Hydrochimie des eaux souterraines

CLIMAT, RELIEF ET HYDROGRAPHIE

Notre zone d’étude possède un climat soudano-guinéen, caractérisé par des températures moyennes variant de 22°C (décembre, janvier) à 35°C (mai), et des précipitations annuelles avoisinant 1200 mm, de mai à octobre. Le vent dominant est un alizé continental de direction E-W. On y observe une grande aridité en saison sèche, et des amplitudes thermiques très accusées. Ce climat favorise un relief de type érosionnel, où des plateaux latéritiques et des collines hautes de 100 à 300 m surplombent des plaines. Ces dernières sont drainées par un réseau de cours d’eau saisonniers, constitué principalement par le Kanouméring-ko au sud, le Tinkoto au centre, et le Niokolo Koba au nord.

FAUNE ET FLORE

La faune est abondante et diversifiée, avec la présence de toutes les classes du règne animale.
Elle est abritée par une végétation assez dense composée d’arbres, d’arbustes et d’un tapis herbacé, caractéristiques d’une savane soudano-guinéenne.

POPULATION

Avec une faible densité, la population locale est essentiellement d’ethnies malinké, peulh et mandingue. Elle vit principalement d’agriculture, d’élevage et d’orpaillage (recherche artisanale de l’or). Cette dernière activité a attiré, ces dernières années, un nombre croissant d’étrangers venus principalement du Mali voisin, qui ont élu domicile dans des camps de fortune autour des sites aurifères.

CADRE GEOLOGIQUE

CADRE GEOLOGIQUE REGIONAL

La zone qui fait l’objet de notre étude est située dans la boutonnière de Kédougou-Kéniéba, qui constitue un des segments précambriens du craton ouest-africain.

Le craton ouest-africain (COA)

Avec ses quelque 4 500 000 km2, le COA occupe 73% de la superficie de l’Afrique occidentale. Il affleure au niveau des dorsales de Réguibat au nord, et de Léo-Man au sud, et dans les boutonnières de Kédougou-Kéniéba et de Kayes à l’ouest (figure 2). Ces ensembles structuraux sont répartis en deux domaines :
 Un domaine archéen, structuré par les orogenèses léonienne (-2,9 à -2,7 Ga) et libérienne (- 2,7 à -2,5 Ga) (Vachettes et al., 1973). Il occupe les parties occidentales des deux dorsales : le domaine de l’Amsaga sur la dorsale Réguibat et le domaine Kénéma-Man sur la dorsale de Léo-Man. Ses formations sont essentiellement des ceintures de roches vertes et des roches volcano-sédimentaires recoupées par des granitoïdes.
 Un domaine paléoprotérozoïque, qui comprend les formations dabakaliennes (Lemoine, 1988), affectées par l’orogenèse burkinienne (-2,5 à -2,2 Ga), et les formations birimiennes (Dia et al., 1997), affectées par l’orogenèse éburnéenne (-2,2 à -1,7 Ga). Il s’agit des domaines orientaux de Yetti-Eglab sur la dorsale Réguibat, et du Baoulé-Mossi sur celle de Léo-Man, ainsi que l’ensemble des deux boutonnières. On y trouve des complexes volcaniques, volcano-sédimentaires et sédimentaires, recoupés par d’imposants massifs granitiques (Bessoles, 1977 ; Vachette et al., 1973).
Au Méso et Néoprotérozoïque, le COA connaît des épisodes de rajeunissement au niveau de ses périphéries. Et si le Kibarien (-1,7 à -1 Ga) reste hypothétique, le Panafricain et le Hercynien sont bien marqués au niveau des chaînes des Mauritanides et des Rockellides, et dans les massifs du Hoggar et des Iforas. Ces deux ensembles correspondent à des zones mobiles qui ceinturent le COA dans ses extrémités occidentales et orientales. Le bassin sédimentaire de Taoudéni d’âge Néoprotérozoïque à Phanérozoïque constitue l’essentiel de la couverture du COA.
Cette structuration du COA a été propice à la formation, à travers l’Afrique occidentale, de plusieurs gîtes métallifères (or, fer, nickel, cuivre, zinc, manganèse, argent etc.). Mais ce sont les dépôts aurifères du Protérozoïque qui suscitent le plus grand intérêt. Milési et al (1989) les a classé en sept types selon la nature des roches encaissantes, les structures hôtes, la géométrie des corps minéralisés et leurs paragenèses. Parmi ces types, on a les minéralisations encaissées dans les turbidites tourmalinisées (type 1), et les minéralisations quartzeuses discordantes à or natif et sulfures polymétalliques (type 5), que l’on retrouve dans la boutonnière de Kédougou-Kéniéba.

