Étude de la relation eaux de surface-eaux souterraines dans un contexte de changements climatiques

Étude de la relation eaux de surface-eaux souterraines dans un contexte de changements climatiques

géologie et stratigraphie de la zone d’étude 

Les formations rencontrées par les sondages pétroliers et d’exploitation d’eau réalisés dans la zone d’étude montrent que la géologie comporte du bas vers le haut : les formations du Maastrichtien, du Paléocène, de l’Éocène et enfin celles de l’Oligocène et du Mio-Pliocène connues sous le nom de CT et recouvertes par les sables dunaires du Quaternaire. Les formations géologiques qui font l’objet de notre étude sont celles du CT faites de grès, de sable, sable argileux, d’argile et de silt. Le Continental Terminal est représenté dans le Saloum par des terrains allant de l’Oligo-Miocène au Pliocène. Il est généralement discordant sur les formations les plus anciennes et est souvent recouvert par le Quaternaire Nos travaux concernent les eaux souterraines contenues dans les formations superficielles des sables quaternaires et du CT. Par conséquent ce paragraphe sera réservé à la description de la lithologie des horizons superficiels et de leur substratum d’âge Éocène, tout en mettant l’accent sur les formations superficielles du CT et du Quaternaire, qui constituent l’aquifère principal faisant l’objet du présent travail. Sur la base des logs de forages d’eau et pétroliers, des coupes et cartes géologiques existantes, 10 coupes géologiques ont été réalisées dans la zone étudiée suivant des transects Ouest-Est (A à D), Nord-Ouest – Sud-Est (I à IV) et NordSud (1 à 4) (figure 26 à 31) et Annexe (1 à 5).

 Éocène 

Dans le bassin sénégalo-mauritanien, l’Éocène est divisé en Éocène inférieur (Yprésien), moyen (Lutétien et Bartonien) et supérieur (Priabonien). Cependant, dans le delta du Saloum, seul l’Éocène inférieur et moyen sont connus avec des dépôts caractérisés par une lithologie hétérogène qui reflète le passage des termes marneux et marno-calcaires à des termes calcaires, calcaro-marneux et calcaro-gréseux (Ly et Anglada, 1991 ; Sarr, 1995). L’Yprésien est constitué par une alternance de marnes et des calcaires marneux à silex reposant sur le Paléocène et surmontés de calcaires marneux coquilliers. La composition minéralogique de ces formations de l’Éocène inférieur est identique à celle des formations sous-jacentes avec, cependant, une prédominance d’attapulgite qui est parfois relayée par la sépiolite ou la kaolinite (Lappartient, 1985). Le Lutétien correspond à des argiles et des marnes comportant des intercalations de calcaires argileux à silex et le Bartonien est représenté par des calcaires blancs à nummulites silicifiés et phosphatés. 36 La partie supérieure de l’Éocène moyen qui correspond au substratum de l’aquifère du CT est la plupart du temps constituée d’argiles compactes, de marno-calcaires ou de calcaires compacts (Diluca, 1976). Ces dépôts ont été intensément érodés lors d’une phase de régression marine à l’Éocène supérieur. Cette érosion a entraîné la mise en place de dépressions plus ou moins profondes à la base du Continental Terminal

