Soutenance mémoire
Le bassin sédimentaire de Mahafaly se trouve dans la partie sud-ouest de Madagascar dans la province de Tuléar. Il est traversé par le tropique du Capricorne au nord du grand fleuve de l’Onilahy dans le district de Betioky. Cette région est située dans une zone soumise à un climat semi-aride avec des faibles précipitations annuelles de l’ordre de 300mm à 400mm. Elle est parmi les régions les plus pauvres de Madagascar en raison du manque d’approvisionnement en eau potable tant sur le plan qualitatif que sur le plan quantitatif d’où l’objet de l’étude. Ce problème de la gestion de ressource en eau empêche le développement économique de la région Mahafaly car le taux d’accès en eau potable est moins de 20% (Ministère de l’Eau, 2009). Le problème d’accès à l’eau potable dans cette région est lié soit à la pollution des eaux par les activités humaines soit au tarissement immédiat des puits après creusage. Depuis l’an 2000, plusieurs projets ont été entrepris par les Organisations Non Gouvernementales dans cette région pour installer des forages et des puits en vue d’offrir de l’eau de bonne qualité aux gens du village. Actuellement, certains forages ne fonctionnent plus car ils sont soit touchés par le problème de minéralisation élevée des eaux, soit par le tarissement des eaux. Sachant que l’apport de la technique isotopique au développement durable de la gestion des ressources en eau nous permet d’identifier l’origine de la minéralisation des eaux et de déterminer les mécanismes de recharge des aquifères. Ceci nous a amené à élaborer une étude utilisant la technique isotopique pour aider les Organismes Non Gouvernementaux qui travaillent dans le domaine de l’eau afin de renforcer la base de données pour l’implantation des puits et des forages. Des études avec le Programme des Nations Unies pour le Développement (PNUD) en collaboration avec le bureau d’étude Hydromad dans le cadre du programme MAG/97/008 ont été menées dans cette région pour faire la reconnaissance hydrogéologique. Le but est de mieux cerner les ressources en eau de qualité satisfaisante et d’optimiser leur éventuelle exploitation. La présente étude a commencé en 2012 avec la collaboration de l’INSTN-Madagascar par le biais du financement de l’ « International Foundation for Science ». L’objectif principal de ce projet est d’élaborer un modèle hydrologique pour contrôler l’écoulement des eaux souterraines, prédire l’évolution des solutés et déterminer le temps de parcours suivant leur direction. Ainsi, les méthodes géochimique et isotopique sont appliquées pour caractériser la nappe et fournir des informations sur l’origine, l’évolution géochimique des eaux, l’interconnexion hydraulique et le renouvellement des nappes.
Contexte de l’étude
Problématique
Malgré les progrès accomplis au cours des vingt dernières années pour améliorer l’accès à l’eau potable, quelque 1,1 milliard de personnes en sont de nos jours toujours privées (Brochures d’information de l’AIEA, Division de l’information, 02-01579 / FS, Séries 2/03/F, 2003). L’accès à l’eau potable reste inférieur à 38% dans le Sud Ouest de Madagascar (Ministère de l’Eau, 2012). Dans la région Mahafaly, au Sud-Ouest de Madagascar, le problème d’alimentation en eau potable est dû au climat semi-aride marqué par une faible pluviométrie (350mm à 600mm.an -1) d’une part et à la contamination des eaux par les métaux lourds issus des effluents miniers, des déchets agricoles et des fertilisants d’autre part. C’est la région ayant le taux de pauvreté le plus élevé dans le pays à cause de la pénurie des ressources en eau limitant ainsi son développement. Des forages y ont été déjà installés dans le cadre du programme d’Adduction en Eau du Sud (AES), mais leur nombre apparait toujours insuffisant. C’est pourquoi, l’Etat Malgache cherche tous les moyens possibles pour augmenter le nombre de points de captage d’eau potable dans les aquifères du Sud de Madagascar. Or le problème se pose sur les forages secs après seulement quelques périodes d’utilisation. En plus, la surexploitation des couches aquifères implique la contamination des eaux souterraines et ses conséquences posent des problèmes sanitaires et environnementaux majeurs. Le contrôle et la gestion de cette pollution apparaissent difficiles car son accumulation progresse de façon complexe à l’intérieur de la nappe. Aussi, ce problème nécessite-t-il une prise de conscience immédiate pour pouvoir contrôler, réduire, voire même supprimer le risque de contamination. Souvent, les méthodes utilisées pour les études faites en vue de l’implantation de forages captant les nappes souterraines sont essentiellement manuelles, ou basées sur l’intuition de l’expert. En effet, l’insuffisance d’outil a un impact négatif sur la gestion des ressources en eaux souterraines. L’utilisation de modèles numériques d’écoulement des eaux souterraines et de transport de contaminants en vue de la réalisation d’outils de simulation de tels phénomènes apparaissent comme une solution aux problèmes suscités.
