| Gestion et protection des ressources en eaux souterraines : contribution d'un SIG à la réalisation de la carte de vulnérabilité à la pollution des aquifères fissures de Korhogo (Nord de la Côte d'Ivoire) selon la méthode DRASTIC | |||
| J.P.
JOURDA M.
RAZACK |
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RESUME : Le département de Korhogo est une région où la pratique agricole et pastorale sont très développées. Il est aussi appelé à connaître un développement agro-industriel important. Les besoins en eau sont donc importants pour le développement de toutes ces activités. Bien que la situation ne soit pas encore alarmante, il n’en demeure pas moins que la qualité des ressources en eau souterraine est sans cesse mise à l’épreuve compte tenu de la croissance des sources de pollution tant diffuses que ponctuelles. Pour prévenir les risques de pollution de l’eau souterraine, une des approches est la connaissance des zones spécialement vulnérables. C’est dans ce but que cette étude a été initiée en vue de produire une carte de vulnérabilité intrinsèque des aquifères de la région. La méthode utilisée pour réaliser la carte est la méthode à cotation numérique DRASTIC (Aller et al. 1987). L’intégration et la combinaison des cartes de facteurs hydrogéologiques, en format GRID dans le SIG sous environnement Arcview 3.2, a permis de calculer des indices de vulnérabilité. Ces indices de vulnérabilité obtenus par cette méthode, ont été regroupés en trois classes (faible, moyenne et forte). Les résultats indiquent que la région est dominée par la classe de vulnérabilité moyenne (64 %) suivie par la classe de vulnérabilité forte (24 % ) et enfin la classe de vulnérabilité faible ( 13 % ). La classe à forte vulnérabilité est située au nord dans le secteur de la ville de M’bengue. Le centre et le sud du département sont dominés par la classe de vulnérabilité moyenne avec des passés de classe faible et forte. Le secteur nord-est à sud-est du département, situé le long du fleuve Bandama, est particulièrement dominé par la classe de vulnérabilité forte. Les zones à fort taux de nitrates se superposent au secteur sud-est permettant ainsi de valider la carte de vulnérabilité établie. Le secteur nord à forte vulnérabilité, bien que le taux de nitrates soit faible, mérite une attention particulière dans l’aménagement future du département. Mots
clef : Côte d’Ivoire, SIG, vulnérabilité,
pollution, DRASTIC, gestion, protection, ressources en eau 1. INTRODUCTION Le département de Korhogo qui sert de cadre à cette étude, est une région semi aride avec des problèmes liée à la gestion de l’eau. C’est une région densément habitée (I.N.S., 2000). Les activités agricoles liées fortement à la culture d’exportation du coton occupent une grande partie de la superficie du territoire. A la culture du coton, il faut associer celle du riz avec le développement de nombreux bas fonds exploités et la culture d’igname dont Korhogo est l’un des principaux producteurs. Comme nous le constatons, le cadre d’étude est une grande région agricole considérée comme la capitale de «l’or blanc» qui est le coton. Cette agriculture extensive utilise beaucoup d’intrants agricoles comme les engrais chimiques. Parallèlement à l’agriculture, on note que la région est aussi une région pastorale avec le développement de grandes fermes pour l’élevage à laquelle il faut ajouter d’élevage itinérant pratiqué par les bouviers peuhls. C’est une région qui est appelée à connaître un développement important eu égard à sa position de zone carrefour située sur la route des commerçants venant du Mali et du Burkina Faso. Dans les années à venir, cette région connaîtra aussi le développement de la culture d’exportation de l’anacarde en vue de freiner l’exode des bras valides vers le sud à la recherche d’un mieux être. De nombreux projets agro-industriels sont prévus. C’est donc une région promue à un bel avenir sur le plan agropastoral comme industriel. Cependant, le développement ne va pas sans poser de problèmes liés à la qualité des ressources en eau souterraine. Bien que la situation ne soit pas encore alarmante, il n’en demeure pas moins que la qualité de la ressource en eau souterraine est sans cesse mise à l’épreuve à cause de la croissance des sources de pollution tant diffuses que ponctuelles. Pour prévenir les risques de pollution de l’eau souterraine, une des approches est la connaissance des zones spécialement vulnérables. Les cartes de vulnérabilité ainsi produite indiquent les zones les plus vulnérables à la contamination. Notre étude a pour objectif de réaliser une carte de vulnérabilité intrinsèque des aquifères dans un but de faire une cartographie régionale des zones vulnérables afin de prévenir les risques de pollution dans la région, et d’aider les pouvoirs publiques dans l’aménagement, la gestion, la protection des eaux souterraines pour une sensibilisation des populations aux choses environnementales. Pour atteindre notre but, la méthodologie appliquée pour réaliser notre carte de vulnérabilité est la méthode DRASTIC. 2.