 Continental Terminal (CT)  Place du CT dans la stratigraphie du bassin

 Le terme de « Continental terminal » en Afrique de l’Ouest a une double ambiguïté portant d’une part sur la nature même des dépôts et d’autre part sur leur âge. Selon la définition originelle de Kilian (1931), basée sur des observations dans les bassins intérieurs sahariens et sur leurs bordures, il s’agit de formations détritiques continentales d’âge cénozoïque. Dans le bassin sénégalo – mauritanien, plusieurs auteurs, dont Tessier (1950) et Élouard (1962), ont consacré leurs travaux aux formations du CT qui occupent près des 2/3 de la superficie du bassin, mais qui sont fréquemment masquées par des sables récents quaternaires. L’intérêt de ces formations du CT résidait dans l’ambiguïté de les caler dans l’échelle stratigraphique du fait qu’elles semblaient ne contenir aucun fossile, rendant ainsi impossible leur datation. Roques (1949) fut le premier à utiliser le terme de Continental terminal pour le bassin sénégalo-mauritanien. Selon Lappartient (1985), c’est à partir des travaux de Tessier (1950), Élouard (1962) et Dieng (1965) qu’on a pu préciser les différents faciès et les limites du CT dans le bassin sénégalo-mauritanien. C’est le groupe de formations continentales comprises entre les dépôts marins datés de l’Éocène et la cuirasse ferrugineuse d’àge Pliocène à Quaternaire (Lappartient, 1985). Les fossiles (lamellibranches, gastéropodes, cirripèdes décapodes et échinides), appartenant à l’espèce Rotuloïda vieirai, retrouvées dans les formations gréseuse et sablo-argileuse confirme cette origine marine du CT (Conrad et al., 1987). Son âge varie suivant les régions et pourrait être du Pliocène ou du Mio – Pliocène. Au sommet de la formation, les structures sédimentaires sont généralement oblitérées par l’altération ferralitique qui s’est surtout développée au Pliocène, après l’émersion du bassin, puisqu’au Miocène les faciès margino-littoraux étaient encore largement dominants.  Stratigraphie Les tentatives de corrélations stratigraphiques effectuées dans le cadre du travail à partir de logs de forages recoupant le CT dans la zone d’étude ont permis d’identifier les   séquences des différents horizons dans le CT, leur nature, leur extension verticale et latérale. L’épaisseur du Continental Terminal est très variable (figures 26 à 31) ; l’épaississement du Nord vers le Sud est dû à la présence d’anciennes vallées incisées dans le substratum marnocalcaire de l’Éocène. La lithologie du CT est très hétérogène ; les formations sont constituées de sédiments détritiques allant des argiles aux graviers ; ce qui est habituel dans les formations d’épandage continental (sédiments continentaux redistribués par une sédimentation marine). Ces formations présentent les marques d’une intense altération ferralitique dont l’expression la plus nette est la présence, en plus des concrétions et des cuirasses ferrugineuses, de la formation de kaolinite (Conrad et Lappartient, 1987). La cuirasse latéritique est souvent discontinue et affleure par endroits à l’Est mais à l’Ouest elle est recouverte par les formations sableuses du Quaternaire. Elle constitue la limite entre le CT et le Quaternaire généralement constituée d’argiles sableuses (Tessier et al., 1975). Les variations latérale et verticale de faciès sont fréquentes. On note ainsi le passage des formations gréseuses plus ou moins argileux à des niveaux latéritiques plus perméables (Noël, 1975). Au niveau de certaines zones notamment à l’Ouest et au Sud-Ouest, des argiles compactes surmontent parfois le substratum (figure 26). Ces argiles sont probablement d’âge Miocène du fait qu’elles sont discordantes sur les calcaires à nummulites près de Sokone à l’Ouest de la zone (Diluca, 1976). Les logs de forages montrent une alternance irrégulière et discontinue de différents types de sédiments détritiques allant du sable grossier au sable fin, sable argileux et argile sableuse entrecoupés par des niveaux discontinus d’argiles (figure 26 à 31) ; un ensemble de grès argileux, d’argiles et de sables ferrugineuses (sables argileux latéritiques), le tout surmonté par endroits par un horizon cuirassé très induré et un horizon ferrugineux gravillonnaire induré (latérites ou sables latéritiques). Au sommet de la série, on trouve de façon presque constante des sables beiges peu argileux du Quaternaire. Considérée dans le détail avec les logs de forage, la succession verticale ne semble pas à priori, refléter un ordre bien établi. Toutefois, les sables fins et sables argileux et/ou argiles sableuses constituent les formations dominantes dans ce niveau. Par conséquent, dans le cadre de ces travaux, les formations du CT et du Quaternaire ont été regroupées en une seule couche sablo – argileuse et latéritique renfermant la nappe du CT.  Minéralogie des sédiments du CT Les faciès détritiques sableux qui constituent essentiellement les sédiments du CT renferment les minéraux suivants (Lappartient, 1985) :  le quartz avec des grains pour la majorité (60-70 %) émoussés-luisants présente une granulométrie multimodale ; avec un mode bien développé à 0,125 mm et trois autres avec des sommets atténués à 0.063, 0.250, et 0.400 mm. Toutefois, la majeure partie des courbes cumulatives identifiées par Lappartient (1985) se trouve dans la zone des sables fins bien classés avec une médiane située entre 0.140 et 0.145 mm ;  les argiles constituées pour l’essentiel de kaolinite avec quelques traces d’illite qui forment la matrice argileuse des sables du CT et sont rarement bien formées dans les grès ;  les autres éléments retrouvés mais en petite quantité dans les sédiments détritiques sont constitués pour l’essentiel : o de minéraux de calcite recristallisés en forme de couronne autour des grains de quartz et rencontrées essentiellement dans la région Est de la zone d’étude o de grains de glauconie transformés et entourés d’une pellicule d’hydroxyde de fer, retrouvés toujours à l’Est de la zone ; o d’oxydes et d’hydroxydes de fer, dont la goethite et l’hématite qui forment le ciment des divers grès cuirassés issus des argiles du CT ; o de tubulures ferrugineuses qui pourraient être liées à des structures biologiques continentales. Ce sont des traces probables de racines de plantes qui, après leur disparition, ont servi à la circulation des eaux dans la nappe.

