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Origine de l’activité Via Sahel hydrogéologie

L’activité « accès à l’eau » de Via Sahel est limitée par plusieurs inconnus: le fonctionnement de la nappe phréatique, sa capacité face à l’augmentation de la population et des cultures, les impacts des grandes sécheresses au Sahel en 1970-80 et la nature sous-sol qui a conduit à creuser plusieurs puits à grand frais dans de la roche pour peu ou pas d’eau (5% de puits à roche pour 20% des coûts totaux en 2011).

Fin 2011 a été créé l’activité Via Sahel Hydrogéologie (VSHy) rassemblant quatre scientifiques hydrogéologues (France, Burkina Faso et Mali), deux géologues sahéliens, deux spécialistes d’imageries satellitaires et plusieurs membres de Via Sahel.

La Fondation Planet Action de SPOT-Image a saisi gratuitement pour VSHy plusieurs images satellitaires haute résolution (0,5 m) spécifiques au Pays Dogon et donné des logiciels de traitement ad hoc.

Les mesures de profondeur d’eau dans les puits avec des sondes piézométriques, commencées en novembre 2009, ont été poursuivies régulièrement sur un maximum de puits dans la plaine, essentiellement par notre consultant à Sangha et son fidèle collaborateur Dogon.

L’activité VSHy a été boosté par le stage de Master-2 en hydrogéologie effectué par Aline Hubert à l’Université de Ouagadougou en 2014, sous le direction de trois de nos scientifiques, appuyé sur une recherche bibliographique importante.

Principaux résultats de l’activité VSHy

Connaissance de la nappe phréatique

L’essentiel de l’eau captée dans la plaine provient de la partie saturée en eau de la plaine sédimentaire qui repose sur un soubassement de calcaire dur (Cf. coupe transversale du Pays Dogon). Les interstices d’air entre les grains sédimentaires (ou les fissures pour le soubassement) sont remplis d’eau à l’exemple de la majorité des nappes phréatiques du globe (l’eau s’écoulant rapidement dans des veines de grottes est une infime partie des eaux du sous-sol). La quantité utilisable d’eau de la partie saturée en eau de la nappe dépend donc de la porosité du sédiment, dans notre cas elle varie de 5 à 15%. La nappe phréatique du Pays Dogon déborde sur le nord du Burkina Faso pour former la nappe générale du Gondo. Il y a donc potentiellement de l’eau en tout point de la plaine.

La surface piézométriques est l’altitude de l’interface sec-humide des sédiments par rapport au zéro des cartes. L’eau s’écoule très lentement (~ 1 km par an) entre les grains sédimentaires par gravité avec des pentes 2 à 5 fois supérieures à celles de nos fleuves (1,3 m / km en moyenne pour la Loire) de part les frottements importants entre grains.

Les travaux d’Aline Hubert s’appuyant sur les cartes piézométriques et un modèle numérique d’écoulement de nappe phréatique montrent qu’environ 1/3 des pluies sur le plateau alimente la nappe phréatique par les paléo-vallées (anciennes rivières du temps du Sahel et Sahara humide) au pied de la falaise et par les quatre paléo-vallées pénétrant dans la plaine.

Hormis dans les paléo-vallées le taux de renouvellement de l’eau de la plaine sédimentaire est extrêmement faible de l’ordre de 1% par an, voire moins.

Variations du niveau de la nappe

Variations à court terme dans les puits

Il y a des puits qui donnent peu et d’autres beaucoup. Cela est dû à la nature du sous-sol sédimentaire avoisinant. Lors de tirages intensifs, de gros sédiments vont permettre de laisser passer l’eau rapidement. A l’inverse, des petits sédiments (sable argileux par ex.) vont freiner l’arrivée d’eau et avec le tirage créer un « cône de rabattement » autour du fond du puits pouvant le « tarir » temporairement. Il faudra attendre plusieurs heures voire une demi-journée pour que le niveau d’eau du puits remonte pour arriver à équilibre avec celui de la nappe aux alentours.

Variations à moyen terme

Hormis dans les paléo-vallées au pied de la falaise et celles pénétrant dans la plaine, les variations saisonnières de niveau d’eau de la nappe sont généralement faibles. Il y a peu de demandes de sucreusement de puits.