PRESENTATION GENERALE La
zone d’intérêt est le département de Korhogo,
situé au Nord de la Côte d’Ivoire, entre les
longitudes 5°15 et 6°20 Ouest et les latitudes 8°30
et 10°25 Nord ( figure :1). Le relief de la zone est monotone
avec des altitudes variant en moyenne entre 300 et 400 m . On note
dans le paysage des inselbergs granitiques culminant parfois à
plus de 500 m d’altitude. La région de Korhogo est
constituée de plateaux latéritiques de hauteurs variant
de 0 à 3 m, témoins d’une ancienne pénéplaine.
Ces plateaux sont affectés d’une pente très
faible et régulière vers le fleuve Bandama .Le climat
tropical humide de la région se traduit par une moyenne annuelle
de précipitation fluctuant autour de 1200 mm.
2.1. Cadre géologique ·
les granitoïdes éburnéens qui sont des massifs
granitiques au sein desquels on y distingue plusieurs générations
de granites.
(Figure
2 Carte géologique téléanalytique du département
de Korhogo (Jourda, 2005) ) En tenant compte de la nature des roches constituées essentiellement de formations granitique et cristallophyllienne, on distingue deux types d’aquifères : les réservoirs d’altérites et les réservoirs de fissures. De ces deux types d’aquifères, seuls les réservoirs de fissures offrent des ressources en eau pérennes et sont les plus fiables du point de vue de sa productivité liée au réseau souterrain de fractures comme l’attestent les travaux d’Enguelenc (1978-1979), Savadogo (1984), Biémi (1992) et de Savané (1997) réalisés dans le même contexte géologique. 3. MATERIELS ET METHODOLOGIE 3.1 Données utilisées Les données suivantes ont été utilisées : ·
les images Landsat ETM+ : scènes 197-54 et 197-55 du mois
de février 2000 ; 3.2 Méthodologie 3.2.1. Description de la méthode utilisée : méthode DRASTIC Le
terme vulnérabilité des aquifères comprend
deux niveaux d’approche : Dans
le cadre de notre étude, on n’abordera que l’évaluation
de la vulnérabilité intrinsèque qui est définie
plus précisément par Verba et Zaporozec (1994) comme
étant une propriété intrinsèque des
systèmes aquifères qui dépend de la sensibilité
qu’ont ces systèmes aux impacts humains et\ou naturels.
La vulnérabilité est différente de risque de
pollution, qui dépend non seulement de la vulnérabilité
mais aussi de l’existence significative de la charge polluante
La méthode utilisée dans le cadre de cette étude pour réaliser la carte de vulnérabilité est la méthode DRASTIC développée par l’Agence américaine de la Protection de l’Environnement, E.P.A. (Aller et al. (1987). C’est une méthode à cotation numérique empirique qui repose sur trois hypothèses de base suivantes : ·
les sources de contamination potentielles se trouvent à la
surface du sol ; Elle
prend en compte 7 paramètres, qui sont pondérés
par un facteur (Poids) de multiplication variant de 1 à 5
selon son importance. A chaque paramètre est attribué
une échelle comprenant des classes où une côte
(1 à 10) est attribuée selon la particularité
du milieu. D : profondeur à la nappe R : recharge A : type d’aquifère S : type de sol T : topographie I : impact de la zone vadose C : conductivité hydraulique L’indice DRASTIC, mesure de la pollution potentielle, est calculé par la sommation du produit des côtes et des poids pour chaque facteur hydrogéologique de la manière suivante : Indice DRASTIC = DrDw + RrRw + ArAw + SrSw + TrTw + IrIw + CrCw r:
ranting ( côte) La
vulnérabilité augmente avec l’indice DRASTIC
et cet indice représente une mesure relative de la vulnérabilité
des eaux souterraines. Un site avec un indice DRASTIC faible n’est
pas à l’abri d’une contamination, mais il est
moins susceptible à la contamination par rapport à
un site ayant un indice DRASTIC élevé (Osborn et al.,
1998). 3.2.2. Source des données des paramètres DRASTIC Dans ce paragraphe, nous indiquerons la source des données ainsi que le cheminement et les hypothèses qui ont mené à l’estimation de chacune des côtes. 3.2.2.1. Profondeur de l’eau Nous avons utilisé les niveaux statiques des forages de la base de données de Korhogo. Ces données nous ont été fournies par le service de l’hydraulique villageoise de la direction territorial de l’hydraulique humaine du nord. Les interpolations ont été faites, selon une grille de 500x500m sous Arcview , à partir de 894 forages que compte la base de données. Le paramètre profondeur de l’eau est un paramètre très important dans l’évaluation de la vulnérabilité de l’aquifère. La classe de profondeur comprise entre 0 et 1.5 m n’existe pas dans notre secteur d’étude. Nous avons donc seulement six classes au niveau du facteur profondeur de l’eau. Tableau
1 : Codification de la classe des profondeurs 3.2.2.2. Recharge efficace Nous
avons utilisé les données de 8 stations pluviométriques.
