Estimation des ressources en eau souterraine en zone de socle africain : Développement d’une approche hydrogéophysique basée sur la résonance magnétique protonique

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

Directeurs de thèse : Nicaise Yalo et Jean-Michel Vouillamoz

Résumé :

Malgré l’important effort fourni par les pays de l’Afrique subsaharienne pour couvrir les besoins en eau de leur population, la cible 6.1 des ODD semble difficile à atteindre car les besoins augmentent avec la population qui croit, et la mobilisation de l’eau souterraine dans certains contextes est difficile. En effet, en zone dits de socle, il est statistiquement rare de réaliser des forages ayant des débits élevés, et ces débits ne sont souvent pas pérennes. Nous avons donc cherché comment identifier, avant de forer, le débit théorique exploitable, et quantifier, toujours avant de forer, les réserves en eau souterraine et leur capacité à amortir des changements dans le cycle de l’eau. Ainsi, sans investissement supplémentaire, plus de point d’eau fonctionnel seront disponible et contribueront à l’atteinte de la cible 6.1 des ODD.

Bien qu’elle présente des difficultés d’application spécifiques dans les roches de socle de la zone intertropicale, la méthode récente de Résonance Magnétique des Protons (RMP) pourrait contribuer (comparativement aux méthodes géophysiques classiquement utilisées pour la mobilisation de l’eau souterraine), à quantifier avant de forer, les propriétés hydrogéologiques qui gouvernent les débits et les réserves dans les aquifères de socle. Nous avons alors développé une démarche méthodologique pour réaliser des mesures RMP de bonne qualité en zone de socle africaine et réaliser des interprétations rigoureuses. Cette méthodologie a été mis en œuvre à une échelle régionale au Bénin, puis à une échelle multi-pays (Bénin, Burkina Faso et Ouganda) avec un total de 72 sondages RMP qui nous ont permis de calculer les réserves en eau souterraine actuelles, les débits théoriques et le pouvoir tampon des aquifères.

Nous avons remarqué un le lien entre les faciès géologiques de socle et la capacité de stockage de aquifères, et aussi une importante variabilité des réserves entre pays : en Ouganda, elles sont de 35% plus importantes que dans les deux autres pays. Comparé à la somme des sorties, ces aquifères de socle Africain ont un pouvoir tampon de 7 ans 18 mois en moyenne qui permettait d’amortir des augmentations de prélèvement pour l’alimentation en eau domestique pendant une décennie environ, et pendant 2 à 3 ans pour des prélèvements destinés à l’irrigation complémentaire.

Finalement, nous avons montré comment les variations des réserves en eau souterraine au cours des 20 dernières années pouvaient être expliquées par les variations pluviométriques.

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. https://doi.org/10.1007/s10040-018-1806-2
• Legchenko, A., Comte, J.-C., Ofterdinger, U., Vouillamoz, J.-M., Lawson, F.M.A., Walsh, J., 2017. Joint use of singular value decomposition and Monte-Carlo simulation for estimating uncertainty in surface NMR inversion. Journal of Applied Geophysics 144, 28–36.
• Legchenko, A., Vouillamoz, J.-M., Lawson, F.M.A., Alle, C., Descloitres, M., Boucher, M., 2016. Interpretation of magnetic resonance measurements in the varying earth’s magnetic field. GEOPHYSICS 81, WB23–WB31.
• Vouillamoz, J. M., Lawson, F.M.A., Yalo, N., Descloitres, M., 2015. Groundwater in hard rocks of Benin : Regional storage and buffer capacity in the face of change. Journal of Hydrology 520, 379–386. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2014.11.024
• Vouillamoz, J.M., Lawson, F.M.A., Yalo, N., Descloitres, M., 2014. The use of magnetic resonance sounding for quantifying specific yield and transmissivity in hard rock aquifers : The example of Benin. Journal of Applied Geophysics 107, 16–24.

Mis à jour le 5 octobre 2022