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Evaluation du degré de protection des eaux souterraines : vulnérabilité à la pollution de la nappe de Bonoua (Sud-Est de la Côte d’Ivoire) par la méthode DRASTIC


Session Environnement / Eau
 


JOURDA J. P.1,2 , KOUAME k. J.1, ADJA M.G.1, DEH S. K.1, ANANI A. T.1, EFFINI A. T.1, BIEMI J.1,2

1Laboratoire des Sciences et Techniques de l’eau et de l’Environnement (LSTEE), UFR des Sciences de la Terre et des Ressources Minières, 22 BP 582 Abidjan 22, Côte d’Ivoire, e-mail : {Jourda Jean Patrice} jourda_patrice@yahoo.fr

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Centre Universitaire de Recherche et d’Application en Télédétection (CURAT), UFR des Sciences de la Terre et des Ressources Minières, 22 BP 801 Abidjan 22, Côte d’Ivoire

 

Mots-clés et logiciels ESRI utilisés
 


Mots-clés : Protection des eaux souterraines, carte de vulnérabilité, nappe de Bonoua, pollution, DRASTIC

Logiciels ESRI utilisés : ArcView 3.2 

 

RESUME
 
La nappe de Bonoua est de plus en plus menacée par le développement des activités agricoles et industrielles. C’est dans le but de protéger cette nappe que l’étude portant sur la cartographie de la vulnérabilité à la pollution de cette nappe a été initiée par le Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau et de l’Environnement (LSTEE) de l’Université de Cocody. L’élaboration de la carte de vulnérabilité de cette nappe a été possible par l’application de la méthode DRASTIC en exploitant les fonctionnalités offertes par le SIG ArcView. L’analyse de cette carte met en évidence trois grandes classes de vulnérabilité (Moyenne, Elevée et Très élevée). La classe élevée est la plus dominante car couvre presque la totalité de la Sous préfecture de Bonoua avec un pourcentage de 76,73% de la zone d’étude. Sur l’échelle de vulnérabilité hydrogéologique, cette classe (élevée) appartient à la catégorie 2 qui correspond à une protection hydrogéologique incertaine des eaux souterraines. Un suivi analytique régulier de cette nappe s’avère donc nécessaire ainsi qu’un contrôle systématique des activités qui sont menées à sa surface.

1. Introduction


La protection des eaux souterraines est une question de plus en plus préoccupante tant au niveau de l’exploitation de la ressource qu’à celui des impacts sur la santé humaine. La préservation de la qualité de l’eau souterraine est d’autant plus importante du fait que cette ressource, une fois contaminée, devient inappropriée pour la consommation. Le problème devient plus grave pour les zones à ressources en eaux d’importance stratégique comme c’est le cas pour la région de Bonoua. En effet, les eaux souterraines de la région de Bonoua représentent une ressource d’importance non négligeable pour le développement économique et social futur de la ville d’Abidjan, puisqu’elles sont pressenties à moyen terme être exploitées pour approvisionner en eau la population abidjanaise. La protection de cette ressource devient alors primordiale afin de sauvegarder, à moyen et à long terme, sa qualité. Le développement industriel et agro-industriel dans cette région augmente la menace de pollution des eaux souterraines. Or, les acteurs de l’eau de la région de Bonoua manquent d’outil d’aide à la prise de décision en matière d’aménagement leur permettant de tenir compte des risques encourus par les eaux souterraines. Consciente de cette lacune, le Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau et de l’Environnement (LSTEE) de l’Université de Cocody (Abidjan) a initié le projet AGIRE (Aide à la Gestion Intégrée des Ressources en Eaux). Ce projet vise essentiellement à cartographier la vulnérabilité à la pollution des eaux souterraines du bassin sédimentaire côtier ivoirien, dont fait partie la nappe de Bonoua. Cette carte est un outil de protection des eaux souterraines.


2. Présentation générale de la zone d’étude


La région de Bonoua est située au Sud-Est de la Côte d'Ivoire. Elle est comprise entre les latitudes 5°14'N et 5°31'N et les longitudes 3°13'W et 3°51'W (Figure 1). La région de Bonoua couvre une superficie de 1350 Km 2 et on y rencontre un relief de plaine avec des altitudes inférieures à 200 m caractéristique du Sud de la Côte d'Ivoire (Aké, 2001). Le degré carré de Grand-Bassam qui englobe la région de Bonoua est drainé par le fleuve Comoé, ainsi que par les rivières Bia, Mé, Ehania et Tanoé. Les cours d'eau qui traversent la zone d'étude sont le fleuve Comoé, les rivières Bia et la Mé.
Sur le plan géologique et hydrogéologique, deux domaines sont à différencier dans la zone d’étude : au Sud, le bassin sédimentaire constitué de roches détritiques du Tertiaire et du Quaternaire ; au Nord, le socle cristallin constitué de micaschistes et de granites intrusifs (Figure 2). La zone d’étude est en majeure partie située dans le bassin sédimentaire. La formation principale du secteur d’étude est celle du Continental Terminal d’âge Mio-Pliocène (Tastet, 1979).