Sur ces 8 stations, nous avons calculé le bilan hydrique
(86-95) selon la méthode de Tornthwaite en utilisant les
données de température de la satation de Korhogo.
Nous avons défini 3 sous bassin versant. Pour le secteur
Nord (M’bengue) nous avons fait une approximation en l’assimilant
à un seul bassin versant. Tableau
2 : Sous bassin versant Nous avons également calculé les écoulements moyens annuels en utilisant les données hydrologiques des rivières Badénou, Bandama enregistrées à ces différentes stations hydrométriques. La rivière Bou n’ayant pas de mesure hydrologique disponible, nous avons attribué la valeur d’écoulement du Bandaman blanc mesurée à la station située sur la route Korhogo-Badikaha. Les résultats sont consignés dans le tableau 3. Tableau
3: Valeurs de l’écoulement moyen annuel dans les sous
bassins versants La valeur d’écoulement moyen annuel étant relativement plus élevée dans le sous bassin versant 2 (secteur de Korhogo) par rapport aux sous bassin versant 3 et 1 correspondant respectivement aux secteurs de Sirasso et de M’bengue. Cela s’explique aisément par le fait que les sous bassin versant 1 et 3 sont à cheval sur le couloir à haute densité de fractures (figure 3). Le secteur étant encore plus fracturé influençant l’écoulement de surface et par conséquent l’infiltration efficace.
Tableau
3a : Valeurs de recharge nette moyen dans les sous bassin La
valeur élevée de la recharge au nord est due au fait
que cette zone est très fortement fracturée comme
l’indique la carte de densité de linéaments
(figure 3). Tableau
4 : Codification des classes de la recharge efficace 3.2.2.3. Milieu aquifère et Impact de la zone vadose Nous avons utilisé la carte géologique de la région qui mentionne les différents terrains existants. La zone d’étude est dominée par les terrains granito-migmatitiques (62.5%) et quelques plages de schistes-grauwackes, métasédiments et métavulcanites (33.5). Ces derniers ont été interprétés comme des shalles. Les résultas sont les suivants : Tableau
5 : Codification des classes du milieu aquifère On constate que le milieu aquifère et la zone vadose ont les mêmes classes et les mêmes côtes. Tableau
6 : Codification des classes de l’impact de la zone vadose Cela s’explique aisément en ce sens que les deux critères sont tous deux tributaires de la nature géologique des terrains et donc de la carte géologique. 3.2.2.4. Type de sol La géologie de la région étant exclusivement cristallo-métamorphique. Le sol qui dérive de l’altération, en milieu tropical de savane, de ces types de roches est pratiquement absent et s’il est présent, l’épaisseur est très faible. Ce qui est confirmé par l’interprétation de près de 200 coupes de forages qui ont mis en évidence la faiblesse des épaisseurs des sols dans la majorité des cas (0.1 m) et dans certains cas l’absence même de celui-ci. Ces observations nous ont conduit à choisir la classe ci-dessous pour le paramètre des sols. Tableau
7 : Codification de la classe du type de sol A partir des cartes topographiques au 1/200000, nous avons numérisé les courbes de niveau qui ont servi à la réalisation du MNT. A partir de celui-ci, nous avons généré la carte des pentes. La région n’est pas très accidentée et les pentes sont en général faibles. 95 % de la superficie de la région a une pente comprise entre 0 et 2 %. Tableau
8 : Codification des classes de la topographie 3.2.2.6. Conductivité hydraulique Nous avons déterminé les conductivités à partir des linéaments relevés sur les images satellites ETM+. La carte du réseau de linéaments a été maillée salon la taille de 5 km x 5km et nous avons calculé les tenseurs de perméabilité induite par une méthode de simulation des écoulements des eaux souterraines (Francis O., 1970). Le problème de la répartition ainsi que celui de la continuité spatiale des valeurs ne se posent plus. Les perméabilités de la région sont comprises entre 0.1 10 -6 et 0.5 10 -6 m/s. Partant de ces valeurs de perméabilité, nous obtenons les résultats suivants : Tableau
9 : Codification de la classe de la conductivité hydraulique Nous obtenons ici une seule classe dont la côte est très faible parce que nous sommes en milieu de socle cristallo-métamorphique. Dans ces milieux, la perméabilité est très faible et varie entre 10 -7 et 10 -5 et cette plage correspond à la première classe de celles définies par la méthode DRASTIC pour la conductivité.
