LES RESSOURCES EN EAUX SOUTERRAINES OE LA GUYANE

LES RESSOURCES EN EAUX SOUTERRAINES OE LA GUYANE

Les ressources en eaux souterraines de la Guyane

Planche d e couverture : rnozaïque d'images ERS-1, données ESA 1992 O ESA, UPMC

O BRGM - 2000 BRGM I RP - 50 549 -.FR

Document BRGM - Service Eau


Il pourrait paraître paradoxal de s'intéresser aux eaux qui ne se voient pas dans une région où I'eau qui se voit est tellement abondante. L'eau qui se voit, entendons par là les eaux de surface, criques, lagtmes, étangs et le ruissellement, lorsqu'on la considére comme une ressource, c'est à dire comme un bietl naturel possédant une valeur économique, a ses limites ; elle ne peut répondre à toutes les demandes. Les eaux des criques, des estuaires en particulier, sont saumâtres jusqii'à plusieurs dizaines de kilomètres dans les terres, or la pop~ilation est plus dense le long de la côte. Capter cette eau conduit à réaliser des adductions sur de longues distances pour accéder à I'eau douce, travaux auxquels seules les grandes agglomérations peuvent souscrire. La disponibilité des eaux de surface varie avec les saisons, tout comme les besoins de la population. Souvent la combinaison la plus défavorable pose problème : comment satisfaire une forte demande -notamment pour l'irrigation- en saison sèche. Enfin la salubrité des eaux de surface est exposée dans les zones peuplées et économiquement actives : ces eaux sont vulnérables et nécessitent des stations de traitement.

Lorsque leur régime est bien compris, les eaux souterraines apportent des solutions alternatives. Par l'inertie beaucoup plus grande des éco~ilements en nappes, elles sont peu sensibles aux fluctuations inter-saisonnières, ou du moins le retard de réponse en fait une ressource abondante lorsque celle des cours d'eau est faible. Elles sont disponibles en un grand nombre d'endroits, sans commune mesure avec la présence sporadique d'un réseau hydrographique, pour alimenter de façon appréciable tes petits centres et l'habitat dispersé. Leur qualité est un atout essentiel : moins sensibles à l'intrusion des eaux marines elles sont douces jusque trés près de la côte. Leiir teneur en éléments minéraux au contact du socle es1 en général faible : elles sont potables sans traitement. Leur inertie les fait réagir avec retard à une pollution accidentelle, ce qui autorise un délai de réaction qui équivaut à une sécurité. Si elles ne permettent pas en Guyane de produire de forts débits en des points concentrés comme le permettent des nappes de grands bassins sédimentaires, elles sont présentes un peu partout et les techniques à disposition pour leur prospection permettent de les localiser sous les terrains de couverture. Ces techniques ont fait d'énormes progrès ces dix dernières années : détection indirecte par observation de la présence du radon dans le sol, télédétection, géophysique, étude fine des conditions de gisement. Qui plus est ces méthodes ont été mises au point pour des contextes oit l'eau est rare, c'est à dire dans des conditions économiques comptées. Elles sont donc peu onéreuses à mettre en euvre. Enfin ces méthodes, testées dans le contexte de la Guyane, ont été ajustées en conséquence quand cela fiit nécessaire.

S'il est clair que, au sein du cycle de l'eau, eau de surface et eau soutenaine ne font qu'un, il faut observer que lorsqu'elle suit un parcours soutenain, l'eau est «saris

protection » et présente des atouts incontestables. C'est l'expérience de dix années d'investigations que ce document présente. Il explique les conditions de gisement qui garantissent la disponibilité de l'eau des nappes avec l'optique de confronter la ressource disponible et les besoins tels qu'ils ont été exprimés par le Schéma Directeur d'Aménagement et de Gestion des Eaux (SDAGE) qui vient d'être ptiblié.



1 . 1 . Stratigraphie de la bande côtière ............................................. 11 1.2. Lithologie des dépôts de la bande côtière ................................ 13 1.3. Epaisseur et altitude des formations de la bande côtière ......... 14 1.4. Ressources potentielles en eaux souterraines ......................... 17 1.5. Conditions de fonctionnement et exploitation ........................... 19 1.6. Chimie des eaux ...................................................................... 19

2.1. Analyse morpho-structurale des structures fracturées pour la recherche d'une perméabilité de fracture ..................... 21

2.2. Potentialités ............................................................................. 23

...................................... ses 25

3.1. Origine des terrasses et lithologie ............................................ 25 3.2. Hydrogéologie des terrasses fluviatiles .................................... 26

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Figure 1 : Carte géologique synthétique de la Guyane française (d'après Choubed, 1974 et Vernhet et al., 1992)

Figure 2 : Schéma structural du Sillon Nord-Guyanais montrant la structuration en bassins de type "pull-apart" de l'ensemble détritique supérieur (d'après Milesiet al., 1995)

Figure 3 : Fluctuations du niveau marin sur la période - 400 000 ans à actuellement d'après Brinkman et Pons (1968), Torres (1993), Bard et al., (1996). Madison et al., (1987)

Figure 4 : Coupes géologiques de la plaine côtière guyanaise au niveau de Sinnamary (A) et de la savane Matiti (B) - Comparaison des épaisseurs et des altitudes des phases de sédimentation (d'après Palvadeau)

Figure 5 : Les cordons sableux côtiers

Figure 6 : Les sédiments d'origine fluviatile

Figure 7 : Coupe géologique et lithologique de la plaine côtière guyanaise au niveau de la savane Matiti

Figure 8 : Répartition spatiale et temporelle des indices de mouvements verticaux récents en Guyane (d'après Palvadeau, 1998)

Figure 9 : Contrôle probable de la répartition des dépôts quaternaires par la morphologie du socle, elle-même influencée par la néotectonique

Figure 10 : Cartographie des ressources potentielles en eaux souterraines

Figure 11 : Les terrains de couverture

Figure 12 : Influence de la tectonique récente sur la morphologie des thalwegs hors zone côtière (schéma de principe de la morphologie du bassin moyen de I'Aprouague)

Figure 13 : Filon de dolérite en zone de socle

Figure 14 : Les alluvions fluviatiles

Figure 15 : Coupe synthétique transversale de la vallée du fleuve Maroni

Figure 16 : Des eaux souterraines peu profondes en général

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La Guyane Française se situe à la marge NE du bouclier des Guyanes, craton qui occupe la rive gauche de l'Amazone, depuis le SE de la Colombie à l'estuaire de l'Amazone.

