These Aissata Boubakar Vf

THESE de DOCTORAT

prsente pour obtenir le grade de Docteur de l'Universit Abdou Moumouni de Niamey

Spcialit : Sciences de la Terre

Option : Hydrogologie

par

Assata BOUBAKAR HASSANE

AQUIFERES SUPERFICIELS ET PROFONDS ET POLLUTION URBAINE EN AFRIQUE :

Cas de la communaut urbaine de Niamey (NIGER)

Soutenue le 20 septembre 2010

MEMBRES DU JURY

M. Alain SAWADOGO Professeur, Universit de Ouagadougou Prsident du jury

M. Bourema OUSMANE Matre de Confrence, Universit Abdou Moumouni Directeur de thse

M. Christian LEDUC Directeur de Recherche, IRD Co-directeur de thse

M. Abdoulaye FAYE Matre de Confrence, Universit Cheick Anta Diop Rapporteur

M. Patrice JOURDA Professeur, Universit de Cocody Rapporteur

Mme Alice AURELI Docteur en Hydrogologie, UNESCO-IHP Examinateur

M. Guillaume FAVREAU Charg de Recherche, IRD Examinateur

Avant-propos J'ai dbut ce travail sur la pollution urbaine des eaux souterraines de la ville de Niamey lors de mon DEA grce au soutien du Pr Ousmane Bourema qui m'a intgr au projet Unesco. Cette thse a donc bnfici des acquis du projet UNESCO et je remercie toute l'quipe de ce projet. Monsieur Thomas Margueron, galement membre de l'quipe et VSN au Cermes, a grandement contribu ma formation aux travaux de terrain et de laboratoire (analyses chimiques et bactriologiques). Au dbut de ma thse, j'ai combin laboration de projet de recherche, recherche de financement, achat de matriels de laboratoire (chimie et microbiologie) et travail de terrain (pizomtrie, physico-chimie et chantillonnages des eaux souterraines sur une centaine de points d'eau). En me familiarisant aux correspondances avec des compagnies de vente de matriel de laboratoire (matriel et produits de chimie, de bactriologie), les termes de rfrence (TDR), les proformas, les devis, les factures, les rapports financiers, les runions de ngociations, rengociations, contrat, prolongement de contrat, les agences de financements (AFD, SCAC), cette thse m'a t bnfique plus d'un titre. En terme humain, une thse n'est pas mes yeux un travail solitaire. De sa conception son aboutissement, elle ne peut se raliser sans le soutien d'un groupe de personnes. Au stade embryonnaire de cette thse, j'ai reu le soutien du dfunt Pr Franois Brissaud qui a accept mon encadrement et de M. Guillaume Favreau qui s'est personnellement investi en encadrant ce travail. Cette thse a pu se drouler dans le cadre d'un financement de la Coopration Franaise et d'une bourse de soutien de thse de l'IRD (Institut de Recherche pour le dveloppement). Je remercie ces deux institutions. Je remercie M. Eric Servat qui je me suis en premier adresse en tant que Directeur du laboratoire Hydrosciences pour avoir accept que je vienne en stage dans son laboratoire pour un premier contact avec l'quipe. Je remercie ce titre les Professeurs Brissaud et Ousmane pour avoir accept l'encadrement de cette thse. Je remercie M. Leduc, particulirement pour les discussions sur l'hydrodynamique, ce qui m'a permis d'avoir une meilleure comprhension de la pizomtrie de ma zone d'tude et d'avoir accept de remplacer le dfunt M. Brissaud comme coencadreur. L'encadrement rapproch de cette thse a t entirement assur par M. Brissaud et M. Favreau ; qu'ils trouvent ici toute ma reconnaissance. Les travaux de terrain ont occup une place importante dans cette thse, et je tiens remercier tous ceux qui ont contribu la ralisation de ce terrain. A la reprsentation de l'IRD de Niamey, je remercie les reprsentants, Francis Khan et Gilles Besanon pour avoir accept de m'accueillir dans les locaux du centre. Je remercie M. Kedaj qui a t d'un grand apport pour la ralisation de cette thse, grce au financement mis en place lors de son service au Niger. A Niamey, je remercie tout le personnel de l'IRD : Anne-Laure Besnier, ma compagne de bureau pour m'avoir soutenu et encourag. M. Luc Descroix, qui m'a beaucoup aide galement. Je remercie les techniciens, Abassa Alhassane et Abdoulaye Kon, pour l'aide inestimable apporte sur le terrain. Les chauffeurs de l'IRD m'ont apport leur aide, au-del de leur attribution, en devenant durant mes nombreuses tournes de terrain, galement techniciens hydrologues ; qu'ils trouvent ici toute ma reconnaissance. Bodo, Hamza, Issoufou et Abdoulaye, patients et galement conseills aux heures de dtresse. Au chef de garage, Amadou Boubacar, merci pour les planning si bien planifis.

Mesdames Fati Maiga, Hadjara Nafoga et Ramatou Boubacar. Messieurs Amadou Tahirou, Tahirou Bana, Moussa Abdou Boubacar. Messieurs Yacouba, Yay, Zodi et Farka qui ont aliment mon moteur. A l'universit de Niamey, je remercie tous les enseignants du dpartement de gologie pour leurs soutiens respectifs. A M. Amadou Soumaila, qui je dois l'tude gologique de la ville de Niamey effectu lors du projet UNESCO, j'adresse toute ma gratitude pour l'enseignement donn lors du terrain de gologie, mais aussi pour son soutien constant durant mes tudes de gologie Abidjan et lors de ma formation doctorale. Je remercie Sami du laboratoire d'analyses des eaux du dpartement de Gologie pour toute l'aide apporte tout au long de cette thse. Au ministre de l'hydraulique, je remercie Abdou Guro, Martial Bonkoungou, Abdoul Moumouni, Je remercie Mr. Tahirou AbdoulKarimou de l'antenne ANTHEA de Niamey pour la documentation sur les forages de Niamey. Je remercie l'IGNN de Niamey pour la digitalisation de la carte de Niamey. Je remercie le Cermes pour l'aide apporte lors de mon terrain de microbiologie en particulier Mme Suzanne Chanteau, M. Amadou Moussa Soussou et M. Saccou Djibo. Je remercie l'ABN pour les donnes du fleuve. A l'AGHRYMET, je remercie Messieurs Bazi, Abdou Ali et Hamattan Mohamed. Je remercie Sandra Van-Exter, Marie Ange Cordier pour leur aide lors des analyses chimiques Hydrosciences. Je remercie Jean-Luc Seidel, Bernard Cappelaeare, Chahinian Nane, Nicholas Boulain pour leur soutien respectif. Je tiens prsenter mes remerciements tous les membres du jury : au Professeur Sawadogo pour avoir accept de prsider le jury et pour sa minutieuse relecture de ce document, aux deux rapporteurs, Messieurs Faye et Jourda, pour leurs critiques constructives, et aux deux examinateurs, M. Favreau et Mme Aureli. Je remercie tous les thsards rencontrs au cours de ce travail. Maimouna Ibrahim et Maman Sani Babay, je vous remercie pour l'aide apporte sur le terrain. Bamory Kamagat, Pierre Diello, Rim Zairi, Guillaume Lacombe, Tlesphore Brou, Moussa MBaye, Nouf Djibril et Mahamadou Koita ; merci d'avoir t l dans les moments difficiles. Merci tous mes compagnons de bureau ; ils ont t si nombreux que je ne peux pas tous les citer. Je remercie M. Inoussa Ousseini, Mme Sidikou Fatima et Mme Saidou-Djermakoye Mariama, j'espre que vous savez quel point je vous serai ternellement reconnaissante. Je tiens remercier ma famille. Ma dfunte mre, mon pre, mes frres et surs (Omar, Rakia, Halima, Safia, Ali, Djamila, Bibata, Ousmane-Aouta) ; vous tenez tous une place de choix dans la ralisation de ce travail. C'est uniquement en pensant vous que j'ai pu faire des tudes et une thse en prime.

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TABLE DES MATIERES

I. INTRODUCTION 1 I.1. Contexte gnral et problmatique de ltude 1 I.2. Objectif et Mthode 4

I.3. Revue Bibliographique : recharge et pollution des eaux souterraines sous environnement urbain en Afrique 6 I.3.1. Recharge des eaux souterraines sous environnement urbain en Afrique 6

I.3.1.1. Sources et processus de la recharge 6 I.3.1.2. Estimations de la recharge 8

I.3.2. Pollution des eaux souterraines sous environnement urbain en Afrique 10 I.3.2.1. Urbanisation en Afrique et pollution des ressources en eaux souterraines 10 I.3.2.2. Processus et sources de pollution en milieu urbain 12 I.3.2.3. Etat des lieux de la qualit des eaux souterraines en milieu urbain dAfrique :

exemples dtudes effectues sur quelques agglomrations africaines 13

II. CADRE GENERAL DE LA ZONE DETUDE 15 II.1. Contexte gographique 15

II.1.1. Localisation de la zone d'tude 15 II.1.2. Description topographique 16 II.1.3. Climat 17 II.1.4. Les eaux de surface 19 II.1.5. Couverture pdologique et vgtation 21 II.1.6. Risque d'inondation de la ville de Niamey 21

II.2. Gologie et contexte hydrogologique 22 II.2.1. Contexte gologique rgional 22

II.2.1.1. Le socle prcambrien (protrozoque infrieur) 22 II.2.1.2. La couverture sdimentaire 24

II.2.1.2.1. L'Infracambrien 24 II.2.1.2.2. Le Continental Terminal (CT) 24 II.2.1.2.3. Les formations superficielles 25

II.2.2. Les formations gologiques de la ville de Niamey 27 II.2.2.1. Ptrographie des formations de socle 27 II.2.2.2. Ptrographie des formations de la couverture 30 II.2.2.3. La structuration 32

II.2.3. Contexte hydrogologique 39 II.2.3.1. Les aquifres du socle Prcambrien 39 II.2.3.2. L'aquifre du Continental Terminal (CT3) 41 II.2.3.3. Les aquifres des alluvions quaternaires 43

II.3. Evolution de la ville de Niamey 43

III. METHODES ET DONNEES NOUVELLES 51 III.1. Chronogramme des travaux et caractrisation des points d'eau 51

III.1.1. Chronogramme des travaux 51 III.1.2. Caractrisation des points deau 53

III.2. Mthodes et donnes de terrain 55 III.2.1. Donnes topographiques 55 III.2.2. Donnes pizomtriques 57 III.2.3. Donnes physico-chimiques (temprature, pH, conductivit lectrique) 59

III.3. Mthodes dchantillonnage des eaux souterraines, mthodes et donnes de laboratoire 60

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III.3.1. Analyses chimiques 60 III.3.2. Analyses Microbiologiques 63

IV. HYDRODYNAMIQUE 65 IV.1. Identification des aquifres 65

IV.1.1. Dtermination des aquifres capts par les diffrents points d'eau 65 IV.1.2. Paramtres hydrodynamiques : dbit spcifique Qs et transmissivit T 66

IV.1.2.1. Aquifres du socle prcambrien 67 IV.1.2.1.1. Dbits spcifiques 67 IV.1.2.1.2. Transmissivit 69

IV.1.2.2. Aquifre du Continental Terminal 3 73 IV.1.2.2.1. Dbit spcifique 73 IV.1.2.2.2. Transmissivit 74