Les différentes étapes de la procédure d’évaluation sont résumées dans le modèle conceptuel des données (MCD) de la figure 4. 4 RESULTATS Un résumé statistique des indices DRASTIC est porté dans le tableau 10 Tableau
10: Résumé statistique des indices DRASTIC La valeur minimum est de 77 et celle la plus élevée de 158. La comparaison des index DRASTIC, d’autres études à la notre, montre qu’il existe une corrélation entre les valeurs d’index et le type d’aquifère. Tableau
11: Comparaison des index DRSTIC moyens et les facteurs hydrogéologiques
avec d’autres régions
(Figure 4: Modèle conceptuel des données pour la réalisation de la carte de vulnérabilité intrinsèque de Korhogo par la méthode DRASTIC) L’analyse de la figure 5 révèle que la région est en grande partie couverte par la classe de vulnérabilité moyenne (63.5%) suivie de la classe de vulnérabilité forte (23.4 %) et enfin la classe de vulnérabilité faible (13.09%). La méthode DRASTIC fait plus ressortir les zones à moyenne et forte vulnérabilité. Ce résultat a été déjà constaté dans une étude de comparaison des méthodes effectuée en Suisse (Kimmeier F. et al., 2001).
L’observation de la carte de vulnérabilité (figure 6) montre que la classe de vulnérabilité forte est beaucoup plus présente au Nord dans la sous-préfecture de M’bengue. Cette zone est particulièrement remarquable parce qu’elle est à très forte perméabilité, très forte densité de linéaments, très forte recharge efficace et à très faible écoulement de surface. C’est une zone à inondation du fleuve Badénou. Celle-ci est donc sensible et doit être surveillée parce que c’est une zone agricole. Il y a une autre zone à forte vulnérabilité située au Sud-Est le long du Bandama. Le Centre et le Sud du département sont couvertes en majorité par la classe de vulnérabilité moyenne.
La
classe à vulnérabilité faible est essentiellement
située dans le secteur ouest suivant l’axe Sirasso-
Niofoin avec quelque point autour de Korhogo et Sinématiali.
Le secteur nord-est à sud-est du département ,situé
le long du fleuve Bandaman, est particulièrement souligné
par la classe de vulnérabilité forte Ces zones sont
densément occupées (figure 7) et avec des activités
agricoles très développées
(Figure 7: Carte de la densité de population du département de Korhogo. (I.N.S., 2000)) Le
secteur Nord-Est autour de Korhogo , Sinématiali et komborodougou
est à surveillé parce que la densité de population
est élevée et cette zone est vulnérable. C’est
donc une zone où le risque de pollution des eaux souterraines
est élevé. Ce risque est justifié par la carte
de concentration de nitrates ci-dessous qui servira à valider
la carte de vulnérabilité. Validation de la carte de vulnérabilité Nous avons effectué une campagne de prélèvement d’échantillons en vue de faire des analyses des valeurs de nitrates dans les ouvrages de Korhogo dans le but d’une validation de notre carte de vulnérabilité. Le résumé statistique de cette campagne figure dans le tableau 12. Les taux de nitrates contenus dans les eaux souterraines de la région sont dans l’ensemble bas et sont compris entre 0 et 10 mg/l pour près de 83 % des échantillons. Cependant, nous avons quelques points où les valeurs sont relativement élevées (Pederekaha (51 mg/l), Ladjolakaha (58 mg/l), Diégon (69 mg/l), Galangbo (45 mg/) et Pangarikaha (46 mg/l) ). Tableau
12: Statistique sur les valeurs de nitrates (mg/l) mesurées
dans les ouvrages (mars 2002 ) Ces valeurs dépassent la norme OMS (50 mg/l) de qualité des eaux d’alimentation. Dans ces cas isolés, nous pouvons parler de cas de pollution par les nitrates. L’extrême Sud-Est de la région, dont la vulnérabilité est moyenne à forte, présente aussi des plages de nitrates qui vont de la valeur forte à très forte (figure 8).
