| Titre de série : |
Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement |
| Titre : |
Caractérisation et modélisation hydrogéologique d’un aquifère en milieu de socle fracturé : cas du site expérimental de Sanon (région du plateau central au Burkina Faso) |
| Type de document : |
texte imprimé |
| Auteurs : |
Donissongou Dimitri SORO |
| Année de publication : |
2017 |
| Importance : |
303 p. |
| Langues : |
Français (fre) |
| Résumé : |
Le territoire burkinabé est constitué à plus de 80% de formations de socle. Ces formations renferment des ressources en eau souterraine qui constitue la seule source en eau potable de certaines populations. Cependant, plus de 1/3 des forages réalisés en vue d'exploiter ces eaux sont négatifs ou ont des débits inférieurs à 0,7 m3/h. Cette situation suscite plusieurs questions dont : (i) Comment accroitre le taux de réussite des forages ? et (ii) Comment assurer une exploitation et une gestion durables des eaux souterraines ? Répondre à ces questions nécessite avant tout une bonne compréhension du fonctionnement hydrogéologique et hydrodynamique des aquifères de socle qui sont très hétérogènes. L'objectif de la thèse est de proposer un modèle conceptuel hydrogéologique en milieu de socle fracturé soudano-sahélien en combinant différentes méthodes hydrogéophysiques et hydrogéologiques classiques. Le site expérimental de Sanon (bassin versant de 14 km2) a été choisi comme site d'étude en raison de sa géologie qui est représentative de certaines formations de socle de l'Afrique de l'Ouest. Pour atteindre cet objectif, plusieurs étapes ont été suivies. La première a consisté à caractériser la géométrie et la structure du système aquifère de Sanon à l'aide essentiellement de l'analyse des lithologs et des investigations géophysiques électriques (diagraphie de résistivité électrique et tomographie de résistivité électrique, TRE). Ensuite, les propriétés hydrodynamiques ont été déterminées à l'aide de l'interprétation des essais de pompage basée sur l'identification des régimes d'écoulement en rapport avec la géométrie et la structure de l'aquifère identifiées premièrement et des sondages de Résonance Magnétique des Protons (RMP). Puis, la caractérisation de la piézométrie et de la recharge a été faite par l'analyse des chroniques de niveaux piézométriques et par l'application de la méthode de la fluctuation piézométrique. Enfin, les résultats issus de ces investigations hydrogéophysiques et hydrogéologiques ont permis de réaliser un modèle numérique et de simuler l'écoulement dans le domaine étudié.
Les résultats indiquent que le profil d'altération présente de haut en bas trois couches non stratiformes : la saprolite, l'horizon fissuré et la roche saine. Ce modèle de profil d'altération est cohérent avec d'autres modèles proposés ces dernières années, suggérant que la conductivité hydraulique des aquifères de socle est une conséquence des processus d'altération plutôt que de la fracturation tectonique. Aussi, aucune corrélation n'a été trouvée entre les linéaments et les fractures hydrogéologiquement utiles à l'échelle du bassin.
Concernant les propriétés hydrodynamiques, une corrélation linéaire positive d'environ 80% a été obtenue entre les transmissivités et les paramètres RMP. Ainsi, une équation de transfert a été établie entre les transmissivités obtenues par essais de pompage et les paramètres RMP. L'étude des chroniques piézométriques a mis en évidence une tendance interannuelle à laquelle se superposent des fluctuations saisonnières. Les périodes de basses eaux et de hautes eaux varient selon les piézomètres et se situent respectivement entre juin-juillet et septembre-octobre pour la majorité des piézomètres. Aussi, la présence d'un dôme piézométrique dans la vallée centrale sur l'ensemble des cartes piézométriques produites aussi bien en basses eaux qu'en hautes eaux a été observée. Concernant la recharge, elle se fait directement au niveau du dôme piézométrique et l'alimentation des zones périphériques se ferait plutôt par des transferts latéraux. Elle est ici estimée entre 11 et 17% de la pluie annuelle.
L'ensemble des informations géologiques et hydrogéologiques a permis de faire une simulation numérique qui reproduit l'écoulement observé.
Abstract : More than 80% of Burkina Faso subsoil is composed of hard rocks. More than 1/3 of the boreholes drilled to exploit thèse waters are négative or hâve flow rates lower than 0.7 m3/h. This situation raises several questions, including (i) how to increase drilling success rate? and (ii) how to ensure a sustainable opération and management of groundwater? The responses to thèse questions require, first and foremost, a good understanding of the hydrogeological and hydrodynamic functioning of hard rock aquifers, which are very heterogeneous.
