Détermination des caractéristiques physiques du bassin versant

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Elevation du niveau de la mer

Récemment, une accélération de la montée du niveau marin (2mm/an depuis 1 siècle) provoque une avancée du trait de côte (Vallet-Coulomb et al., 2009).
Celle-ci est due en grande partie à l’évolution de la teneur de CO2 atmosphérique par l’exploitation intensive des combustibles fossiles depuis les débuts de l’ère industrielle favorisant l’augmentation de la température ambiante de la terre et ainsi la fonte des glaciers (Davaud, 1987).

Géologie et géomorphologie

Le contexte géologique du bassin versant de Koular correspond au bassin sédimentaire sénégalo-mauritanien, qui est le plus grand bassin côtier du Nord-Ouest de l’Afrique et porte des formations du Crétacé au Quaternaire (Bellion, 1987) (fig.4).
L’étude de la géologie de la zone du Saloum a été faite grâce aux données lithologiques provenant de forages et de puits creusés à la main, en plus d’études régionales antérieures (Lappartient, 1985; Le Priol & Dieng, 1985) et d’une carte géologique régionale récente (1:500 000) (Roger et al., 2009).
Les formations du Continental Terminal ou du Saloum sont présentes dans toute la région et sont recouvertes d’une mince et jeune couche de sable du Quaternaire et localement de dépôts alluviaux dans les plaines fluviales. Ces formations recouvrent les formations marno-argileuses étanches.
Les sédiments de la Formation du Saloum sont d’origine détritique marine du Cénozoïque marin (Oligo-Miocène au Pliocène) et montrent des signes d’intense ferralitisation durant la fin du Miocène, y compris des concrétions ferrugineuses (Conrad et Lappartient, 1987; Lappartient, 1985). Ces sédiments sont hétérogènes latéralement et verticalement et contiennent des grès discontinus interstratifiés, des sables argileux, des argiles silto-argileuses (Conrad et Lappartient, 1987; Lappartient, 1985; Noël, 1975).
Localement, des lits de grès argileux et des croûtes ferrugineuses sont présents au sommet des formations. La kaolinite forme le ciment dans le grès non ferrugineux et les sédiments sableux et représente le minéral argileux dominant. La goethite est prédominante et forme le ciment des grains de quartz dans l’horizon de grès ferrugineux (Lappartient, 1985).
La région doit son mode1é à des processus morphogénétiques qui se sont déroulés de la fin du Tertiaire au Quaternaire. II s’agit d’une alternance de phases sèches et de phases humides qui ont provoqué un démantèlement du relief et une mise en place de manteaux d’altérations (Michel, 1973). Des phénomènes d’érosion ont par la suite favorisé le transport et l’accumulation des matériaux dans les dépressions (Bellion et Guiraud, 1984).

Hydrogéologie

Les eaux souterraines du Sénégal sont contenues dans différentes nappes qui renferment des formations allant du Quaternaire au Maastrichtien et dont l’extension et la continuité verticale et latérale sont variables (fig.5). Elles peuvent être subdivisées en quatre groupes:
la Nappe de la zone du socle,
la nappe profonde ou du Maestrichtien,
les nappes semi ‐ profondes : représenté par celle des calcaires du Paléocène, des calcaires du Lutétien, et de la nappe de l’Oligo‐Miocène,
Les nappes superficielles: plus accessibles aux polluants (sels, lyxiviats…) et font l’objet d’exploitation intense par les populations. Elles représentent la famille des nappes les plus vulnérables.
Dans la zone d’étude, la nappe superficielle est contenue dans les niveaux sablo-argileux de la zone d’altération des Formations du Saloum et du Quaternaire (Ngom, 2000). Ces Formations du Saloum sont considérées comme des aquifères non confinés dont l’épaisseur augmente du NNO (moins de 50 m) au SSE (environ 100 m) et d’Ouest (moins de 50 m) en East (environ 100 m) (Dieng et al., 2017).
La recharge des eaux souterraines se fait principalement par l’infiltration de l’eau de pluie. Les valeurs calculées à l’aide de la méthode du bilan massique des chlorures (CMB) (profils de chlorure sur différents sites) dans la zone non saturée et le bilan hydrologique (ETo calculé selon la formule Penman) sont variables et vont de 17 à 100 mm/an et de 19 à 130 mm/an respectivement (Dieng et al., 2017).