Les tenains de socle qui affleurent en Guyane française sont d'âge paléoprotérozoïque (autour de - 2 milliards d'années) et comprennent des séries plutoniques et métamorphiques, d'origine volcanique et sédimentaire (fig. 1).

Un magmatisme s'est développé lors de l'ouverture de l'Atlantique (- 193 à - 200 MA). Il s'est traduit par l'apparition de petits massifs intnisifs et de dykes et siils de dolérites qui recoupent le socle paléoprotérozoïque (cf. fig. 13 p. 26).

Le bouclier comporte une stntcture marquée, héritée de l'orogenèse transamazonienne. Le sillon nord guyanais est formé d'une succession de petits bassins en "pull apart" qui soulignent de grands cisaillements sénestres. Ces bassins sont constitués de grès et conglomérats (fig. 2)'.

Jusque vers 1980, l'hydrogéologie de la Guyane a été pratiquement ignorée, les ressources en eau de surface subvenant largement aux besoins des villes et villages et, a fortiori, de l'habitat dispersé. Les connaissances que nous en avons aujourd'hui sont redevables de travaux récents qui ont été conduits en vue de mieux connaître la bande côtière et ses ressources, notamment par des reconnaissances en forages, ainsi que les sites habités le long des fleuves. Les acquis en hydrogéologie sont liés :

- à l'interprétation des données radar (ERS l), - à l'interprétation de la lithostratigraphie, - à l'interprétation des données ponctuelles acquises à la faveur de forages, - aux diverses tentatives, d'ailleurs fructueuses, pour adapter au contexte

tropical humide des méthodes de prospection hydrogéologique, notamment la prospection en milieux fissurés.

La nature et la distribution des principales unités hydrogéologiques tiennent en premier lieu à la structure profonde du bâti géologique et aux formes de relief. En second lieu, les potentialités hydrogéologiques tiennent à la nature lithologique du socle.

Le contexte morphologique et stmctural est contrôlé par quatre facteurs :

1. La marge continentale est abondamment fracturée. Les compartiments ainsi découpés ont connu des mouvements relatifs ascendants ou descendants, déformant les paléo-surfaces résultant de l'altération et de l'érosion du socle.

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.Roches siiiirnenlairea et voltanlques à m8<amorphiams faible

firm1tlon PARAMACA

Racheî intrusives et fortement métamwphirira

Gabbmiindmirsoci(is

Figure 1 : Carte géologique synthétique de la Guyane française (d'après Chociberi, 1974 ei Vernhei ei aL, 1992)

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2. Des ajustements isostasiques (compensations d'altitudes entre le continent et le plancher océanique) propre à la nature de la marge N de la plaque sud américaine ont engendré -et engendrent toujours- des déformations qui se traduisent par un bombement du socle et une subsidence du plateau continental légèrement en deça et au-delà du trait de côtc. Les déformations jouant sur des surfaces topographiques proches de la mer ont été propices à une succession d'épisodes de sédimentation et d'exondement qui ont construit une bande côtière sédimentaire de quelques kilomètres à 10 km de largeur.

3. Les sédiments issus de l'érosion mécanique de l'arrière pays, transportés par les cours d'eau ont, par le jeu des variations du niveau de base (niveau marin) et par le jeu des ajustements isostasiques, constitué des dépôts en terrasse dans les thalwegs. Ils ont participé, sous forme de mélange avec les sédiments marins, à i'édificatioli de la bande côtière.

4. A ceci s'ajoutent trois facteurs exogènes : un flux sédimentaire marin, argileux, abondant, charié depuis l'estuaire de l'Amazone par les courants côtiers, qui remonte du SE vers le NW, une action liydrolysante propre au climat tropical humide qui développe d'importantes épaisseurs de formations altérées à la surface du socle, et enfin des fluctuations du niveau marin qui, à la seule éclielle du Quaternaire, ont eu une amplitude qui atteint 150 m.

Bassin d e la mana &

Figure 2 : Schéma structural du Sillon Kord-Guyanais montrant la structuration en bassins de type "pull-apart" de I'ensemble

détritique supérieur (d'après Milisier al., 1995) 1 : ensemble détritique supérieur ; 2 : sens des paléocourants ; 3 : chevauchements ; 4 : décrochements senestres



Si nolis reprenons un à un les ensembles morphostnicturaux pour examiner leurs potentialités hydrogéologiques, par ordre d'importance décroissante, nous trouvons s~iccessivement :

- la frange sédimentaire quaternaire de la bande côtière ; nous examinerons la série lithostratigraphique, la forme de la paléostirface du socle, la géométrie des structures aquifères, les caractéristiques hydrodynamiques estimées, l'état des connaissances actuelles, l'exploitation qui en est faite aujourd'hui ;

- le socle, affleurant et subaffleurant, c'est-à-dire tour à tour sous couverture d'altération (éléments autochtones) et sous recouvrement sédimentaire (éléments allochtones) ; nous insisterons plus particulièrement sur les méthodes de recolinaissance adaptées au contexte tropical humide.

- les systèmes aquitëres liés aux alluvions fluviatiles ; nous examinerons la stnicture et l'âge des dépôts, les potentialités et les exploitations.



