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ACADEMIE D’AIX-MARSEILLE
UNIVERSITE D’AVIGNON ET DES PAYS DE VAUCLUSE




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présentée pour obtenir le grade de Docteur en Sciences
de l’Université d’Avignon et des Pays de Vaucluse


SPECIALITE : HYDROGEOLOGIE



RESSOURCES EN EAU SOUTERRAINE
DU CENTRE URBAIN DE OUAGADOUGOU AU
BURKINA FASO QUALITE ET VULNERABILITE

par Suzanne OUANDAOGO/YAMEOGO

soutenue le 28 novembre 2008 devant un jury composé de

M. Y. TRAVI professeur à l’Université d’Avignon Président du jury

M. J-P. FAILLAT professeur à l’Université de Brest Rapporteur

M. R. MOUMTAZ professeur à l’Université de Poitiers Rapporteur

M. E. NAAH professeur à l’UNESCO Nairobi Examinateur

M. A. N. SAVADOGO professeur à l’Université de Ouagadougou Co-directeur de thèse

M. B. BLAVOUX professeur à l’Université d’Avignon Directeur de thèse



Ecole doctorale: SIBAGHE
Laboratoire d’Hydrogéologie : Traçage et modélisation des transferts
























Dédicace



Cette thèse est dédiée à la mémoire affectueuse
de mon père, feu Barthélémy OUANDAOGO Remerciements