IV.1.2.3. Aquifres des alluvions quaternaires 75 IV.1.2.3.1. Dbit spcifique 75 IV.1.2.3.2. Transmissivit 75

IV.1.3. Synthse 75 IV.1.3.1. Comparaison entre les diffrents aquifres 75 IV.1.3.2. Relation hydraulique entre les diffrents aquifres 76

IV.2. Pizomtrie 76 IV.2.1. Donnes disponibles 76 IV.2.2. Reprsentativit des donnes 76 IV.2.3. Mthodes de traitements des donnes pizomtriques 76 IV.2.4. Evolution pizomtrique 77

IV.2.4.1. Evolution pizomtrique saisonnire 77 IV.2.4.1.1. Pizomtrie de la nappe en basses eaux 77 IV.2.4.1.2. Pizomtrie de la nappe en hautes eaux 78 IV.2.4.1.3. Variation pizomtrique entre basses et hautes eaux 80 IV.2.4.1.4. Suivis pizomtriques 86 IV.2.4.1.5. Influence des pluies 95 IV.2.4.1.6. Interactions eaux de surface-nappes 96

IV.2.4.1.6.1. Fleuve Niger nappes 96 IV.2.4.1.6.2. Cours deau temporaires-nappes 101

IV.2.4.1.6.2.1. Gounti Yna 101 IV.2.4.1.6.2.2. Kori de Ouallam 102 IV.2.4.1.6.2.3. Kori de Goudel 102 IV.2.4.1.6.2.4. Bras mort du fleuve 102 IV.2.4.1.6.2.5. Koris de la rive droite 102 IV.2.4.1.6.2.6. Mares et zones inondables 102

IV.2.4.1.6.3. Zones irrigues 103 IV.2.4.1.7. Rle des sources 103 IV.2.4.1.8. Relation topographie pizomtrie 103

IV.2.4.2. Evolution pizomtrique interannuelle (1995-2005) 103 IV.2.4.3. Evolution pizomtrique long terme (1960-2008) 106 IV.2.4.4. Synthse 108

IV.2.5. Estimation de la recharge 108

V. ETUDE DE LA QUALITE DES EAUX DU SYSTEME AQUIFERE DE LA VILLE DE NIAMEY 111 V.1. Physico-chimie des aquifres 112

V.1.1. Temprature, conductivit lectrique, pH 112 V.1.1.1. Temprature 112

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V.1.1.2. Conductivit lectrique 114 V.1.1.3. pH 126

V.1.2. Ions majeurs 128 V.1.2.1. Facis chimiques 128

V.1.2.1.1. Aquifre du Continental Terminal (CT3) 129 V.1.2.1.2. Rservoirs d'altrites 137 V.1.2.1.3. Aquifres de l'horizon fissur du socle 140

V.1.2.2. Processus et sources et de la minralisation 143 V.1.2.2.1. Introduction 143 V.1.2.2.2. Interrelations entre les diffrents paramtres 151

V.1.2.2.2.1. Aquifre du Continental Terminal (CT3) 151 V.1.2.2.2.2. Rservoir d'altrites 154 V.1.2.2.2.3. Aquifres de l'horizon fissur du socle 157

V.1.2.2.3. Champs de stabilit et indices de saturation 158 V.1.2.2.3.1. Aquifre du Continental Terminal (CT3) 158 V.1.2.2.3.2. Rservoir d'altrites 159 V.1.2.2.3.3. Aquifres de l'horizon fissur du socle 160

V.1.2.2.4. Origines des ions 162 V.1.2.2.4.1. Aquifre du Continental Terminal (CT3) 162 V.1.2.2.4.2. Rservoir d'altrites 169 V.1.2.2.4.3. Aquifres de l'horizon fissur du socle 176

V.1.2.3. Variabilit saisonnire et long terme de la minralisation 177 V.1.2.3.1. Variabilit saisonnire annuelle (2004-2005) 177 V.1.2.3.2. Variabilit long terme de la minralisation 179

V.2. Etat microbiologique en 2007 181

VI. SYNTHESE DISCUSSION - PERSPECTIVES 182 VI.1. Rsultats 182

VI.1.1. Caractrisation hydrodynamique 182 VI.1.2. Caractrisation chimique 183

VI.2. Perspectives 186

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LISTE DES FIGURES

Figure I- 1 : Les 11 pays du projet UNESCO 2 Figure I- 2 : Etat de quelques puits alimentant la ville de Niamey en eau (photo 1 : Saga ; photo 2 et 3 : Alpha Kouara photos prises en saison des pluies et en saison sche) 3 Figure I- 3 : Fleuve assch Niamey, seuil de Saga (Billon, 1986) 3 Figure I- 4 : Coupure de presse relative au problme dapprovisionnement en eau potable de la ville de Niamey 4 Figure I- 5 : Processus hydrologiques participant la recharge directe et indirecte dans les environnements aride et semi-aride (Lloyd, 1986, modifie par (Zagana et al., 2007) 7 Figure I- 6 : Localisation du bassin versant de Kobio (Girard, 1993) 9 Figure I- 7 : Maputo : Plan durbanisation de De Lagoa Bay (Loureno Marques) en 1887 (CEDH et UEM, 2006) 10 Figure II- 1: Localisation de la zone dtude 15 Figure II- 2: Paysage de la ville de Niamey et de ses environs 17 Figure II- 3: Profil topographique de la ville de Niamey et de ces environs immdiats (Bechler-Carmaux, 1998) 17 Figure II- 4: Moyennes mensuelles des prcipitations la station de laroport de Niamey (1979-1999) 18 Figure II- 5: Chronique des prcipitations de 1905 2004 la station de Niamey ville 19 Figure II- 6: Hydrogrammes compars du fleuve Niger Niamey 20 Figure II- 7 : Cartes des risques d'inondation Niamey 22 Figure II- 8 : Carte gologique schmatique de lAfrique de lOuest (Moreau, 1982 ; in Ousmane, 1988) 23 Figure II- 9: Formations gologiques du Liptako (SW-Niger) (Machens, 1973) 24 Figure II- 10 : Gomorphologie des terrasses du Niger dans la rgion de Niamey (Ousseini et Morel, 1989) 26 Figure II- 11: Coupes des corniches de Yantala et de Gamkaley (A) ; Coupe du quartier Pays-Bas (B) (Soumaila, indit) 28 Figure II- 12: Coupe schmatique est-ouest sur la rive gauche du fleuve Niamey (Garde, 1911) 28 Figure II- 13: Carte gologique de Niamey-rpartition des formations de socle (Ousmane et al., 2001) 29 Figure II- 14: Exemples des formations constituant le socle prcambrien de la ville de Niamey 30 Figure II- 15: Coupes lithologiques montrant les relations socle/couverture (Soumaila, indit) 31 Figure II- 16: Coupes lithologiques mettant en vidence les variations des paisseurs des formations de la couverture suivant les directions N-S (A) et E-W (B) (Soumala, indit) 32 Figure II- 17: Carte structurale de la ville de Niamey (Chene, 1984) 34 Figure II- 18: Carte gologique simplifie de Niamey (Bonnot et al., 1998) 35 Figure II- 19: Quelques exemples de structures ouvertes au niveau des corniches de Yantala et Gamkall 38 Figure II- 20: Modle conceptuel stratiforme de la structure et des proprits hydrogologiques des aquifres de socle (Lachassagne et Wyns, 2005) 40 Figure II- 21: Carte pizomtrique de la nappe phratique du Continental Terminal au Niger (in Favreau, 2000 daprs Boeckh, 1965) 42 Figure II- 22: Position stratigraphique des niveaux oolithiques ferrugineux louest et au centre du bassin des Iullemmeden (Greigert, 1966) 43 Figure II- 23: Poste militaire de Niamey, extrait carte de la mission Tilho. 1903-1904 au 1/500 000e 44 Figure II- 24: plan BREVIE (Bechler-Carmaux, 1998) 45 Figure II- 25: Plan HERBE (Bechler-Carmaux, 1998) 45 Figure II- 26: Evolution de la population de la communaut urbaine de Niamey (1905-2001) 46 Figure II- 27: Niamey, 2002. Le dcoupage de la communaut urbaine adopt (Motcho, 2006) 47 Figure II- 28 : Extension urbaine de la ville de Niamey (JICA, 2001) 47 Figure II- 29 : Localisation dhabitats spontans (JICA, 2001) 48 Figure II- 30 : Exemple douvrage de drainage des eaux de ruissellement Niamey (Bouvier, 1990) 49 Figure II- 31 : Localisation des dchets Niamey en aot 1995 (Bechler-Carmaux, 1998) 50 Figure III- 1: Carte de localisation des diffrents points deau de suivi de mars 2004 janvier 2007 53 Figure III- 2: Source de Pays-bas (14 juillet 2004) 55 Figure III- 3: Puits-moderne Gaweye (17 juillet 2004) 55 Figure III- 4: Corrlation entre les donnes altimtriques de 1986, 2001 et 2006 56 Figure III- 5: Chroniques pizomtriques de 2 puits captant les eaux du CT3 58

