pour la réalisation de notre forage. Car, celui-ci est profond (136m), de gros diamètre et se réalise en zone sédimentaire. Cette méthode rotary utilise un outil (trépan ou tricône) monté au bout d’une ligne de sonde qui comprend une tête d’injection, le train de tiges, des masses-tiges et l’outil lui-même :
le train de tiges composé de tiges vissées entre elles, est principalement soumis à des efforts de traction quand la colonne est en position suspendue.
une ou deux masses tiges, tubes à parois très épaisses, dont le rôle principal consiste à faire du poids, à permettre aux tiges supérieures de ne pas travailler en compression et d’avoir une verticalité du trou ;
L’outil de forage peut être un trillâmes ou tricône. Les trillâmes sont utilisés dans les terrains sédimentaires compacts à structures fines et de dureté peu élevée. Par contre les tricônes sont adaptés à tout type de terrain sédimentaire. De plus, ils sont simples d’utilisation. Ces raisons nous ont poussées à choisir les tricônes comme outil de forage.
Nous avons, d’abord, creusé un avant-trou de 15m de profondeur avec un outil de 30 pouce (″) de diamètre pour placer le tubage technique (tôles roulés et soudés). Dont le rôle est de stabiliser le sol superficiel généralement peu consolidé.
Ensuite, la chambre de pompage est creusée avec le tricône 22″ de diamètre sur une profondeur de 64m (de 15m à 79m).
Enfin, la nappe est captée avec le tricône 14″ 3 /4 sur une profondeur de 60m (de 79m à 139m). Le principe consiste, à partir de la tête de rotation, à imprimer grâce à un moteur situé sur la machine foreuse, un mouvement de rotation à la ligne de sonde.
Ce mouvement de rotation se fait à vitesse variable suivant les terrains traversés. Le forage rotary utilise de la boue qui est soit à base de polymère ou de bentonite.
Lors de la réalisation de notre forage, nous avons utilisé de la boue à base de bentonite.
C’est ainsi qu’à partir de la fosse où la boue est fabriquée (douze heures avant emploi), la pompe à boue l’aspire grâce aux vannes d’aspiration puis les vannes de refoulement la refoule dans la tête d’injection par l’intermédiaire du flexible. Cette dernière, comme son nom l’indique, l’injecte en continue et sous pression dans la ligne de sonde. La boue arrive à l’outil (tricône) et joue les fonctions suivantes :
refroidissement et nettoyage de l’outil ;
protection du trou contre les éboulements par dépôt de cake sur les parois ;
empêchement de la venue d’eau par les nappes traversées ;
remontée des cuttings à travers l’espace annulaire.
La boue retourne dans la fosse de travail après tamisage et décantation des cuttings.
Hormis ces fonctions, la boue à bentonite présente des caractéristiques physiques et chimiques que sont (Mabillot, 1986) :
Densité : c’est une donnée essentielle. Une boue dense favorise l’ascension dans l’espace annulaire des sédiments détachés par l’outil au fond du trou, elle permet ainsi d’équilibrer une eau artésienne rencontrée dans une nappe productive et de poursuivre le forage sans être gêné par le jaillissement en surface.
Viscosité : une boue trop visqueuse devient difficile à pomper, une boue trop fluide risque de se dissocier et perd ses propriétés de consolidation des parois.
Thixotropie : c’est la faculté, pour un mélange à base de produits en suspension, de passer d’une consistance rigide, sorte de gel, à un aspect fluide, lorsqu’on le brasse énergétiquement, puis de reprendre son aspect initial si on cesse l’agitation, d’où la nécessité de maintenir constamment la circulation dans un forage, même si pour une raison quelconque, la ligne de sonde ne tourne pas. Filtrat : c’est ce qui passe au travers d’un filtre ; en majeure partie, il s’agit de l’eau libre. Si le filtre est trop grand, des éboulements des parois sont à redouter ; s’il est trop faible, la boue risque de colmater exagérément de faibles venues d’eau.
Cake : c’est ce qui est retenu par le filtre(ou ici par le terrain). Il joue en sens inverse du filtrat ; trop faible, il ne tient pas suffisamment les parois ; trop épais, il risque de colmater les formations aquifères.
Teneur en sable, la boue a tendance à se charger exagérément de sable provenant du terrain. Le sable est dangereux pour les « œuvres vives » des pompes à boue qu’il érode rapidement.
ph : le contrôle de l’acidité et de l’alcalinité de la boue est important, il révèle la contamination par le ciment ou par l’eau de la couche aquifère si sa valeur est supérieure à 10 ou 11.
Par contre, s’il est inférieur à 7, boue acide, les risques de floculation sont à redouter (Mabillot, 1986).