The objective of the thesis is to propose a hydrogeological conceptual model of hard rock aquifer under Sudano-Sahelian climate by combining différent hydrogeophysical and hydrogeological methods. The Sanon expérimental site (14 km2 catchment area) has been chosen as the study site because of its geology, which is représentative of some hard rocks in West Africa.
To achieve this objective, several steps were followed. The first one consisted in characterizing the geometry and the structure of the Sanon aquifer System using essentially the analysis of lithologs and electrical geophysical investigations (electrical resistivity logs and electrical resistivity tomography). Next, the hydrodynamic properties were determined using the interprétation of the pumping tests based on the identification of flow régimes in relation to the geometry and structure of the aquifer identified first and of the Magnetic Résonance Sounding (MRS). Then, the characterization of the piezometry and the recharge was made by the analysis of the piezometric levels and by the application of water table fluctuation. Finally, the results of ail thèse investigations made it possible to realize a numerical model and to simulate the steady-state flow in the field studied.
The results show that at that scale the weathering profile is made up with three main layers, which from top to bottom are referred to as: saprolite, the fissured layer and the fresh rock. This weathering profile model is consistent with other models proposed in récent years, suggesting that the hydraulic conductivity of hard rock aquifers is a conséquence of weathering processes, rather than tectonic fracturing. Also, there is a lack of corrélation between linéaments and hydrogeologically useful fractures.
Concerning hydrodynamic properties, a positive linear corrélation of about 80% was obtained between the transmissivities and the MRS parameters. Thus, thèse values made it possible to establish atransfer équation between the transmissivities obtained by pumping tests and the MRS parameters. The study of the piezometric levels revealed an interannual trend upon which seasonal fluctuations are superimposed. The periods of low water level and high water level vary according to the piezometers and are respectively between June-July and September-October for the majority of piezometers. Thus, the présence of a piezometric dôme in the central valley on ail the piezometric maps produced in both low and high waters was observed. As for recharging, it is done directly in the zone of the piezometric dôme and the feeding of the peripheral zones would be rather by latéral transfers. It is estimated between 11 and 17% of annual rainfall.
The set of geological and hydrogeological data allowed the performance of a numerical simulation in steady state which reproduces well the observed flow. |
Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Caractérisation et modélisation hydrogéologique d’un aquifère en milieu de socle fracturé : cas du site expérimental de Sanon (région du plateau central au Burkina Faso) [texte imprimé] / Donissongou Dimitri SORO . - 2017 . - 303 p. Langues : Français ( fre)
| Résumé : |
Le territoire burkinabé est constitué à plus de 80% de formations de socle. Ces formations renferment des ressources en eau souterraine qui constitue la seule source en eau potable de certaines populations. Cependant, plus de 1/3 des forages réalisés en vue d'exploiter ces eaux sont négatifs ou ont des débits inférieurs à 0,7 m3/h. Cette situation suscite plusieurs questions dont : (i) Comment accroitre le taux de réussite des forages ? et (ii) Comment assurer une exploitation et une gestion durables des eaux souterraines ? Répondre à ces questions nécessite avant tout une bonne compréhension du fonctionnement hydrogéologique et hydrodynamique des aquifères de socle qui sont très hétérogènes. L'objectif de la thèse est de proposer un modèle conceptuel hydrogéologique en milieu de socle fracturé soudano-sahélien en combinant différentes méthodes hydrogéophysiques et hydrogéologiques classiques. Le site expérimental de Sanon (bassin versant de 14 km2) a été choisi comme site d'étude en raison de sa géologie qui est représentative de certaines formations de socle de l'Afrique de l'Ouest. Pour atteindre cet objectif, plusieurs étapes ont été suivies. La première a consisté à caractériser la géométrie et la structure du système aquifère de Sanon à l'aide essentiellement de l'analyse des lithologs et des investigations géophysiques électriques (diagraphie de résistivité électrique et tomographie de résistivité électrique, TRE). Ensuite, les propriétés hydrodynamiques ont été déterminées à l'aide de l'interprétation des essais de pompage basée sur l'identification des régimes d'écoulement en rapport avec la géométrie et la structure de l'aquifère identifiées premièrement et des sondages de Résonance Magnétique des Protons (RMP). Puis, la caractérisation de la piézométrie et de la recharge a été faite par l'analyse des chroniques de niveaux piézométriques et par l'application de la méthode de la fluctuation piézométrique. Enfin, les résultats issus de ces investigations hydrogéophysiques et hydrogéologiques ont permis de réaliser un modèle numérique et de simuler l'écoulement dans le domaine étudié.