On suit la bande côtière du Vénézuela jusqu'à l'embouchure de l'Amazone. Elle présente des développements divers atteignant 200 km de largeur au Guyana. Sa morphologie et son développement sont fortement dépendants des facteurs suivants :

- la subsidence du socle au voisignage de la marge, - les apports sédimentaires marins et la courantologie qui régularise le modeté du trait

de côte, - les fluctuations du niveau de la mer et en particulier du niveau actuel qui est un des

plus hauts connus sur la période allant de - 400 000 ans à nos jours.

Nous examinerons une à une les composantes qui ont modelé ces formations pour tenter d'en faire une synthèse hydrogéologique.

ande côtière

Si la bande côtière offre une séquence allant du Tertiaire au Quaternaire au Sunnam, on ne connaît que des terrains quaternaires en Guyane française. Suite à de récentes

2 investigations, on distingue quatre épisodes sédimentaires majeurs ou phases transgressives qui correspondent aux périodes interglaciaires qui ont été accompagnées de hauts niveaux de l'océan. Sur la figure 3 qui présente la fluctuation du niveau marin pendant la période - 400 000 ans à l'actuel on distingue les quatre épisodes Pl à P4, datés de - 330 000 ans, - 133 000 ans, - 120 000 ans et la période subactiielle.

Figure 3 : Fluctuations du niveau marin sur la période - 400 000 ans i actuellement

d'après Bri~rkrrrurr el Po~rs (1968), Torres (1993), Bard et al., (1996). I)Iuriisorz el al., (1987)

2 Robelin (1997) : Palvadentr (1998)

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Le tableau ci-dessous précise la succession des phases de sédimentation. Les épaisseurs de ces niveaux sont très inconstantes car elles sont étroitement conditionnées par le relief de la paléosurface rencontrée par la transgression, autrement dit de la cote altimétrique du socle à l'époque, ou de l'état d'incision des niveaux sédimentaires antérieurs. A l'échelle de la Guyane française, cette bande côtiére ne semble pas excéder 120 m de puissance. Les indications d'épaisseur ci-dessous résultent des investigations de détail conduites en 1993 à Sinamary et à la Savane Matiti.

Coropina-Coswine

Série détritique de base

(Pléistocène moyen)

Phase de

édirnerirntion

P4

P3

P2

PI

Marais d'arrière de 1 I I 1 4.5

Les deux coupes géologiques de la figures 4 présentent la disposition des horizons P l à P4 à la faveur des observations issues de deux campagnes de recherche à Sinamary et à la Savane Matiti (1993).

Pour compléter cette série et par analogie avec la série sédimentaire du Surinam, il convient d'évoquer l'existence possible, antérieurement à la phase Pl, d'une série pléistocéne inférieur (âge estimé à - 1.8 MA 3 - 700 000 ans) qui serait composée majoritairement de sables micacés appartenant à la frange du socle ancien.



ssw A =&

Distance (km) N N E

Figure 4 : Coupes géologiques de la plaine cotière guyanaise au niveau de Sinnamary (A) et de la savane Matiti fJ3) - Comparaison des épaisseurs et des

altitudes des phases de sédimentation (d'aprb Paivadeari) -PI u PJ :phases de sédi~~ieritntion (voir terfe)

1.2. Lithologie des dépôts de la bande côtière

Les faciès sont liés à la dynamique sédimentaire, dépendante elle-même de trois facteurs principaux :

O A différentes périodes, notamment entre - 20 000 ans et - 12 000 ans, des bamères récifales ont protégé la côte des apports en provenance de l'Amazone, diminuant ainsi la charge argileuse des dépôts.

O La forme des dépôts est liée à deux composantes dynamiques : une courantologie marine parallèle à la côte, de moyenne puissance, tendant à établir une morphologie en cordons successifs, parallèles et une courantologie d'estuaire perpendiculaire à la côte, amenant des éléments détritiques plus grossiers. La résultante est naturellement une composition des deux, à savoir pour les petits cours d'eau, une déviation vers PWNW des estuaires -déviation pouvant atteindre 90'- et une imbrication de cordons marins et fluviatiles, et pour les cours d'eau puissants une dominante de la courantologie perpendiculaire à la côte et un report de sédiments fluviatiles au-delà de l'estuaire et le long de la côte, sans morphologie distincte.

O Les périodes de bas niveaux océaniques qui ont conduit les cours d'eau à éroder, au droit de leur estuaire, les dépôts marins et continentaux pré-existants.

La lithologie est par conséquent complexe et surtout variable d'un point à l'autre de la bande côtière.



Figure 5 : Les cordons sableux côtiers Des éléments déh'tigues de taille moyenne sont produits et disposés en cordons wb- parallèles à la côte par Puciron conjointe des cours d'eau et des courants marins. Ils co- existent avec des dépôts lités de sédiments argileun: d'origine marine dont on voit l'origine dans l'eau souvent boueuse proche de la côte.

Figure 6 : Les sédiments d'origine fluviatile DB granulomém'e moyenne à grossière, ils constituent une partie des apports dans la bande côtière, ici â quelques kiiomèhes d l'intdrieur des terres,



Une illustration de cette lithologie (fig. 7) est reprise de la coupe transverse à la bande côtière établie dans la Savane ~ a t i t i ~ . Certaines structures comme les cordons ont une morphologie linéaire qui suit le tracé des anciens estuaires et du littoral. Ces cordons sont souvent en relais les uns des autres. D'autres structures ont une morphologie en couches, interrompues et contrôlées par la paléosurface pré-existant à leur dépôt.