La boutonnière de Kédougou-Kéniéba

La boutonnière de Kédougou-Kéniéba (BKK) est un ensemble d’affleurements d’âge paléoprotérozoïque, qui s’étendent sur environ 15 000 km2 (Pons et al., 1992), de part et d’autre de la frontière sénégalo-malienne. Avec la chaîne calédono-hercynienne des Mauritanides, qui est sa bordure occidentale, elle constitue le socle précambrien sénégalais. Elle est limitée de tous les autres côtés par le bassin de Taoudéni. Les formations paléoprotérozoïques de la BKK ont été subdivisées en deux Super-groupes (Bassot, 1987), allongés suivant la direction NE-SW typique du Birimien. Il s’agit du Supergroupe de Mako, à dominante volcanique basique, et du Super-groupe de Dialé-Daléma, à dominante sédimentaire (figure 3).

Aperçu sur l’hydrogéologie du socle birimien

En zone de socle cristallin et cristallophyllien ouest-africain, le modèle hydrogéologique actuellement en vigueur est celui du réservoir bicouche (figure 4). Il a été défini dans le nord du Burkina-Faso, dans un contexte géologique et climatique similaire à celui du Sénégal oriental, et a été plusieurs fois repris, notamment par Lachassagne et al. (2001), Dewandel et al., (2006) et, plus récemment, par Courtois et al. (2010).
Dans ce modèle, des altérites meubles, jouant le rôle d’un horizon capacitif (susceptible de contenir beaucoup d’eau) mais peu transmissif (incapable de fournir des débits importants), reposent sur un horizon fissuré transmissif mais le plus souvent peu capacitif.

CADRE GEOLOGIQUE LOCAL

Lithologie, altérations et structures

Le permis de Kanoumba est à cheval entre le Super-groupe de Mako et le Super-groupe de Dialé-Daléma. Il a été l’objet de nombreux travaux qui ont abouti à la découverte du gisement de Massawa en 2008, et de ses satellites (Sofia, Delya, Bambaraya, Kawsara, Tina et Tombo). La séquence lithologique est formée principalement de roches volcanoclastiques (tuf, tuf à lapilli) à l’ouest, et de grauwackes à l’est (figure 5). Le litage s’oriente entre 200° et 220°, et plonge de 75° à 80° vers l’ouest. Ces faciès sont intrudés par des sills de gabbro, des dykes de porphyres de quartz et de feldspath (QFP), ainsi que des réseaux de veines diverses. Le métamorphisme est de type schiste vert. L’altération hydrothermale se traduit par la présence de silice, de séricite, de carbonate et de chlorite. L’altération météorique se manifeste par l’oxydation et la ferruginisation.
Au plan structural, le permis de Kanoumba est traversé par trois principaux couloirs de cisaillement : la MTZ, de direction N030°, la faille N-S de Sabodala, et le couloir cisaillant N030° de Khossanto.
A côté de ces structures de dimension régionale, il existe un réseau assez dense de structures secondaires, souvent conductrices de fluides riches en silice, kaolinite ou séricite.

ETAT DES LIEUX DU PROJET MASSAWA

La campagne de sondage menée en 2012 a permis une meilleure compréhension du contrôle de la minéralisation dans la Zone Centrale. Elle a aussi permis de mettre à jour le modèle géologique et d’affiner l’estimation des ressources. Ces ressources sont actuellement de 3,6 Moz, mais la majorité de cet or est réfractaire aux processus classiques d’extraction. La méthode de pression-oxydation est pour l’instant retenue pour cette extraction. A cet effet, des tests métallurgiques sont en cours à Denver, Colorado (USA). Ils ont pour but de confirmer les pourcentages de récupération pressentis, et d’évaluer le coût des opérations d’extraction et de traitement. Quoi qu’il en soit, le projet Massawa sera très énergétivore, et devra trouver des sources d’énergie palliatives, ou en appoint au pétrole et ses dérivés. Dans cette optique, le projet de barrage hydro-électrique de Sambangalou de l’OMVG, situé à 60 km au SE de Massawa pourrait jouer un rôle décisif. La possibilité de construire un micro-barrage, en partenariat avec l’Etat du Sénégal, est aussi en cours d’étude.