Variations à long terme de la nappe

La comparaison avec des mesures historiques effectuées dans les années 50, 70 et nos nombreuses mesures récentes montre que malgré les grandes sécheresses au Sahel, le niveau de la nappe phréatique a assez peu varié, un résultat rassurant pour les habitants. La déforestation progressive du plateau, avec l’accroissement des habitants, a du augmenter l’infiltration d’eau au pied de la falaise et ce faisant compenser le tirage accru des habitants de la plaine.

Capacité de la nappe phréatique

L’estimation grossière (de part le peu de mesures historiques géophysiques de profondeur du soubassement) de la quantité d’eau totale contenu dans la partie saturée en eau de la plaine sédimentaire serait de 3 à 8 km³, largement suffisant pour les besoins réduits actuels des habitants. La question du manque d’eau se poserait si le tirage automatique se généralisait pour les cultures.

Risque de puits dans de la roche

Des bouchons de roche existent dans la partie sédimentaire de la plaine (blocs issus de l’érosion continue de la falaise ou d’agglomérats sédimentaires). Ces bouchons sont en général facilement traversables à coup de pics ou de dynamite, permettant ainsi d’avoir accès à la nappe phréatique. Sur 200 puits Via Sahel creusés dans la plaine, 14 ont du traverser un bouchon de roche de 1 à 3 mètres d’épaisseur.

Le soubassement de calcaire dur et très ancien sur lequel repose la plaine sédimentaire est sujet à des variations d’altitude qui peut faire que le creusement d’un puits tombe sur de la roche avant d’arriver à la nappe phréatique. Sur 200 puits, 13 ont posé de sérieux problèmes nécessitant d’utiliser pas mal de dynamite, voire de louer les services d’entreprises équipées de marteau-piqueur. Cinq puits ont obtenus de l’eau de manière satisfaisante (par des fissures dans la roche) mais huit puits à roche ne donnent pas d’eau ou ne donnent que très peu d’eau par suintement de la nappe phréatique située au-dessus. Avec seulement 4% de puits « secs » nos hydrogéologues sahéliens trouvent que les conditions nous sont favorables pour creuser des puits.

Un puits à roche inattendu dès 38 m de profondeur à 8 km du pied de la falaise a permis de mettre en évidence par images satellitaires l’existence d’une ligne de redressement du soubassement parallèle à la falaise qui affleure en plusieurs endroits de la plaine (confirmé par les photographies et prélèvements de roche de notre assistant Dogon).

L’obstination des habitants à creuser à coup de dynamite jusqu’à 60 m, une dizaine de mètres sous la nappe, n’a abouti qu’à trop peu d’eau par suintement.

La prévision de la profondeur de la nappe phréatique (Cf. ci-dessous) permet maintenant de savoir si cela vaut le coup ou pas de creuser dans la roche et de combien de mètres, aucun moyen technique facile permettant d’estimer la profondeur du soubassement.

Puits donnant peu dans des sédiments argileux

Les puits en bout des paléo-vallées pénétrant dans la plaine ont la particularité d’avoir beaucoup d’eau, 10 à 15 m d’eau, contrairement à la majorité des puits qui n’ont que 1 à 3 m d’eau. Un tirage intensif vidant rapidement ces puits, il est fort probable que les paléo-vallées ont accumulé à leurs extrémités des sédiments argileux quasi-imperméables. Il a été nécessaire de creuser bien en-dessous du niveau de la nappe pour obtenir lentement de l’eau qui finalement s’épuise assez vite.

Trois puits Via Sahel au milieu de la plaine (54 à 72 m de profondeur) sont arrivés dans des sédiments de terre rouge argileuse pour obtenir de l’eau qui vient trop lentement de la nappe au-dessus. Il n’y a pas de solution à ces puits très peu productifs.

Nappes perchées sur l’affleurement de Koro

Un affleurement de schiste et de marne, intercalé dans le soubassement de calcaire, est une caractéristique géologique de la région appelée série ou formation de Koro. Cet affleurement est caractérisé par plusieurs nappes perchées, distinctes de la nappe phréatique sédimentaire générale de la plaine. Le niveau d’eau observé récemment dans 19 puits varie de 4 m à 26 m, comparé à 45-55 m dans les puits au nord-ouest et à 70 m au sud-est, d’où l’empreinte de l’affleurement de Koro en transparent sur la carte piézométrique de la nappe globale de la plaine.

