Temps de résidence moyenne de l’eau dans les réservoirs de l’hydrosphère

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Evapotranspiration et évaporation

La valeur moyenne annuelle de l’évapotranspiration est comprise entre 800 à 1000mm tandis que la valeur moyenne annuelle de l’évaporation, de l’eau de surface est inférieure à 1400mm dans le Sud- Ouest. (Chaperon et al, 1993 ; 2005). Celles calculées avec la méthode de Thornthwaite sur une période de 10 ans sont de 1030 mm á Betioky (Rakotondrainibe, 1985).

CONTEXTE GEOLOGIQUE

La Commune Rurale de Masiaboay se situe dans le bassin sédimentaire de Mahafaly, appartenant au bassin sédimentaire de Morondava. Il diffère des autres bassins par un développement longitudinal beaucoup plus étendu et par la moindre extension des coulées basaltiques, ce qui facilite le drainage vers la mer par de nombreux fleuves. Il est physiquement caractérisé par de grands escarpements en cuesta ou dérivées de failles (ANDRIAMANANTENA R. « Rapport final ECHYDRO ACF Betioky, 2013 »).

Les formations sédimentaires

À la suite de l’orogenèse panafricaine, le domaine précambrien malagasy est resté émergé jusqu’au Carbonifère, où se déposent des assemblages semblables aux séries du Karroo d’Afrique Australe. La mise en place de ces séries sédimentaires correspond à une phase de rifting intracontinental, le “Rifting Karroo”, phase initiale de la dislocation du Gondwana, dès le Carbonifère Supérieur et jusqu’au Jurassique Inférieur. La série sédimentaire du Sud malagasy est la plus complète car elle débute en discordance sur le socle cristallin par la formation de la Sakoa affectée d’un plongement de 30° à 20°. Au-dessus, la formation de la Sakamena qui commence par une discordance avec des pendages allant brusquement de 20° à 10°. L’ensemble de ces deux formations, épais de plusieurs milliers de mètres, compose le super groupe de Karoo (PGRM, 2008).

Stratigraphie et tectonique

Le super groupe de Karroo comprennent de la base au sommet des assemblages de sédiments terrigènes fluviatiles (argilites et grès), niveaux sédimentaires épicontinentaux évaporitiques et enfin marins francs de plateforme (calcaires). Toutefois, des intercalations précoces de sédiments marins fossilifères semblent indiquer des incursions marines épisodiques dès les premiers stades du rifting. Dans cet assemblage continental, les formations marines ne constituent que des intercalations locales, inégalement développées (planche 22).

