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Enregistreurs et indicateurs de l’évolution de l’environnement en zone tropicale

 | 
Richard Maire
, 
Simon Pomel
, 
Jean-Noël Salomon

Les indicateurs climatiques et le rôle des eaux

Impact des activités humaines sur les ressources en eau souterraine en Afrique sahélienne et soudanienne

Bernard Collignon

Résumé

Les ressources en eaux souterraines en Afrique sahélienne et soudanienne sont plus limitées que dans d’autres régions du globe (faible pluviométrie, forte évapotranspiration et abondance des roches endogènes peu perméables). Ces ressources sont très vulnérables à toute modification de leur environnement. Les prélèvements actuels sont encore réduits (faible densité de population et niveau de vie très bas). Les ressources couvrent ainsi largement les besoins. Il n’en sera plus de même dans les futures grandes villes ou périmètres irrigués. La qualité chimique des eaux est généralement satisfaisante. La qualité bactériologique des eaux est très médiocre et constitue un redoutable problème de santé publique.

The groundwater resources are more rare in northern Africa than elsewhere in the world (light rainfall, much evaporation and impervious rocks). These resources are very vulnerable to any alteration in their surroundings. The present pumpings are limited (scarce population, low life style). So the resources exceed widely the water needs. It will be different in the future big cities and irrigation plants. The water chemical quality is generally sufficient. The bacteriological quality is very poor. It is a very important problem for public health.

Texte intégral

INTRODUCTION

1En Afrique sahélienne et soudanienne, les ressources en eau souterraine sont limitées en raison de la faible pluviométrie, de la forte évapotranspiration et de l’abondance des roches endogènes peu perméables. Cependant ces ressources couvrent largement les besoins à cause de la faible densité de population et du niveau de vie très bas. En revanche, il n'en sera plus de même dans les futures grandes villes ou périmètres irrigués. Ces aquifères ne constituent pas de bons enregistreurs de l’évolution de l’environnement à long terme, mais ce sont des indicateurs des pollutions récentes d’origine anthropique. On développe dans cet article l’impact des activités humaines sur la quantité d’eau disponible et sur la qualité bactériologique qui constitue un grave problème de santé publique.

I. IMPACT DES ACTIVITÉS HUMAINES SUR LA QUANTITÉ D’EAU DISPONIBLE

A. La surexploitation des aquifères

2Le concept de surexploitation des aquifères doit être manié avec précision. Tout prélèvement d’eau par l’homme modifie les écoulements naturels et, à ce titre, a un impact inévitable sur les niveaux piézométriques et sur le débit des sources. On parle de surexploitation quand le rythme des prélèvements :

  • fait à ce point baisser le niveau piézométrique qu’il tombe sous la cote des horizons qui sont économiquement exploitables ;
  • tarit des points d'eau importants (puits, sources) ;
  • dépasse celui du renouvellement des réserves.

1. Typologie des aquifères

3Trois grandes catégories d’aquifères peuvent être distinguées :

  • le socle cristallin dont la frange altérée et fissurée (fig. 2) recèle pratiquement toujours un aquifère peu épais (quelques dizaines de mètres) et discontinu ; son exploitation est relativement facile (le niveau de l’eau est peu profond) et il est ainsi très vulnérable à la surexploitation car ses réserves sont faibles ;
  • les bassins sédimentaires postérieurs au Paléozoïque comportent de puissantes séries sableuses et gréseuses très perméables ; elles forment quelques-uns des plus vastes aquifères continus de la planète (le Continental Intercalaire et Terminal du bassin du Niger, ceux du Sahara algérotunisien, le Continental Terminal et le Maestrichtien du bassin côtier sénégalo-mauritanien et les grès de Nubie). Les grandes réserves permanentes et renouvelables de ces aquifères les mettaient jusqu’à maintenant à l’abri de toute surexploitation ;
  • les nappes alluviales et colluviales ont une extension très limitée.

2. L’alimentation des aquifères

4Le bilan en eau à la surface d’un impluvium peut s’écrire (fig. 1) : P = I + R + ETPr.