CONCLUSION PARTIELLE

L’essentiel des ressources minières que recèle le continent africain est contenu dans ses formations géologiques antécambriennes. Parmi elles, les formations birimiennes du craton ouest-africain se sont révélées très prolifiques en gîtes métallifères, en or notamment. Ce qui a motivé les nombreuses études dont elles ont fait l’objet. Celles-ci ont permis la reconstitution de leur histoire géologique, et l’établissement de modèles lithologiques et structuraux, susceptibles d’accompagner l’exploration et l’exploitation. Il en ressort que le COA a été structuré lors des orogenèses léoniennes et libériennes pendant l’Archéen, et par l’orogenèse birimienne au sens large durant le Paléoprotérozoïque. Ses formations sédimentaires et volcaniques sont affectées par une tectonique chevauchante, puis transcurrente, et intrudées par des granitoïdes post-tectoniques. La boutonnière de Kédougou-Kéniéba est un des segments birimiens de ce craton. Elle est subdivisée en deux Super-groupes séparés par la MTZ: le Super-groupe de Mako, à dominante volcanique, et le Super-groupe de Dialé- Daléma, à dominante sédimentaire. Ces unités lithologiques sont affectées par une tectoniquepolyphasée, qui passe d’un style chevauchant à un style transcurrent, et encaissent des granites syn-tectoniques et post-tectoniques.
C’est dans un tel contexte géologique que la compagnie minière Randgold Resources à découvert, en 2008, le gisement d’or de Massawa, à la suite de plusieurs années d’exploration dans le permis de Kanoumba. La minéralisation est disséminée dans plusieurs faciès pétrographiques, mais reste principalement contrôlée par un ensemble de structures ductiles et ductiles-cassantes. Des ressources de 3,6 Moz ont été mises en évidence à ce jour, et les études de faisabilité sont actuellement dans leur phase critique pour l’ouverture de la mine deMassawa.

LA PLUVIOMETRIE

Il tombe, en moyenne, 1124 mm de pluies chaque année, entre avril et novembre. Les précipitations atteignent leur maximum en septembre aussi bien en quantité (345 mm) qu’en nombre de jours de pluie (il pleut 24 jours sur 30). L’examen de la figure 10 montre aussi que les mois de juillet, août et septembre concentrent à eux seuls 75% des quantités et 65% des jours de pluie (80% si on considère les pluies de 20 mm ou plus).

L’EVAPOTRANSPIRATION

L’évapotranspiration, dans une région donnée, est la somme de l’eau utilisée par la végétation pour sa transpiration et la constitution de ses tissus, et de l’eau évaporée du sol, et cela en un temps donné (H. Schoeller, 1962). Elle correspond donc à l’ensemble des pertes par transformation de l’eau en vapeur, occasionnées par les effets combinés d’un phénomène physique (l’évaporation), et d’un phénomène biologique (la transpiration).
L’évapotranspiration potentielle (ETP) équivaut à l’évapotranspiration maximale qui peut avoir lieu, selon que le sol est saturé ou pas en eau. Plusieurs formules ont été développées pour calculer l’ETP; il s’agit principalement des formules de Thornthwaite (1944), de Turc (1962), et de Penman-Monteith-FAO (1998). Ne disposant pas de données relatives à l’évaporation Piche, au nombre d’heures d’insolation, ou encore au flux de chaleur du sol, nous allons calculer l’ETP mensuelle par la méthode de Thornthwaite, pour laquelle on n’a besoin que de la température. Elle s’exprime par la formule suivante:
 T est la température moyenne (en °C) pour la période considérée;
 I est l’indice thermique annuel, somme des indices thermiques mensuels;
 f (φ) est un terme correctif, fonction de la latitude, du mois et de l’insolation.
 a est le facteur climatique, calculé à partir de l’indice thermique annuel.
Le tableau II donne les valeurs mensuelles de l’ETP à Massawa, sur la base des températures enregistrées lors de l’année 2011. Le facteur climatique calculé est égal à 4,52.

ESTIMATION DU BILAN HYDROLOGIQUE

Le bilan hydrologique permet de quantifier les transferts d’eau issus des précipitations (P). Il comporte trois termes: l’évapotranspiration (ETR), le ruissellement (R) et l’infiltration (I). L’équation globale du bilan peut s’écrire comme suit: P = ETR+I+R. La somme Q = I+R représente les pluies efficaces, c’est-à-dire le volume d’eau annuel disponible pour la recharge de la nappe et des cours d’eau. Au vu des caractéristiques de la zone d’étude, la réserve maximale facilement utilisable par le sol (RFU max) est fixée à la valeur classique de 100 mm.
Le tableau III dresse le bilan hydrologique de Massawa, à partir des données climatiques des années 2011 et 2012. On remarquera que l’ETP annuelle fait plus de trois fois l’ETR annuelle, traduisant un sévère déficit hydrique. Ceci se manifeste notamment par un écoulement très limité en terme de durée (deux mois sur douze), et en terme de volume. En effet, la lame d’eau disponible pour l’écoulement est de seulement 280 mm par an; ce qui représente 29% du volume des précipitations annuelles.