Le super groupe de Karroo à Madagascar comprend deux formations: le groupe de la Sakamena et le groupe de la Sakoa, séparé par des discordances. Chacun de ces groupes est caractérisé par sa composition pétrographique, sa faune et sa flore. Mais dans notre cas, le seul qui nous intéresse est le groupe de la Sakamena.
Au-dessus du groupe de la Sakoa, séparé par une discordance angulaire d’une dizaine de degrés, vient le groupe de la Sakamena qui débute par un important conglomérat de base. Son épaisseur est considérable, 3000 mètres au parallèle de la Sakoa, 4000 mètres au moins sur l’Onilahy.
– La Sakamena III :
La Sakamena inferieure continentale est constitué de roches grises à faciès schisteux (schistes plus ou moins argileux et grès micacés très durs) avec des reptiles et flore à Glossopteris et Thinnfeldia. Elle est marquée par une discordance angulaire au-dessus du groupe de la Sakoa, elle débute par un conglomérat de base d’épaisseur variable et pouvant atteindre plusieurs dizaines de mètres. C’est un poudingue à gros éléments très roulés provenant du socle cristallin ou des calcaires de Vohitolia. Ce conglomérat marque une reprise de l’érosion à la suite d’un départ brutal de la subsidence en liaison avec une phase de cassures post-Sakoa. Ce n’est pas un conglomérat de transgression marine mais un dépôt torrentiel où les zones épaisses correspondent à des cônes de déjection. Les phénomènes d’érosion ont été puissants et sont bien marqués par le démantèlement des calcaires de Vohitolia subsistants en flots au milieu des conglomérats.
– La Sakamena II :
Epaisse d’environ 200 mètres, la Sakamena II, présente un faciès très diffèrent, en grande partie marine et lagunaire, comprend surtout des argiles grises à nodules et septarias avec des lits argilo-gréseux avec poissons marines et Crustacés lagunaires (Esthéries). Les nodules sont des concrétions régulières aplaties tandis que les septarias, des concrétions a ornementation extérieur ondulée ou étoilée avec cloisonnement interne par des fissures radiales remplis de calcite.
– La Sakamena I :
La Sakamena I, continentale est une série épaisse de 500 à 600 mètres, formée par une alternance de grès et d’argiles rouges. Par suite de l’abondance des argiles, elle correspond à une zone déprimée envahie par de nombreux marais en saison des pluies, et recouverte de carapace sableuse masquant les affleurements. Les grès sont blanchâtres, mal cimentés, sableux, à stratification entrecroisée, avec des lits psammitiques. Les argiles sont généralement rouges, parfois vertes, souvent salifères. Nous avons ici un faciès mixte, continental et lagunaire.
Le super groupe du Karroo s’établissent dans 3 bassins d’effondrement ou «graben», à savoir:
-le Bassin de Diégo à l’extrême Nord de l’île
-le Bassin de Mahajanga au Nord-Ouest
-le Bassin de Morondava au Sud-Ouest : Il est le plus grand bassin sédimentaire de l’Île, s’étendant sur plus de 1 000 km le long de la côte Ouest du centre-ouest jusqu’à l’extrême sud de l’Île. Les formations sédimentaires de la zone d’intervention appartiennent à ce Sakamena du bassin de Morondava. C’est dans le Sud de ce bassin que sont préservés des dépôts glaciaires spectaculaires en discontinuité sur le socle précambrien.

Le Sud-Ouest de Madagascar est affecté par deux systèmes de faille. Au Sud de l’Onilahy, la région montre un important système de faille avec une suite de fossés et de horsts. Les fossés étant remplis par des formations de groupes de la Sakoa et de la Sakamena avec discordance entre les deux formations.

METHODOLOGIE ET MATERIELS

NOTION D’HYDROLOGIE

La planète Terre, appelée également aussi « la planète bleue » (sa surface est recouverte à 72% d’eau) souffre d’une défaillance non négligeable d’eau. Certes, 72% voire 1400 millions de km3 est un nombre très important mais cette quantité d’eau colossale n’est pas à 100% comestible (97,2 à 97.5 est de l’eau de mer et 2,5 à 2,8 est de l’eau douce) et est inégalement réparties sur le globe.
L’hydrologie est une discipline qui a pour objet l’étude des ressources en eau.

CYCLE DE L’EAU

L’étude du cycle de l’eau se situe au cœur même de l’hydrologie. Le cycle de l’eau ou cycle hydrologique est un modèle représentant le parcours entre les grands réservoirs d’eau liquide, solide ou gazeux sur Terre. C’est à cette raison que porte l’intérêt de ce chapitre dans ce mémoire.

Panneaux électriques

– Description du dispositif :
Le panneau électrique est similaire à l’utilisation de plusieurs sondages électriques sauf qu’il nécessite plusieurs électrodes (32 électrodes dans notre cas), d’où l’utilisation du système multi-électrodes, plus un autre supplémentaire qui sert de RS Check pour la vérification de la résistance de prise de tous les multi-électrodes. En plus des appareils de sondage, il nécessite d’un « Remote Controlled Multiplexer » (RCM) pour servir d’interface entre le résistivimètre et le multinode et une autre batterie de 12V pour l’alimentation du RCM. Un panneau électrique permet d’avoir une imagerie à 2Dimensions de la distribution des résistivités du sous-sol. Le résultat obtenu est une coupe géoélectrique caractérisant la distribution des résistivités du milieu.
– Technique de mesure :
Le panneau électrique repose sur la mesure de la ddp et d’un courant I entre deux (02) électrodes, afin de calculer la résistance électrique d’un terrain. Dans un premier temps, on implante le long d’un profil que l’on veut étudier, les électrodes espacées à intervalle constant. Ensuite, on raccorde chacune d’entre eux à un multinode, cet appareil permet de reconnaitre chacune des électrodes. Enfin, on assemble le reste par des câbles et le tout relier au résistivimètre qui effectuera automatiquement les mesures. Notons par« a » la distance entre deux (02) électrodes. En dispositif Wenner (figure 11), dispositif classique pour un panneau électrique, la première mesure du premier niveau d’acquisition va se faire à l’aide des électrodes 1, 2, 3, et 4 tel que les électrodes 1 et 4 servent à l’injection du courant I tandis que les électrodes 2 et 3 servent à la mesure de la ddp. Tous les dispositifs vont ensuite se déplacer d’une distance « a », donc 1 et 7 qui servent maintenant à l’injection des courants I puis 3 et 5 à la mesure du ddp. Et le processus se répète de nouveau jusqu’à la dernière électrode.