Etudes antérieures
Etude hydrogéologique
Les études hydrogéologiques antérieures sont constituées principalement de celles du projet PAEPAR, du projet HYDROMAD/PNUD et du projet PAEAR. Mais, il y en a d’autres qui ont été réalisées par les ONGs locales lors de l’installation des puits. Le Projet PAEPAR a démarré en 1998 dans le sud de Madagascar pour aider cette région qui connait des difficultés d’accès à l’eau potable. C’est un projet gouvernemental financé par la Banque Mondiale dont l’objectif est d’augmenter le taux d’accès à l’eau potable dans le sud de Madagascar. L’objectif de ce programme se focalise sur l’installation de 900 forages mais des études hydrogéologiques ont été faites en parallèle pour évaluer les ressources en eau dans cette zone. C’est un projet hydraulique des villageois dont les résultats sont les suivants :
– Le taux de succès des forages qui est de 70% pour 894 sites ; sur 900 forages réalisés, 627 sont positifs, 177 forages sont secs avec un débit inférieur à0,6 m3 .h-1 et 96 forages donnent des eaux fortement minéralisés dont la conductivité électrique est supérieur à 3,000 μS.cm-1 ),
– la profondeur moyenne des niveaux statiques des 627 forages positifs qui est de 5,10 m pour une moyenne de top crépines à 17,25 m (MADAGEO, 2013).
Le Projet HYDROMAD/PNUD concerne les études, les travaux hydrogéologiques et géophysiques dans le grand sud de Madagascar. Durant ce projet, 150 points d’eau équipés de pompe INDIA Mark III ont été réalisés dans les régions de Betioky et Bezaha. Après une présentation de la zone d’intervention, ce rapport s’attachera à donner les résultats de la campagne d’hydraulique villageoise ainsi que les renseignements obtenus sur la connaissance des eaux souterraines. Les résultats obtenus montrent que dans les terrains sédimentaires anciens de la zone de Betioky, la nappe est en général peu minéralisée en surface mais certains points présentent des minéralisations très fortes. On connaît par ailleurs sur la zone des dépressions salées qui peuvent même faire l’objet d’exploitations de sel “de terre“ par les villageois. Deux salines principales sont connues et localisées dans la vallée de l’Onilahy, à proximité du passage de failles majeures. Il existe aussi dans cette vallée une source thermo-minérale témoignant de circulations d’eaux profondes à Ranomay dont la température de l’eau atteint 42°C avec une conductivité électrique de l’ordre de 6500 μS/cm (Rapport hydromad/PNUD, 2004). Le Projet PAEAR est la suite du projet PAEPAR dont 17 forages ont été inventoriés dans la zone d’intervention. La profondeur moyenne de forage est de l’ordre de 20 m et le niveau statique de l’eau est environ 3,5 m en moyenne. Une étude sur l’Adduction d’eau potable par puits dans le district de Betioky et Ampanihy a été effectuée au sein de l’ONG-TARATRA (Rasolofonirina, 2005). L’objectif de l’étude consiste à améliorer l’accès en eau potable de la population par construction de puits par méthode « hydrogéologie » muni d’une pompe « ROPE » et à appuyer la mise en place de comités locaux de gestion afin de pérenniser des réalisations de projet d’exploitation d’eaux souterraines. Les résultats de l’étude montre que les caractéristiques des ressources en eau dans les zones d’étude sont similaires à celles des zones arides c’est-à-dire à débit faible et présence d’eau saumâtre.
Utilisation de la technique isotopique
Sur les études faites par Nicolini (1980) utilisant les techniques isotopiques dans l’aquifère confiné du sud ouest de Madagascar, une augmentation progressive de la minéralisation des eaux souterraines se produit dans la zone saturée provenant de la dissolution du calcaire et de calcaire marneux et plus probablement par l’altération de feldspath et de basalt. Une investigation a été entreprise dans le cadre du projet régional RAF8/029 financé par l’AIEA et regroupant sept pays d’Afrique de l’Est dont le thème est « le développement durable des ressources en eau ». Pendant cette étude, les intervenants ont pu mesurer la composition en isotopes stables (18O et 2H) et d’isotopes radioactifs (3H et 14C) des échantillons d’eaux de surface et eaux souterraines dans la zone sédimentaire Mahafaly. Les résultats des isotopes stables ont mis en évidence les types de diversité d’infiltration dans les nappes phréatiques. En outre, les résultats du tritium et du 14C ont montré une teneur de tritium significative aux environs des principaux fleuves Onilahy et Linta, mais qui diminue progressivement à mesure que l’on s’éloigne du bord, suggérant donc une contribution non négligeable des rivières dans la recharge des eaux souterraines (Rajaobelison et al., 2003).