Pour la préparation de la boue, le dosage varie entre 3 et 8% de bentonite (soit 30 à 80kg de produit) par mètre cube d’eau. Il est recommandé de préparer la boue douze heures avant emploi. La densité moyenne de la boue est de l’ordre de 1.10.
Analyses chimiques
Elles ont été faites au laboratoire d’hydrogéologie du Département de Géologie de l’Université Cheikh Anta Diop de Dakar (UCAD). Elle a permis d’analyser aussi bien les ions majeurs ( cations et anions). Elle s’est faite comme suit :
les bicarbonates (HCO3-) ont été analysés par titration à l’aide d’une solution d’H2SO4 0.02 N en présence de méthyle orange.
un multi paramètre de marque WTW Multiline P4 a permis de déterminer le pH et la conductivité.
les ions majeurs (Cl-, NO3-, SO42-, Na+, K+, Mg2+, Ca2+) ont été analysés par chromatographie ionique au moyen d’un appareil de marque DIONEX DX-120 respectivement sur colonnes AS4A et CG12.
Par chromatographie ionique, il faut comprendre une séparation d’ions couplé à une détection conductimétrique. L’appareil est piloté à partir du logiciel Peaknet. Le chromatogramme s’affiche sous forme de pics dont chaque aire est proportionnelle à la teneur de l’élément dans l’échantillon.
Les limites de détection sont de l’ordre du µg/l.
Résultats et discussion
Caractéristiques lithologiques et techniques
La description lithologique a été faite grâce aux observations des cuttings, complétée par les résultats de la diagraphie. Pour cette dernière, l’opération consiste à mesurer trois grandeurs : le potentiel spontané, le rayonnement gamma et la résistivité électrique des terrains.
Le principe consiste à descendre puis à remontée une sonde dans le trou foré, non tubé et rempli de boue homogène. Le treuil du câble de la sonde entraine le déroulement du film. Un enregistreur (ordinateur) mesure automatiquement les données.
Ces paramètres permettent la mise en évidence aisée des niveaux perméables pour le potentiel spontané et la qualité de l’eau contenue dans les formations pour la résistivité à partir de la relation qui lie la résistivité à la conductivité. Le Gamma ray permet de mettre en évidence les horizons argileux (radioactivité élevée), des horizons poreux comme le sable (radioactivité moyenne).
En effet, la zone est constituée de couches d’épaisseur variables alternant de latérites, d’argiles et de sables. D’après cette description lithologique une coupe lithologique et technique a été faite (voir figure suivante). Le forage ainsi réalisé est un ouvrage monolithique.
Essai de sable
Un essai de sable de 15 minutes a été effectué au débit de 151 m3/h. L’eau est claire et présente une tache de sable de diamètre maximum 3mm à la quatrième minute puis diminue en trace pour ensuite disparaître à la dixième minute. Cette tache de sable est acceptable, de même que l’eau est exempte de matières en suspension.
CARACTERISTIQUES HYDROCHIMIQUES ET QUALITE DE L’EAU
Pour caractériser une eau, il faut analyser les paramètres physico-chimiques (température, conductivité électrique et ph) et chimiques (ions majeurs, éventuellement les éléments de traces). La figure ci-dessous présente les résultats de l’analyse chimique.
Les paramètres physico-chimiques
Ils sont représentés par la température, la conductivité électrique et le pH.
la température est un paramètre important dans la caractérisation d’un aquifère. La mesure in-situ donne une valeur de l’ordre de 34,6°C.
La conductivité électrique, conjointement utilisée avec la température, est de 197 µs/cm. Elle est conforme aux normes de l’OMS qui sont de moins 1500 µs/cm. Ceci témoigne d’une bonne minéralisation de l’eau.
Le pH de l’eau conditionne l’équilibre physico-chimique en particulier l’équilibre calco- carbonique. Le pH mesuré est de 6,29. Cette valeur est conforme aux directives de l’OMS (6,5-8,5) et témoigne d’une eau acide.
Les paramètres chimiques
Après avoir fait l’analyse chimique, nous avons calculé l’erreur de réaction qui permet de vérifier la fiabilité de l’analyse chimique par la formule suivante :
Nous obtenons 2,58 %, compris entre 0 et 5 %.
Donc nous pouvons dire que l’analyse chimique est très fiable.
L’analyse chimique ne concerne que les ions majeurs.
Elle montre une faible minéralisation avec des teneurs en anions supérieures à celles des cations
Les anions
Les anions analysés sont : le chlorure, le sulfate, le carbonate, le bicarbonate et le fluor. Tous ces éléments chimiques ont des teneurs inférieures aux normes OMS. Le bicarbonate (HCO3‾) a une teneur plus importante que les autres anions et même tous les ions analysés. Cette forte teneur est due probablement à l’hydrolyse des minéraux silicatés. Les autres anions sont très peu représentés dans l’échantillon d’eau analysé.