Ce
résultat confirme et valide la carte de vulnérabilité
intrinsèque de la région. Le secteur nord à
forte vulnérabilité, bien que le taux de nitrates
soit pour l’instant faible, mérite une attention particulière
dans l’aménagement de son espace afin de prévenir
toute pollution de cette zone. 5. DISCUSSION La difficulté dans la réalisation d’une carte de vulnérabilité selon la méthode DRASTIC est liée au nombre des facteurs hydrogéologiques (7) pris en compte. Les valeurs de certains facteurs, comme la recharge, a été déterminée en extrapolant beaucoup de données comme les valeurs d’écoulement des cours d’eau. A cela, il faut ajouter une limitation liée à la précision de la mesure de la profondeur de la nappe. Cette précision étant fonction de l’intervalle des isobathes de niveau de la nappe. Plus les intervalles sont larges et moins précise est l’estimation de la profondeur de la nappe et cela pose le problème de la continuité des données. Les valeurs de conductivités hydrauliques utilisées dépendent de la méthode prise pour les estimer. Etant en milieu de socle, les valeurs de perméabilité trouvées sont-elles celles des altérites ou des aquifères de fissures? Cette carte décrit une vulnérabilité relative des aquifères basée sur les données disponibles de différents niveaux de précision et de résolution. La résolution elle-même dépendant du nombre et de la proximité des points de mesures. Plusieurs cartes de différentes résolutions ont été combinées et cela peut poser des problèmes d’échelle par exemple. Cependant, la combinaison de résolution est acceptable pour évaluer la vulnérabilité relative des aquifères mais non adéquate pour déterminer la vulnérabilité spécifique d’un site donné (Osborn et al., 1998). C’est une carte conçue à une échelle de 1/200 000 pour une étude régionale et ne devrais pas être utilisée à des échelles plus grandes car cela créerais des erreurs d’analyse parce que beaucoup de détails sont perdus lors de son élaboration. En dépit des différentes limitations soulevées de ce genre de carte, il n’en demeure pas moins que la carte de vulnérabilité intrinsèque selon la méthode DRASTIC est fiable et permet d’avoir une idée sur les zones sensibles qu’il va falloir prendre en compte lors de l’aménagement du département. CONCLUSION L’application de la méthode DRASTIC à permis de réaliser la carte de vulnérabilité intrinsèque des aquifères du département de Korhogo. L’analyse de celle-ci met en évidence trois classes de vulnérabilité d’inégale répartition spatiale : · une classe à vulnérabilité faible couvrant 13 % du département et essentiellement située dans le secteur Ouest suivant l’axe Sirasso- Niofoin avec quelque point autour de Korhogo et Sinématiali ; · une classe à vulnérabilité moyenne, de loin la plus importante, couvrant 64 % de la superficie du territoire et identifier au centre et au sud; · et enfin une classe à vulnérabilité forte couvrant 23 % du département identifier dans la zone nord autour de la ville de M’bengue et au Sud-Est situé le long du fleuve Bandama.
Les zones à fort taux de nitrates se superposent aux zones
de fortes vulnérabilités; validant ainsi la carte
de vulnérabilité. Dans le secteur Nord à forte
vulnérabilité, bien que le taux de nitrates soit pour
l’instant faible, une attention particulière doit être
portée dans l’aménagement de son espace afin
d’y prévenir toute pollution. REFERENCES ALLER L., BENNETT T., LEHR J.H., PETTY R., ET HACKETT G. (1987): DRASTIC: a standardized system for evaluating groundwater pollution in potential using hydrogeological settings: U.S. Environmental Protection Agency Report 600 2-87 035, 622 p. BIEMI J. (1992) : Contribution à l'étude géologique, hydrogéologique et par télédétection des bassins versants subsaheliens du socle précambrien d'Afrique de l'Ouest : Hydrostructurale, hydrodynamique, hydrochimie et isotopie des aquifères discontinus de sillons et aires granitiques de la Haute Marahoué (Côte d'Ivoire). Thèse doct. ès sc. nat., Univ. Nat. d'Abidjan 493 p. DIRECTION DE L’HYDRAULIQUE HUMAINE (2002) :Bilan-Evaluation du programme national d’hydraulique villageoise(PNHV),octobre/décembre 2001. Rapport de la sous-direction de l’hydraulique villageoise. Ministère des Infrastructures Economiques, mars 2002 Abidjan. ENGALENC, M. 1978-1979. 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