|
Table des matières
Introduction
Chapitre 1 : Contexte de l’étude
1.1. Problématique
1.2. Objectifs
1.2.1. Objectif principal
1.2.2. Objectifs spécifiques
1.3. Etudes antérieures
1.3.1. Etude hydrogéologique
1.3.2. Utilisation de la technique isotopique
1.4. Méthodologie
1.4.1. Avant la campagne d’échantillonnage
1.4.2. La campagne d’échantillonnage
1.4.3. Après la campagne d’échantillonnage
1.4.4. Méthode d’utilisation de MODPATH
Chapitre 2 : Contexte général du Sud de Madagascar
1.1. La population
2.2. Topographie
2.3. Climat
2.3.1. Précipitation
2.3.2. Température
2.3.3. Evapotranspiration
2.3.4. Humidité de l`air
2.4. Végétation
2.5. Sols
2.6. Géomorphologie
2.6.1. La pénéplaine intérieure
2.6.2. Le plateau Mahafaly
2.7. Géologie
2.8. Tectonique
2.9. Hydrologie
2.9.1. Le fleuve Onilahy
2.9.2. Lac Tsimanampetsotsa
2.10. Hydrogéologie
2.10.1 Les nappes en général
2.10.2. Piézométrie de la nappe générale
2.11. Minéralogie
Chapitre 3 : Evaluations géochimique et isotopique des eaux dans le bassin de Betioky
2.1. Localisation géographique de la zone
3.2. Echantillonnage et analyses des échantillons
3.2.1. Campagne d’échantillonnage
3.2.2. Travaux sur terrain
3.2.2.1. Mesure in situ
3.2.2.2. Procédure de mesure d’alcalinité
3.2.3. Travaux aux laboratoires
3.2.3.1. Analyses des ions majeurs
3.2.3.2. Analyses des isotopes stables
3.2.3.3. Détermination de la teneur en tritium dans l’eau par méthode d’enrichissement électrolytique
3.3. Résultats
3.3.1. Hydrochimie
3.3.1.1. Mesures des paramètres physico-chimiques
3.3.1.2. Ions majeurs
3.3.2. Isotopes de l’environnement
3.3.2.1. Composition en isotopes stables δ18O et δ2H
3.3.2.2. Teneur en tritium (3H)
3.4. Mécanisme de recharge et évolution géochimique des eaux souterraines
3.4.1. Faciès chimiques des eaux
3.4.2. Minéralisation des eaux
3.4.3. Mécanisme de l’évolution géochimique des eaux
3.4.3.1. Altération des roches silicatées
3.4.3.2. Dissolution des solutions carbonatées
3.4.3.3. Echange des cations
3.4.3.4. Processus d’évaporation
3.4.3.5. Oxydation / réduction
3.5. Mécanisme de la recharge des eaux
3.5.1. Origine de la recharge des eaux souterraines
3.5.2. Mélange des eaux
3.5.3. Localisation de la zone d’alimentation
3.6. Détermination du temps de résidence des eaux souterraines
3.6.1. Les traceurs environnementaux
3.6.2. Approche du modèle de boîte noire « box model »
3.6.3. Modèles mathématiques de la boîte noire
3.6.3.1. Modèle Piston ou « Piston Flow Model (PFM) »
3.6.3.2. Modèle exponentiel ou « Exponential Model (EM) »
3.6.3.3. Modèle de dispersion ou « Dispersion Model (DM) »
3.6.4. Temps de séjour par méthode de tritium
3.6.5. Estimation de la recharge de la nappe
3.7. Détermination des paramètres hydrogéologiques à l’aide du traceur
3.8. Modélisation géochimique des eaux
3.8.1. Concept de la modélisation géochimique
3.8.2. Les principaux types de la modélisation géochimique
3.8.2.1. La spéciation
3.8.2.2. La modélisation inverse
3.8.2.3. La modélisation géochimique directe
3.8.2.4. La modélisation du transport réactif
3.8.3. Le code PHREEQC
3.8.4. Modèle d’écoulement des eaux souterraines
3.8.5. Indices de saturation
3.8.6. Simulation du bilan de masse
Conclusion