Figure 1 : Localisation de la zone d'étude


Figure 2 : Carte géologique de la région (Aké, 2001)


3. Matériel et Méthode


Le matériel utilisé pour l’élaboration de la carte de vulnérabilité à la pollution est constitué de :
- données cartographiques (topographique et géotechnique) ;
- données piézométriques ;
- fiches techniques des forages ruraux de la région.
Le traitement de toutes ces données s’est effectué avec les logiciels ArcView et MapInfo.
La méthode DRASTIC, développée en 1987 aux Etats-Unis par l’Agence américaine de la Protection de l’Environnement (EPA), permet de cartographier les zones vulnérables à la pollution (Aller et al., 1987) et de déterminer aussi le degré de protection d’un aquifère. C’est une méthode standardisée d’évaluation et de cartographie de la vulnérabilité des eaux souterraines indépendamment du type de polluant. Elle prend en compte la majeure partie des facteurs hydrogéologiques qui affectent et contrôlent l’écoulement des eaux souterraines (Mohamed, 2001). La méthode DRASTIC est basée sur sept paramètres de vulnérabilité (Bézélgues et al., 2002). Ce sont :
-         la profondeur de l’eau (D) ;
-         la recharge efficace (R) ;
-         les matériaux de l’aquifère (A) ;
-         le type de sol (S) ;
-         la topographie ou la pente (T) ;
-         l’impact de la zone vadose ou zone aérée (I) ;
-         la perméabilité ou la conductivité hydraulique de l’aquifère (C).
L’évaluation de la vulnérabilité par la méthode DRASTIC s’effectue par le calcul de l’Indice DRASTIC (ID) selon l’équation (1).



L’indice ainsi calculé représente une mesure du niveau de risque de contamination de l’unité hydrogéologique à laquelle il se rattache. Ce risque augmente avec la valeur de l’indice. L’équation (2) permet d’effectuer la conversion des indices DRASTIC en pourcentage.



Ce pourcentage peut prendre la valeur maximale de 100 (226) et une valeur minimale de 0 (23) (Tableau 1).


Tableau 1. Indice DRASTIC et degré de vulnérabilité

Une nouvelle approche développée par le Ministère de l'Agriculture, des Pêcheries et de l'Alimentation du Québec en 1995 (Anonyme, 2007) consiste à diviser en trois catégories l'échelle de vulnérabilité hydrogéologique (0 à 100 %) (Tableau 2).


Tableau 2. Indices DRASTIC en pourcentage et vulnérabilité hydrogéologique

Toute la méthodologie utilisée dans le cadre de cette étude est résumée dans l’organigramme suivant (Figure 3).


Figure 3. Organigramme présentant les étapes de réalisation de la carte de vulnérabilité à partir de la méthode DRASTIC


4. Résultats et discussion


L’élaboration de la carte de vulnérabilité s’est effectuée par le calcul de l’indice de vulnérabilité (IDRASTIC) qui intègre les sept paramètres, selon la formule (1). Les indices DRASTIC obtenus oscillent entre 125 et 188. Le calcul des pourcentages de vulnérabilité à partir des indices DRASTIC obtenus a permis d’obtenir la classification suivante en fonction des plages de vulnérabilité :


Image

Cette classification des pourcentages des indices DRASTIC a permis d’obtenir la carte de vulnérabilité à la pollution de la nappe de Bonoua (Figure 4).


Figure 4 : Carte de vulnérabilité à la pollution de la nappe de Bonoua

Trois degrés de vulnérabilité à la pollution sont mis en évidence sur cette carte. Il s’agit de :
- la classe moyenne : elle ne représente que 22,73% des zones cartographiées (Figure 5). Cette classe traduit une vulnérabilité moyenne à la pollution. L’indice moyen de vulnérabilité observé peut s’expliquer par le fait que l’aquifère possède dans cette partie une faible profondeur comprise entre 23 et 36 m. Cette classe se rencontre dans un secteur du Nord-Ouest et dans la partie centre à Tchintchébé ;