Quaternaire 

Il constitue la majeure partie des affleurements du bassin sénégalo-mauritanien et comprend des formations marines, continentales et volcaniques. Dans le Saloum, le Quaternaire est inclus dans le complexe terminal du Mio-Plio-Quaternaire ; il est sablo-argileux et comprend : – le Quaternaire marin qui correspond au Nouakchottien dont les accumulations de coquillages (Anadara senilis principalement) couvrent de vastes superficies. Il s’agit de dépôts de plages épais (1 à 2 m) indiquant la position du rivage à la côte + 3 m, il y a environ 5500 ans (Bellion, 1987) ; – le Quaternaire continental dont les formations très variées peuvent être divisées en trois groupes en fonction de leur mode de genèse : les glacis, les cuirasses, et les terrasses alluviales (Michel, 1973). 39 Figure 26 : Corrélation géologique Nord – Sud de forages à travers la zone étudiée 40 Figure 27 : Corrélation géologique Nord – Sud de forages à travers la zone étudiée 41 Figure 28 : Corrélation géologique Ouest – Est de forages à travers la zone étudiée 42 Figure 29 : Corrélation géologique Ouest – Est de forages à travers la zone étudiée 43 Figure 30 : Corrélation géologique NW-SE de forages à travers la zone étudiée 44 Figure 31 : Corrélation géologique NW-SE de forages à travers la zone étudiée 

Contexte hydrogéologique à l’échelle du bassin sénégalo-mauritanien 

 Cadre hydrogéologique du bassin sédimentaire sénégalais

 La première carte hydrogéologique schématique du Sénégal a été établie par Travi en 1988. Les différentes unités hydrogéologiques identifiées sont : – les aquifères de fissures et d’altération des formations cristallines précambriennes du Sénégal oriental qui limite à l’Est le bassin sédimentaire ; – et les aquifères du bassin sédimentaire regroupés en deux ensembles (inférieur et supérieur) qui correspondent aux principales formations géologiques. Figure 32 : Carte hydrogéologique schématique du Sénégal (DGPRE) L’ensemble inférieur (profond), avec une épaisseur moyenne de 250 m, s’étend sur l’ensemble du bassin sédimentaire. Il regroupe les formations aquifères du Sénonien inférieur, du Campanien et du Maastrichtien. Cet ensemble se prolonge vers le Nord en Mauritanie et vers le Sud où on le rencontre jusqu’en Guinée Bissau. L’ensemble supérieur (superficielle) est hétérogène et regroupe les aquifères : – de l’Éocène inférieur et moyen et du Paléocène dont les formations marno-calcaire et calcaires karstifiées occupent les parties Nord et Nord-Ouest du pays et présentent des épaisseurs qui varient de 5 à 120 m ; 46 – de l’Oligo – Miocène ou du CT (formations argilo-sableuses et sablo-argileux) retrouvés respectivement au Sud, et à l’Est au Centre et au Nord – Est du Sénégal avec des épaisseurs comprises entre 10 et 150 m ; – du Quaternaire (formations alluviales de la vallée du fleuve Sénégal et les sables littoraux entre Dakar et Saint-Louis) dont les épaisseurs sont très variables (entre quelques mètres et quelques dizaines de mètres). 