ACQUISITION DE DONNEES

Données électriques

L’acquisition des données de résistivités électriques a été réalisée :
-en mode Wenner, pour sa sensibilité aux changements verticaux qu’aux horizontaux de la résistivité, (recommander pour détecter des structures horizontales car il a une bonne résolution verticale) pour les panneaux électriques sur lesquels ont été implantées 32 électrodes espacées de 5 mètres, 7 mètres ou 10 mètres selon le besoin,
-en mode Schlumberger sensible aux variations horizontale et verticale pour le sondage électrique,
-et en mode Wenner aussi pour la trainé.
Pour le panneau, le SYSCAL R2 effectue automatiquement les mesures, ensuite, il enregistre les données. Par contre, l’acquisition des données pour les sondages et les trainées se font manuellement.

Données électromagnétiques

L’acquisition des données a été réalisée en utilisant une boucle émetteur/récepteur de 25×25 mètres ou 50×50 mètres selon le besoin. Une fois les mesures sont terminées, les résultats sont affichés sur l’interface du logiciel TEM-Fast. Ensuite, il faut les sauvegarder pour pouvoir les traiter et les interpréter ultérieurement.

TRAITEMENT DES DONNEES

Dans ce chapitre, nous allons aborder les techniques de traitements des données.

DONNEES ELECTRIQUES

– panneau électrique
Apres que les mesures sont terminées, nous procédons au transfert des fichiers de données du résistivimètre SYSCAL R2 vers l’ordinateur par le biais du logiciel nommé PROSYS. Puis, depuis PROSYS, nous effectuerons le traitement de données. Ces dernières seront ensuite exportées vers des logiciels d’interprétation tels que RES2DINV ou RES3DINV. Dans notre cas, nous utilisons le logiciel RES2DINV (H. Loke, 1996). Ce logiciel effectue une inversion, en utilisant la méthode des moindres carrés, des données expérimentales et donne un modèle géoélectrique ou pseudo-section. Grace à une méthode itérative, il essaie de réduire la différence entre les valeurs calculées et les valeurs mesurées et cette différence est exprimée par l’erreur RMS ou l’écart quadratique moyen.
– sondage électrique
Les données imprimées sur une feuille de mesure vont être saisies dans le logiciel QWSEL. Ce dernier affiche ensuite le résultat de mesures sous forme d’une courbe (en abscisses la demi-longueur de AB et en ordonnées la valeur de la résistivité apparente correspondante) nommée Courbe de sondage qui fera après l’objet d’une interprétation.
– trainée électrique
Les données collectées manuellement sur une feuille de mesure vont être saisies sur un fichier Excel et vont être ensuite traitées par le logiciel Grapher 4. De ce logiciel, nous obtiendrons une courbe (en abscisses le pas de mesure et en ordonnées la valeur de la résistivité) qui fera ultérieurement l’objet d’interprétation.

DONNEES ELECTROMAGNETIQUES

– sondage TEM
Les données enregistrées dans le TEM-FAST seront traitées à l’aide du logiciel TEM-RES. Ce logiciel effectue les calculs directs des réponses TEM pour des sections de couches suivant la méthode d’Anderson(1979) et le principe d’approximation proposée par Stoyer(1990). Ensuite, il permet de faire une inversion des données selon la méthode des moindres carrées en utilisant l’algorithme de calcul de « Ridge regression » décrite par Inman(1975). Les résultats obtenus, qui vont servir à l’interprétation, sont des courbes de sondage TEM, de la résistivité en fonction de la profondeur.