Figure 5 : Répartition spatiale des degrés de vulnérabilité à la pollution

- la classe élevée : cette classe occupe presque la totalité de la zone d’étude soit 76,73% des zones cartographiées. Le degré élevé de vulnérabilité peut être lié à des profondeurs moyennes dans cette partie de l’aquifère, entre 30 et 69 m ;
- la classe très élevée : cette classe se rencontre uniquement à Adihao et à Yaou. Elle ne représente que 0,54% des zones cartographiées. Ce degré de vulnérabilité peut s’expliquer par le fait que la profondeur de la nappe est entre 2,3 et 4,2 m avec une pente inférieure à 2%. Ces conditions favorisent l’infiltration de tout contaminant présent à la surface. Aussi, notons-nous que l’aquifère est constitué de sable grossier dans ces zones, pouvant faciliter la circulation des polluants.
La profondeur de la nappe a une importance significative dans la vulnérabilité à la pollution des aquifères dans cette région du fait que les paramètres sont sensiblement identiques.
La classe élevée est la plus dominante car couvre presque la totalité de la Sous préfecture de Bonoua avec un pourcentage de 76,73% de la zone d’étude. La figure 6 indique la superposition des différentes couches utilisées et surtout le nombre de pixels correspondant à cette classe élevée (27 725).


Figure 6. Base de données du SIG et nombre de pixels par classe de vulnérabilité

En considérant l’échelle de vulnérabilité hydrogéologique, cette classe (élevée) appartient à la catégorie 2 qui correspond à une protection hydrogéologique incertaine des eaux souterraines. Nous pouvons conclure que les eaux souterraines de la région de Bonoua ont une protection hydrogéologique incertaine un suivi analytique régulier de cette nappe s’avère donc nécessaire ainsi qu’un contrôle des activités qui sont menées à sa surface.
L’élaboration de la carte de vulnérabilité à la pollution de la nappe de Bonoua s’est effectuée à partir de la méthode DRASTIC. Cette méthode nécessite sept paramètres. La fiabilité de ces paramètres dépend des données utilisées pour leur réalisation. Plusieurs paramètres comme la recharge, la conductivité hydraulique, la profondeur à la nappe, l’impact de la zone, ont été produites par interpolation. L’interpolation utilisée dans cette étude peut entraîner des erreurs dans la réalisation des paramètres, car l’interpolation n’est fiable qu’à l’intérieur des intervalles délimités par les données ponctuelles (Jourda et al., 2006). Par manque de données couvrant toute la zone d’étude, toutes les données ponctuelles utilisées dans cette étude (recharge, piézométrie, conductivité hydraulique) ont été interpolées, assignant ainsi des valeurs dans des secteurs où aucune donnée n’est connue. C’est un avantage de la méthode d’interpolation.
L’une des difficultés de l’application de la méthode DRASTIC est aussi les limites des classes et les cotes qui sont assignées aux différents paramètres. En effet, les limites des classes standard ne reflètent pas souvent la réalité de la zone d’étude du fait que ces classes peuvent regrouper des entités différentes. Ainsi, l’assignation des cotes n’est pas toujours identique à celle définie par la méthode. C’est le cas du paramètre, type d’aquifère (Anani, 2006). En dépit des différentes limites soulevées dans l’établissement de la carte de vulnérabilité à la pollution, il n’en demeure pas moins que la carte de vulnérabilité intrinsèque établie par la méthode DRASTIC est fiable. Les travaux de Anani (2006) et Jourda (2005) ont également abouti à une telle conclusion. Elle permet d’avoir une idée sur les zones sensibles qu’il va falloir prendre en compte lors de l’aménagement du territoire (Jourda, 2005).


5. Validation de la carte de vulnérabilité à la pollution


La détérioration de la qualité de l’eau souterraine est appréciée par des mesures des paramètres physico-chimiques et bactériologiques. Plusieurs auteurs (Anani, 2006 ; Jourda et al., 2006; Jourda, 2005 ; Kouamé, 2003 ; Mohamed, 2001 ; Champagne et Chapuis, 1993 et Isabel et al., 1990) ont vérifié la validité de la méthode DRASTIC en se basant sur des données chimiques des eaux souterraines. Dans la validation des cartes de vulnérabilité, les zones réellement contaminées doivent correspondre à celles où les indices de vulnérabilité sont les plus élevés. Une zone vulnérable peut également avoir un faible indice de vulnérabilité du fait que la notion de vulnérabilité n’est pas synonyme d’une pollution actuellement, mais plutôt d’une prédisposition de ces zones à une contamination éventuelle, si rien n’est entrepris pour les protéger.
La validation de la carte de vulnérabilité de la nappe de Bonoua a porté sur l’analyse bactériologique des eaux brutes de cette nappe. En effet, les travaux réalisés par Effini (2007) sur les eaux brutes de cette nappe ont montré un taux important de Coliformes fécaux (1500 à Kakoukro et un nombre incomptable à kongodjan). La présence de ces paramètres indicateurs de pollution témoigne que la contamination de ces eaux est d’origine anthropique, provenant des activités à la surface de la nappe. La présence de ces bactéries dans l’eau confirme donc la protection hydrogéologique incertaine des eaux souterraines de la région de Bonoua ; d’où la fiabilité de la méthode DRASTIC. La carte de vulnérabilité établie par cette méthode reflète donc la réalité du terrain.


