Recharge des aquifères de socle du Bénin : Identification des processus, quantification et analyse de l’évolution temporelle

Date : 20 décembre 2019
Lieu : UAC, Bénin
Mémoire : lien pdf

Devant le jury composé de :

• Daouda MAMA, Professeur, UAC (Bénin), Président
• Nicaise YALO, Maître de conférences, UAC (Bénin), Examinateur
• Christine Vallet-Coulomb, Maître de conférences (HDR), Aix-Marseille Univ., Examinateur
• Mahamadou KOITA, Maître de conférences, Institut International de l’Eau et de l’Environnement (2iE), Rapporteur
• Moussa BOUKARI, Professeur, UAC (Bénin), Directeur de thèse
• Jean-Michel VOUILLAMOZ, chargé de recherche à l’IRD, IGE Grenoble (France), co-Directeur de thèse

Résumé :

Le Bénin est constitué de près de 80% de roche de socle, et bien que les eaux souterraines soient la principale source pour l’approvisionnement domestique et partiellement pour l’agriculture, la quantification de la recharge des nappes et les processus clés qui la contrôlent sont mal connus alors que la durabilité des prélèvements actuels et futurs en dépend. Dans cette étude nous avons combiné plusieurs approches pour comprendre les processus de la recharge, les principaux facteurs qui la contrôlent, et pour la quantifier. Sur 11 sites expérimentaux situés chacun dans une formation géologique différente de socle du pays, un suivi des niveaux piézométriques a été effectué et permet d’obtenir des chroniques de 5 à 20 ans, et un suivi de la chimie des eaux (classique et isotopique) a été effectué sur 2 années hydrologiques pour un total de 17759 prélèvements analysés. Sur les 11 sites, 6 abritent chacun 2 piézomètres captant uniquement la zone peu profonde de l’aquifère pour l’un (zone altéré), et uniquement la zone plus profonde de l’aquifère pour l’autre (zone fissurée-altérée). Les 5 autres sites sont équipés d’un piézomètre unique ne captant que la zone plus profonde de l’aquifère. Sur l’ensemble des 11 sites, nous disposons d’un pluviomètre très proche des piézomètres (distant de 0 à 15 km). Pour déterminer le temps de réponse de l’eau souterraine à la pluie, les méthodes d’analyse temporelle des signaux et de corrélation croisée ont été appliquées. Pour quantifier la recharge, 3 méthodes ont été utilisées :(i) l’analyse des fluctuations des niveaux piézométriques utilisant des valeurs de porosité gravitaire dérivées de sondages de résonance magnétique protonique ; (ii) celle du bilan des chlorures et (iii) celle de la modélisation de la décroissance du tritium.

Les compositions isotopiques en deutérium, en oxygène 18 et en tritium des eaux souterraines et de la pluie indiquent que la recharge est directe et actuelle, et concerne la zone peu profonde et partiellement la zone profonde de l’aquifère. L’analyse croisée des signaux piézométriques et pluviométriques montrent 2 vitesses d’infiltration apparente : une infiltration lente sur l’ensemble des sites, et une infiltration rapide ne concernant que 2 des 11 sites. Ces deux vitesses apparentes d’infiltration indiquent des processus de recharge différents, à savoir celui diffus et celui localisé.

La recharge annuelle sur les 11 sites expérimentaux est comprise entre 50 et 250 mm/an (130 mm/an en moyenne) et représente 5 à 25% de la pluie annuelle (12% en moyenne). Ces valeurs sont inférieures de 49% en moyenne à celle estimées antérieurement au Bénin par l’approche du bilan d’eau.

L’analyse de l’évolution temporelle de la recharge a pu être réalisée sur un site dont les enregistrements sont suffisamment longs (20 ans). Elle montre une recharge saisonnière dont l’amplitude est une réponse linéaire aux précipitations au-delà d’un seuil apparent de pluie de 140 mm par an. Aussi, les variations inter-annuelles du stock d’eau souterraine se corrèlent bien avec celles des précipitations inter-annuelles, indiquant un stock d’eau souterraine en équilibre avec la pluie interannuelle moyenne actuelle. Enfin, la recharge varie beaucoup en fonction de l’environnement géologique. L’analyse conjointe de suivis piézométriques longs (20 ans), indique que dans les roches de socle cristallines altérées, plus précisément à Natitingou, la recharge varie très peu d’une année à l’autre et est en moyenne de 51 mm/an, représentant 4% des précipitations annuelles. Ces valeurs sont très différentes de celles obtenues dans les aquifères sédimentaires au Bénin, notamment dans le Mio-Pliocène et le Quaternaire où la recharge représente respectivement 12% et 41% des précipitations annuelles.

Principales publications :

• Cuthbert, M.O., Taylor, R.G., Favreau, G., Todd, M., Shamsudduha, M., Villholth, K.G., MacDonald, A., Scanlon, B.R., Kotchoni, D.O.V., Vouillamoz, J.M, Lawson, F.M.A., Philippe, A.A., Kashaigili, J., Seddon, D., Sorensen, J.P.R., Girma, Y.E., Owor, M., Nyenje, P.M., Nazoumou, Y., Goni, I., Boukari, I.O., Sibanda, T., Ascott, M.J., Macdonald, D.M.J., Agyekum, W., Koussoubé, Y., Wanke, H., Hyungjun, K., Yoshihide, W., Lo, M.-H., Taikan, O., Kukuric, N., 2019. Observed controls on resilience of groundwater to climate variability in sub-Saharan Africa. Nature 572, 230–234.
• Kotchoni, D.O.V., Vouillamoz, J.-M., Lawson, F.M.A., Adjomayi, P., Boukari, M., Taylor, R.G., 2019. Relationships between rainfall and groundwater recharge in seasonally humid Benin : a comparative analysis of long-term hydrographs in sedimentary and crystalline aquifers. Hydrogeology Journal 27, 447–457.
• Galle, S., Grippa, M., Peugeot C., and 87 co-authors including Kotchoni D.O.V., 2018. AMMA-CATCH, a critical zone observatory in West Africa monitoring a region in transition. Vadose Zone J. 17:180062.

Mis à jour le 5 octobre 2022