Géométrie de l’aquifère superficiel

Le réservoir aquifère repose sur un substrat Eocène irrégulier (Ly et Anglada, 1991; Sarr, 1995), dont la nature a été déterminée par sondage électrique (Diluca, 1976). Ce substratum est constitué d’argile compacte de résistivité comprise entre 10 et 50 Ω m-1, ainsi que de marnes claires et de calcaires de résistivité comprise entre 50 et 100 Ω m-1 (fig.6).
La morphologie du substratum résulte de l’érosion des formations Eocènes après la régression de la fin du Tertiaire. Cette érosion s’est traduite par la mise en place de dépressions ou vallées fossiles ultérieurement comblées par les dépôts de la Formation du Saloum.
La profondeur moyenne du substratum est à -40 m sous le niveau de la mer (Diluca, 1976). Elle varie entre -20 m à l’ouest et au nord-ouest, -100 m au niveau de la grande dépression de Koular-Nioro Alassane (fig.7) et -80 m au niveau de celle située entre Wack-Ngouna-Saboya- Taîba Niassène-Keur Moussa Poste. Ces deux dépressions sont de direction Nord-Ouest / Sud-Est avec une pente vers la Gambie.

Hydrodynamisme de la nappe superficielle

Les caractéristiques hydrodynamiques de l’aquifère ont été déterminées par pompage d’essai (Diluca, 1976). Les résultats montrent que les couches de sable fins plus fréquemment exempts d’argile que les sables grossiers sont les plus perméables. La perméabilité des sables est de l’ordre de 10-4 m s-1, cette perméabilité a pu être nettement améliorée par la présence de canalicules résultant probablement de la concentration d’oxydes de fer autour des racines des arbres depuis longtemps disparus (Diluca, 1976). Les sables silteux ou argileux ont une perméabilité de l’ordre de 10-5 m s-1. Souvent, les puits traditionnels captent la nappe au niveau des argiles silteuses ou sableuses ce qui veut dire que ces argiles ne sont pas totalement dépourvues de perméabilité. Cependant, seuls les niveaux de sable francs ou très légèrement argileux sont intéressants si l’on envisage une exploitation de la nappe par forage (Noël, 1975).
La transmissivité de la nappe de la Formation du Saloum entre le Sine et la Gambie varie entre 3.10-4 m2 s-1 et 170.10-4 m2 s-1 ; le coefficient d’emmagasinement est de 5%.
La piézométrie de la zone se caractérise par un dôme piézométrique au Sud-Ouest qui s’allonge suivant un axe Karang-Keur Aliou Diop-Nioro Alassane Tall (fig.8). A hauteur de Keur Aliou Diop, cet axe se scinde en deux branches l’une orientée vers le Nord-Ouest suivant un axe passant par Keur Lahine Fatim-Soukouta, l’autre orientée vers l’Est suivant l’axe Keur Saloum Diané-Ndramé Scale-Diagne Walo.

Sols et végétation

Sols de la zone de Koular

Les sols à sesquioxydes, les sols halomorphes et les sols hydromorphes sont les plus représentés dans la zone de Koular (Bertrand, 1972). Ils sont caractérisés par un niveau de fertilité relativement bas. Leur forte anthropisation et l’agressivité des pluies se sont traduites par une évolution défavorable de leurs propriétés physico-chimiques. Un examen des données d’analyse physico-chimique dans ces sols (Bertrand, 1971; Brouwers, 1987; D’hoore, 1964; Maignien, 1965) a montré une évolution vers une acidification, une augmentation de la teneur en aluminium échangeable et une baisse du statut organique.

