Les principaux paramètres qui régissent le stockage de l’eau dans le sous-sol : la porosité et la perméabilité des roches

Télécharger le fichier pdf d’un mémoire de fin d’études

Le ruissellement de surface

Si l’intensité de la pluie est suffisamment forte,une grande quantité de l’eau circule sur le sol en suivant la ligne de la plus grande pente et rejoint les points bas de la surface topographique (fossés, rivières,…).

L’évaporation et l’évapotranspiration

Si la température est très forte, l’eau évaporée provenance des eaux en surface et ou souterraines et ou des végétaux par l’intermédiairede la transpiration est très considérable.
Quand le lieu de stockage de l’eau dans le sous sol est saturé, l’eau sort à travers des exutoires naturels appelés « sources ». L’eau des sources rejoint les fleuves qui l’emporteront vers le lieu de départ qui est l’océan.

Les principaux paramètres qui régissent le stockage de l’eau dans le sous-sol : la porosité et la perméabilité des roches

La porosité des roches

C’est le pourcentage du volume d’une roche constitu é par des pores et/ou des fissures et qui peuvent êtres occupés par les gaz ou par des fluides. Autrement dit, c’est l’unité de volume de la roche qui n’est pas occupé par la matière solide. On distingue deux types de porosité : la porosité d’interstice et la porosité de fissure.

La porosité d’interstice

Cette porosité correspond à celle des roches dans laquelle entrent les minéraux qui sont plus ou moins cimentés subsistent des pores. Un exemplede la roche qui présente ce type de porosité est le grès.

La porosité de fissure

Ce second type est présent dans les roches compactes. Par le jeu de tectonique, ces roches peuvent subir des fissurations qui sont à l’origine des fissures (exemples : granite, gneiss…).
Il faut noter que ces deux types de porosité peuvent coexister dans une même roche [MARSILY, 2004].

La perméabilité des roches

C’est la capacité d’une roche à laisser passer un fluide à travers ses pores et ou de ses fissures. Selon la perméabilité d’une roche, on distingue lesroches imperméables et les roches perméables.

Les roches imperméables

L’arrangement des minéraux qui constituent ces roches empêche la circulation des fluides à travers ses pores ou ses fissures (exemple : argile pure).

Les roches perméables

Elles se subdivisent en deux catégories qui sont les roches perméables en grand et les roches perméables en petit.

Les roches perméables en grand ou à perméabilité indirecte, ou encore de fissure :

Elles se laissent traverser par des fluides par l’intermédiaire de ses fissures (ex: calcaires, grès, schistes, galets et certains poudingue, roches éruptives et métamorphiques).

Les roches perméables en petit appelées aussi à perméabilité directe ou d’interstice:

Dans ce cas, les pores qui subsistent entre les minéraux sont plus ou moins interconnectés pour laisser circuler les fluides.

Le mode de répartition de l’eau dans une roche poreuse

L’eau qui s’infiltre dans une roche poreuse va se s ubdiviser en deux principaux types qui sont l’eau liée et l’eau libre.

L’eau liée

Elle est attachée à la surface des minéraux sous ’effetl des attractions moléculaires qui existent entre les molécules d’eau et celles des minéraux. Il s’agit d’une eau adsorbée à la surface des minéraux. Elle est particulièrement importante dansles argiles entrainant la réduction du volume d’eau qui peuvent circuler librement.
La figure 2 ci-dessous montre la structure d’eau adsorbée au contact d’une particule solide A. La courbe dessine la variation de la force d’attraction selon le profil AB en fonction de la distance à l a particule.

METHODOLOGIE D’APPROCHE ET MILIEU D’ ETUDE

METHODOLOGIE D’APPROCHE

Cette partie présente les procédés méthodologiques mis en œuvre pour mener l’étude sur terrain. Cette méthodologie a débuté par la recherc bibliographique. Il s’agit de consulter des ouvrages traitant le sujet relatif à notre thème.

Etude bibliographique

Pour la réalisation de cette étude bibliographique,plusieurs centres de documentation ont été fréquentés :
Des bibliothèques, entre autre les
• Bibliothèque de l’Ecole Normale Supérieure (ENS) à Ampefiloha.
• Bibliothèque de l’Ecole Supérieure des Sciences agronomiques (ESSA) à Ankatso.
• Bibliothèque Nationale d’Ampefiloha à Antananarivo. Des services de documentation et d’information
• Agence universitaire de la francophone d’Ankatso
• Office National de l’Environnement d’Antaninarenina
Des recherches sur internet à partir du moteur de r echerche Google.
A ce propos, des informations supplémentaires ont té recueillis suite à la consultation des ouvrages se rapportant au thème étudié.