Deux traits marquants se surimposent à cette disposition ; ils sont dûs à deux types de formations dont la présence est relativement constante à savoir :

- une série de cordons sableux datés d'environ - 6000 ans séparant une plaine côtière récente (externe) et une plaine côtière ancienne (interne),

- des sables blancs originaires du milieu dunaire littoral, granoclassés par le brassage des vagues et par l'action éolienne qui ont certainement existé à de nombreuses périodes mais chaque fois rapidement remaniés par le brassage marin lors des transgressions ultérieures. Toutefois les sables des phases Pl et P2 (à 133 000 et 330 000 ans) semblent ne plus avoir été atteint par la mer en raison du bombement du bouclier et sont demeurés en deux endroits de la plaine côtière ancienne, à savoir une ligne reliant St Laurent, Mana, Organabo, Iracoubo, à une altitude comprise entre 12 et 25 m (P2) et un plateau à l'altitude de 35-40 m visible le long de la RN1 au Sud du Centre Spatial Guyanais (Pl).

SW oistance (km) NE

Figure 7 : Coupe géologique et lithologique de la plaine côtière guyanaise au niveau de la savane Matiti (d'après Palvadeau, 1998)

A - Faciès et séquences sédimentaires B - Ages 14C et discontinuités sédimentaires

Robelin (1997)



1.3. Epaisseur et altitude des formations de la bande côtière

S'il est admis que chaque phase de sédimentation marine s'apparente à une accrétion et un comblement de dépressions morphologiques, internes à des lignes de récifs, selon un contrôle altimétnque par le zéro de la mer du moment, plusieurs facteurs ont joué depuis :

1) Un bombement du socle et une subsidence en mer, liés à des ajustements isostatiques complexes, toujours actifs à l'actuel.

En limitant l'examen à la Guyane française, les mouvements actuels et subactuels liés à la marge continentale peuvent se résumer selon les termes de la figure 8 ci-après. Ce facteur explique l'altitude anormalement élevée de la bande côtière ancienne (et la préservation des cordons sableux anciens) alors que le niveau de la mer, lors des phases P l et P2, était voisin du niveau actuel à 10 m près.

Figure 8 : Répartition spatiale et temporelle des indices de mouvements verticaux récents en Guyane

(d'après Palvadeau, 1998)


Les ressources en eaux souierraines de la Guyane

2) Un jeu -ou rejeu- des accidents (failles) du socle notamment sous la couverture constituée par les sédiments côtiers.

Les mouvements relatifs de compartiments faillés contigus dans le socle sont très bien illustrés par la figure 9. On y remarque que les limites latérales des dépôts d'estuaires et les dépôts fluviatiles du cours inférieur du fleuve Kourou, situé à une altitude voisine du zéro NGF, coïncident avec la position de linéaments du socle. Les dépôts épais semblent indiquer la présence d'un compartiment tectonique abaissé. En revanche, l'épaisseur des sédiments de la bande côtière immédiatement au SE est très faible, coïncidant avec un socle subaffleurant : le décalage d'altitude de la paléosurface du socle d'un compartiment à l'autre correspond au rejet de ces failles.

- - Is

L~calisation : Linéarnents Extension des formations 000

Failles delimitani respectivement report des limites ailuvionnaires récenies au NE, SW, SE : le compartiment de la feuille Kourou (quaternaire : argile de Coswine abaissé occupé par la plaine SE 6 1/50 000 et torrnation d'arrière cordon). alluviale du neuve Kourou

Figure 9 : Contrôle probable de la répartition des dépôts quaternaires par la morphologie du socle, elle-même influencée par la néotectonique

La structure interne des dépôts sédimentaires pourrait, selon certaines hypothèses, résulter de l'emboitement de plusieurs paléosurfaces, au moins 3, cependant les observations de terrain ne montrent aucune évidence de faciès et soutiennent plutôt bien l'idée d'emboitement de cuirasses dont les deux plus hautes sont anciennes. Le contrôle "par en-dessous" de l'épaisseur des dépôts prend toute son importance dans les applications à l'hydrogéologie et aux ressources du sous-sol de la bande côtière, malheureusement il est encore très mal reconnu en dehors des places où il se déduit de la lecture de la carte géologique. La montagne du Mahury au SE de Cayenne semble en être une autre illustration avec sa surface tabulaire de type paléosurface pénéplanée, un socle partout alentours plus bas que le zéro NGF actuel et un ennoyage à la base dans les sédiments de la bande côtière : le socle est cette fois plus haut que le zéro actuel de la bande côtière.



. Ressources potentielles en eaux souterraines

L'approche par la stratigraphie et La géodynamique avait pour but de montrer que les formations en question sont d'une complexité et d'un abord difficile en trois dimensions car les règles de continuité que l'on a appliqué aux bassins sédimentaires ne s'appliquent pas ici. Les descriptions les plus avancées ont eu recours soit à des coupes de terrains (séries de forages) soit à des levés de surface et de subsurface réalisés localement sans qu'il eut été possible de généraliser à l'ensemble du domaine. Le principal exercice proposant une vision d'ensemble concerne quatre zones témoins, éhidiées et cartographiées à 1150 000 de 1990 à 1995. Elles concernent 1820 kmz essentiellement sur la bande côtière, à hauteur de Cayenne, Kourou et Mana-St Laurent. Suite à un levé détaillé des formations superficielles, l'analyse lithologiquc et morphologique a conduit à qualifier et à rapprocher six facteurs hydrogéologiquement significatifs :

- la perméabilité de surface et l'aptihlde à l'infiltration des eaux, - la perméabilité à faible profondetir (moins de 80 m) issue de données recueillies sur

des forages, - l'extension, donc le volume, de chaque formation (sa capacité totale), - la proximité du biseau salé, - les données ponctuelles de productivité sur forages.

La combinaison de ces facteurs a donné une échelle en cinq classes de potentialités hydrogéologiques allant de "défavorable" à "très favorable" dans une optique d'exploitation de la nappe pour des villages et des habitations isolés. Cette cartographie "indirecte" laisse sous-entendre que les paramètres traditionnels, perméabilité calculée, piézométrie, débits d'échange aux limites sont la plupart du temps méconnus. A défaut, retenons que :

- la piézométrie suit en général la topographie (nappe subaffleurante), - l'hétérogénéité du bâti géologique de la plaine côtière permet difficilement les

interpolations entre valeurs ponctuelles calculées (transmissivité ou perméabilité).