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Figure III- 6: Exemple de deux puits trs proches 58 Figure III- 7: Exemple de puits sous influence probable des prlvements 59 Figure III- 8: Exemple de puits (figure 0-2) sous influence conjointe de linondation et des prlvements 59 Figure III- 9: Influence du pompage et de l'tat du puits de captage sur la minralisation de l'eau chantillonne 61 Figure III- 10: Variation saisonnire de la conductivit lectrique dans les puits traditionnels (trait continu) et les puits modernes (trait discontinu) 61 Figure III- 11: Diagramme du rapport EC/100 en fonction des sommes en cations (A) et en anions (B) 63 Figure III- 12 : Laboratoire provisoire danalyses microbiologiques (janvier 2007) 64 Figure IV- 1: Aquifres capts par les diffrents points deau 66 Figure IV- 2: Histogramme des dbits spcifiques du socle (n = 66) 68 Figure IV- 3: Rpartition spatiale des dbits spcifiques du socle (n = 66) 68 Figure IV- 4: Histogramme des transmissivits obtenues dans les forages du socle (n=76, 1984 et 1985) 69 Figure IV- 5: Distribution des transmissivits des forages du socle (n=76) 70 Figure IV- 6: Corrlation entre dbits spcifiques et transmissivits 70 Figure IV- 7: Courbes semi logarithmiques de Jacob (de descente et de remonte) du forage 21644 (120 h) 72 Figure IV- 8: Coupe gologique du forage 21644 de Dan-Gao 73 Figure IV- 9: Courbes semi-logarithmiques de remonte aux puits P401 (puits n2) et P405 (puits n3) (Margueron, 2000). 74 Figure IV- 10: Carte pizomtrique de la nappe phratique de Niamey en basses eaux (avril 2004) 79 Figure IV- 11: Carte pizomtrique de la nappe phratique de Niamey en hautes eaux (septembre 2004) 80 Figure IV- 12: Cartes des carts pizomtriques entre basses et hautes eaux en rive droite et rive gauche du fleuve 82 Figure IV- 13 : Fluctuation pizomtrique saisonnire du puits P115-poste police de la route de Tillabri 83 Figure IV- 14 : Cartes des paisseurs de la zone non sature en rive droite du fleuve en basses (avril 2004) et hautes eaux (septembre 2004) 84 Figure IV- 15 : Cartes des paisseurs de la zone non sature en rive gauche du fleuve en basses (avril 2004) et hautes eaux (septembre 2004) 85 Figure IV- 16: Relation entre paisseur de la zone non sature et carts pizomtriques (delta H) dans l'aquifre du CT3 (partie haute du plateau) 86 Figure IV- 17: Comparaison des fluctuations saisonnires de quelques puits de la plaine alluviale de la rive droite et profondeur correspondante du niveau d'eau 88 Figure IV- 18 : Fluctuations pizomtriques de trois puits de la plaine alluviale de la rive droite : P206 proximit d'une mare, P217 au niveau des cordons dunaires (sables oliens) et P220 dans une zone o le socle est affleurant. 89 Figure IV- 19 : Comparaison des fluctuations saisonnires de quatre puits de la plaine alluviale de la rive gauche 91 Figure IV- 20: Comparaison des fluctuations saisonnires de quelques puits situs sur la partie haute du plateau de la rive gauche et des profondeurs infrieures 15 m 93 Figure IV- 21: Comparaison des fluctuations saisonnires de quelques puits situs en bordure du plateau de la rive gauche et/ou des profondeurs suprieures 15 m 94 Figure IV- 22: Fluctuation du niveau de la nappe phratique superpose la pluie journalire et la pluviomtrie mensuelle 96 Figure IV- 23: Coupe topographique perpendiculaire au fleuve et niveaux pizomtriques (basses et hautes eaux) de puits situs en rive droite et rive gauche 97 Figure IV- 24: Localisation des puits de 2001 proches du fleuve 98 Figure IV- 25 : Fluctuations pizomtriques des puits proches du fleuve et niveaux du fleuve (janvier novembre 2001 et mars 2004 fvrier 2005) 99 Figure IV- 26 : Localisation des puits P213, P214, P215 100 Figure IV- 27 : Fluctuations pizomtriques des puits proches du fleuve et niveaux du fleuve (mars-fvrier 2004) 100 Figure IV- 28 : Fluctuations pizomtriques de deux puits situs 500 m (P227) et 1500 m (P228) du fleuve en rive droite du fleuve et niveaux du fleuve (mars 2004-fvrier 2005) 101 Figure IV- 29 : Coupe topographique parallle la direction de la ligne de partage des eaux souterraines et passant par le Gounti Yna, et niveaux pizomtriques (basses et hautes eaux) de puits situs sur le plateau. 102 Figure IV- 30: Fluctuations pizomtriques sur la priode 2000-2005 et rpartition journalire des pluies des saisons 2001 et 2004 105 Figure IV- 31: Variation du niveau pizomtrique sur 10 ans sur trois puits (1995 2005) 106 Figure IV- 32 : Variation du niveau pizomtrique sur la priode 1960-2008 dans quelques puits de la ville de Niamey 107

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Figure V- 1 : Localisation des points d'eau chantillonns (juin 2004, janvier 2005, aot 2005 et novembre 2005) sur la zone d'tude 112 Figure V- 2 : Variation saisonnire de la temprature dans les aquifres du CT3 (P404, P408, P409), des altrites (P204, P206, P213, P214, P215), et du socle fissur (F101). 113 Figure V- 3 : Box plots de la temprature n CT3 = 84, n (altrites) = 112, n socle fractur = 35. 114 Figure V- 4 : Box plots de la conductivit lectrique n CT3 = 84, n (altrites) = 112, n socle fractur = 35 114 Figure V- 5 : Histogramme de rpartition des conductivits lectriques de l'aquifre du CT3 (n = 84) 115 Figure V- 6 : Relation entre la conductivit lectrique et la profondeur de la nappe 116 Figure V- 7 : Rpartition spatiale de la conductivit lectrique de la nappe phratique de Niamey ; -a- minima, -b- maxima, -c- delta, -d- "chart" des maxima, minima et delta 118 Figure V- 8 : Diagramme des variations de conductivits (minima, maxima et delta) dans les diffrents aquifres 120 Figure V- 9: Variation saisonnire de la conductivit et de la pizomtrie dans l'aquifre du CT3 (dmes et crtes en centre ville) 123 Figure V- 10 : Variation saisonnire de la conductivit dans le rservoir d'altrites en rive gauche du fleuve 124 Figure V- 11 : Variation saisonnire de la conductivit dans le rservoir d'altrites en rive droite du fleuve 125 Figure V- 12 : Variation saisonnire de la conductivit lectrique dans l'horizon fissur du socle 126 Figure V- 13 : Box plots du pH n CT3 = 84, n (alluvions + altrites du socle) = 112, n socle fractur = 35 127 Figure V- 14 : Relation entre la conductivit et le pH n = 231 127 Figure V- 15 : Variation saisonnire du pH en fonction du niveau de la nappe de deux puits ; P408-Dan-Gao (centre ville) et P333-Pays-Bas (situ 9 m d'un bas-fond combl d'ordures mnagres en priphrie proche) 128 Figure V- 16 : Diagramme de Piper des eaux souterraines de Niamey 129 Figure V- 17: Relation entre conductivit et minralisation ionique de l'aquifre du CT3 130 Figure V- 18 : Relation entre la teneur ionique et le niveau d'eau capt de l'aquifre du CT3 130 Figure V- 19 : Rpartition spatiale des ions majeurs (diagramme de Pie) de l'aquifre du CT3 en juin 2004 (basses eaux). 131 Figure V- 20 : Diagramme de Piper de l'aquifre du CT3 en fonction du sens d'coulement de la nappe des zones de recharges prfrentielles aux zones de dcharge 132 Figure V- 21 : Diagramme de Piper de l'aquifre du CT3 au niveau des zones de recharge prfrentielles en fonction de l'occupation de l'espace 133 Figure V- 22 : Diagramme de Piper des eaux de l'aquifre du Continental Terminal 3 en fonction de l'occupation de l'espace 134 Figure V- 23 : Localisation des points d'eau des diagrammes d'volution hydrochimique de l'aquifre du CT3 135 Figure V- 24 : Variation des teneurs en ions suivant le sens d'coulement de l'aquifre du CT3 en priphrie large de la ville (Aviation- Route Tchanga), proche des zones de dcharge en novembre 2005 136 Figure V- 25 : Variation des teneurs en ions suivant le sens d'coulement de l'aquifre du CT3 en priphrie proche de la ville (Talladj (P334) et Pays-Bas), proche des zones de dcharge en juin 2004 (dbut de la saison des pluies) 137 Figure V- 26 : Diagramme de Piper du rservoir d'altrites de la valle du fleuve en rive gauche et rive droite du fleuve 138 Figure V- 27 : Diagramme de Piper du rservoir d'altrites en rive gauche du fleuve (plaine et plateau) 139 Figure V- 28 : Localisation des forages BRGM chantillonns en 1984 et 1985 140 Figure V- 29 : Relation entre la masse ionique et la conductivit des eaux de l'horizon fissur du socle (octobre et novembre 1984; juin, juillet, aot 1985) 141 Figure V- 30 : Diagramme de Piper des eaux de forages captant l'horizon fissur du socle (octobre et novembre 1984; juin, juillet, aot 1985) 142 Figure V- 31 : Diagramme de Piper de l'horizon fissur du socle (rive gauche uniquement) (2004-2005) 143 Figure V- 32 : Diagramme de Piper des pluies et du fleuve Niamey 145 Figure V- 33 : Variation de la conductivit lectrique et de la profondeur au puits P333-Pays-bas (aquifre du CT3) 147 Figure V- 34 : Diagramme de Piper des eaux du puits P333 147 Figure V- 35 : Processus d'acidification des eaux interstitielles de la zone non sature de milieux urbains (Zilberbrand et al., 2001) 150 Figure V- 36a : Pourcentage de variance absorbe pour les 10 axes principaux et corrlation entre les variables et les facteurs ; analyse pour l'aquifre du CT3 153 Figure V- 36b : Plan des deux premires composantes principales; analyse pour l'aquifre du CT3 154 Figure V- 37a : Pourcentages de variance absorbe pour les 11 axes principaux; analyse pour les altrites 155 Figure V- 37B : Plan des deux premires composantes principales; analyse pour les altrites 155

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Figure V- 38 : Localisation des eaux du CT3 dans le diagramme de stabilit du systme MgO-Na2O-Al2O3-SiO2-H2O 159 Figure V- 39 : Localisation des eaux des altrites dans le diagramme de stabilit du systme MgO-Na2O-Al2O3-SiO2-H2O 160 Figure V- 40 : Localisation des eaux de forages dans le diagramme de stabilit du systme MgO-Na2O-Al2O3-SiO2-H2O 161 Figure V- 41 : Relation entre les facteurs de concentration des teneurs en chlorure dans l'aquifre du CT3 par rapport aux pluies et la profondeur de la nappe 165 Figure V- 42 : Relation entre diffrents ions et le chlorure dans l'aquifre du CT3 167 Figure V- 43 : Diagramme de corrlation entre bicarbonate et (Ca2+ + Mg2+) dans l'aquifre CT3 167 Figure V- 44 : Relation entre Ca2+ et Mg2+ dans l'aquifre du CT3, les pluies, les urines humaines et les latrines 168 Figure V- 45 : Diagrammes de corrlation entre alcalino-terreux, bicarbonate et nitrate des diffrents aquifres 169 Figure V- 46 : Diagramme de corrlation pH-NO3- dans l'aquifre du CT3 appartenant au groupe 3 169 Figure V- 47 : Mcanismes contrlant la minralisation des eaux souterraines des altrites 171 Figure V- 48 : Corrlation entre la somme des cations et l'alcalinit totale du rservoir des altrites 171 Figure V- 49 : Diagramme Na+/Cl- versus conductivit lectrique dans le rservoir d'altrites (valle du fleuve) 172 Figure V- 50 : Diagramme de corrlation Ca2+/HCO3- dans le rservoir des altrites 172 Figure V- 51 : Relation entre Na+/Cl- et Ca2+/ (HCO3- + SO42-); dans le rservoir des altrites 173 Figure V- 52 : Relation entre Na+ et (Ca2+ + Mg2+) dans le rservoir d'altrites 174 Figure V- 53 : Relation entre Ca2+ et Mg2+ dans le rservoir des altrites 174 Figure V- 54 : Relation entre alcalino-terreux et (HCO3-+SO42-) dans le rservoir des altrites 175 Figure V- 55 : Relation entre (Ca+Mg) et (HCO3- + SO42-) dans les eaux de forages 177 Figure V- 56 : Variation saisonnire des ions pendant les quatre priodes de suivi (A: juin 2004; B: janvier 2005; C: aot 2005; D: novembre 2005) 178 Figure V- 57: Diagramme de Piper des eaux souterraines du socle sain fractur (1,2 : F301-Gamkall ; 5 et 6 : F101-Goudel village ; 8 et 7 : F303-Saga Ecole) 179 Figure V- 58 : Diagramme de Scholler des forages F101 et F301 (10 et 1 : F301-Gamkall en aot 1985 et aot 2005 ; 9 et 7 : F101 en juin 1984 et juin 2005) 180 Figure V- 59 : Diagramme de Scholler du forage F303 de Saga Ecole 181 Figure VI- 1 : Rpartition spatiale des teneurs en nitrates des diffrents aquifres de Niamey 185 Figure VI- 2 : Relation entre le taux d'adsorption du sodium et la conductivit lectrique des diffrents aquifres 186