Figure 1 : Le bilan en eau d’un aquifère africain. The water balance of an african aquifer. P : précipitations. ETPr : évapotranspiration rapide. ETPd : évapotranspiration différée. I : infiltration. R : ruissellement. F : prélèvements sur puits et forages. S : sources.
P = I + R + ETPr I = S + F + ETPd
L’évapotranspiration différée (ETPd) est particulièrement forte au Sahel. Les prélèvements artificiels (F) concurrencent le débit naturel aux exutoires (S), mais sont aussi une bonne manière de diminuer la part des eaux consommée par ETPd. On parle d’exploitation minière quand F > I.

5Les régions d’Afrique soudanienne et sahélienne possèdent, par rapport aux eaux souterraines, les caractéristiques suivantes :

  • une pluviométrie annuelle moyenne de 300 à 1 000 mm ;
  • une saison des pluies unique de 5 mois ;
  • un relief modéré qui favorise l’infiltration au détriment du ruissellement, malgré le faible couvert végétal de fin de saison sèche ;
  • de fortes températures estivales qui favorisent l’évapotranspiration.

6La résultante de tous ces facteurs est un ruissellement assez faible (0 à 20 % des précipitations). Il est ainsi pratiquement nul sur une bonne partie du Ferlo sénégalais et de la boucle du Niger. L’évapotranspiration rapide à partir du sol (ETPr) reprend peu de temps après les pluies 400 à 1 000 mm d’eau par an. ARCHAMBAULT (1958) propose même l’isohyète des 400 mm/an comme limite entre les régions où les aquifères bénéficient d’une recharge sensible par les pluies et celles où cette recharge ne se fait que par le lit des oueds en crue.

7L’infiltration peut être très forte dans les terrains suffisamment perméables comme les bassins sédimentaires du Niger ou du Sénégal. Même dans les zones de socle altéré, l’infiltration est relativement importante. Au Burkina, une étude a été menée par la modélisation des variations piézométriques intersaisonnières observées (MARTIN et al., 1986). Elle indique des valeurs de 266 mm d’infiltration dans le sud du pays (où tombent 1 100 mm de pluie) à 136 mm dans le nord (pour 500 mm de pluie).

8L’eau infiltrée s’écoule dans le sous-sol et se partage entre les exutoires du système (sources et pompages) et sa reprise par l’évapotranspiration différée. La principale particularité de l’hydraulique souterraine sahélienne est la part importante de l’écoulement souterrain reprise par évaporation différée, pendant la longue saison sèche (ETPd). Celle-ci a des conséquences importantes pour l'homme :

  • certains aquifères sont “déprimés”, c’est-à-dire qu’ils comprennent des zones sans exutoire vers lesquelles convergent les écoulements souterrains ; dans ces zones, la profondeur de l’eau peut dépasser 60 m ou même 100 m, malgré un relief très modéré ; l’exhaure manuelle est alors difficile ;
  • la battement intersaisonnier du niveau piézométrique dépasse couramment 4 m, tarissant de nombreux puits en fin de saison sèche ;
  • la concentration des sels par l’évaporation atteint de tels niveaux sur les franges du Sahara que les eaux souterraines ne sont souvent plus potables.

Réserves permanentes  : C’est la quantité d’eau exploitable, stockée en permanence dans l’aquifère. C’est donc un volume. Il est déterminé par le volume de roche aquifère saturée et sa porosité efficace.
Réserves renouvelables  : C’est la quantité d’eau qui transite par l’aquifère en année moyenne. C’est donc un débit annuel. Il dépend de la géométrie de l’aquifère (pente, section) et de ses propriétés transmissives (perméabilité de la roche, densité, orientation et ouverture de la fracturation).

3. Les besoins en eau potable en milieu rural

9Les besoins en eau potable d'une population varient avec son mode de vie, ses habitudes alimentaires, etc. Pour fixer un ordre de grandeur, la DIEPA (Décennie Internationale pour l’Eau Potable et l’Assainissement : 1980-1990) avait pour objectif de fournir 20 litres d’eau par jour à chaque habitant de la planète. C’est la quantité d’eau minimale nécessaire pour la boisson, la préparation des aliments et un minimum d’hygiène corporelle. Hélas, on est loin d’avoir atteint cet objectif en 1994.