Le tableau ci-après reproduit la légende commune à chacune des cartes et à titre d'illustration deux cartes des potentialités hydrogéologiques sont reproduites : Kotirou SE et Mana-St Laurent (fig. 10).

Un nouveau mode d'exploitation des eaux qui saturent les formations de la bande côtière, perméables ou semi-perméables, a été récemment testé avec succès dans I'Ile de Cayenne. Il consiste à utiliser le socle fracturé en relais entre les formations capacitives sits-jacentes et le forage. Le processus consiste à forer jusqu'au socle, exploiter le système fracturé, et ainsi solliciter par drainance descendante les eaux contenues dans les formations sédimentaires peu perméables. L'eau transite ainsi d'un volume de sédiments (3D) par un réseau de fractures (2D) à un élément linéaire, le forage d'exploitation (ID). Les résultats seront examinés dans le 3 2 consacré au socle.



Il. 0 I 2m 1 + CaracLbrs favorable demontre

Caraîtars favorabla incertain :pmslbl% a rschsrchm ' { ponotueliemmt favorable dans un ennambla defavorable

- C ~ P O E ~ ~ P P d b f w o ~ ~ b l e

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designees par leur wda leau de la carta Iithalqlque. Sur 1s carta. I'echalonnemant dao teintes parmst. de nulvro visu~llemant Io pasaago den Rrmotlonr Iss plus Fau.rabloP eux formations les plus d-s --r

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* t x Cstta Information n'est m t e a pas Indepondenta daa ebJectlfr de produotlon :las debits indiques son, psrtiollemant li6e ia dsmsnda qui e ta i t ~ p ~ l m e s e t su type d'ouvrage rbslir~s.

Figure 10 : Cartographie des ressources potentielles en eaux souterraines Légende commune aux cartes publiées de 1990 à 1995

dont Mana-St Laurent et Kourou SE

Document BRGM - Selvice Eau


Figure 10 (suite) : Cartographie des ressources potentielles en eaux souterraines Feuiile 1/50 000 de Kourou SE, réduction par un facteur 3 environ

(voir légende ci-avant)

Document BRGM - Semice Eau


Figure 10 (suite) : Cartographie des ressources potentielles en eaux souterraines Feuille 1/50 000 de Mana-St Laurent, réduction par un facteur 3 environ


(voir légende ci-avant)


1.5. Conditions exploitation

Le mode de fonctionnement hydrogéologique est simple :

- une recharge naturelle directe depuis toute la surface, - un échange souterrain avec le socle notamment l'amère pays, plus haut en altitude, - un drainage gravitaire par les cours d'eau dont l'altimétrie est uniformément voisine

de zéro, à l'aplomb de la bande côtière, - des échanges directs avec la mer, occasionnels et soumis au rythme pulsatoire des

marées.

La recharge n'a jamais été estimée directement. Le régime des précipitations comporte une alternance saison humide/saison sèche. La saison des pluies s'étend du 15 novembre à mi août (9 mois) avec deux mois plus pluvieux, mai et juin, qui voient tomber 45 % des précipitations annuelles. Au total, ces précipitations annuelles sont rarement inférieures à 2 m et atteignent 4 m (montagne de Kaw). L'humidité atmosphérique proche de la saturation (90 % en mai, 81 % en saison sèche) réduit d'autant l'évapotranspiration.

Par analogie avec les forages exploités existants, on estime les débits potentiels exploitables par petits forages dans les limites suivantes :

3 .................. Cordons sableux de paléo-rivages 5 à 10 m ih Puils à drnitzs recotntnntzdés . , 3 Sables podzolises .................................................... 1 m /h Sables argileux et lentilles sableuses ..... 10 m3/j à 10 m3/h (Coswine)

1.6. Chimie des eaux

Les données, notamment celles qui furent recensées dans des zones témoins, montrent une homogénéité remarquable des faciès chimiques, quelle que soit la provenance des eaux avec :

- une très faible minéralisation, - une très faible teneur relative en sels de Ca et de Mg (dureté), en éléments alcalins

libres, carbonates et bicarbonates alcalins (TAC), ainsi qu'en alcalino-terreux, chlore, chlorures, sulfates, nitrates, nitrites et ammoniaques,

- un pH faible (4 à 5.7), - des teneurs relatives en fer élevées, - localement des effets marquants liés à la présence de la matière organique.

Le renouvellement par infiltration des eaux au droit des cordons et des lentilles de sable (à 95 % de silice) entretient localement une minéralisation extrêmement basse.

Document BRGM - Setvice Eau


Bien que fort hétérogène, le socle n'a pas encore été étudié sous l'angle d'un rapprochement lithologie-hydrogéologie. 11 a été plusieurs fois prospecté et exploité à faible profondeur (moins de 100 m) après qu'il fût choisi de privilégier les caractères physiques du milieu à savoir la présence et la transmissivité des fractures, la capacité des altérites, et depuis peu, la liaison entre la capacité des formations sédimentaires et le système fracturé.

Les zones qui ont été prospectées sont encore très liées à la proximité des habitations et des exploitations. Quelques travaux exploratoires en zones vierges ont été entrepris récemment, les tins pour mettre au point une méthode de prospection croisant plusieurs techniques, l'analyse morpho-structurale, la géophysique et l'émanométrie radon, les autres pour la recherche de sites non influencés en vue de l'exploitation et de la mise d'eau en bouteille.