La formation

Avant d’entamer les travaux sur terrains, une formation portant sur le thème : « EVALUATION DE LA QUALITE DE L’EAU » a été effectuée au sein du Lycée Jules Ferry. Pendant cette formation, les élèves GLOBE du lycéeFaravohitra ont reçu des informations relatives aux paramètres qui pouvaient influencer la qualitéde l’eau ainsi que des instructions sur les procédés de mesure des paramètres physico-chimiques de l’eau.

Le choix des sites

Les sites hydrologiques GLOBE sont fixés dans les 15 km x 15 km autour de l’école. Situés dans ces zones, 15 puits localisés dans le cinquième arrondissement de la commune urbaine d’Antananarivo ont été choisis. Ce choix a été effectué sous condition d’avoir obtenu l’autorisation préalable des propriétaires.

Les travaux sur terrains et en salle

Sept paramètres physico-chimiques de l’eau ont étéeffectués. Ce sont : la transparence, la température, la teneur en oxygène dissous, la conductivité électrique, le pH, l’alcalinité et la teneur en nitrate.
Les mesures des paramètres ont été réalisées pars leélèves GLOBE du Lycée Jules Ferry de Faravohitra, sauf celles qui doivent être obligatoirement faites sur terrain telles que : la mesure de la transparence, la température et la fixation de l’oxygène dissous. Les autres mesures ont été effectuées en classe dans les 2 heures qui suivent la récolte de l’échantillon pour les mesures de l’oxygène et du pH et dans les 24 heures pour les mesures de la conductivité électrique, de l’alcalinité et de la teneur en nitrate.
La mesure de la transparence de l’eau a été effectuée en premier lieu. Viennent ensuite les mesures de la température, de l’oxygène dissous, de la conductivité électrique, de la salinité, du pH, de l’alcalinité, et enfin de la teneur en nitrate.
Les mesures de chaque paramètre ont été effectuéesau moins trois fois pour s’assurer de la fiabilité des résultats.
La liste des élèves qui ont participé au relevé desdonnées est figurée dans l’annexe II.

Analyses et interprétations des résultats

Les résultats obtenus sont ensuite interprétés etomparésc aux normes de potabilité de l’eau adoptés par l’Etat Malgache et/ou de l’OMS (tableau I) ainsi qu’aux grilles d’évaluation de la qualité de l’eau du SEQ-eau (tableau II) et de Rodier (tableau III) afin de déduire si l’eau en question est potable ou non.

Procédures

Les mesures de la conductivité électrique sont effectuées en salle de classe A ce propos, il faut mesurer la température de l’eau à tester, elle doit être comprise entre 20˚ à 30˚ C
Si la température de l’eau est en dessous de 20˚C ou au-dessus de 30˚C, il faut laisser l’eau atteindr e une température entre 20˚ – 30˚C car la conductivit é électrique de l’eau est fonction croissante de la température. Dès que cette température est atteinte, les étapes suivantes s’imposent :
• Rincer deux fois chaque gobelet avec l’échantillon d’eau.
• Verser de l’eau à tester dans chaque gobelet.
• Retirer le capuchon de la sonde du conductimètre et presser le bouton On/Off pour l’allumer.
• Rincer l’électrode avec de l’eau distillée et la sécher.
• Mettre la sonde dans l’échantillon d’eau du premier récipient. Agiter doucement pendant quelques secondes. Ne pas laisser l’appareil toucher le fond ou les côtés du bécher.
• Retirer la sonde du premier gobelet. Agiter doucement pour retirer l’eau et mettre l’appareil dans le second gobelet sans le rincer avec de l’eau distillée.
• Remuer l’échantillon avec la sonde du conductimètrependant au moins une minute.
• Noter la valeur sur l’écran quand elle se stabilise.
Les résultats sont exprimés en µS/cm (conductance d’une colonne d’eau comprise entre deux électrodes métalliques de 1 cm² de surface etséparées l’une de l’autre de 1 cm).