Au professeur Alain Nindaoua SAVADOGO, Directeur du laboratoire d’hydrogéologie de
l’Université de Ouagadougou qui a bien voulu m’accueillir dans son laboratoire et sans qui ce travail
n’aurait pas vu le jour. Il m’a orientée vers ce ...
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ACADEMIE D’AIX-MARSEILLE UNIVERSITE D’AVIGNON ET DES PAYS DE VAUCLUSE THESE présentée pour obtenir le grade de Docteur en Sciences de l’Université d’Avignon et des Pays de Vaucluse SPECIALITE : HYDROGEOLOGIE RESSOURCES EN EAU SOUTERRAINE DU CENTRE URBAIN DE OUAGADOUGOU AU BURKINA FASO QUALITE ET VULNERABILITE par Suzanne OUANDAOGO/YAMEOGO soutenue le 28 novembre 2008 devant un jury composé de M. Y. TRAVI professeur à l’Université d’Avignon Président du jury M. J-P. FAILLAT professeur à l’Université de Brest Rapporteur M. R. MOUMTAZ professeur à l’Université de Poitiers Rapporteur M. E. NAAH professeur à l’UNESCO Nairobi Examinateur M. A. N. SAVADOGO professeur à l’Université de Ouagadougou Co-directeur de thèse M. B. BLAVOUX professeur à l’Université d’Avignon Directeur de thèse Ecole doctorale: SIBAGHE Laboratoire d’Hydrogéologie : Traçage et modélisation des transferts Dédicace Cette thèse est dédiée à la mémoire affectueuse de mon père, feu Barthélémy OUANDAOGO Remerciements Au professeur Alain Nindaoua SAVADOGO, Directeur du laboratoire d’hydrogéologie de l’Université de Ouagadougou qui a bien voulu m’accueillir dans son laboratoire et sans qui ce travail n’aurait pas vu le jour. Il m’a orientée vers ce projet de recherche : « Aquifères superficiels et profonds et pollution Urbaine dans les grands centres Urbains en Afrique de l’Ouest » qui allait alors s’étendre sur plusieurs années, pour finalement aboutir à ma présente thèse de Doctorat. Je lui exprime ma reconnaissance et ma profonde gratitude. Au professeur Bernard BLAVOUX, du laboratoire d’hydrogéologie d’Avignon à qui je dois la direction de cette thèse. Sa grande compétence, son expérience confirmée, le suivi scientifique rigoureux et régulier ne m’ont jamais fait défaut tout au long de ce travail. Il a su me soutenir et me remettre à chaque fois sur le chemin indiqué. La confiance qu’il m’a témoignée dès les premiers jours et surtout la chance qui m’a été offerte de me « réaliser » sont à souligner ici. Je lui sais gré pour tout cela et notamment pour l’accueil chaleureux dans ce laboratoire au début de ma thèse. Cette thèse n’aurait pas pu aussi voir le jour sans le grand appui et la première confiance que Monsieur Emmanuel NAAH de l’UNESCO Nairobi a bien voulu m’accorder dès notre rencontre de Ouagadougou lors d’un séminaire international sur l’eau. Il me disait alors : « Je vous ouvre un boulevard, à vous d’aller jusqu’au bout de ce boulevard ». Je lui dois beaucoup car il m’a bien encouragée à persévérer. Je dois au gouvernement Français et plus précisément à son département des bourses en place à Ouagadougou un grand remerciement. Sans la bourse en alternance qu’il a bien voulu m’octroyer, la réalisation de mon rêve aurait sans doute été compromise. J’adresse ici une mention toute spéciale à Madame Annick GIRAUDEAU du service des bourses françaises pour le suivi régulier avec le CNOUS à Paris et pour ses encouragements renouvelés. Je remercie le professeur Vincent VALLES pour m’avoir fait découvrir un autre aspect de l’hydrogéochimie. Je veux remercier vivement le professeur Yves TRAVI, Directeur du laboratoire d’Hydrogéologie d’Avignon pour avoir bien voulu présider le jury de soutenance et surtout pour nos multiples et fructueuses discussions scientifiques. Mes sincères remerciements vont aux Professeurs Moumtaz RAZACK et Jean-Pierre FAILLAT pour avoir accepté d’être les rapporteurs de ce travail de recherche. Aux collègues du laboratoire d’Hydrogéologie d’Avignon qui ont su partager leur expérience, leur convivialité et leur bonne humeur, je dis sincèrement merci. Je remercie Michel DANIEL et Roland SIMLER pour les analyses chimiques et isotopiques. J’adresse une mention à deux personnes, Didier PIQUEMAL, ami de longue date de notre famille qui a bien voulu m’offrir l’hospitalité dès mon premier séjour dans cette ville d’Avignon et Milanka BABIC avec qui j’ai partagé avec joie et chaque jour le bureau. A Monsieur Salifou KABORE qui en toute circonstance a aidé à la réalisation de certaines cartes, à Christophe Baffo BAMOUNI qui m’accompagnait sur le terrain, aux collègues du laboratoire d’Hydrogéologie, du département de géologie de l’Université de Ouagadougou et tout particulièrement Urbain WENMENGA pour nos discussions enrichissantes sur la Géologie, aux amis des différents laboratoires d’analyses des eaux de la ville de Ouagadougou, avec une mention spéciale à Fousséni PALENFO, à Hélène COMPAORE et à AÏNA ; à tous ceux dont les noms n’ont pas été cités et qui ont contribué pour que ce rêve soit une réalité, je leur exprime ma gratitude. Je garde une grande reconnaissance à l’endroit de ma famille : Adrien Jean Modeste, Joël Bertrand et Sindy Rosemary, mes trois enfants, Modeste mon tendre époux et mes parents qui ont toujours su me redonner le courage quand la route paraissait si longue et quand l’horizon semblait si sombre. J’ai toujours retrouvé auprès d’eux l’énergie nécessaire pour repartir et aujourd’hui grâce aussi à eux je suis fière de ce résultat. Je voudrais enfin encourager mes jeunes sœurs et frères qui voudraient se lancer dans un travail de recherche de cette envergure, qu’ils aient avant tout, de la détermination et de la persévérance. Sans ces vertus, ils seraient bien tentés d’abandonner en chemin. Qu’ils se disent que chacun de nous peut s’il veut réaliser ses rêves. En cette année internationale de l’Assainissement, puisse ce travail contribuer à aider mon pays le Burkina Faso ainsi que les autres pays de la sous région à améliorer les conditions de vie des populations et surtout à atteindre l’un des objectifs du Millénaire qui est de réduire d’ici à 2015 le pourcentage de la population qui n’a pas accès à un approvisionnement en eau potable ni à des services d’assainissement de base. Ce travail alors aura été utile et c’est mon seul vœu. RESSOURCES EN EAU SOUTERRAINE DU CENTRE URBAIN DE OUAGADOUGOU AU BURKINA FASO QUALITE ET VULNERABILITE 1 TABLE DES MATIERES INTRODUCTION GENERALE PROBLEMATIQUE ET METHODES EMPLOYEES––––––––––––––––9 PARTIE I - CADRE DE L'ETUDE –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––15 CHAPITRE I - CADRE PHYSIQUE –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––16 I.1 - Situation géographique –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––16 I.2 - Relief et Hydrographie –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––17 I.2.1 - Relief –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––17 I.2.2 - Les principaux cours d'eau et leur bassin –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––17 I.2.2.1 - Le bassin du Nakanbé ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––18 I.2.2.2 - Le Massili et son régime saisonnier ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––18 I.2.2.3 - Ouagadougou et son bassin versant–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––21 I.3 - Les grands traits du climat–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––23 I.3.1 - La pluie ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––23 I.3.2 - La température –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––24 I.3.3 - Les vents et le rythme saisonnier des précipitations ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––25 I.4 - Les paramètres climatiques de Ouagadougou ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––26 I.4.1 - La pluie de la région de Ouagadougou –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––26 I.4.2 - Les températures à Ouagadougou –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––28 I.4.3 - L'humidité relative –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––28 I.4.4 - L'évapotranspiration potentielle ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––29 I.5 – Conclusion –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––30 CHAPITRE II - CONTEXTE GEOLOGIQUE –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––31 I - CADRE GEOLOGIQUE GENERALE ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––31 I.1 - La géologie du Burkina en Afrique de l'Ouest –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––31 I.2 - La lithologie des principales formations ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––34 I.2.1 - Le socle paléo protérozoïque (Birimien) –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––34 I.2.2 - La couverture sédimentaire ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––35 I.2.3 - Les formations récentes du quaternaire ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––35 I.3 - Aperçu sur la tectonique du Burkina Faso ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––36 I.3.1 - L'orogenèse éburnéenne –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––36 I.3.2 - L'orogenèse panafricaine ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––36 2 I.4 - Conclusion partielle ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––37 II - GEOLOGIE DE OUAGADOUGOU ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––38 II.1 – Introduction ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––38 II.2 - Morphologie des affleurements –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––38 II.3 - Lithostratigraphie des principales formations ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––41 II.3.1 - Socle birimien –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––41 II.3.2 - Dolérites post-birimiennes ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––44 II.3.3 – Altérites –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––44 II.3.4 - Alluvions (quaternaire) –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––44 II.4 - Contexte tectonique du socle de Ouagadougou ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––46 II.4.1 - Etude de la fracturation –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––46 II.4.2 - Cartes de linéaments ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––53 II.4.3 - Rôle des différentes fractures –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––54 CHAPITRE III - CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––56 I - PRESENTATION GENERALE ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––56 I.1 - Hydrogéologie du Burkina –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––56 I.2 - Hydrogéologie du socle cristallin –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––56 I.2.1 - Essai de définition des types d'aquifères ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––56 I.2.1.1 - Aquifères superficiels –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––56 I.2.1.2 - Aquifères profonds –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––57 I.2.1.3 - Schéma du mode de gisement des eaux souterraines ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––57 II - HYDROGEOLOGIE DU SOCLE DE OUAGADOUGOU –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––59 II.1 - Caractéristiques hydrogéologiques des aquifères de Ouagadougou –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––59 II.1.1 - Description des systèmes aquifères du socle cristallin de Ouagadougou d'après les forages–––––––59 II.2 - Caractéristiques des forages et épaisseurs des altérites des systèmes aquifères du socle--- 61 II.2.1 - La profondeur totale des forages –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––61 II.2.2 - Le débit des forages : Relation entre profondeur et débit ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––64 II.2.3 - Les épaisseurs d'altération totale –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––66 II.2.4 - Les épaisseurs d'altérations saturées : Relation entre épaisseur d'altération saturée et épaisseur d'altération totale –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––67 II.3 - Caractéristiques hydrodynamiques des forages de Ouagadougou –––––––––––––––––––––––––––––––––––––----------72 II.3.1 - La transmissivité ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––72 II.3.2 - Le coefficient d'emmagasinement –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––72 II.3.3 - La perméabilité –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––72 II.3.4 - Les débits spécifiques ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––73 3 II.4 - La piézométrie des aquifères et variations naturelles –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––75 II.4.1 - Evolution temporelle du piézomètre du CIEH (nappes d'altérites) ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––75 II.4.2 - Evolution temporelle de piézomètres des nappes de fissures/fractures –––––––––––––––––––––––––––––––78 II.4.2.1 - Evolution temporelle du piézomètre QP 106 ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––79 II.4.2.2 - Evolution temporelle d'autres piézomètres (QP121 ; QP104 ; QP98) ––––––––––––––––79 II.5 - Les ressources en eau de Ouagadougou et son alimentation ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––81 II.5.1 - Les ressources en eaux de surface –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––81 II.5.2 - Les ressources en eaux souterraines ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––82 PARTIE II - INVESTIGATIONS, RESULTATS ET INTERPRETATIONS –––––––––––––––––––––––––––––––84 CHAPITRE IV - HYDROCHIMIE DES EAUX ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––85 I - CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DES EAUX DE OUAGADOUGOU –––––––––––––––––––––––85 I.1 - Méthodes d’échantillonnage et d’analyses––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––85 I.1.1 - Les campagne de prélèvements –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––85 I.1.2 - Les méthodes d'échantillonnage ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––88 I.1.3 - Le dosage des Ions ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––88 I.1.4 - Le traitement des résultats –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––89 I.2 - Contexte hydrochimique général –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––89 I.2.1 - Les principaux paramètres physico-chimiques –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––89 I.2.1.1 - La température ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––92 I.2.1.2 - Le pH ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––92 I.2.1.3 - La conductivité électrique –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––92 I.2.1.4 - L'alcalinité –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––93 I.2.2 - Les éléments chimiques majeurs ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––97 I.2.2.1 - Les caractères généraux–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––97 I.2.2.2 - Les faciès des eaux –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––98 I.2.2.3 - Les analyses en composantes principales ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––99 II - LES CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DES EAUX DE SURFACE ––––––––––103 Analyse des résultats –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––103 III - LES EAUX ISSUES DE LA NAPPE DE FISSURES/FRACTURES –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––104 III.1 - Les caractéristiques chimiques –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––--------106 III.1.1 - Les cations –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––106 III.1.2 - Les anions ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––109 4
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