Les systémes aquiferes du socle se caractérisent par une dissociation entre les deux principales fonctions, la capacité d'emmagasinement et l'aptitude à l'écoulement. Le stockage, qui détermine le v&me de la ressource, est lié aux formations de couverture, altérites ou couverture sédimentaire. tandis Que la fonction de conduction directement liée à la perméabilité, dépend du réseau des fractures et de leur remplissage. Cette réflexion a guidé le développement récent des méthodes de prospection dans le socle, en utilisant au mieux les relais entre socle fracturé et altérites ou socle fracturé et sédiments.

La couverture d'altération est en règle général abondante Qusqu'à 50 m de puissance, fig. 11) et laisse entrevoir une ressource importante en volume, mais I'argilisation poussée rend le milieu semi-perméable et parfois quasi-imperméable. Les couvertures sédimentaires, d'épaisseur comprise entre O et 200 mètres environ, sont argilo-sableuses et se comportent souvent de manière comparable. Le relais par un système fracturé dense permet d'exploiter l'eau contenue dans les horizons de surface perméables ou semi-pennéables. Les deux points clé à analyser sont la porosité du milieu semi- perméable, son épaisseur, sa continuité et la présence de fractures dans le socle qui assurera la fonction conductrice. Moins la formation de surface est transmissive et plus le relais, c'est-à-dire le développement des surfaces de contact avec le socle, doit être important.



Figure 11 : Les terrains de couverture Ils peuvent présenter une épaisseur importante. On observe sur cette vue prise d'une piste en déblai un horizon supérieur, allochtone (terrains meubles, éboulis de pente), sous lequel s'est développé une formation issue de l'altération chimique "sur place" de la roche constituant le substratum. Cette tranche d'altération peut être considérable. Elle contient en abondance des minéraux argileux qui la rendentpeu perméable.

2.1. Analyse morpho-structurale des structures fracturées pour la recherche d'une perméabilité de fracture

1. Les fractures résultent du contexte tectonique régional, des directions de contraintes anciennes, et s'observent le plus souvent groupées par familles directionnelles (fig. 9). Certaines ont été accompagnées de mouvements relatifs, ascendants ou descendants des compartiments, dont la manifestations la plus apparente dans l'arrière pays se lit à travers le réseau hydrographique.

2. Les ajustements isostatiques du socle engendrent des contraintes régionales qui jouent de façon différentielle sur les fractures, selon la famille directionnelle à laquelle elles appartiennent. Le bombement, actif à l'actuel, sensiblement parallèle à la côte engendre des contraintes de traction perpendiculairement à la côte. Par conséquent, les fractures parallèles à la côte devraient actuellement travailler en ouverture. 3 Les directions favorables sont comprises entre N80°E et N120°E.



3. La disposition des contraintes régionales régnant en profondeur peut être perturbée près de la surface par les reliefs les plus notables. De plus, les contraintes locales extensives doivent s'exercer près de la surface sur la zone côtière (direction NE-SW) et le long des parties hautes dti bourrelet périphérique engendré par le cône sédimentaire de l'Amazone dont une partie traverse du Nord au Sud le ceur de la Guyane (Est Ouest). Apatou et Grand Santi sont des exemples de cette situation.

4. Le réseau hydrographique souligne de façon inégale le système de fractures. Fractures ayant joué en ouverture, fractures soumises à une compression influent différemment sur la sinuosité des cours d'eau. La morphologie du réseau hydrographique est un élément d'appréciation des directions de contrainte et de paléo- contraintes horizontales. On observe en particulier entre St Georges et Camopi de telles dissemblances qui attestent d'une installation plus facile des segments de cours d'eau selon la direction N30°E.

En outre les longueurs des affluents d'un même cours d'eau sont plus importantes dans la direction d'incision et d'érodabilité maximum et l'on observe à l'échelle de la Guyane entière une tendance à la disymétrie des bassins par rapport au drain principal. Pour les cours d'eau sensiblement perpendiculaires à la côte, l'aire, ou le "demi-bassin", occnpée par les affluents de rive droite est souvent moins importante que celle occupée par les affluents de rive gauche.

La combinaison de l'incision produite par le cours d'eau avec le rejet des fracturcs conduit à des figures telles que l'illustrent le schéma explicatif figure 17.

Figure 12 : Influence de la tectonique récente sur la morphologie des ttialwegs hors zone côtière

(sctiérnu de principe de la rnorpltologie du bassin nioyea de I'Aprouague)

5. De nombreux filons parcourent le socle, en particulier des filons de dolérite (jurassiques) qui furent rapidement soumis après leur mise en place à des contraintes thermiques différentielles. Ils présentent une fracturation due au retrait thermique. Les filons les moins épais (moins de 1,5 m d'épaisseur) ont été plus sensibles à ces contraintes aux épontes et présentent une fracturation très dense sur toute leur épaisseur. Les filons plus puissants sont surtout fracturés aux épontes et compacts au cœur.



Figure 13 : Filon de dolérite en zone de socle Cette vue prise dans une carrière à proximité de Cayenne montre un filon de dolérite de 1.5 m d'épaisseur environ, sub-vertical, et présentant une intense fracturation perpendiculaire à ses épontes. La même configuration, à moyenne profondeur, est favorable à la circulation et à la collecte des eaux souterraines.

6 . La combinaison de ces facteurs permet de dégager des guides assez efficaces pour la prospection de l'eau dans le socle. Des reconnaissances récentes ont permis d'affiner les interprétations y compris sur des zones dont la couverture d'altérites a une épaisseur non négligeable. Toutefois la connaissance des structures est subordonnée aux travaux qui ont déjà eu lieu et l'on se trouve encore à un stade où nombre de secteurs non explorés nécessitent un test de performance et parfois une adaptation de la méthode au contexte local. Une approche intermédiaire consiste à réaliser sur de telles zones des tests de potentialités avec restitution cartographique, tests qui ne se limitent pas nécessairement au socle, en s'appuyant sur une approche multiparamètres (voir tableau § 1.4).