La végétation

La végétation est très diversifiée. Elle est fonction de la topographie, de la nature des sols et de la présence de l’eau. C’est ainsi que nous distinguons deux strates :
Une strate arborée qui est située dans les zones caractérisées par une présence quasi permanente de la nappe phréatique et des sols très humides. On y retrouve des espèces typiquement guinéennes telles que Elaeis guineensis et Cocos nucifera.
Une strate herbacée caractérisée par la prédominance des graminées annuelles qui apparaissent pendant l’hivernage. Parmi celles-ci on peut citer khakham (Cenchrus catarticus) et salgouf (Cenchrus biflorus).
La forêt classée de Patako à 3,5 Km du village de Koular et d’une superficie de 30 Km2 présente une mosaïque de types de végétation dont les plus représentés sont ceux de la Savane arbustive
à boisée et de la forêt galerie. Sa flore est composée d’au moins soixante-quinze (75) espèces ligneuses dont les plus représentées sont Combretum glutinosum, Terminalia macroptera, Combretum nigricans, Cordyla pinnata, Daniellia oliveri, Pterocarpus erinaceus, Prosopis africana, Bombax costatum, Lannea acida, Acacia macrostachya et Ozoroa insignis.
Cette forêt aura un impact lors du ruissellement des eaux pluviales venant de l’ouest du bassin. En effet, la forêt intercepte une partie de l’averse par sa frondaison, exerce une action limitatrice importante sur le ruissellement superficiel, régularise le débit des cours d’eau et amortit les crues.

MATERIELS ET METHODES

Matériels et méthode de collecte des données

Détermination des caractéristiques physiques du bassin versant

Détermination des dimensions et établissement de la carte topographique

Les dimensions du bassin versant de Koular : la surface (A) et le périmètre (P) ont été mesurés grâce au logiciel Arc Gis 10.3.
La carte topographique de la zone et sa vue en 3D ont été établies grâce au logiciel SURFER 11, avec comme données d’entrée 127 points d’altitude obtenus à partir de Google Earth (annexe 2).

Détermination des paramètres de forme du bassin versant

Les paramètres de forme du bassin versant de Koular ont été déterminés à l’aide des méthodes ci-dessous:
• Indice de compacité (KG) : KG= 0,28 √PA
KG- indice de Gravelius,
P – périmètre du bassin versant (km),
A – superficie du bassin versant (km).
• Indice de Miller : KM= 4π PA2
A – superficie du bassin versant (km2),
Ac – superficies du cercle de même périmètre que celui du bassin versant (km2),
P – périmètre du bassin versant (km).
• Rectangle équivalent : A ═ L. l et L = P+√P 2 −16
L- longueur,
l- largeur.
• Les altitudes maximale, minimale et médiane : par l’établissement et l’utilisation de courbe hypsométrique.
• L’altitude moyenne : H = ∑ A h
Ai : aire comprise entre deux courbes de niveau (km2),
hi : altitude moyenne entre deux courbes de niveau (m),
A : superficie totale du bassin versant (km2).
• La pente moyenne du bassin versant := .
imoy : pente moyenne (m/km),
L : longueur totale de courbes de niveau (km),
D : équidistance entre deux courbes de niveau (m),
A : surface du bassin versant (km2).
• L’indice de pente de Roche ip 1 = ∑( √ ) =1
ip: indice de pente (%),
L: longueur du rectangle (m),
xi: distance qui sépare deux courbes sur la rectangle (m) (la largeur du rectangle étant constante, cette distance est égale au facteur de pondération),
d: distance entre 2 courbes de niveau successives (peut être variable) (m),
d/xi: pente moyenne d’un élément (%).
• Indice de pente globale Ig : Ig = H5%− H95% L
H5% et H95% , sont définies à partir de la courbe hypsométrique (m).
• Pente moyenne du cours d’eau: p =∆H L
Pmoy : pente moyenne du cours d’eau (m/km),
Hmax : dénivellation maximale de la rivière (m) (différence d’altitude entre le point le plus éloigné et l’émissaire),
L : longueur du cours d’eau (Km).
• Dénivelée spécifique : = Ig. √A

Caractérisation du réseau hydrographique

Pour la détermination de l’ordre du cours d’eau du bassin versant de Koular, on a utilisé les données de 30 m SRTM DEM dans la région Sud-Ouest du Sénégal qu’on a téléchargées à partir de http://srtm.csi.cgiar.org/srtmdata/. Nous avons par la suite extrait les données de la zone d’intérêt à l’aide de l’outil « extract by mask » d’Arc-GIS 10.3, qui a permis de plus le traitement des données.

