CHAPITRE II : MATERIELS ET METHODES
La réalisation de ce travail demande un matériel
approprié et une méthodologie stricte et rigoureusement
menée tant au niveau de l'étude piézométrique que
de la caractérisation hydrochimique des eaux souterraines. Dans ce
chapitre, nous allons présenter ce matériel et les
différentes méthodes utilisés dans la réalisation
de cette étude.
II.1. Matériels et méthodes en
hydrodynamique II.1.1. Matériels
En hydrogéologie, et dans les études
piézométriques, les outils sont variés et plus
précis les uns que les autres, permettant de faire une étude
(mesure des latitudes, des longitudes, des altitudes et des niveaux
piézométriques) précise. Nous pouvons citer comme
matériel utilisé pour ce travail de terrain :
- Le « global positioning system : GPS » ou le
système de positionnement global
C'est un appareil de pointe qui permet de donner la position
exacte (en 3 dimensions : latitude, X ; longitude, Y et altitude, Z) de
l'ouvrage (le lieu) au niveau duquel on se trouve et où l'on a
effectué la mesure (Foucault et Raoult, 2003).
Le GPS que nous avons utilisé lors de la prise des mesures
dans notre bassin versant est de marque Figawi 3. 1.
- La Sonde
La sonde est un appareil qui permet de mesurer la profondeur
à laquelle se trouve la surface de l'eau dans un puits. Pour la mesure
des niveaux statiques des différents ouvrages de notre bassin, nous
avons utilisé une sonde électrique possédant un voyant qui
s'allume une fois que le bec de la sonde est en contact avec la surface de
l'eau.
La sonde que nous avons utilisée pour la collecte de nos
données est de marque SEBA Hydrométrie série 30482,
à voyant lumineux et bruit sonore.
- La carte topographique
Elle a permis de délimiter le bassin versant et de faire
le report des mesures pour le positionnement des différents ouvrages
(report des coordonnées géographiques) et le report
des différentes cotes d'eau. A partir de ces
données, nous avons tracé les lignes qui relient les points de
même cote d'eau : les hydroisohypses.
Sur la carte topographique, le positionnement exacte des
ouvrages et le report des mesures des différentes cotes d'eau de
façon précise conditionnent la qualité de l'étude
réalisée (Castany et Margat, 1977).
- le matériel informatique
Pour la réalisation de nos différentes cartes, nous
avons expérimenté puis utilisé les logiciels de
cartographie suivants :
Surfer 8 dans sa version 8.0, pour les cartes
piézométriques afin de les comparer à celles
réalisées manuellement grâce à la méthode du
triangle d'interpolation de Castany (1998) ;
Adobe Illustrator, la version
11.0., pour redessiner les cartes piézométriques que
nous avons tracé manuellement, mais aussi, toutes les autres figures qui
nécessitaient un traitement numérique ;
Adobe Photoshop, la version
6.0, pour le traitement de la qualité des images
photographiques ;
Aquachem 3.7 pour l'analyse des données
hydrochimiques.
II.1.2. Méthodes
II.1.2.1. Mesure du niveau
piézométrique
Les mesures des différents niveaux
piézométriques doivent être effectuées dans des
conditions de stabilisation de la nappe pour l'ensemble de la région
cartographiée au cours d'une période la plus courte possible. En
effet Castany (1998) souligne que la surface piézométrique que
nous mesurons, constitue la limite supérieure de la nappe. C'est une
limite hydrodynamique donc en perpétuelle fluctuation. Cette limite
(surface piézométrique) peut s'élever ou s'abaisser
librement dans la formation hydrogéologique perméable. En
principe, dans la pratique, elles sont effectuées dans des
piézomètres. Leur implantation à proximité des
puits que nous voulons étudier étant très onéreuse,
nous avons effectué nos mesures directement dans les différents
ouvrages (puits) sélectionnés.
Pour effectuer la mesure, après la localisation
(détermination des coordonnées satellitaires) de l'ouvrage
à l'aide du GPS, le bec de la sonde est introduit dans l'ouvrage et une
fois que celui-ci atteint la surface de l'eau, la sonde émet un son et
son voyant lumineux
s'allume. On peut alors lire la profondeur à laquelle
se trouve le niveau de l'eau dans l'ouvrage. Ensuite, on mesure la hauteur de
la margelle (surélèvement effectué autour de l'ouvrage
pour le protéger : elle est le plus souvent, dans notre zone
d'étude, constituée d'un mur de parpaing ; d'un empilement de
pneus de camion) pour déterminer le niveau réel de l'eau par
rapport à la surface topographique. Puis on calcul la cote de l'eau dans
l'ouvrage. Enfin dans une grille, on reporte le nom du lieu ou le numéro
du puits de mesure où se trouve l'ouvrage, la hauteur de la margelle, le
niveau piézométrique.
La mesure du niveau piézométrique est donc
l'opération principale de l'inventaire de la ressource en eau
souterraine. Etant l'altitude du niveau d'eau, en équilibre naturel,
dans l'ouvrage, elle est calculée par différence entre la cote du
sol (repère sur l'ouvrage), Z, et la profondeur de l'eau Hp (Walton et
Walker, 1961 in Castany, 1998). Pour les sources, c'est l'altitude de
l'émergence naturelle H = Z. Dans le cas des sondages artésiens,
H = Z + élévation du niveau d'eau au-dessus du sol (Walton et
Walker, 1961 in Castany, 1998).