2.2. Potentialités

Les débits que l'on peut escompter des forages au socle varient sensiblement avec le type de roche. Les récentes investigations, mettant en œuvre les techniques précédemment décrites conduisent aux ordre de grandeur suivants4 :

4 qui ne constituent cependant pas des échantillons statistiques

26 Document BRGM - Selvice Eau


3 - migniatites .................................................. 8 à IO m /h 3 - formations volcano-sédimentaires ....................... 17 m ih 3 - formations schisteuses ....................................... 3-5 m ih

- leptynites .................... ... .............................. 10 m3/h 3 - roches ignées à gros grain, leptynites ................... 20 m /h

La qualité des eaux apparaît très différente de celle des eaux de surface et l'inter-action eaulroche est importante. On relève courrament dans les eaux du socle des concentrations minérales de 200 à 300 mg4 quand parallèlement les concentrations dans les eaux de surface sont de 20 à 30 mgil. Des raisons pratiques font que de telles données proviennent de zones à morphologie peu accusée ce qui permet de conclure à des circulations naturelles très faibles dans le socle, donc des eaux peu renouvelées naturellement, et une absence de circulations profondes. Enfin un trait qui marque la qualité de l'eau en tous lieux est la présence très fréquente de fer et de manganèse.



3. Les systèmes aquifères des alluvions fluviatiles e t des terrasses

Les principaux fleuves de Guyane présentent des terrasses fluviatiles, au moins dans leur cours inférieur. En toute rigueur, des terrasses peu étendues ne devraient pas être comptées dans les systèmes aquifères d'importance si les plateformes qu'elles constituent n'étaient, en Guyane, le second pôle d'implantation démographique, après les sites de la côte.

3.1. Origine des terrasses et lithologie

Les fluctuations climatiques quaternaires avec alternance de périodes glaciaires et interglaciaires ont amené de multiples fluctuations du niveau de base océanique dans . une fourchette altimétrique de 150 m.

Figure 14 : Les alluvions fluviatiles Les alluvions souvent moyennes a grossières (sables) et classées peuvent constituer des aquifères locaux lorsqu'elles ont comblé des paléochenaux de cours d'eau. On observe par ailleurs la fracturation du socle distincte sur ce saut : la supelposition des deux formations permet d'envisager une ressource exploitable par la capacité d'emmagasinernent du sable et par la perméabilité de la roche dure qui permet 9 cette eau de s'écouler vers un point de captage par exemple.



Les périodes glaciaires ont été marquées par une activité d'érosion-sédimentation plus intense que les périodes interglaciaires, favorisant une sédimentation alluviale. Le bombement de la marge du craton a progressivement relevé l'altitude de ces plaines alluviales, tout en favorisant leur reprise partielle par l'érosion, ce qui a conduit à cette morphologie en terrasses. Le phonomène s'est répété au rythme des fluctuations climatiques quaternaires.

Une récente campagne d'investigation le long du Maroni a conduit à proposer un schéma struchtral de principe, au moins pour le Yi cours inférieur du fleuve (300 km) en quatre terrasses décrites comme suit.

Dénomination

terrasse haute

terrasse de niveau moyen

terrasse intermédiaire

terrasse basse

rupporr au 'tivearr acttrel Litlrologie

dtrjleuve

- - - - - - - - - Conglomérat de base, grossier, passant loca-

5 m dépôts argilo-sableux peu cohésifs

Epaisserrr

- 330 000 peu fréquente - - - - - 350 O00

La dénivelée diminue dtr cours amont dit Maroni en direction dtr cotrrs médian. puis atrgrnente à nouveau vers le corrrs aval. Ce paran~ètre reste à étudier pour les aufresjle~rves. en considérant les aniplirirdes locales de In surrection drr socle

** Radio carbones, voir biblio : de Boer 1972 in Synt/r&e Palvadeair 1998

Considéré dans le sens longitudinal, la présence des terrasses est sporadique, mais les faciès sont constants de l'amont à l'aval.

3.2. Hydrogéologie des terrasses fluviatiles (fig. 15)

Les terrasses sont situées en position haute par rapport au fleuve, reposant sur un socle souvent largement entaillé par le fleuve et altéré (faciès sableux ou sablo-graveleux). Les aquifères des terrasses sont généralement en connexion hydraulique avec le fleuve, et le niveau piézométrique surmonte de peu la cote de l'eau du fleuve. En raison de la continuité piézométrique, le niveau d'eau est plus profond dans les terrasses anciennes (les plus hautes). Cette disposition piézométrique correspond à un drainage gravitaire du socle par les terrasses, un apport par la recharge directe des terrasses et un drainage par le fleuve.


14 I : période interglaciaire G : période glaciaire

Séquences Séquences Séquences argilo-sableuses conglomératiques sabla-argileuses

2 Figure 15 : Coupe syntliétique tninsversale de 1:i vallée d u fleuve Maroni, présentant les variations du niveau du fleuve indiquées par les différentes générations de terrasses (Tl à T4). Encadré en bas à droite, mise en correspondance des variations du niveau du fleuve avec les

grandes fluctuations climatiques données par les valeurs du 6180 (courbe SPECMAP) au cours des 400 000 dernières années (d'après Palvadeau, 1998)

Les ressources en eaux souferraines de la Guyane

Bien que les données soient peu nombreuses, les potentialités sont en général faibles, les perméabilités sont médiocres et les épaisseurs mouillées faibles en basses eaux. Un profil géoélectrique réalisé à Maripasoula montre une disposition des résistivités compatible avec les données de la lithologie vues précédemment, à un élément près qui est la présence d'un niveau d'altérites sous-jacent aux alluvions.



4. Conclusion

Les eaux souterraines sont présentes en quantités significatives dans de nombreux milieux naturels. Leur reconnaissance implique une approche par des méthodes qu'il a fallu souvent adapter aux conditions de la Guyane.