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau III - 1 : Chronogramme des travaux de terrain 51 Tableau IV- 1: Quelques valeurs de donnes de dbit spcifique et de transmissivit des aquifres de Niamey 76 Tableau IV- 2 : Exemples de facteurs affectant la recharge de la nappe de la plaine alluviale 90

LISTE DES TABLEAUX EN ANNEXES

Tableau V- 1 : Rapports ioniques des quelques chantillons d'eaux de pluies Niamey Tableau V- 2 : Temprature, conductivit, pH et ions majeurs des eaux du fleuve Niamey Tableau V- 3 : Rsultats des analyses chimiques des eaux souterraines de Niamey, (pH, temprature, conductivits lectriques et ions majeurs en mg/L) Tableau V- 4 : pH, Conductivit (S/cm) et ions majeurs (mg/L) des eaux souterraines de Niamey (n = 231) Tableau V- 5 : Matrice de corrlation de Pearson du pH, de la conductivit et des ions majeurs de l'aquifre du CT3 Tableau V- 6 : Matrice de corrlation de Pearson du pH, de la conductivit et des ions majeurs du rservoir d' altrites (n = 112) Tableau V- 7: Matrice de corrlation de Pearson de l'horizon fissur du socle (n = 87) Tableau V- 8 : pH, Conductivit (S/cm) et ions majeurs (mg/L) dans l'aquifre du CT3 (n = 84) Tableau V- 9 : pH, Conductivit (S/cm) et ions majeurs (mg/L) dans le rservoir des altrites (n = 112) Tableau V- 10 : pH, Conductivit (S:cm) et ions majeurs dans l'horizon fissur du socle (n = 87) (octobre et novembre 1984; juin, juillet, aot 1985) Tableau V- 11 : pH, Conductivit (S/cm) et ions majeurs dans l'horizon fissur du socle (n = 35) (2004-2005) Tableau V- 12 : Rsultats des analyses microbiologiques de janvier 2007 dans les diffrents aquifres

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I. INTRODUCTION

I.1. Contexte gnral et problmatique de ltude

Menace par une consommation en nette augmentation et une pollution accrue, la situation mondiale des ressources en eau est devenue critique. Plus dun milliard de personnes dans le monde na pas accs leau potable et prs de deux milliards et demi, soit le tiers de la population mondiale, seront confronts une pnurie deau dici 2025 (4th World Water Forum, 2006). La dclaration de Dublin sur leau dans la perspective dun dveloppement durable (ICWE, 1992), faisant tat des problmes lis leau, a permis la cration du forum mondial de leau associant institutions prives, organisations rgionales et non gouvernementales et pouvoirs publiques leffort dvaluation et de suivi de la gestion des ressources en eau.

Une gestion efficace des ressources en eau doit intgrer toutes les composantes du cycle hydrologique. Lune de ces composantes, les eaux souterraines, a longtemps t nglige dans cette gestion alors quelle reprsente 95% de leau douce de la plante (Morris et al., 2003). Ressource cache, lamenuisement et la dgradation de sa qualit ne sont pas facilement perus. Les eaux souterraines viennent gnralement en complment des eaux de surface facilement accessibles. Les tudes relatives aux consquences du rchauffement climatique laissent entrevoir une incertitude croissante sur la disponibilit des ressources en eau de surface do un intrt croissant pour les eaux souterraines. On estime prs de deux milliards les personnes dpendant directement des eaux souterraines et 40% de la production alimentaire mondiale provient de lirrigation par les eaux souterraines (Morris et al., 2003). Ds lors, la gestion des ressources en eaux souterraines doit tre une priorit.

Lalimentation en eau de plusieurs centaines de villes travers le monde dpend des ressources en eau souterraine. Mais lurbanisation croissante et incontrle, particulirement dans les pays pauvres, a un impact ngatif sur la quantit et la qualit de cette ressource prcieuse. Les chelles spatio-temporelles des processus affectant la quantit et la qualit des eaux souterraines en milieu urbain (variations pizomtriques et pollutions accentues par les activits anthropiques, processus de recharge/dcharge et processus et sources de pollution lis lhistorique de lurbanisation) diffrent fondamentalement de celles en milieu rural (Collin et Melloul, 2003).

En Afrique, les eaux souterraines en milieu urbain subissent de multiples contraintes dues une forte croissance dmographique et linadaptation ou mme labsence dassainissement (Groen et al., 1988 ; Boukary et al., 1996 ; Ciss et al., 2000 ; Foster, 2001 ; Nkhuwa,2003). Les rseaux dgouts, les fosses septiques, les eaux uses des usines et les dchets solides sont les sources principales de pollution des eaux souterraines dans le secteur urbain ; dans les zones priurbaines, lagriculture, via les intrans agricoles, contribue aussi dgrader la qualit des nappes phratiques.

La consommation deau pollue par les populations a pour consquence le dveloppement des maladies hydriques dues, entre autres, aux germes pathognes, aux produits cancrignes et aux composs azots. Si des actions immdiates ne sont pas entreprises, la contamination des eaux souterraines sera lorigine dune pnurie deau potable dans les annes venir. Ce constat a amen le PNUE (Programme des Nations Unies pour lEnvironnement) et lUNESCO mettre en place un programme exploratoire sur ltat des eaux souterraines (Usher et Perch, 2005) dans les villes de onze

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pays africains (Figure I- 1). Le but est daboutir la mise en place dun rseau de prvention et dalerte rapide de la pollution des eaux souterraines sur tout le continent. En effet, les tudes l'chelle locale permettent une meilleure prvention l'chelle rgionale, tant entendu que les aquifres traversent les frontires internationales, d'o la mise en place d'initiatives visant promouvoir les programmes communs sur les aquifres partags (Transboundary Aquifers).

Figure I- 1 : Les 11 pays du projet UNESCO

Dans le cadre de ce programme, les travaux entrepris par lquipe du Niger ont eu pour zone dtude lagglomration de Niamey. A contrario dautres villes du programme, la compilation des travaux antrieurs effectus sur la ville de Niamey nous a conduit au constat suivant : Les aquifres de Niamey sont peu connus. Collignon (1994, in Bechler-Carmaux et al. 1999) estimait que 12% de lalimentation en eau de la ville de Niamey est assure par les eaux souterraines. Ce chiffre apparat bien infrieur la ralit. Le rseau dadduction en eau potable, totalement aliment par le fleuve Niger, ne couvre pas toute la ville. Le taux de desserte est estim 60% en 2005 (Ousmane, 2005) et les populations ont largement recours aux eaux de puits, surtout dans les zones priphriques o vit une part importante de la population dfavorise. Ces ouvrages sont souvent mal protgs et les eaux souterraines fortement contamines (Figure I- 2). De plus les scheresses de ces dernires dcennies ont t suivies dun important afflux des populations rurales vers le centre urbain de Niamey, do une sollicitation de plus en plus forte des eaux souterraines avec limplantation de nombreux forages. La ncessit de sintresser la qualit des eaux souterraines sest impose aprs le creusement des cent vingt forages du programme durgence de Niamey (PUN) suite la scheresse des annes 1984, 1985 et 1986, suivie dun svre tiage du fleuve Niger. Lanalyse des donnes obtenues lors des diffrentes tudes (Bernert et al., 1985 ; Dehays et al., 1986 ; Paillet, 1986 ; Kehren, 1995 ; Bui, 1996 ; Guro et Dan Maradi, 1996 ; Girard et Hillaire-Marcel, 1997 ; Julvez et al., 1998 ; Gross, 1999 ; Houssier, 1999 ; Margueron, 2000 ; Ousmane et al., 2001 ; Chippaux et al, 2002) a montr que le risque de pollution de la ressource en eau souterraine, en particulier par les composs azots et les bactries, est rel. La politique actuelle dextension du rseau dadduction en eau potable qui implique un cot de leau pour

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lutilisateur, soutenue par les autorits gouvernementales, les projets et les institutions daide au dveloppement, donne une vision peu raliste de limportance de lutilisation de la ressource en eau souterraine dans la ville de Niamey. Les habitants ont et auront toujours recours aux eaux souterraines en raison du faible revenu par personne (le revenu journalier par habitant est proche de 1 euro, soit 656 francs CFA) et du cot de leau du rseau public (127 francs CFA par mtre cube pour la tranche 10 m3 dans laquelle se situe le taux de consommation de la population la plus dmunie). La baisse de la pluviomtrie, constate au Sahel depuis 1970, a entran une diminution des coulements de surface de 20 50% avec des tiages parfois svres notamment sur le fleuve Niger Niamey (Dessouassi, 2003) (Figure I- 3). Ces diffrentes raisons font que la gestion des eaux souterraines doit tre une priorit et notre travail de doctorat consiste faire une tude diagnostique des aquifres afin de jetter les bases dune gestion durable et raisonne de cette ressource.

Figure I- 2 : Etat de quelques puits alimentant la ville de Niamey en eau (photo 1 : Saga ; photo 2 et 3 : Alpha Kouara photos prises en saison des pluies et en saison sche)

Figure I- 3 : Fleuve assch Niamey, seuil de Saga (Billon, 1986)

Dans le but de comprendre lorigine des nitrates contaminant les eaux souterraines de Niamey, une tude isotopique portant sur lazote-15 des nitrates a t entreprise sur les ouvrages contamins (Girard, 1993; Girard et Hillaire-Marcel, 1997). Les rsultats obtenus suggrent : une contamination par les nitrates issus des latrines et limite au tissu urbain, consquence dune urbanisation incontrle,

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une contamination par les nitrates accumuls dans les sols, consquence de la dforestation en priphrie de la ville. De plus, les tudes effectues sur la nappe libre situe lest de la ville, sur une zone appele degr carr de Niamey en milieu rural, et ayant conduit la mise en vidence dune hausse pizomtrique depuis les annes 1950, attribuable la dforestation (Leduc et al., 1997 ; Leduc et al., 2001), ont montr des teneurs parfois leves en nitrates, attribues une rupture du cycle naturel de lazote suite au dboisement (Favreau et al., 2003). Cette pollution nitrate concerne donc autant le milieu urbain que le milieu rural de toute la rgion de Niamey. La capitalisation des donnes obtenues sur une longue priode en zone urbaine et rurale de la rgion de Niamey constitue un atout scientifique essentiel pour notre travail. Au-del de notre travail de thse, le sujet trait est dune importance socio-conomique pour la ville de Niamey (Figure I- 4).

Figure I- 4 : Coupure de presse relative au problme dapprovisionnement en eau potable de la ville de Niamey

I.2. Objectif et Mthode

Lobjet de cette recherche est de caractriser le systme aquifre de la ville de Niamey sous les aspects suivants :

- le contexte hydrogologique des aquifres de Niamey, - le fonctionnement hydrodynamique des aquifres, - la distribution et lvolution de leur pollution.

Une bonne caractrisation hydrogologique aux plans quantitatif et qualitatif ncessite un suivi rgulier des paramtres pizomtriques et physico-chimiques une chelle saisonnire et interannuelle. Ce suivi doit respecter une rpartition spatiale optimale des points deau de mesure. Les aquifres de la Communaut Urbaine de Niamey nont jamais fait lobjet dun suivi systmatique. Nous avons donc entrepris un travail de terrain effectif de 16 mois sur 3 annes (2004, 2005 et 2007).

