Évaluation de l’implantation géophysique des forages d’eau en zone de socle en milieu tropical (Bénin, Afrique de l’Ouest) : apport de la tomographie de résistivité électrique pour la caractérisation de la cible hydrogéologique

Date : 21 décembre 2019
Lieu : UAC, Bénin
Mémoire : lien pdf

Devant le jury composé de :

• Euloge AGBOSSOU, Professeur, UAC (Bénin), Président
• Emmanuel KOUADIO, Maître de Conférences, Univ. Félix Houphouët-Boigny (Côte-d’Ivoire), Rapporteur
• Youssouf KOUSSOUBE, Maître de Conférences, Univ. Ouagadougou I (Burkina-Faso), Rapporteur
• Moussa BOUKARI, Professeur, UACi (Bénin), Examinateur
• Nicaise YALO, Maitre de Conférences, UAC (Bénin), Directeur de Thèse
• Marc DESCLOITRES, Ingénieur de recherche, HDR, IRD (France), Co-Directeur de
  Thèse
• Georges AGBAHUNGBA, Colonel de l’armée Béninoise, Cotonou (Bénin), invité

Résumé :

En zone de socle d’Afrique de l’Ouest et particulièrement au Bénin, constitué de 80 % de roche de socle, malgré l’étude d’implantation préalable, 40 % des forages d’eau sont « négatifs » (<700 l/h), constituant ainsi une perte importante. Cette thèse vise à améliorer la partie géophysique de l’implantation des forages afin d’améliorer le taux de succès des forages. Pour cela, une évaluation de la méthode géophysique dite « électrique à courant continu » (principalement utilisée par les praticiens), est faite après avoir défini la cible hydrogéologique à privilégier pour l’implantation de forage dans un contexte de socle à altération épaisse. Pour cette évaluation, nous avons vérifié sur 6 sites expérimentaux la sensibilité des paramètres de la méthode électrique (résistivité et chargeabilité) à (1) la cible hydrogéologique en comparant les valeurs mesurées en forages (diagraphies) aux relevés des forages, (2) aux paramètres hydrodynamiques (porosité de drainage et conductivité hydraulique obtenues via essais de pompage), et (3) à la teneur en argile (via diffractométrie de rayons X et test de bleu de méthylène). Nous avons par la suite, évalué la capacité des techniques de mesure géophysiques (Profils Electrique – PE, Sondages Electrique – SE, et Tomographie de Résistivité Electrique – ERT) à caractériser la cible depuis la surface grâce à (1) des modélisations numériques et (2) des mesures de terrain sur 7 sites.

Les résultats révèlent que la cible hydrogéologique à privilégier dans un contexte de socle en milieu tropical (où l’altération est généralement considérable) est la zone où l’épaisseur de la « Zone Altérée » (ZA) et les premiers mètres de la « Zone Fracturée Stratiforme » (ZFS) sont les plus importants, zones qui doivent être caractérisées par des résistivités respectivement comprises entre 150 et 400 ohm.m et entre 800 et 2.000 ohm.m. La résistivité est plus discriminante que la chargeabilité pour l’identification de la cible hydrogéologique. Ces deux paramètres géophysiques augmentent avec la porosité de drainage et la conductivité hydraulique, et diminuent significativement avec la teneur en argile gonflante (smectites). Il s’avère que les techniques géophysiques traditionnelles pratiquées (PE et SE) peuvent largement tromper les praticiens : ainsi les PE produisent des anomalies importantes sur les zones argileuses et ne caractérisent pas la cible hydrogéologique, tandis que les SE sous-estiment quasiment systématiquement l’épaisseur de la cible (ZA+ZFS). Par contre, la technique la plus élaborée, l’ERT, caractérise bien la cible hydrogéologique en donnant une information fiable sur sa géométrie et permet d’apprécier sa qualité hydrogéologique en identifiant clairement les zones argileuses qu’il faut éviter pour une implantation de forage.

Une analyse du modèle économique actuel des prospections géophysiques au Bénin montre que le surcoût de son utilisation en routine devrait être largement compensé par la diminution d’au moins 5 % du taux d’échec, chiffre qui sera très probablement dépassé grâce au gain d’information très significatif que cette technique apporte dans la connaissance des conditions hydrogéologiques locales autour d’un futur forage. En conséquence, nous préconisons l’abandon des techniques de profils et de sondages électriques traditionnellement employées, au profit de la Tomographie de Résistivité Electrique.

Principales publications :

• Alle, I.C., Descloitres, M., Vouillamoz, J. M., Yalo, N., Lawson, F. M. A., Adihou, A. C., 2018. Why 1D electrical resistivity techniques can result in inaccurate siting of boreholes in hard rock aquifers and why electrical resistivity tomography must be preferred : the example of Benin, West Africa, Journal of African Earth Science, vol. 139 p. 341 353, janv. 2018.
• Legchenko, A., Vouillamoz, J.M., Lawson, F.M.A., Alle, C., Descloitres, M., Boucher, M., 2015. Interpretation of magnetic resonance measurements in the varying Earth’s magnetic field. Geophysics, 81(4), WB23-WB31.
• Galle, S., Grippa, M., Peugeot C., and 87 co-authors including Alle. I.C., 2018. AMMA-CATCH, a critical zone observatory in West Africa monitoring a region in transition. Vadose Zone J. 17:180062.
• Legchenko, A., Texier, B., Girard, J.F., Vouillamoz, J.M., Lawson, F.M.A., Alle, I.C., Baltassat, J.M., Pierrat, G., Boucher, M., 2019. Feasibility study of a surface-borehole NMR method. Journal of Applied Geophysics, 2020.

Mis à jour le 5 octobre 2022