Conclusion


La carte de vulnérabilité intrinsèque de la nappe de Bonoua réalisée à partir de la méthode DRASTIC a révélé une grande tendance de la vulnérabilité à la pollution de la nappe de la région.
Trois grandes classes de vulnérabilité ont été mises en évidence (Moyenne, Elevée et Très élevée). La class, la plus dominante est la classe élevée (76,73%) et correspond à une protection hydrogéologique incertaine des eaux souterraines en considérant l’échelle de vulnérabilité hydrogéologique. Cette étude a été rendue possible grâce la base de données mise en place par l’utilisation des fonctions analytiques du SIG. Le SIG s’avère donc un outil indispensable à la prévention et la protection des aquifères.


Remerciements
Les auteurs remercient l’UNESCO, bureau de Nairobi pour sa contribution financière à la réalisation de cette étude.
 
Références
Aké G. (2001): Evaluation des ressources en eau souterraine de la région de Bonoua, Mémoire DEA, Université d’Abidjan, 73 p
 
Aller L., Bennett T., Lehr J.H., Petty R.J. et Hackett G. (1987). DRASTIC : A standardised system for evaluating ground water pollution potential using hydrogeologic settings. EPA, Ada, Oklahoma, 622 p.
 
Anani A. T. épouse Kouakou (2006). Evaluation et cartographie des zones vulnérables à la pollution des eaux souterraines au niveau du District d’Abidjan (Sud de la Côte d’Ivoire) par les méthodes DRASTIC et GOD. Mémoire de DEA, Université de Cocody, 71 p.
 
Anonyme (2007). Guide d’application. Centre québécois d’inspection des aliments et de santé animale : Examen des projets de distribution au Québec d’eau embouteillée importée, 29 p. http://www.mapaq.gouv.qc.ca/NR/rdonlyres/9B02EDDE-F148-4FC9-AB7E-C3D3F01B807B/o/no9.pdf [consulté en février 2007]
 
Bézèlgues S., Des Garets E., Mardhel V. et Dörfliger N. (2002). Cartographie de la vulnérabilité de Grand-Terre et de Marie-Galatie (Guadeloupe). Phase 1 : méthodologie de détermination de la vulnérabilité, 45 p.

Champagne L et Chapuis R.P. (1993). Evaluation de la vulnérabilité à la pollution des formations aquifères de la MRC de Montcalm selon la méthode Drastic. Rev Sc Tech Eau ; 26 ; pp. 76 -169.

Effini A. T. (2007). Evaluation de la qualité chimique et bactériologique de la nappe de Bonoua et contribution à sa protection. Mémoire de DEA, Université de Cocody, 76 p.
 
Isabel D., Gelinas P. et Aubre F. (1990). Cartographie de la vulnérabilité des eaux souterraines au Québec. Rev Sc Tech Eau , 23 p.
Jourda J. P. (2005). Méthodologie d’application des techniques de Télédétection et des systèmes d’information géographique à l’étude des aquifères fissurés d’Afrique de l’Ouest. Concept de l’hydrotechniquespatiale : cas des zones tests de la Côte d’Ivoire. Thèse de Doctorat d’Etat, Université de Cocody, 430 p.
 
Jourda J. P., Saley M. B., Djagoua E. V., Kouamé K. J., Biémi J. et Razack M. (2006). « Utilisation des données ETM+ de Landsat et d’un SIG pour l’évaluation du potentiel en eau souterraine dans le milieu fissuré précambrien de la région de Korhogo (nord de la Côte d’Ivoire) : approche par analyse multicritère et test de validation ». Revue de Télédétection. vol.5, n°4, pp. 339-357

Kouamé K. J. (2003). Apports d’un système d’information géographique à la réalisation de la carte de vulnérabilité de la nappe du Continental terminal au niveau de l’agglomération d’Abidjan. Mémoire de DEA des Sciences de la Terre option hydrogéologie, Université de Cocody, 63 p.
 
Mohamed R. M. (2001). Evaluation et cartographie de la vulnérabilité à la pollution de l’aquifère alluvionnaire de la plaine d’El Madher, Nord-Est algérien, selon la méthode DRASTIC. Sciences et changement planétaires / sécheresse, vol. 12, n°2, pp. 95-101.
 
Tastet J. P. (1979). Environnements sédimentaires et structuraux quaternaires du littoral du Golfe de guinée (Côte d’Ivoire, Togo, Bénin). Thèse de Doctorat d’Etat ès sciences, Université de Bordeaux 1, 181 p.
 


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