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Notre travail a consist effectuer dans un premier temps un suivi pizomtrique et physico-chimique et des campagnes dchantillonnages deau pendant 2 ans (2004-2005) sur une centaine de points deau captant les diffrents aquifres de la ville de Niamey. Le suivi pizomtrique et physico-chimique a dur effectivement 14 mois et sest effectu en deux tapes :

Un suivi pizomtrique et physico-chimique mensuel sur une anne complte (mars 2004 fvrier 2005) dans le but de mettre en vidence le caractre saisonnier du rgime hydrodynamique et des transferts des contaminants dans la nappe.

Deux campagnes de mesures pizomtriques et physico-chimiques en aot et novembre 2005 pour mettre en vidence la variabilit interannuelle des tats quantitatif et qualitatif de la nappe aquifre.

Cinq campagnes dchantillonnages deau ont t ralises en juin 2004, janvier 2005, aot 2005, novembre 2005 et janvier 2007. Les analyses chimiques portant sur les 232 chantillons deau prlevs ont t effectues Montpellier de fvrier mars 2005 et de janvier mars 2006 et ont permis de caractriser le systme aquifre au plan chimique. Les analyses bactriologiques ont t effectues en janvier 2007 au laboratoire provisoire de microbiologie installe au centre IRD de Niamey.

Cette thse est constitue de sept ensembles. Outre l'introduction, la suite de la thse est divise en cinq parties et se termine par une synthse conclusion. La premire partie de ce mmoire est une revue bibliographique sur la recharge et la pollution des eaux souterraines en contexte urbain africain. Elle comprend un premier chapitre consacr la recharge des nappes et un second chapitre qui traite de la pollution des eaux souterraines dans le contexte de lurbanisation en milieu africain. Laccent est particulirement mis dune part sur les estimations de la recharge en zone semi-aride dans le but de faire apparatre toutes les incertitudes de lestimation dans le cadre des donnes dont nous disposons et lchelle de notre zone dtude ; dautre part sur la problmatique de la pollution des ressources en eau souterraine des agglomrations africaines. Dans la deuxime partie, nous prsentons le cadre gographique et socio-conomique de la communaut urbaine de Niamey, puis la gologie et lhydrogologie. Notre mthode de travail sera expose dans la troisime partie de ce document. Elle concerne les travaux de terrain et la reprsentativit des donnes de terrain, ainsi que les diffrentes techniques danalyses chimiques effectues en laboratoire et la reprsentativit des donnes obtenues; La quatrime partie sattache ltude hydrodynamique des aquifres de Niamey. Dans cette partie, nous tentons une premire approche de caractrisation des processus de recharge, et une estimation de la recharge sur une anne. La cinquime partie concerne ltude qualitative du systme aquifre de la ville de Niamey.

I.3. Revue bibliographique : recharge et pollution des eaux souterraines sous environnement urbain en Afrique

Cette partie est une brve prsentation des processus et des sources de la recharge et de la pollution des eaux souterraines dans le contexte de lurbanisation en Afrique : cest le cas de la ville de Niamey. En effet, la caractrisation de la recharge dun aquifre est capitale pour une gestion rationnelle et durable des ressources en eaux souterraines. De plus, lidentification des mcanismes et des sources de la recharge est indispensable la comprhension des processus de pollution des eaux souterraines (De Vries et Simmers, 2002). Notons qu'en zone urbaine, les processus et les sources de la recharge et de la pollution sont complexes (Lerner, 2002, 2004), sous linfluence de processus

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naturels perturbs par des influences anthropiques directes (e.g. effluents domestiques) et/ou indirectes (changement doccupation des sols, urbanisation).

I.3.1. Recharge des eaux souterraines sous environnement urbain en Afrique

I.3.1.1. Sources et processus de la recharge

(Freeze et Cherry, 1979) dfinissent la recharge dun aquifre comme tant the entry into the saturated zone of water made available at the water-table, together with the associated flow away from the water table within the saturated zone .

En zone urbaine, les sources et les processus de la recharge des nappes sont plus nombreux et plus complexes quen zone rurale. Les infrastructures urbaines (btiments, routes et rseaux de drainage artificiels) modifient le ruissellement et linfiltration des eaux pluviales. En gnral, la recharge directe par linfiltration des prcipitations diminue, de mme que lvapotranspiration cause de limpermabilisation de la surface du sol dans les villes (Bouvier, 1990). Par contre une recharge supplmentaire peut se produire travers les systmes de drainage des eaux pluviales, les fuites des rseaux de conduites (rseaux dadduction en eau potable, gouts, fosses septiques, .) (Foster et al., 1997; Foster et Chilton, 2004). Les pertes deau travers les fuites des rseaux en eau potable sont denviron 10% dans les villes des pays dvelopps alors quelles atteignent 30 60% dans les centres urbains des pays pauvres (Garcia-Fresca, 2004). Lagglomration du Caire est un bon exemple de cette recharge supplmentaire (Hassan et al., 1995; Soliman et al., 1995; El Arabi, 1999; Lerner, 2004). La hausse du niveau de la nappe du Caire (nappe qui affleure certains endroits) provoque des dgts sur les infrastructures urbaines (routes, btiments.). Lidentification des sources de la recharge en zone urbaine peut se faire partir de la pizomtrie, des signatures chimiques (F, Br, B, Zn, 15N, 18O, 2H par exemple) et des bilans hydrologiques (Lerner, 2002). La recharge en zone urbaine reste un sujet difficile traiter, offrant dans la littrature peu dtudes de cas de bonne qualit (Hassan et al., 1995; Yang et al., 1999; Kim et al., 2001; Zilberbrand et al., 2001; Vazquez-Sun, 2003; Gbel et al., 2004; Vazquez-Sun et al., 2005; Taylor et al., 2006; Thomas et Tellam, 2006; Wolf et al., 2006). Une estimation simpliste peut tre faite en tenant compte du nombre dhabitants, de la densit de la population, de lhistorique et du type de dveloppement urbain (Vazquez-Sun, 2003).

Les du continent africain sont des rgions semi-arides arides. Les zones humides et quatoriales composent le restant. Les processus de la recharge sont diffrents dans ces environnements. Dans les environnements arides et semi-arides, les processus de la recharge sont complexes (Kinzelbach et al., 2002; Scanlon et al., 2006). Cette complexit est lie la forte variabilit des paramtres hydrologiques (pluviomtrie, ruissellement et infiltration) qui augmente avec laridit. Dans ces rgions, lvapotranspiration potentielle est largement suprieure aux prcipitations et la recharge est sporadique et restreinte la saison des pluies. A ceci sajoutent les variabilits locales lies la topographie, aux types de sol, la vgtation, la gologie et loccupation du sol. Un schma rsumant les processus hydrologiques qui participent la recharge directe et indirecte dans les environnements aride et semi-aride est prsent la Figure I- 5.

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Figure I- 5 : Processus hydrologiques participant la recharge directe et indirecte dans les environnements aride et semi-aride (Lloyd, 1986, modifie par (Zagana et al., 2007)

Plusieurs processus naturels peuvent galement influencer la recharge diffrentes chelles : un front dinfiltration peut rsulter dinfiltrations prfrentielles dues la structure du sol et lactivit biologique (termitires, racines,) ; les dpressions topographiques, cours d'eau temporaires, rivires et zones dirrigation peuvent reprsenter des sites dinfiltration privilgis. Les contributions de ces diffrents processus la recharge sont souvent difficiles quantifier. Les prcipitations, principale source de la recharge, sont peu connues dans leur variabilit spatiale (Ali et al., 2005), et les donnes de pluies ne sont pas toujours suffisantes en densit. En zone semi-aride, une estimation de la recharge en fonction des prcipitations et dune constante pralablement dfinie est souvent illusoire. La recharge des nappes dans les zones tempres et humides (De Vries et Simmers, 2002) est moins influence par les conditions de subsurface (morphologie, vgtations, caractristiques du sol, gologie) que la recharge des nappes en zones arides et semi-arides. Contrairement aux zones arides et semi-arides, o lvapotranspiration potentielle est largement suprieure aux prcipitations et o la recharge est restreinte la saison des pluies et dpend pour beaucoup de linfiltration indirecte et dune rapide percolation travers les fractures et fissures, la recharge des nappes en milieux humides et temprs seffectue par infiltration profonde et est contrle par la pluie efficace (pluviomtrie moins vapotranspiration potentielle), la capacit du sol laisser sinfiltrer leau et la capacit demmagasinement et de transport de la zone non sature. Dans les rgions humides, on suppose que la recharge des nappes travers les fractures des roches est moins importante que la recharge seffectuant travers les sdiments sableux.

Lenvironnement gologique (milieux sdimentaires, socle et karsts) influence les processus de la recharge et ajoute la complexit des mcanismes de la recharge des aquifres (Cook et Robinson, 2002; Gbel et al., 2004).

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Pour valuer la recharge totale, la connaissance du milieu dtude et des principaux processus de la recharge est donc un pralable ncessaire (Cook et Robinson, 2002; Scanlon et Cook, 2002; Simmers, 2003; Bockgrd, 2004; Scanlon et al., 2006).

I.3.1.2. Estimation de la recharge

La recharge naturelle dun aquifre est lun des termes du bilan hydrique les plus difficiles valuer et est peu connue en hydrogologie. Lune des difficults destimation est due au fait que plusieurs facteurs (climatologie, gologie, gomorphologie, ) contrlent les processus de la recharge. Chaque facteur peut entraner une variabilit importante de la recharge. A cette difficult destimation de la recharge naturelle sajoute la complexit du milieu urbain. En zone urbaine, la diversit des processus et des sources de la recharge et le peu de connaissance sur le sujet rendent les estimations diffrentes (Lerner, 2002, 2004). Les mthodes destimation de la recharge sont multiples au vu de la complexit des processus, et de la diversit des situations rencontres. Les estimations de la recharge sont fonction de ltude envisage (valuation quantitative de la ressource, pollution) et se font des chelles spatio-temporelles varies (chelle de laquifre, chelle locale, chelles temporelles allant de quelques jours des centaines dannes) (Scanlon et Cook, 2002). Les estimations lchelle locale ne sont pas reprsentatives de la recharge lchelle de laquifre. De mme, les estimations de la recharge lchelle rgionale ne permettent pas de reproduire lextrme variabilit locale de la recharge au sein de laquifre. L'estimation de la recharge dans le contexte de l'tude de la qualit des eaux se focalise sur la variabilit spatiale de la recharge qui est importante pour le transport des contaminants.

Les principales mthodes destimation de la recharge des nappes (Sophocleous, 1991; Kinzelbach et al., 2002; Scanlon et Cook, 2002; Xu et Beekman, 2003; Gbel et al., 2004; Scanlon et al., 2006) peuvent se regrouper en quatre catgories : les mesures directes, coteuses et difficiles appliquer lchelle rgionale et sur le long terme (lysimtres, bilan de lhumidit du sol par la sonde neutron ou les sondes TDR-Time Domain Response), les mthodes du bilan hydrique, souvent imprcises (bilans de lhumidit du sol, bilan hydrique dun cours deau, mthodes danalyse des niveaux pizomtriques), les mthodes de Darcy (dont les mthodes des hydrographes), coteuses et demandant un grand nombre de donnes, les mthodes des traceurs impliquant une excellente connaissance du milieu et des traceurs (Cl-, 3H, 3He, CFC -chlorofluorocarbone,). Une bonne estimation de la recharge ncessite lutilisation combine de plusieurs mthodes au vu des limites de chacune de ces mthodes (Sophocleous, 1991; Healy et Cook, 2002; Scanlon et Cook, 2002; Scanlon et al., 2002).