Les cations
Les cations majeurs analysés sont : le sodium (Na+), le potassium (K+) le calcium (Ca++), le magnésium (Mg++), et le fer ferrique (Fe+++).
Tous les cations analysés ont des teneurs largement inférieures aux directives de l’OMS, à l’exception du fer. Ce dernier a une teneur de 3,38 mg / L, largement supérieure aux normes OMS de potabilité de l’eau (0,3 mg / L).
Cette forte teneur est liée aux échanges entre la formation et la nappe
Ce taux élevé de fer dans l’eau a des effets indirects gênants pour l’usager :
neutralisation des désinfectants pouvant générer la prolifération des micro-organismes dans les réseaux de distribution ;
distribution de l’eau de couleur rouille, au robinet de l’utilisateur, qui tache le linge et les installations de plomberie ;
inconvénients d’ordre organoleptique (goût métallique de l’eau, turbidité, coloration de l’eau)
Par contre, il est indispensable au fonctionnement du corps humain surtout dans la synthèse de l’hémoglobine du sang.
Les besoins journaliers en fer sont estimés à environ 10 mg par jour selon l’âge et le sexe. Bien que les normes OMS requièrent moins de 0,3 mg/l dans l’eau de boisson, aucune intoxication n’a été observée chez l’Homme à des doses élevées (environ 5 mg/l).
Les résultats de l’analyse chimique nous ont permis, grâce au diagramme de Piper de pouvoir déterminer le faciès de notre eau.
Notre eau a un faciés bicarbonaté calcique magnésien, car il se trouve en zone sédimentaire caractérisée surtout par les minéraux silicatés et siliceux.
CONCLUSION GENERALE
Notre zone d’étude se situe sur la bordure méridionale du Ferlo. La nappe étudiée, dont le réservoir est constitué par des sables, recèle un potentiel hydrique important.
L’aquifère se situe dans le domaine soudano-sahélien caractérisé par l’alternance d’une saison sèche et d’une saison des pluies, avec une précipitation moyenne annuelle comprise entre 500 et 800 mm/an
Concernant les résultats des pompages d’essai, la nappe peut être exploitée avec un débit de 200,68 m3/h pour un rabattement de 9,16 m et une transmissivité moyenne d’environ 4,53.10-³ m2/s. Ces résultats montrent les énormes capacités de ce réservoir dans cette zone.
Pour l’analyse chimique les résultats montrent une eau peu minéralisée avec une conductivité électrique de 197µs/cm. La teneur en HCO3- est plus élevée que les autres ions. Cela est due à l’hydrolyse de l’aquifère. Ainsi, la caractérisation de l’eau à l’aide du diagramme de Piper montre un faciès bicarbonaté calcique magnésienne caractéristique des terrains sédimentaires.
Pour ce qui est de la qualité de l’eau, elle est conforme aux normes à l’exception du fer dont la teneur dépasse les directives de l’OMS. Celle-ci est liée à la roche mère. Ainsi, nous exhortons le Gouvernement sénégalais à mettre des points d’eau dans les villages. Ce qui va permettre à la population, et surtout aux jeunes, de rester sur place et d’avoir des sources de revenues grâce au maraichage, à l’élevage, à l’aviculture. Permettant, ainsi, de désengorger les villes. D’où, la réduction du problème d’accès à l’eau potable dans les centres urbains.
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Table des matières
INTRODUCTION
I. PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL
I. 1. GENESE
I. 2. ORGANIGRAMME
I. 3. SAVOIR-FAIRE
II. CADRE PHYSIQUE
II. 1. SITUATION GEOGRAPHIQUE
II. 2. CLIMAT
II. 3. VEGETATION
II. 4. ASPECT SOCIO-ECONOMIQUE
III. CONTEXTE GEOLOGIQUE ET HYDROGEOLOGIQUE
III. 1. CONTEXTE GEOLOGIQUE
III. 2. CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE
IV. MATERIELS ET METHODOLOGIE
IV. 1. MATERIELS
IV. 2. METHODES
IV. 2.1. Forage
IV. 2.2. Equipement
IV. 2.3. Développement
IV. 2.4. Analyse chimique des eaux
V. RESULTATS ET DISCUSSIONS
V. 1. Caractéristiques lithologiques et techniques
V. 2. ESSAIS DE POMPAGES
V. 2.1. Essais de puits
V. 2.2. Essais de nappe
V. 2.3. Essais de sable
V. 3. CARACTERISTIQUES HYDROCHIMIQUES ET QUALITE DE L’EAU
V. 3.1. Paramètres physico-chimiques
V. 3.2. paramètre chimiques
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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