En bref, cette deuxième partie expose successivement une partie théorique portant sur la notion d’hydrologie et une autre partie descriptive présentant les différentes méthodes adoptées ainsi que les appareils de mesure utilisés lors des travaux sur terrains. A cet égard, les méthodes de prospections, entre autres sondage ; tomographie ; traîné électriques et sondage électromagnétique, ont été choisis pour tous les points. Elles ont été mises en œuvre par l’utilisation d’un résistivimètre SYSCAL R2 avec ses accessoires pour les prospections électriques et par l’utilisation du TEM-FAST 48 HPC avec ses accessoires pour les prospections électromagnétiques. Les types de résultats obtenus sont des courbes pour les sondages et traînés, et des coupes géoélectrique pour la tomographie électrique. Leurs interprétations feront l’objet de la troisième et dernière partie.

RESULTATS ET INTERPRETATIONS

Plusieurs prospections électrique et/ou électromagnétique ont été réalisées. Mais avant de faire une campagne géophysique, des reconnaissances géologique et géomorphologique sont nécessaire afin de bien délimiter les lieux favorables à l’implantation des points d’eau. Six sites ont été prospectés à savoir : Masiaboay Centre, Antararaty II, Behara Centre, Bekily Centre, Ambatokapika Nord, et Ambatokapika Sud.
-Caractéristiques géologiques de l’ensemble de la Commune Rurale Masiaboay
Les zones d’intervention se situent sur la formation schisto-gréseuse de la Sakamena inferieur sauf le Hameau Antararaty II qui est éloignée vers le Sud-Est des autres Hameaux. Cette formation montre un affleurement d’une dizaine de kilomètres et s’allonge suivant une direction NNO-SSE. Elle est aussi fractionnée par des failles de direction NNO-SSE.

Hameau Behara centre

Comme tous les autres Hameaux étudiés précédemment, Behara Centre est bâti dans un bassin versant sur des couches de grès et schistes à Glossopteris. La couche épaisse de grès et de schiste en alternance aléatoire s’observe dans les lits de cours d’eau. Les schistes de la partie inférieure sont beaucoup plus argileux, ce qui veut dire plus vulnérables à l’érosion mais par contre, ils pourraient constituer notre cible hydrogéologique en tant que roche réservoir.
Géologiquement, notre cible est les nappes de grès et des linéaments et/ou les nappes de grès et des failles.
Concernant les études géophysiques en ces points P48(X=204696 m ; Y=249626 m ; Z=235 m) et P49 (X=204808 m ; Y=248863 m ; Z=238 m),3 panneaux électriques, 1 sondage TEM, 1 sondage électrique et 2 traînés électriques croisés ont été réalisés et dont le plan de masse est le suivant

CONCLUSION

L’élaboration du présent mémoire nous a donnée l’opportunité de capitaliser toutes les connaissances acquises au cours de notre Cursus Universitaire auprès du Département de Physique et plus particulièrement dans la filière Géophysique. Elle nous a permis aussi de nous familiariser avec des appareils géophysiques, surtout lors de notre stage sur terrain.
Une bonne connaissance de la géologie et de la géomorphologie locale d’un site est très importante pour la prospection d’eaux souterraines surtout en terrain sédimentaire comme dans notre cas. Puis, les informations géologiques, combinées avec celles apportées par les données géophysiques permettent une vérification géologique, structurale, hydrogéologique et hydrodynamique du milieu.