En Afrique semi-aride, plusieurs mthodes, appliques la zone non sature et/ou sature, ont t utilises pour estimer la recharge sur des sites diffrents (Scanlon et al., 2006) : bilan des chlorures, analyse de la hausse pizomtrique, modlisation hydrodynamique, lysimtre et sondes neutrons pour le bilan de lhumidit du sol, teneurs en isotopes stables de leau (18O, 2H), mesures du 14C, 3H, 3He, CFC, ..

Dans la rgion de Niamey (zone rurale) plusieurs mthodes (mthodes hydrodynamiques, 18O, 2H, 14C, 3H, 3He, CFC) ont t utilises pour caractriser la recharge de la nappe phratique du Continental Terminal CT3 (Leduc et al., 1997; Leduc et al., 2001; Favreau et al., 2002b; Massuel, 2005; Rueedi et al., 2005) et de la nappe du socle fractur (Girard, 1993). La recharge de la nappe phratique du CT3 seffectue majoritairement au niveau des mares et des zones inondables par infiltration indirecte. Selon Girard (1993), en plus dune recharge directe par les fractures et les alluvions, une recharge indirecte par les berges des cours deau et des mares semble tre le mode de recharge prpondrant des nappes du bassin exprimental de Kobio (environ 20 km2, situ 60 km louest de Niamey) (Figure I- 6). Les estimations de la recharge rcente de la nappe libre du CT3 par

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les mthodes hydrodynamiques sur la priode 1992-1999 ont donn des taux compris entre 20 et 50 mm.an-1 (Favreau et al., 2002b). Les tudes antrieures ont donn des taux de 25 mm.an-1 (Leduc et al., 1996), et des taux compris entre 50 et 60 mm.an-1 (Leduc et al., 1997). En utilisant la mthode du bilan hydrique, Girard (1993) estime que 0 36% de la pluviomtrie annuelle est disponible pour la recharge des nappes (socle fractur et alluvions) du bassin de Kobio. Ltude de la recharge des aquifres d'altrites (schistes, granites, gabbros et diorites) sur 9 sites situs au nord, au centre et au sud du Burkina Faso en climat soudano-sahlien a t entreprise par modlisation hydrologique (Filippi et al., 1990) en utilisant le modle global de relation pluies-niveaux GARDENIA du BRGM (Roche et Thiery, 1984 ; Thiery, 1988). Les recharges annuelles de lanne 1985 pour les 9 sites varient entre 47 mm et 267 mm. Les valeurs de la recharge sont respectivement comprises entre 47 mm.an-1 et 125 mm an-1 pour la rgion nord (zone sahlienne), entre 125 mm an-1 et 177 mm an-1 pour la rgion centre (zone Nord soudanienne) et entre 129 mm an-1 et 267 mm an-1 (zone Sud soudanienne).

Figure I- 6 : Localisation du bassin versant de Kobio (Girard, 1993)

La grande variabilit des rsultats obtenus dans la rgion de Niamey, en milieu rural, montre les limites des mthodes destimation de la recharge, quelque soit les chelles temporelles et spatiales employes. La nappe phratique du CT3 a fait lobjet de nombreuses tudes sur les mcanismes de la recharge, bnficiant ce jour dune base de donnes acquises sur le long terme et de points de mesures en nombre suffisant et spatialement bien rpartis (Favreau, 2000; Massuel, 2005). La

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complexit des processus et des sources de la recharge dans le contexte de la ville de Niamey, et le peu de donnes disponibles ne nous permettent quune estimation grossire de la recharge base sur les donnes pizomtriques acquises au cours de cette thse sur une anne hydrologique et au pas de temps mensuel.

I.3.2. Pollution des eaux souterraines sous environnement urbain en Afrique

I.3.2.1. Urbanisation en Afrique et pollution des ressources en eaux souterraines

Lerner (2004) prsente une tude synthtique de lhistoire urbaine de lAfrique. Lune des caractristiques communes aux villes de lAfrique est lie leur origine coloniale, contrairement aux centres urbains des autres rgions du monde disposant dun historique durbanisation avec rseaux dassainissement et dalimentation en eau. En Afrique, les villes sont apparues au gr des enjeux conomiques du colonisateur (prs de ports, mines). Cest le cas de la ville de Luzaka, historiquement forme par un ensemble de concessions sous forme denclos et de townships avant la colonisation (De Waele et al., 2004). La Figure I- 7 montre un des premiers plans durbanisation de la ville de Maputo labor par les portugais au moment de limplantation de la capitale coloniale du Mozambique De Loaga Bay , galement dnomm la ville de Loureno Marques (Cedh et Uem, 2006).

Figure I- 7 : Maputo : Plan durbanisation de De Lagoa Bay (Loureno Marques) en 1887 (CEDH et UEM, 2006)

Les villes africaines ne sont, toutefois, quau dbut de leur dveloppement industriel, mais connaissent une des croissances dmographiques les plus rapides du monde. LAfrique est la seule rgion du monde o le taux daccroissement de la population est toujours en nette augmentation. Cette croissance naturelle associe aux mouvements migratoires (avec un taux lev dexode du monde rural) vient grossir la population urbaine. Le Nigria avec 123.9 millions dhabitants se retrouve avec une population urbaine de 43% (World Bank, 2000a). Le taux daccroissement de la population urbaine y est alarmant avec des taux annuels compris entre 10 et 15% dans les grandes villes (Ikem et al., 2002). Le dveloppement des infrastructures urbaines (extension des rseaux dassainissement et

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dalimentation en eau potable) na pas pu suivre la croissance dmographique urbaine en Afrique. Cette inadquation constitue des sources de problmes, totalement diffrentes de celles rencontres dans les pays dvelopps o la croissance dmographique, laugmentation des richesses et le dveloppement des infrastructures urbaines sont concomitants. Du fait des prix levs des logements par rapport au pouvoir dachat dune population urbaine majorit pauvre, on assiste au dveloppement des zones dhabitats spontans, permanentes ou saisonnires, la priphrie des villes. Selon Foster et al. (1998), les villes sont intimement lies leur environnement immdiat, les zones pri-urbaines. Une tude de lUN-Habitat montre que la population des zones pri-urbaines des pays en dveloppement saccroit deux fois plus vite que celle des zones urbaines (UNCHS, 2001 in (Zingoni et al., 2005)). En accord avec lobjectif 11 des OMD d amliorer les conditions de vie dau moins 100 millions dhabitants vivant dans les bidonvilles dici 2020 , lUN-Habitat, face aux diffrents problmes lis aux zones dhabitats spontans, a mis en place linitiative Villes sans taudis (CEDH et UEM, 2006). Cette initiative est actuellement mene dans 9 pays pilotes (Ethiopie, Mozambique, Zambie, Afrique du sud, Kenya, Ouganda, Tanzanie, Malawi et Lesotho). LUN-Habitat estime que 94% de la population urbaine du Mozambique vivent dans les bidonvilles (CEDH et UEM, 2006).

Lalimentation en eau de la majorit des villes africaines dpend des eaux souterraines exploites travers des puits, des forages et des sources. Selon la banque mondiale (2000b), seul 39% de la population urbaine du Nigria est raccord au rseau AEP. Le reste de la population dpend des eaux souterraines (Ikem et al., 2002). Les eaux souterraines constituent la principale source dalimentation en eau de 55% de la population de Bamako (BGS, 2002) et de prs de 70% de celle de Lusaka (De Waele et al., 2004). De nombreuses villes dAfrique ne disposent cependant pas de rseaux dgouts et les eaux uses domestiques scoulent directement sur le sol et dans des canaux et des cours deau de surface. Ceci concoure rendre les eaux souterraines vulnrables au plan qualitatif. Pourtant, il existe trs peu dtudes sur la qualit des eaux souterraines dans ces rgions et limpact de lurbanisation sur cette qualit demeure trs peu dfini. Les quelques tudes nont dbut que ces trente dernires annes. Les prmices des tudes de la qualit des eaux souterraines de la ville de Dakar proviennent de Collins et Salem en 1989 (Ciss Faye et al., 2004). Les eaux souterraines en milieu urbain dAfrique sont confrontes dnormes problmes de surexploitation et de contamination. Avec lextension urbaine, les nappes superficielles, elles seules, ne suffisent plus couvrir les besoins en eau de la population aussi bien sur le plan quantitatif que sur le plan qualitatif. De ce fait les nappes les plus profondes et celles situes hors des villes sont sollicites : cest le cas de la ville de Dakar (Ciss Faye et al., 2004) o de nouveaux champs de captage furent implants dans la zone pri-urbaine de Thiaroye depuis 1952 pour approvisionner la population urbaine. Le schma actuel du mode de fonctionnement des ressources en eaux souterraines en milieu urbain africain peut se prsenter de la manire suivante (Lerner, 2004) :

surexploitation des eaux souterraines situes dans les zones peu desservies par le rseau AEP ; pollution des eaux souterraines, plus marque dans les zones dfavorises o sagglutine la

part de la population la plus dmunie, ne disposant pas de rseaux dAEP encore moins de rseaux dassainissement.

Cependant, les formes conventionnelles dassainissement, comme les rseaux dgouts et les stations dpuration des eaux uses (STEP), seront difficiles mettre en place cause de leur cot lev. A Dar es Salaam, en Tanzanie, Stren (1989) estime quen 1985 seul 10 15% de la population est connect au rseau dassainissement urbain. Le reste de la population utilise des fosses septiques dans les zones dhabitats revenu lev. Dans celles faible revenu, la population se contente de latrines traditionnelles. Lvacuation rgulire des fosses septiques requiert la disponibilit dun camion citerne et des dispositifs de traitement des matires extraites de ces fosses. En 1984, la plupart des

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camions citernes de la ville de Dar es Salaam sont en panne de sorte que seuls 8% de la production journalire deaux uses estime six millions de litres est vacu. Les dchets, non collects et non traits, sont des menaces, au mme titre que les latrines, pour la qualit des eaux souterraines en milieu urbain. La production journalire de dchets solides de la population de Lusaka est de 1.1 tonnes et seuls les 10% sont collects (De Waele et al., 2004). En labsence dune bonne stratgie de collecte des ordures, les mnages se trouvent dans lobligation de dposer les ordures mme le sol, dans des espaces ouverts. Ceci reprsente un risque immdiat pour la sant humaine, et constitue une source de contamination supplmentaire des eaux souterraines. Onibokun (1989) note quen Afrique, les tas dordures et les dpotoirs samoncellent dans les zones dhabitats revenus faibles, o la population dpend entirement des ressources en eaux souterraines non protges, situes proximit de leur lieu de rsidence, alors que ces sites ne bnficient pas dune collecte rgulire des ordures par la municipalit.