Tous contextes confondus, socle ou terrains sédimentaires, les eaux souterraines sont présentes et économiquement exploitables sur une profondeur qui n'excède guère 100 mètres. C'est donc une manifestation de subsurface à l'échelle d'un paysage, à l'échelle d'une zone d'exploitation telle qu'un village, ou à l'échelle d'une formation géologique : 100 mètres verticalement rapportés à quelques kilomètres horizontalement.

Figure 16 : Des eaux souterraines peu profondes en général A l'échelle d'un paysage, les eaux souterraines exploitables sont une manifestation de faible profondeur (souvent moins de 100 mètres) dont le gisement tient à la marque de la géologie profonde et à des effets externes, du climat notamment.

Une circonstance propre aux milieux tropicaux humides -et à la Guyane notamment- est le fort développement des terrains de couverture, terrains altérés et souvent peu perméables. Ce développement joue un rôle d'écran à la "lisibilité" des indices de surface et par conséquent à l'analyse directe des caractéristiques hydrogéologiques du terrain. C'est cet écran qui a conduit à donner un poids paradoxal et inhabituel à l'analyse de la structure géologique profonde pour pallier l'insuffisance ou du moins la constance des indices de surface, tout en s'efforçant de contenir les investigations dans des limites économiquement réalistes.



La recherche des eaux souterraines a conduit à opérer des retours sur des aspects fondamentaux de la géologie. C'est ainsi que l'analyse descriptive des fractures du socle a conduit à analyser les conditions de leur apparition et à mettre en évidence le rôle de la néotectonique sur deur distribution et sur leui- état d'ouverture. C'est aussi la recherche de systèmes aquifères le long des fleuves, pour satisfaire les demandes des villages, qui a conduit à mettre en évidence et à analyser de manière systématique les terrasses fluviatiles, alors que tout portait à croire qu'en période interglaciaire oit nous sommes il ne pouvait y avoir eu de sédimentation quaternaire plus élevée en altitude que les formations qui se déposent actuellement, du moins jusqti'à quelques dizaines de kilomètres des côtes.

Cette phase d'interrogation puis de recherche scientifique a abouti à forger des méthodologies mieux adaptées qui permettent d'avoir une assez bonne idée des ressources exploitables en eaux souterraines et de proposer aussi bien une approche a priori des potentialités d'une zone donnée, qu'une prospection locale dans le cadre explicite d'une demande.

Ce cadre est maintenant inscrit dans le schéma directeur d'aménagement et de gestion des eaux en Guyage (SDAGE) et devrait permettre de savoir quand et dans quelles conditions économiques la satisfaction d'une demande en eau peut avantageusement s'orienter vers les eaux souterraines.



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Le BRGiLI est un établissement public dont i'objectif prioritaire est de fountir à la collectivité la cortnaissance relative rtux caractéristiques géologiqites et aux ressources do soos-sol du territoire national.

Depuis quarante ans, le BRGiLI acquiert, actualise. gère et diffuse des données qu'il organise eti banques de données, cartes géologiques, synthèse thématiques, SIG et modélisatioiis. Par ses prestations à haute valeur ajoutée et par sa recherche tournée vers la cornpréhension des phénomènes géologiques complexes, le développenient de métliodologiqes et de technologies nouvelles, la production de données utiles et d'outils eftïcaces, le BRGM permet tle guider les choix des décitlecirs en matière de développement.

L'Etat et ses services déceiitralisks, les collectivités locales et territoriales, les agences d'objectifs et les autres organismes publics, conceniés par les implications de la çéologie dans la définition et I'application des réglernerit;itions élaborent et rnetterit en criivre des politiques de gestion durable des ressonrces natiirelles et de l'espace souterrain. Parce qu'il est en ;irnont de ces ~~robléniatiques et par sa corinaissance des "clioses cachées" qu'on doit anjorrrd'hui prendre en compte pour définir et bâtir les politiques d'aniénagement et de développement durables, le BRGM anticipe et accompagne les nouveaux besoins publics.

Fournir aux populations une eau coiifornie aux règles sanitaires ou approvisioiiner l'agriculture et l'industrie s'appuient sur l'claboration de schémas de gestion intégrée et dorable des ressources prenant en compte la liaison eau de surlàce - eau souterraine.

Le BRGM s'est forgé une réputation de spécialiste des eaux souterr;iines. I I a joué un rôle non négligeable dans i'élaboration de la loi sur L'eau de 1992 qui affirnie l'iniicité de la ressource eau de stirface - eau soutenitine et dans l'élaboration du schéma directeur pour l'aménagement et la gestion des eaux en Guyane. Souvent confronté à l'urgence des solutions à mettre eri aiivre pour répondre à des situations de crise (séclieresse, inondations, pollutions...), le BRGhl s'attaclie à développer les programmes de rectierche nécessaires i la connaissance des caractéristiques et des comportements des nappes d'eau sotilerraine.

Polir une nieiileure comprélicnsiori dii comportement des nappes, I'action pnbliqtie s'attache à :

collecter, gérer et diffuser les données sur L'état des eaux souterraines, concevoir et gérer les réseaux de siirveillancc de la quantité et de la qiinlité des eaux, concevoir et mettre en cruvre les outils d'aide à la décision notamment les motléles, appuyer techniquement les services de 1'Etat cliargés de l'application de la réglementation (Police des Eanx).

Une reclierclie scieritifiqnc qui appuie les politiqties pnbliqries orientées vers :

la compréhension de la circiilation des eaux souterraines dans les roches frac tu ries^ In détermination des zones d'alimentation des nappes et des riviires à partir de la composition cliiniique et isotopique des eaux, les techniques de gestion active des nappes (recharge artificielle, contrôle de la chimie des eaux), la mise au point de logiciels de simulation du mouvernent des nappes et tlii transpoa des polliianls.

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