L'étude des nappes devant passer par la surveillance de
la variation du niveau d'eau s'opérant dans les différents puits
sélectionnés, 46 points bien distincts et repartis dans le bassin
versant ont été répertoriés et
sélectionnés (fig. 9). Ces différents ouvrages ont
été choisi en fonction de leurs proximité par rapport au
cours d'eau mais également, par rapport aux éventuels sources
(abattoir ; décharges ; latrines ; etc.) de pollution des eaux
souterraines.
Nous avons fait le suivi hebdomadaire des 46 points pour
contrôler la variation du niveau d'eau souterraine dans le bassin durant
la période allant du 12 août au 25 novembre de l'année
2005. Un suivi du cours d'eau a aussi été fait grâce
à la mesure des quelques cotes le long de ce dernier. Le tableau 2 nous
présente le résumé des mesures effectuées durant
les travaux de terrain dans le bassin de la Bibakala.
II.1.2.2. Calcul du gradient hydraulique
Par comparaisons entre le dispositif expérimental du
laboratoire de Darcy (Castany, 1998) et le terrain, le gradient hydraulique est
la différence de niveau piézométrique entre deux points de
la surface, par unité de longueur, mesurée le long d'une ligne de
courant (sens d'écoulement des eaux souterraines). Le gradient
hydraulique, i, est assimilable à la pente de la surface
piézométrique (Castany, 1998).
Dans la pratique, le gradient hydraulique est calculé
sur le terrain, à l'aide des niveaux piézométriques
mesurés dans deux ouvrages d'observation, alignés sur une ligne
de courant,
l'un en amont H1, l'autre en aval H2, séparés d'une
distance L (Alaerts, 1990 ; Castany, 1998 ).
Le gradient hydraulique peut aussi être
évalué à partir des puits d'observations. Dans ces
conditions, on mesure la profondeur à laquelle se trouve l'eau dans les
différents ouvrages, on effectue la différence de niveau d'eau,
AH, entre deux puits voisins et, on divise le résultat
par la distance entre les deux puits.
En application au bassin de la Bibakala, pour les puits
numérotés 37 et 42 qui sont sur la même ligne de courant et
distant de 300 m; le 12 août et 11 novembre par exemple, le gradient
hydraulique est :
- le 12 août 2005
i = (1109, 19 m - 1095, 12 m) / 300 m
= 0, 047
- le 11 novembre 2005
i = 1109, 61 m - 1095, 05m) / 300 m
= 0, 048
Ces deux valeurs du gradient pour les périodes
extrêmes nous montrent que même dans le temps, le régime des
eaux souterraines dans bassin est constant. C'est ce qui nous permet de penser
à une alimentation uniforme des nappes et à une circulation
identique des eaux souterraines dans le bassin de la Bibakala.
II.2. Matériels et méthodes en hydrochimie
des nappes
Notre travail, ayant aussi pour but de déterminer les
paramètres physico-chimiques des eaux souterraines du bassin, les
méthodes d'échantillonnage et le matériels utilisé,
sont ceux recommandés par Rodier (1976 ; 1978).
II.2.1. Matériels
Les bouteilles en plastiques de 1,5 litres ont été
utilisés pour le prélèvement des eaux et une
glacière pour la conservation et le conditionnement des
échantillons à analyser.
II.2.2. Choix des points
d'échantillonnage
L'échantillonnage est la procédure de
prélèvement d'une quantité représentative d'eau
à partir d'une rivière, d'un lac ou d'un puits (Rodier, 1976 et
1978).
Le choix des différents points d'échantillonnage
doit répondre à plusieurs critères. Ces points doivent
être représentatifs de la nappe ou du lit du cours d'eau et
basés sur les paramètres suivants :
- la caractérisation du cours d'eau ;
- la recherche d'une source éventuelle de contamination de
la nappe souterraine (dépôt des déchets domestiques et des
produits chimiques) ;
- la sollicitation du point d'eau par les habitants environnant
pour diverses activités (agriculture, blanchissement des
vêtements, cuisson, boisson, etc.).
II.2.3. Méthodes de prélèvement des
échantillons
Selon Moll (2005), il existe plusieurs types
d'échantillons : l'échantillon ponctuel ; l'échantillon
périodique ; l'échantillon composé (pondéré
ou non) et l'échantillon intégré.
L'étude approfondie d'un cours d'eau ou des puits dans un
bassin versant nécessite des prélèvements multiples, selon
un quadrillage prédéterminé (Tardat - Henry, 1992).
Les prélèvements ont été
effectués le 1er août 2006 sur douze (12) points d'eau
différents (fig. 9). Les échantillons ont été
prélevés dans des bouteilles en plastiques préalablement
lavées au savon puis à l'eau distillée et rincée
à l'eau à analyser. Ils sont conservés dans une
glacière et acheminés pour analyse au Centre des Analyses et des
Essais - Service des Analyses des Substances Liquides au Ministère de
l'Industrie, des Mines et du Développement Technologique.
Les échantillons ponctuels ne renseignant pas
absolument sur la variabilité de l'eau (Tardat - Henry, 1992), nos
échantillons ont été composés et
pondéré en 12 heures pour obtenir un échantillon unique.
On mélange les prises à volume constant effectuées
à 6, 12 et 18 heures (c'est-à-dire à intervalle de 6
heures).
Une fois les prélèvements des
échantillons composés pondérés effectués,
ils ont subis in situ la mesure de la température à l'aide d'un
thermomètre de précisions #177; 1 °C. Les
températures obtenues sont voisines de celle atmosphérique et
égales à 24 °C. Les autres paramètres tels que pH,
température à 25 °C en laboratoire, conductivité,
couleur, dureté calcique et totale, salinité, cations et anions
majeurs et silice, ont été mesurés au laboratoire.
Figure 9 : Carte de localisation des
points de mesure et d'échantillonnage
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