I.3.2.2. Processus et sources de pollution en milieu urbain

Les environnements urbains demeurent uniques pour plusieurs raisons, dont la diversit et le nombre lev des sources potentielles de pollution. Les sources de pollution directe sont les fuites des rseaux dgouts, les fosses septiques, les eaux de surface, les dchets solides, les flaques de carburants, linfiltration partir des rivires pollues, lintrusion saline, les fertilisants, les pesticides, le lessivage de la ZNS lors de la remonte pizomtrique parmi tant dautres. La contamination directe par le rseau dgout est commune de nombreuses villes (Hassan et al., 1995; El Arabi, 1999). Outres les sources directes, il existe des sources indirectes de la pollution des eaux souterraines. Le mlange des eaux dgouts, contenant de grande quantit de composs organiques, et de leau chlore du rseau AEP peut conduire dautres types de pollution par des composs chlors, hautement toxiques. De plus, les changements dans la composition chimique des eaux souterraines modifient galement les conditions chimiques sous lesquelles les polluants sont immobiliss, rendant les composs toxiques beaucoup plus mobiles (particulirement les mtaux traces). Les principaux types de polluants des eaux souterraines en milieu urbain sont :

les polluants microbiologiques (virus et bactries) issus des eaux vannes, des djections humaines et animales superficielles ;

les polluants inorganiques (sels et ions mtalliques), naturellement prsents dans les roches et les sols, et galement contenus dans les eaux uses domestiques et industrielles, etc. ;

les polluants chimiques organiques (lments chimiques organiques synthtiques et volatiles) ; les polluants radioactifs, naturellement prsents ou issus des dchets.

Peu dtudes prouvent les effets de ces polluants chimiques sur la sant humaine par ingestion deau contamine. Les maladies provenant de lingestion deau contamine sont dues aux bactries, aux parasites ou aux virus.

La contamination des eaux souterraines a t lobjet de nombreuses tudes ces deux dernires dcennies. De ce fait, les processus de pollution des eaux souterraines par les sources ponctuelles (eaux uses domestiques, eaux uses industrielles et hospitalires, dchets solides, etc.), et les sources diffuses (agriculture intensive), ainsi que le devenir de nombreux polluants sont relativement bien compris (Lerner, 2004; Demlie et Wohnlich, 2006). Cependant peu dtudes sont disponibles sur les nouveaux polluants issus des mlanges et sur les implications de la dgradation partielle de la qualit des eaux. Notons, cependant, que la qualit des eaux souterraines peut samliorer grce loxydation de la matire organique.

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I.3.2.3. Etat des lieux de la qualit des eaux souterraines en milieu urbain dAfrique : exemples dtudes effectues sur quelques agglomrations africaines

Les tudes sur la qualit des eaux souterraines sous environnement urbain en Afrique sont peu nombreuses et les donnes de qualit encore moins. (Xu et Usher, 2006) ont prsent une compilation de plusieurs tudes sur ltat des lieux de la qualit des eaux souterraines en milieu urbain africain. A Luzaka (capitale de la Zambie), (Nkhuwa, 2003) et Dewaele et al. (2004) ont montr la prsence de nitrate (teneurs suprieures 100 mg.l-1), nitrite, ammonium dans les eaux souterraines contenues dans les formations karstiques, un environnement gologique particulirement vulnrable. Ces auteurs ont montr par lanalyse de lazote-15 des nitrates, que la prsence de ces composs azots dmontre une pollution par dgradation de la matire organique issue des latrines et des fosses septiques. Les analyses chimiques effectues sur les chantillons deau souterraine ont donn des taux de mercure suprieurs la norme OMS de 1g.l-1 (De Waele et al. 2004). La dgradation de la qualit des eaux souterraines est responsable des gastro-entrites lies aux bactries qui y sont prsentes. Les tudes isotopiques (Nkuwa et Tembo, 1998) indiquent que la susceptibilit des aquifres la pollution apparat principalement durant la saison des pluies (novembre avril), au moment de la recharge des nappes. Depuis 1978, la pollution chimique et microbiologique de laquifre de Luzaka a t mise en vidence, en particulier dans les zones proches des latrines et des fosses septiques (Hoyer et al., 1978 in Nkuwa, 2003). Au Zimbabwe, Zingoni et al. (2005) montrent qu'une grande partie de la nappe superficielle dEpworth, une zone habitats spontans de la priphrie dHarare, contiennent du nitrate (20-30 mg.l-1), du Fer et des coliformes fcaux (>10 000 cfu). Le nitrate se retrouve dans les zones densment peupls avec une concentration trs leve du nombre de latrines. Leau de la nappe superficielle sest avre impropre la consommation humaine sur une large superficie dEpworth. Des analyses des mtaux lourds (Cr, Cd, Pb, As, Cu, Ni, Zn, Co) ont t effectues dans les sols et les eaux souterraines de la rgion dAddis Abba par (Demlie et Wohnlich, 2006). Les rsultats obtenus par ces auteurs montrent des taux levs en mtaux lourds dans les sols attribus des sources dorigines anthropique et gologique. Plus de 50 90% des chantillons deaux souterraines analyses ont des teneurs en Cr et Cd suprieures aux valeurs guide de lOMS pour les eaux de boissons. (Boukari et al., 1996) ont mis en vidence une pollution dorigine anthropique dans laquifre superficiel de la rgion de Cotonou au Bnin, avec des teneurs leves en nitrate, phosphate et potassium rendant ces eaux impropres la consommation humaine. Dans des chantillons deau souterraine prlevs en 1993, de fortes concentrations en nitrates ont t mesures atteignant 256 mg.l-1 (Boukari et al., 1995). Laquifre infrieur, encore pargn par la pollution anthropique, est sujet

une intrusion saline dans la zone de captage de Godomey alimentant la ville de Cotonou en eau potable avec des teneurs en chlorure atteignant 250 mg.l-1 en 1990. Cette intrusion saline est lie une surexploitation de la nappe due la forte demande en eau dune population en constante augmentation. Ikem et al. (2002) ont tudi deux zones situes aux alentours des grandes villes dIbadan et de Lagos, et localises proximit de sites de dpts dordures. Limpact de ces sites sur les eaux souterraines a t mis en vidence avec des teneurs en certains lments (chlorure, nitrate, ammonium, Al, Cd, Cr, Fe, Pb, Ni, coliformes totaux) suprieures aux normes OMS de potabilit des eaux de boisson. Plusieurs tudes ont t effectues sur les eaux souterraines de la zone pri-urbaine de Dakar (Ciss Faye et al., 2004) et ont montr la prsence de fortes teneurs en nitrate lies une pollution anthropique. Ltude de Ciss Faye et al. (2004) a donn des concentrations en nitrate atteignant 540 mg.l-1. Ces tudes ont galement mis en vidence des pollutions lies lintrusion saline. Les eaux souterraines de la ville de El Jadida (Maroc), en bordure de locan atlantique, prsentent des concentrations de 5680 mg.l-1 et de 1150 mg.l-1, respectivement en chlorure et sulfate, lies lintrusion saline et la zone de dcharge des ordures (Chofqi et al., 2004).

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Ces diffrents exemples montrent que les eaux souterraines du continent africain sont confrontes des problmes de pollution lis lurbanisation : pollution anthropogne avec des fortes teneurs en composs azots et en bactries par exemple ; intrusion saline lie une surexploitation des aquifres, entrainant des fortes teneurs en chlorure. Avec les scheresses de ces dernires annes, mme les villes salimentant prioritairement en eau potable au travers des eaux de surface, sont amenes sintresser aux eaux souterraines, cest le cas de Durban en Afrique du sud (Bell et Maud, 2000). Or, en Afrique la plupart des points deau (puits et forages), en particulier les puits privs, ne font pas lobjet dun suivi qualitatif rgulier et la majorit de la population consomme une eau de qualit mdiocre.

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II. CADRE GENERAL DE LA ZONE DETUDE

II.1. Contexte gographique

II.1.1. Localisation de la zone d'tude

La ville de Niamey est situe au Sud-Ouest du Niger entre les parallles 1328 et 1335 de

latitude nord et les mridiens 0203 et 0212 de longitude est (Figure II- 1). Elle couvre une

superficie d'environ 239 Km2 (Motcho, 2006). Le fleuve Niger scoule travers la ville suivant une

direction NW-SE. Le relief de la ville est peu marqu. Sur la rive gauche du fleuve, en amont de la

plaine alluviale, un plateau slve environ 230 m daltitude. La ville de Niamey se dveloppe

surtout sur ce plateau coiff par les formations peu paisses du CT3.

#

#

Niamey

Niger

N

15 15

20 20

5

5

10

10

15

15

km1000

Nigeria

Mali

N

132 8' 132 8'

1330' 1330'

1332 ' 1332 '

1334 ' 1334 '

1336' 1336'

2 4 '

2 4 '

2 6'

2 6'

2 8'

2 8'

2 10 '

2 10 '

2 1 2 '

2 1 2 '

1 0 1 2 3 4km

Figure II- 1: Localisation de la zone dtude

II.1.2. Description topographique

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La topographie de la ville de Niamey et de ces environs immdiats est dcrite partir du profil

tabli la figure II-3. Cette coupe montre un paysage form par une alternance de plateaux et de

valles creuses par le fleuve Niger et les cours deau temporaires ou koris, dont les plus importants

sont le kori de Ouallam et son affluent, le kori de Goudel Gorou (Figure II- 2 et Figure II- 3). Cette

succession de plateaux et de valles est la morphologietype des paysages de la rgion de Niamey

(Favreau, 2000; Massuel, 2005). Les niveaux les plus levs, appels hauts plateaux (Bechler-

Carmaux, 1998) se retrouvent sur les deux rives du fleuve, environ 15 km au Nord du fleuve, sur la

rive gauche et 5 km du fleuve sur la rive droite. En rive gauche, ce premier niveau (hauts plateaux)

sommet plat, caractris laffleurement par une paisse cuirasse, est une altitude moyenne de 260

m. Il est fortement rod, notamment par le kori de Ouallam et son affluent qui y ont creus de

profondes valles. Les hauts plateaux dominent les niveaux topographiques tags correspondant

aux terrasses T1 T5 du fleuve Niger (Dubois et al., 1984). La ville de Niamey est construite sur ces

terrasses, mais stend principalement sur la terrasse T1. Le passage des hauts plateaux T1 peut tre

net ou progressif. On observe un escarpement marqu (jusqu 5 m dabrupt) suivi dun talus dboulis

et dun long versant de forme concave et de pente faible (moins de 3%). En cas de transition

progressive seul le glacis (ou jupe sableuse) reste. La terrasse T1 est large de 10 15 km, et prsente

une surface rgulire une altitude moyenne de 220 m. Un versant plus ou moins abrupt spare T1 de

T2. La terrasse T2 est une altitude moyenne de 200 m. Cette terrasse est spare des terrasses les

plus rcentes par une corniche dune dizaine de mtres, observable Yantala et Gamkall (Figure II-

10 et Figure II- 11). Les terrasses T3 et T4-T5 forment un troit liser en rive gauche et sont situes

des altitudes respectives de 190 m et 185 m. En rive droite, les hauts plateaux ont un aspect beaucoup

plus massif que les hauts plateaux de la rive gauche car ils ont t moins rods. Les versants de ces

plateaux sont trs escarps avec de fortes pentes (souvent suprieures 20%). La plaine alluviale, o

se situent les terrasses T3 et T4-T5, prsente des altitudes comprises entre 178 m et 190 m. Les

sommets des hauts plateaux des deux rives forment une surface plane. On y observe de nombreuses

petites dpressions fermes remplissage sableux et limono-argileux. La ville de Niamey est donc

construite dans un point bas du paysage, sur les bordures des hauts plateaux situs de part et

dautre du fleuve, et dans la valle du fleuve Niger. Cette topographie commande les coulements des

principaux cours deau situs en rive gauche.