Le pH

Définition

C’est le symbole du coefficient d’acidité ou de l’alcalinité de l’eau. Le potentiel hydrogène ou pH permet de mesure la concentration en ions hydrogène dans l’eau. Il donne des renseignements sur la nature acide ou basique des eaux :
une eau contenant plus d’ion hydrogène (H+) à un pH de 0 à 7 est qualifiée d’eau acide.
une eau contenant un plus d’ion hydroxyle (OH-) est alcaline ou basique si son pH est compris entre pH 7 à 14.
Une eau à pH=7 est neutre et contient des ions hydr ogène et hydroxyle en proportion égale ou ne contient aucun de ces ions.
Le pH de l’eau naturelle dépend de son origine (pHde la pluie) et peut varier de 4 à 10 en fonction d e la nature acide ou basique des terrains traversés. C’est l’un des paramètres qui présente une influenc non négligeable sur les êtres vivants aquatiques :l’eau à pH s’étalant de 6,5 à 8 favorise le développement optimal de la vie aquatique [VILLERSet al, 2005].

Mesure du pH

Le pH de l’eau a été pris avec un pH mètre électronique de marque «Milwaukee» (figure 24). Cette mesure s’effectue en suivant les consignes stipulées dans le protocole de mesure du pH de l’eau à l’aide d’un pH-mètre.

Procédures

Lors de cette mesure, les étapes suivantes sont effectuées :
• Enlever le couvercle de l’électrode du pH-mètre.
• Rincer l’électrode et son pourtour avec de l’eau distillée deux fois. Sécher le pH-mètre avec du papier essuie-tout après chaque rinçage en évitant de frotter ni de toucher l’électrode avec les doigts.
• Après avoir rincé le bécher trois fois avec l’eau ed l’échantillon, y verser l’échantillon d’eau.
• Mettre l’électrode du pH-mètre dans l’eau.
• Remuer l’échantillon d’eau avec l’électrode. Cette dernière ne doit pas toucher le fond ni les bords du bécher. Attendre une minute. Si le pH-mètre change encore de valeur, il faut encore patienter une minute supplémentaire.
• Noter la valeur du pH.
Remarque : lors de la mesure du pH, pour les eaux ayant une conductivité électrique inférieure à 200 µS/cm, il faut y dissoudre du sel jusqu’à ce qu’on trouve une valeur au moins de 200 µS/cm.

L’alcalinité

Définition

L’alcalinité mesure les concentrations d’ions carbonate, de hydrogénocarbonate et d’hydroxyde dans l’eau. D’une autre manière, on peut dire que l’alcalinité est aussi la mesure de la capacité d’une eauà neutraliser les acides : l’eau possédant une fortealcalinité résiste à une diminution de pH quand une petite quantité d’acide y est ajouté et dans ce cas, on dit qu’elle a un fort pouvoir tampon.
Ces ions proviennent essentiellement des minéraux carbonatés tels que le calcaire, calcite et l’aragonite et/ou par dissolution dioxyde de carbone.
CaCO₃ Ca²⁺ + CO₃²⁻ (Bicarbonate de calcium)
CO₂ + H₂O H₂CO₃ H⁺ + HCO₃⁻
La présence de ces éléments (CO₃²⁻, HCO₃⁻, CO₂ et H₂O) dépend du pH de l’eau (figure 26). Donc, il peut se comporter comme un acide ou une base suivant le pH de l’eau :
• Réaction 1 : en milieu basique (pH supérieur à 12), l’ion hydrogénocarbonate se comporte comme un acide et se transforme CO₃²⁻ et H₃O⁺ :
• Réaction 2 : en milieu acide (pH inférieur à 4,5),l’ion hydrogénocarbonate se comporte comme une base et se transforme en CO₂ et H₂O :
HCO₃⁻ (aq) + H₂O HO⁻ + CO₂ (g), H₂O