Le choix d’une méthode à un autre est vraiment important lors d’une campagne géophysique. Il faudrait que les méthodes choisies soient les mieux adaptées pour résoudre le problème posé. Dans notre cas, pour une prospection d’eaux souterraines, on a recours à la méthode électrique qui est une méthode classique pour définir les structures et la géométrie du milieu souterrain, sondage électrique pour sa sensibilité à la variation verticale de la structure du sous-sol ; trainé électrique pour sa sensibilité à la variation latérale de la structure et tomographie électrique pour une imagerie en 2D des propriétés physique du sous-sol, et à la méthode électromagnétisme qui est une méthode alternative pour la détection des formations conductrices et elle est aussi caractérisé par sa forte investigation en profondeur.
La méthode par sondage électrique a été pratiquée d’une façon intensive, non seulement, car elle est considérée comme indispensable pour la recherche d’eaux souterraines, mais aussi parce qu’elle permet de déterminer l’épaisseur des couches sédimentaires et d’estimer la profondeur de l’aquifère. Tandis que, les autres méthodes : traîné électrique ; STEM et panneaux électrique sont utilisées à titre de vérification et de justification.
Les résultats présentés dans la dernière partie du mémoire dévoilent l’intérêt de l’utilisation combinée de méthode de prospection afin de confronter les nombreuses informations, géologique et géophysique, pour localiser les aquifères ou d’autres cibles d’exploitation et de préciser leurs étendues. L’utilisation des différentes méthodes de prospection géophysique, méthodes électrique et électromagnétique, dans notre travail a été aussi d’une grande importance, pour étudier des propriétés physiques du sous-sol (recherche d’une anomalie).
Compte tenu des résultats obtenus, on peut en tirer que ces méthodes s’avèrent très efficaces pour une prospection d’eau souterraine et elles contribuent considérablement au choix de l’emplacements des puits et/ou forage.
Concernant l’ensemble de l’objectif de ce mémoire, les études faites ont permis d’en conclure que la zone d’étude bénéficie des formations sédimentaires qui renferment des nappes aquifères important, en particulier des nappes d’altération et de fracture. De plus, notre étude a permis de définir les éléments fondamentaux, matériels et méthodologies, nécessaires pour une future prospection.

Table des matières

INTRODUCTION
PARTIE I : GENERALITES SUR LA ZONE D’ETUDE
I-1 : CONTEXTE GEOGRAPHIQUE ET ADMINISTRATIF
I-2 : CONTEXTE CLIMATIQUE
I-2-1 : Pluviométrie
I-2-2 : Température
I-2-3 : Evapotranspiration et évaporation
I-3 : CONTEXTE GEOLOGIQUE
I-3-1 : Les formations sédimentaires
I-3-2 : Stratigraphie et tectonique
I-3-3 : Géologie structurale des formations sédimentaires
I-4 : CONTEXTES HYDROLOGIQUE ET HYDROGEOLOGIQUE
I-4-1 : Systèmes aquifères existants (Rapport final ECHYDRO ACF Betioky, 2013)
I-4-2 : Délimitation des entités hydrogéologiques
PARTIE II : METHODOLOGIE ET MATERIELS
II-1 : NOTION D’HYDROLOGIE
I-1-1 : CYCLE DE L’EAU
a) : Définition
b) : Temps de résidence moyenne de l’eau dans les réservoirs de l’hydrosphère :
I-1-2 : AQUIFERE ET NAPPE D’EAU SOUTERRAINE
II-2 : TECHNIQUES DE PROSPECTION GEOPHYSIQUE DE SUBSURFACE ET ACQUISITION DE DONNEES
II-2-1 : PROSPECTION ELECTRIQUE
a) : Sondages électriques
b) : Panneaux électriques
c) : Trainés électriques
II-2-2 : PROSPECTION ELECTROMAGNETIQUE
II-2-3 – ACQUISITION DE DONNEES
a) : Données électriques
b) : Données électromagnétiques
II-3 TRAITEMENT DES DONNEES
II-3-1- DONNEES ELECTRIQUES
II-3-2-DONNEES ELECTROMAGNETIQUES
PARTIE III : RESULTATS ET INTERPRETATIONS
III-1 : EXEMPLE DE PRESENTATION DES RESULTATS :
III-2 : RESULTATS ET INTERPRETATION
III-2-1- Hameau Masiaboay centre
III-2-2- Hameau Antararaty II
III-2-3- Hameau Ambatokapika nord
III-2-4- Hameau Behara centre
III-2-5- Hameau Bekily
III-2-6- Hameau Ambatokapika sud
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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