17

N

Plateaux

mare

Cours d'eau temporaires

Fleuve Niger

Rizires-jardins

Ceinture verte

Lgende5 0 5 Km

1325' 1325'

1330' 1330'

1335' 1335'

1340' 1340'

200'

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25'

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210'

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215'

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2

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Hauts plateaux

Hauts plateaux

Figure II- 2: Paysage de la ville de Niamey et de ses environs

Figure II- 3: Profil topographique de la ville de Niamey et de ces environs immdiats (Bechler-

Carmaux, 1998)

II.1.3. Climat

La ville de Niamey est au centre de la bande sahlienne (zone semi-aride) de l'Afrique de

lOuest, en zone sub-tropicale. Le climat de la zone intertropicale est caractris par une dynamique

complexe lie des transferts nergtiques qui sont essentiellement contrls par les centres daction

de Sainte Hlne (Atlantique sud), des Aores (Atlantique nord) et celui de la zone saharo-libyenne

(Nord-Est africain) (Leroux, 1996). Les deux centres daction de Sainte-Hlne et des Aores

aboutissent la convergence de deux masses dair que sont lharmattan (aliz continental sec) au Nord

et la mousson (aliz maritime humide) au Sud. Le contact au sol de la mousson et de laliz

continental constitue le front intertropical (FIT) qui est trs mobile au cours de lanne. Sa surface

frontale est trs incline vers le Sud, de sorte quelle volue sous lharmattan. Le FIT se dplace entre

18

les 20ime

et 4ime

parallles nord quil atteint respectivement en juillet et en janvier. Dans la frange

sahlienne, ce sont les diffrentes positions du FIT qui sont lorigine des saisons sches et humides.

Au Sahel, la saison des pluies se situe entre avril et octobre avec plus de 90% des pluies entre juin et

septembre. 65 70% des pluies tombent entre les mois de juillet et aot. La pluviomtrie de la

Communaut Urbaine de Niamey est connue grce aux diffrentes stations pluviomtriques

rpertories dont 13 stations pluviomtriques (cumuls journaliers de pluies) et 5 stations

pluviographiques (cumuls de pluies pas de temps infrieurs la journe). La station pluviomtrique

la plus ancienne est celle de Niamey ville installe depuis 1905 et la station pluviographique la plus

ancienne est celle de Niamey aroport qui date de 1943. Nous avons utilis ces deux stations pour

caractriser le rgime pluviomtrique de la ville de Niamey. La saison des pluies sinstalle en fin mai

et dure jusquen septembre avec un maximum en juillet-aot (Figure II- 4). La moyenne interannuelle

des prcipitations sur 21 ans (1979-1999) est de 506 mm Niamey. Depuis quelques annes, les

prcipitations dpassent rarement 600 mm/an. Le module moyen de la pluviomtrie releve la station

de Niamey-ville sur la longue srie de 1905 2004 (Figure II- 5) est de 560 mm. La moyenne mobile

de cette longue srie dfinie sur une priode de cinq (5) ans pour le lissage de la courbe de variations

interannuelles permet de distinguer par rapport au module moyen de 560 mm:

- une longue priode humide de 1920 1971 avec une moyenne pluviomtrique de 597 mm,

- deux priodes sches, de 1913 1920 et 1971 1992 avec respectivement des moyennes de

449 et 496 mm.

A partir de 1992, on observe une priode humide par rapport au module moyen de 533 mm

caractrise par les fortes pluies enregistres en 1998 avec une moyenne pluviomtrique de 596 mm

(de 1992 1999).

0

50

100

150

200

janv

.

fv.

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s

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l

mai

juin

juil.

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sept

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oct.

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m)

Figure II- 4: Moyennes mensuelles des prcipitations la station de laroport de Niamey (1979-1999)

19

200

400

600

800

1000

1905 1915 1925 1935 1945 1955 1965 1975 1985 1995

plu

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m

pluvio annuelle Moyenne mobile sur 5 ans Module pluviomtrique moyen

Figure II- 5: Chronique des prcipitations de 1905 2004 la station de Niamey ville

La temprature moyenne annuelle est de 29C. Le maximum enregistr dans la journe peut atteindre

45C lombre en fin de saison sche, en avril. La temprature influe sur le phnomne

dvapotranspiration. Lvapotranspiration potentielle peut atteindre 2500 mm.an-1, soit plus de quatre

fois suprieure la hauteur moyenne des pluies. Les mois de mars, avril et mai (fin de la saison sche)

prsentent les valeurs dvapotranspiration les plus leves, et les valeurs les plus faibles sont

enregistres en novembre, dcembre et janvier.

Les deux types de vents qui intressent la ville sont l'Harmattan en priode sche (octobre-novembre

avril-mai) et la Mousson en priode humide (mai octobre). Les vents, de directions dominantes W

NW, E SE, possdent parfois des vitesses suprieures 5 m.s-1

, ce qui entrane une forte rosion

olienne dans un milieu faible couvert vgtal.

II.1.4. Les eaux de surface

Le fleuve Niger est le seul cours d'eau permanent qui traverse la zone dtude (Figure II- 2). Au

niveau de Niamey, le fleuve coule sur les formations du socle prcambrien affleurant dans le lit

mineur. La structuration du socle influence le trac du fleuve. La largeur moyenne du lit est de 300

750 m (Bechler-Carmaux, 1998). Le lit majeur est dlimit en rive gauche par la corniche Yantala et

Gamkall correspondant au versant sparant T2 de T3 et T4. En rive droite ces limites sont moins

marques et moins rgulires dans lespace. Lhydrologie du fleuve Niger Niamey est bien connue

grce la station de mesure de Niamey installe depuis 1928 et rgulirement suivie depuis 1944. La

courbe des dbits (Figure II- 6) montre deux parties :

une premire remonte du niveau des eaux en dbut de saison des pluies en juin-juillet,

atteignant son maximum en aot-septembre et appele crue locale , rsulte des coulements des

affluents de la rive droite en amont de Niamey (Gorouol, Dargol, Sirba) ;

une deuxime remonte des eaux due lapport des coulements du bassin suprieur du fleuve

Niger et appele crue malienne atteignant son maximum les mois de dcembre et janvier.

Pendant la scheresse de 1985 la station de Niamey a enregistr un dbit nul. On note une trs grande

variabilit des volumes deau scoulant dans le fleuve Niamey.

20

Figure II- 6: Hydrogrammes compars du fleuve Niger Niamey

Outre le fleuve Niger, le tissu urbain de Niamey est travers par des affluents temporaires

(koris) du fleuve qui ne coulent que pendant la saison des pluies (de juin septembre). Le plus

important de ces cours deau est le Gounti Yna (Figure II- 2) qui entaille et draine le plateau de la

rive gauche. Le Gounti Yna subit depuis une dizaine danne une rosion rgressive due au dpt de

sdiments engendrs par le ruissellement de plus en plus agressif sur le plateau. Le Gounti Yna est

actuellement un lment quasi permanent suite au drainage des eaux uses et de la nappe. En rive

droite, danciens mandres du fleuve coulent aprs de fortes prcipitations. Ces cours deau prennent

leurs sources au niveau des hauts plateaux. En rive droite, les escarpements marqus des hauts

plateaux avec des pentes de 20 30% leur confrent un fort potentiel gravitaire. Les koris de la rive

droite prsentent donc un fonctionnement de type torrentiel. Le bassin de rception des eaux est situ

au niveau des hauts plateaux et les cnes de djection laval peuvent atteindre des tailles trs

importantes. Ces koris menacent lensablement du fleuve (Amogu, 2009).

Les koris en rive gauche prsentent une morphologie et un fonctionnement totalement diffrents des

koris de la rive droite. Leurs lits sont bien inscrits dans le paysage et prsentent des valles encaisses.

Leur trac, qui suit les grandes directions structurales de la rgion, prsente une forme en baonnette.

Le potentiel gravitaire est peu important dans cette zone (pente infrieure 5%), ce qui explique la

faible pente des profils en long de ces cours deau. En saison sche, leau stagne dans les concavits

du lit des koris, formant ainsi des chapelets de mares. Mais en saison des pluies, la plupart des mares

de la rgion se remplissent trs vite au cours daverses ou quelques heures aprs ces averses (Leduc,

2003) ; ce qui peut rendre ces cours deau trs dangereux. Ces koris sont au nombre de quatre sur la

zone dtude. Les deux plus importants, le kori de Ouallam et celui de Goudel Gorou, sont localiss au

Nord-Ouest de la ville. Leurs cours, ponctus de larges mandres, entaillent profondment les hauts

plateaux au nord de la ville. Le kori de Tondibia, lOuest de la ville, et celui du Gounti Yna,

totalement insr au tissu urbain, sont de taille et de comptence moindre. Il existe cependant en rive

gauche, d'autres koris au fonctionnement identique celui des koris de la rive droite. Ces koris

prennent naissance au niveau de la corniche correspondant au versant sparant T2 et T3 et qui prsente

21

un fort potentiel gravitaire. A Niamey, linduration du sol conscutive lurbanisation, la faiblesse des

pentes et le ruissellement crent des petites dpressions o stagnent les eaux pluviales.

II.1.5. Couverture pdologique et vgtation

Les premires connaissances sur la pdologie du Sud-Ouest Niger proviennent des travaux de

Gavaud (1966, 1977). La carte pdologique de reconnaissance de la Rpublique du Niger, feuille de

Niamey, au 1/500.000 montre que la ville est construite, en rive gauche, sur un plateau latritique

reprsent par des sols ferrugineux tropicaux peu lessivs. Ce plateau est form dune succession de

bancs grseux du Continental Terminal qui reposent sur le socle prcambrien. Ces formations

grseuses se sont indures sur une paisseur de 2 6 m, formant une cuirasse ferrugineuse

impermable. La valle du fleuve est constitue principalement par la moyenne terrasse (T3) et la

basse terrasse (T4). Elle est domine par des cordons dunaires orients Nord-Ouest ayant une

paisseur estime entre 15 et 20 m. La terrasse moyenne prsente deux couches de dpts matriaux

diffrents ; la base il sagit dun banc de graviers grossiers de quartz mousss sur 2 m ; la partie

suprieure est constitue de sables alluviaux grossiers portant des sols bruns souvent remanis par

dflation olienne et les ruissellements. Ces matriaux permettent une infiltration des eaux. Cette

terrasse est moins permable en certains endroits notamment Kirkissoye ct sud et tout le long du

bras mort du fleuve. Son altitude est de 182 m alors que la nappe phratique est 179 m. Quant la

basse terrasse, dont la cte est infrieure 182 m, elle est caractrise par des matriaux sablo-

limoneux limono-argileux rendant linfiltration quasi-impossible. Elle est inondable pendant la

saison des pluies et en priode de hautes eaux du fleuve.

La vgtation naturelle de la rgion est la savane arbore. La vgtation de la valle du fleuve

est constitue despces comme Acacia nicolitica, Acacia sieberiarana, Ficus sycomorus, les palmier

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