Détermination de l’hydrogéologie de la nappe superficielle

Pour atteindre ce objectif, on a utilisé 48 puits pour mesurer la profondeur du niveau statique entre le 14 Décembre 2016 et le 11 Janvier 2017 (fig.9).
Les matériels qu’on a utilisés sont:
• un GPS de poche GARMIN pour enregistrer les coordonnées UTM des puits;
• un Décamètre et un miroir pour mesurer la profondeur des puits.
Pour la réalisation de la carte piézométrique munie de vecteurs sens d’écoulement de la nappe, on a utilisé le logiciel SURFER 11 en exploitant les données de mesure de la profondeur du niveau statique entre le 14 Décembre 2016 et le 11 Janvier 2017.

Cartographie des sols actuellement pollués par le sel

Les sols dégradés par le sel ont été identifiés lors des visites de terrain en fonction de la présence de cristaux de sel pendant la saison sèche due à l’évapotranspiration.
Un GPS de poche a permis d’enregistrer les coordonnées des limites d’extension du sel qui sont par la suite exportées d’Arc Gis 10.3 pour l’établissement de la carte des sols actuellement pollués par le sel dans la zone d’étude.

Matériels et méthodes d’analyse des données

Microsoft Excel 2013 a permis la gestion, le traitement et l’analyse des données numériques collectées durant nos études.
Les valeurs des paramètres physiques du bassin versant de Koular ont été analysées en se référant de leur valeur standard.
L’analyse de l’ordre des cours d’eau est basée sur les propositions de (Strahler, 1957): tout cours d’eau qui n’a pas d’affluent se voit attribuer la valeur 1. Puis le calcul de la valeur de chaque tronçon de cours d’eau se fait selon la méthode suivante : un cours d’eau d’ordre n+1 est issu de la confluence de deux cours d’eau d’ordre n. L’ordre de Strahler dans bassin versant est l’ordre du drain principal à l’exutoire.

Caractéristiques physiques du bassin versant

Dimensions et carte topographique

Le bassin versant de Koular présente une superficie de 90 Km2 et un périmètre d’environ 40 Km. Sa carte topographique (fig.10) montre une pente de direction Nord Nord-Est / Sud Sud-Ouest avec des altitudes variantes de 48 m (altitude maximale) à 2 m (altitude minimale) de l’amont vers l’aval. Ces altitudes faibles montrent la proximité de la zone au niveau 0 marin (0 IGN), entraînant la vulnérabilité de la zone à l’invasion des eaux salées lors de la montée du niveau de la mer.
Cependant, entre Ndiaye Kounda et Keur Boye, on note une importante depréssion se présentant comme un obstacle de taille à l’écoulement des eaux de surface (fig.11). En effet, cette dépression doit être remplie avant que les eaux de surfaces n’atteignent l’exutoire du bassin. Par conséquent, le débit de ruissellement des eaux de surfaces provenant de la partie amont du bassin versant est réduit. Ceci entraîne une faiblesse de lessivage des sols pollués par le sel et s’accentue avec la baisse de la pluviométrie.

Hydrogéologie de la nappe superficielle

Le tableau contenant les résultats de suivi de la dynamique de la nappe de la période allant du 14 Décembre 2016 au 11 Janvier 2017 est disponible dans l’annexe 4.
Ces résultats montrent que le sens d’écoulement la nappe superficielle se fait du Nord Nord-Est au Sud Sud-Ouest (fig.13).
Les résultats montrent également une constance de la profondeur du niveau statique dans les puits durant toute la période de mesure á l’exception des puits 23, 26, 27,30 et 47, ou ont remarqué de faibles variations pour la date du Mercredi 21 Décembre (fig.14). Ces variations seraient dues á la baisse d’exploitation.
Les plus importantes profondeurs de la nappe sont localisées à Thiarène Alassane (puits 26 et 27), Keur gaye (puits 28 et 29) et Ndiobène (puits 30) ; tournant autour de 21 m. Pendant, que les profondeurs les plus faibles sont voisines á 1 m et localisées dans les zones d’affleurement de la nappe, précisément á Koular Socé (puits 5 et 6) et Ndiaye Kounda 1 (puits 41, 42, 43, 44, 45). Généralement, durant toute la période de mesure, 19 sur 48 puits (soit 22,23 %) ont des profondeurs comprises entre 1 et 9 m ; 13 puits (soit 26,67 %) des profondeurs entre 9 et 12 m et les 16 puits restants des profondeurs entre 12 et 22 m (soit 51,10 %) (fig.15). Celles-ci montrent que la profondeur de la nappe superficielle est faible en moyenne et tourne autour de 10 m.
Par conséquent, dans la zone de Koular il est facile d’accéder et d’exploiter les ressources en eaux souterraines par les puits traditionnels. Cependant, avec l’augmentation de la population la demande en eau va accroître, entraînant une surexploitation de la nappe. Ainsi, avec la faible recharge des eaux souterraines sous l’effet de la rareté des pluies, la profondeur de la nappe va davantage augmenter causant la rupture de l’interface eau douce-eau salée d’où l’invasion des eaux salées.