Cadre hydrogéologique du bassin du Saloum

Sur la base des logs de forage et des travaux de Noel (1975), Diluca (1976), Dieng (1987), et du rapport COWI (2000), le système hydrogéologique du bassin du Saloum est constitué de plusieurs aquifères dont les plus importants (et qui sont exploités) son deux grands aquifères sableux correspondant au Maastrichtien (en profondeur) et au CT (superficiel). Ce dernier constitue l’objet principal de notre étude. Ces deux aquifères sont séparés par les formations, essentiellement peu perméables du Paléocène et de l’Éocène qui contiennent cependant des aquifères calcaires moins importants dont l’extension reste inconnue.

Aquifère du Maastrichtien

Cet aquifère est constitué de sables avec de rares intercalations d’argiles. Il renferme la nappe la plus importante du Sénégal. L’épaisseur de ces niveaux aquifères est en moyenne de 200 à 250 m et la productivité de la nappe est assez bonne. Les forages, bien que captant souvent les niveaux supérieurs du réservoir, donnent facilement des débits de 150 à 250 m3 /h à l’Ouest de la zone d’étude, le toit de ce système est rencontré à – 467 et – 390 m respectivement aux forages pétroliers de Néma Nding et de Toubacouta. Selon Dieng (1987) Les paramètres hydrodynamiques, obtenus à partir d’essai de pompage sur les forages, donnent des valeurs de conductivités hydrauliques comprises entre 1.7 10-5 et 3.5 10-4 m s-1. . Les valeurs de transmissivité oscillent entre 8.5 10-5 et l.8 10-1 m 2 s -l avec une moyenne de 1.82 10-2 m 2 s -l .

Aquifère intermédiaire du Paléocène 

Dans le bassin sédimentaire du Sénégal, cet aquifère est essentiellement constitué par les assises carbonatées (marnes, marno-calcaires et calcaires) du Paléogène (Éocène et Paléocène). Les niveaux productifs de ce système sont restreints au niveau des zones karstiques à l’Ouest du pays. Au Saloum, cet aquifère a été rencontré dans les forages à 47 Ndoffane, Mbirkilane et Foundiougne (Noel, 1975) ; cependant, aucune étude n’a été réalisée dans la zone et son extension reste imprécise et ses qualités hydrodynamiques inconnues. II-3-2-3 Aquifère du Continental Terminal Le Continental Terminal est représenté dans le Saloum par des terrains allant de l’OligoMiocène au Pliocène. Il est généralement discordant sur les formations les plus anciennes et est souvent recouvert par le Quaternaire. Conclusion Partielle La géologie de la zone d’étude est constituée par une succession de couche connue depuis le Crétacé supérieur jusqu’à l’Actuel et caractérisée par des dépôts marins jusqu’à l’Éocène moyen, surmontés par des dépôts continentaux du Continental Terminal et du Quaternaire. Ces dernières renferment la nappe du CT qui joue un rôle important dans l’AEP de la zone. Pour une meilleure compréhension du fonctionnement hydrodynamique de ce système des investigations supplémentaires ont été effectuées pour compléter et/ou corriger les études antérieures. Les résultats de ces travaux sont présentés dans le chapitre suivant.