INTERETS DE L’ETUDE

Ce mémoire présente de nombreux intérêts :
Pour les équipes GLOBE Faravohitra, cette étude leurs permet de trouver des sites d’études pour mener les mesures.
Les activités qui ont été effectué avec les élèvesGLOBE nous permettent de développer chez eux :
• Leurs savoir-faire cognitifs : de niveau connaissance :
– Utiliser un thermomètre pour mesurer la températurede l’eau ;
– Utiliser un kit pour mesurer la teneur en oxygène dissous dans l’eau ;
– Utiliser un conductimètre pour évaluer la minéralisation de l’eau ;
– Utiliser un pH-mètre pour déterminer si l’eau en question est acide ou basique ou neutre ;
– Utiliser un kit pour mesurer l’alcalinité de l’eau. Identifier le pH de l’alcalinité en comparant leurs valeurs ;
– Utiliser un kit pour mesurer la teneur en nitrate de l’eau. de niveau compréhension :
En effectuant ces mesures, ces élèves comprennent que :
– L’eau a des propriétés observables (transparence) te mesurables (les autres paramètres).
– L’eau est un solvant (minéralisation connu par la mesure de la conductivité électrique, de l’alcalinité et de la teneur en nitrate).
• Savoir être :
Cette étude nous a permis de développer chez les élèves des attitudes favorables à l’environnement :
– Prise de conscience des réalités et des problèmes traversà les résultats des mesures.
– Réflexion sur les causes et les solutions face auxproblèmes.
– Respect d’autrui : les travaux de groupe développent chez les élèves la solidarité, la tolérance, etc.
Donc, on peut dire en quelque sorte que nous avons préparée les élèves à devenir des citoyens responsables et avertis.
Durant la collecte des données avec les élèves GLOBE du lycée Faravohitra, nous avons eu l’occasion de s’expérimenter à conduire des travaux pratiques.
Pour les propriétaires des puits, les résultats desessais d’évaluation de la qualité de l’eau nous permettent de les aider à prendre de décision afin de préserver cette ressource en eau et de choisir son utilisation (pour l’arrosage, pour l’abreuvage de s animaux…) : ces eaux sont toutes des biotopes favorables au développement des êtres aquatiques tant animaux (verres parasitaires, des sangsues…) que végétaux (algues, champignons…) pouvant nuirela santé.
Ce mémoire peut servir aussi de guide pour la réalisation des expériences sur la détermination des paramètres physico-chimiques de l’eau.
Nous proposons ci-après un exemple de sujet de travaux dirigés pour la classe de seconde dans le chapitre écologie.

Table des matières

INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : GENERALITES SUR LE PROGRAMME GLOBE et NOTION DE BASE EN HYDROGEOLOGIE
Chapitre I : GENERALITES SUR LE PROGRAMME GLOBE
I.1. Définition
I.2. Historique
I.3. Mission du GLOBE
I.4. Les domaines de recherches GLOBE
Chapitre II : NOTION DE BASE SUR L’HYDROGEOLOGIE
II.1. Définition
II.2. Les origines des eaux souterraines : le cycle de l’eau
II.3. Les principaux paramètres qui régissent le stockage de l’eau dans le sous-sol : la porosité et la perméabilité des roches
II.4. Notion d’aquifère
II.5. Les constituants naturels des eaux souterraines
II.6. Pollution de l’eau souterraine
DEUXIEME PARTIE : TRAVAUX REALISES
Chapitre III : METHODOLOGIE D’APPROCHE ET MILIEU D’ETUDE
III.1. METHODOLOGIE D’APPROCHE
III.1.1. Etude bibliographique
III.1.2. La formation
III.1.3. Le choix des sites
III.1.4. Les travaux sur terrains et en salle
III.1.5. Analyses et interprétations des résultats
III.2. PRESENTATION DU MILIEU D’ÉTUDE
III.2.1. Contexte administratif et géographique
III.2.2. Contexte climatique
III.2.3. Contexte géologique et pédologique
III.2.4. Contexte hydrogéologique
III.2.5.Quelques indices de développement des cinq Fokontany
Chapitre IV : MATERIELS ET METHODES
IV.1. Echantillonnage
IV.2. Etudes sur terrain
IV.2.1. La transparence
IV.2.2. La température
IV.2.3. L’oxygène dissous
IV.2.4. La conductivité électrique
IV.2.5. Le pH
IV.2.6. L’alcalinité
IV.2.7. Le Nitrate
TROISIEME PARTIE : RESULTATS ET DISCUSSIONS
Chapitre V : RESULTATS ET DISCUSSIONS
V.1. TRANSPARENCE
V.2. TEMPERATURE
V.3. OXYGENE DISSOUS
V.4. PH et ALCALINITE
V.5. CONDUCTIVITE ELECTRIQUE
V.6. NITRATE
V.7. RECAPITULATION DES RESULTATS
V.8. GESTION DES DECHETS
PARTIE IV : INTERETS DE L’ETUDE
Chapitre VI : INTERETS DE L’ETUDE
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
WEBOGRAPHIE

Télécharger le rapport complet