Crue de fréquence décennale

Avec un coefficient d’abattement (A) de 0,90 ; une pluie décennale de vingt-quatre heures (P10) de 150 mm ; un coefficient de ruissellement (Kr) de 11% ; un temps de base (tb) de 40 h ; et un coefficient majorateur (α) égal à 3,10 ; la valeur extrême de la crue de fréquence décennale dans le bassin versant de Koular est évaluée à 28,77 m3 / s.
Les pluies extrêmes sont des aléas météorologiques qui causent beaucoup de dégâts matériels. Ainsi, l’estimation de cette crue extrême de fréquence décennale est d’un grand intérêt pour anticiper des catastrophes telles que des inondations et ainsi permettre un aménagement réfléchi du territoire.

Cartographie actuelle des sols pollués par le sel

Actuellement, la barrière entre l’eau salée et l’eau douce est localisée près de la piste latéritique en remblais joignant Koular à Keur Saloum Diané (fig. 16).
A cet endroit, les sols dégradés par le sel sont estimés à environ 110 hectares et sont localisés sur la rive droite du bassin, ou le relief et les altitudes sont plus faibles comparés à ceux de la rive gauche (fig.17). Ces sols salins sont caractérises par l’absence de végétation car la présence de sel nuit à la croissance des plantes.
Cependant, sur la piste latéritique joignant Koular à Keur Saloum Diane un pont de coordonnées (latitude: 13 ̊ 41 ʹ 39.044ʹʹ, longitude: 16 ̊ 10 ʹ 56.842ʹʹ) constitue l’unique issue à l’écoulement des eaux salées vers le bassin versant. Ainsi, pour contrer l’intrusion saline, on pourrait aménager ce pont d’une digue anti-sel.

Table des matières

LISTE DES TABLEAUX
INTRODUCTION
I. PRESENTATION DU BASSIN VERSANT DE KOULAR
I.1 Localisation géographique
I.2 Population et activités dans la zone d’étude
I.3 Contexte climatique
I.3.1. Les vents
I.3.2. La pluviométrie
I.3.3. L’Evapotranspiration
I.3.4. La Température
I.3.5. Elevation du niveau de la mer
I.4 Géologie et géomorphologie
I.5 Hydrogéologie
I.4.1. Géométrie de l’aquifère superficiel
I.4.2. Hydrodynamisme de la nappe superficielle
I.6 Sols et végétation
I.5.1. Sols de la zone de Koular
I.5.2. La végétation
II. MATERIELS ET METHODES
II.1 Matériels et méthode de collecte des données
II.1.1. Détermination des caractéristiques physiques du bassin versant
II.1.2. Détermination de l’hydrogéologie de la nappe superficielle
II.1.3. Evaluation de la crue de fréquence décennale
II.1.4. Cartographie des sols actuellement pollués par le sel
II.2 Matériels et méthodes d’analyse des données
III. RESULTATS ET DISCUSSIONS
III.1 Caractéristiques physiques du bassin versant
III.1.1. Dimensions et carte topographique
III.1.2. Caractéristiques de forme du bassin versant
III.1.3. Caractéristiques du réseau hydrographique
III.2 Hydrogéologie de la nappe superficielle
III.3 Crue de fréquence décennale
III.4 Cartographie actuelle des sols pollués par le sel
CONCLUSION ET RECOMMANDATION
BIBLIOGRAPHIE

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