Les résultats indiquent que le profil d'altération présente de haut en bas trois couches non stratiformes : la saprolite, l'horizon fissuré et la roche saine. Ce modèle de profil d'altération est cohérent avec d'autres modèles proposés ces dernières années, suggérant que la conductivité hydraulique des aquifères de socle est une conséquence des processus d'altération plutôt que de la fracturation tectonique. Aussi, aucune corrélation n'a été trouvée entre les linéaments et les fractures hydrogéologiquement utiles à l'échelle du bassin.
Concernant les propriétés hydrodynamiques, une corrélation linéaire positive d'environ 80% a été obtenue entre les transmissivités et les paramètres RMP. Ainsi, une équation de transfert a été établie entre les transmissivités obtenues par essais de pompage et les paramètres RMP. L'étude des chroniques piézométriques a mis en évidence une tendance interannuelle à laquelle se superposent des fluctuations saisonnières. Les périodes de basses eaux et de hautes eaux varient selon les piézomètres et se situent respectivement entre juin-juillet et septembre-octobre pour la majorité des piézomètres. Aussi, la présence d'un dôme piézométrique dans la vallée centrale sur l'ensemble des cartes piézométriques produites aussi bien en basses eaux qu'en hautes eaux a été observée. Concernant la recharge, elle se fait directement au niveau du dôme piézométrique et l'alimentation des zones périphériques se ferait plutôt par des transferts latéraux. Elle est ici estimée entre 11 et 17% de la pluie annuelle.
L'ensemble des informations géologiques et hydrogéologiques a permis de faire une simulation numérique qui reproduit l'écoulement observé.
Abstract : More than 80% of Burkina Faso subsoil is composed of hard rocks. More than 1/3 of the boreholes drilled to exploit thèse waters are négative or hâve flow rates lower than 0.7 m3/h. This situation raises several questions, including (i) how to increase drilling success rate? and (ii) how to ensure a sustainable opération and management of groundwater? The responses to thèse questions require, first and foremost, a good understanding of the hydrogeological and hydrodynamic functioning of hard rock aquifers, which are very heterogeneous.
The objective of the thesis is to propose a hydrogeological conceptual model of hard rock aquifer under Sudano-Sahelian climate by combining différent hydrogeophysical and hydrogeological methods. The Sanon expérimental site (14 km2 catchment area) has been chosen as the study site because of its geology, which is représentative of some hard rocks in West Africa.
To achieve this objective, several steps were followed. The first one consisted in characterizing the geometry and the structure of the Sanon aquifer System using essentially the analysis of lithologs and electrical geophysical investigations (electrical resistivity logs and electrical resistivity tomography). Next, the hydrodynamic properties were determined using the interprétation of the pumping tests based on the identification of flow régimes in relation to the geometry and structure of the aquifer identified first and of the Magnetic Résonance Sounding (MRS). Then, the characterization of the piezometry and the recharge was made by the analysis of the piezometric levels and by the application of water table fluctuation. Finally, the results of ail thèse investigations made it possible to realize a numerical model and to simulate the steady-state flow in the field studied.
The results show that at that scale the weathering profile is made up with three main layers, which from top to bottom are referred to as: saprolite, the fissured layer and the fresh rock. This weathering profile model is consistent with other models proposed in récent years, suggesting that the hydraulic conductivity of hard rock aquifers is a conséquence of weathering processes, rather than tectonic fracturing. Also, there is a lack of corrélation between linéaments and hydrogeologically useful fractures.
Concerning hydrodynamic properties, a positive linear corrélation of about 80% was obtained between the transmissivities and the MRS parameters. Thus, thèse values made it possible to establish atransfer équation between the transmissivities obtained by pumping tests and the MRS parameters. The study of the piezometric levels revealed an interannual trend upon which seasonal fluctuations are superimposed. The periods of low water level and high water level vary according to the piezometers and are respectively between June-July and September-October for the majority of piezometers. Thus, the présence of a piezometric dôme in the central valley on ail the piezometric maps produced in both low and high waters was observed. As for recharging, it is done directly in the zone of the piezometric dôme and the feeding of the peripheral zones would be rather by latéral transfers. It is estimated between 11 and 17% of annual rainfall.
The set of geological and hydrogeological data allowed the performance of a numerical simulation in steady state which reproduces well the observed flow. |
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