Plusieurs villages de cette région profitent de ces nappes perchées peu profondes pour développer toute une série de maraîchages, un fait relativement unique dans cette zone sahélienne. La ressource en eau reste limitée car ces nappes perchées distinctes se tarissent en fin de saison sèche pour ne se remplir qu’avec la prochaine saison des pluies.

Pollution de la nappe par les excréments des animaux

Hormis quelques puits pastoraux, tous les puits Via Sahel sont équipés d’une double margelle, dite de propreté. Etant donné que la moyenne de profondeur des puits dans la plaine est de 38 m (avec des extrêmes à 75 m), 3/4 des puits sont fréquemment tirés à l’aide d’animaux (traces de tirages visibles par images satellitaires). Les cordes trainent dans les excréments et polluent de ce fait les puits et la nappe à proximité, à l’origine (avec le paludisme) d’une mortalité infantile beaucoup trop importante. Une étude préliminaire suggère que la pollution de la nappe phréatique d’un puits pollué par les matières fécales peut s’étendre dans la nappe jusqu’à 90 m avec des extrêmes entre 20 m et 350 m. L’éducation des habitants, le traitement des eaux par filtre UV et la multiplication des forages devrait réduire ce problème crucial de pollution de la nappe.

Prévision in situ de la profondeur de la nappe phréatique

Avec une densité importante de relevés de profondeur d’eau dans un maximum de puits depuis novembre 2009, la cartographie de la nappe phréatique s’améliore régulièrement (Cf. carte). Il est donc possible d’avoir en tout point de la plaine la profondeur de la nappe phréatique par rapport au zéro des cartes. Des erreurs subsistent liées à la méthode d’interpolation utilisée, à l’absence de puits dans les zones semi-désertiques du nord-est et les zones dunaires parallèles à la falaise et à quelques secteurs à faible densité de mesures.

En retirant de cette altitude de nappe l’altitude du sol par un modèle numérique d’élévation précis basé sur des mesures satellitaires, il est possible avec des logiciels ad hoc d’avoir la profondeur de l’eau par rapport au sol en tout point de la plaine. Sur ce principe, deux membres de VSHy ont inventé une application sur téléphone portable (PC ou Mac), appelée « Eau-Dogon », qui permet de prévoir la profondeur de l’eau en continu sur le terrain. Le positionnement GPS de certains téléphones portables n’étant pas très précis, il est possible d’entrer manuellement la position avec un GPS de randonnée.

Basé sur les cartes de densité de puits observés et sur les cartes de pente de la nappe, un calcul statistique permet d’afficher la marge d’erreur de cette prévision avec une probabilité de 90%. L’exemple d’utilisation de « Eau-Dogon » annonce qu’au point considéré la profondeur de l’eau serait de 54 m +/-3 m, soit 9 chances sur 10 que le creusement du puits aboutissent à l’eau entre 51 m et 57 m.

Cette application gratuite sur téléphone portable, à notre connaissance unique au Sahel, est un résultat inattendu de l’activité VSHy quand elle a été initiée fin 2011. Cette application facilite le choix de l’emplacement d’un futur puits à creuser avec les habitants et permet de mieux gérer l’achat et le transport du matériel pour la construction (ciment, ferraillage…) d’une campagne annuelle de puits. C’est aussi un outil de prise de décision pour éviter de creuser trop profondément lorsque l’on rencontre de la roche.

Perspectives

Amélioration de la cartographie piézométrique et par conséquence de l’application de prévision de profondeur d’eau « Eau-Dogon »

par des missions spécifiques de relevés de puits dans des zones à faible densité de mesure
par l’utilisation d’une méthode d’interpolation objective plus sophistiquée tenant compte du fait que de nombreux puits ont été relevés à plusieurs reprises

Amélioration du calcul de la marge d’erreur de « Eau-Dogon » par une meilleure statistique basée sur la densité des relevés de puits et de la pente de la surface piézométrique

Extension de la zone d’étude de VSHy vers l’Ouest et la frontière du Burkina Faso

Récupération d’un maximum d’informations sur la nature du sous-sol (historiques et prélèvements in situ)

Mise à la disposition de tous (Services de l’Hydraulique, autres ONG…) des résultats et des bases de données de VSHy sur le Pays Dogon

Contacter VSHy par mail

[contact email_to="joel.picaut@numericable.fr,marc.jpmarc@gmail.com,jeanluc.bellet@gmail.com"]

Mai 2018