10En milieu rural africain, la consommation d’eau potable observée est généralement comprise entre 5 et 15 litres par jour et par personne. Ce n’est pas seulement un problème de ressource naturelle. Les puits existant peuvent généralement fournir plus que cette quantité. Mais reste à la transporter à la main ou sur la tête jusqu’à la maison. C’est une charge de travail énorme qui incombe généralement aux femmes et aux enfants. Ils ne transportent donc que la quantité d’eau jugée indispensable.

11A l’échelle des pays africains (500 millions d’habitants), une dotation en eau de 20 1/jour/habitant représente un volume de 10 millions de m3/jour, soit moins de 1 % des réserves renouvelables en eau souterraine. Même dans les régions sahéliennes, où la lame d’eau infiltrée ne dépasse pas 100 mm/an, les ressources excèdent d’un facteur 30 à 100 les besoins villageois (BARNEL, 1990).

Figure 2 : La structure des aquifères en région de socle en milieu intertropical et leur captage par puits et forages. The structure of african aquifers in crystalline rocks and their exploitation by means of wells and tube wells.
Le socle cristallin est altéré sur 5 à 40 m d’épaisseur. L'aquifère est constitué simultanément par la partie supérieure la plus fissurée du socle et par la base saturée d’eau des altérités.
(A) Altérités non saturées : c’est une zone de transfert vertical de l’infiltration dont l’épaisseur est suffisante pour garantir une qualité bactériologique correcte des eaux souterraines. Par contre, les altérités ne constituent pas un écran imperméable pour les polluants chimiques (nitrates, pesticides).
(B) Altérités saturées : c'est une zone à fort coefficient d'emmagasinement (1 à 5 %) où sont stockées les plus grandes réserves d’eau. La transmissivité des altérités argilo-sableuses est faible et elles ne sont pas exploitables avec des forages de petit diamètre. Par contre, les puits de gros diamètre permettent d’exploiter des débits suffisants pour l’hydraulique villaqeoise (1 à 2m3/h).
(C) Socle fissuré et altéré : c’est la zone la plus perméable et elle est exploitée par des forages de 30 à 80 m de profondeur. L’emmagasinement y est faible (0,1 à 1 %), mais cette zone transmissive permet d’exploiter les réserves des altérités par drainance. Si, à la suite d’une sécheresse prolongée, le niveau piézométrique descend jusqu’au niveau du socle, les réserves de l’aquifère sont virtuellement épuisées.
(D) Socle sain, peu productif (fissures peu ouvertes). En saison sèche, les puits dont la hauteur d’eau (h.e.) est insuffisante tarissent, alors que les forages sont pérennes. La qualité des aménagements de surface est le facteur fondamental pour la production d’une eau de bonne qualité bactériologique. (1) Margelles et drains évacuant l'eau vers un puits perdu. (2) Etanchéité margelle/colonne. (3) Exhaure collective.

4. Les besoins en eau potable en milieu urbain

12Les centres urbains représentent une forte concentration des besoins et ceux-ci croissent rapidement (5 à 15 % par an selon les villes africaines). Pour répondre à ces besoins, on peut mobiliser les ressources en eaux souterraines locales, même en région de socle. Ainsi, 100 000 habitants de Niamey et autant à Ouagadougou sont alimentés à partir de quelques dizaines de petits forages creusés à la fin des années 80. Mais une telle concentration des prélèvements dépasse souvent le rythme de réalimentation des aquifères (voir encadré). On risque d’aboutir alors à un épuisement de l'aquifère en région de socle ou à une remontée du biseau salé en zone côtière.

13Quand les eaux souterraines locales ne suffisent plus à couvrir les besoins, il reste à transférer des eaux souterraines depuis des gisements éloignés (40 km à Nouakchott, 90 km à Nouadhibou) ou à traiter des eaux de surface pour les rendre potables comme cela se fait à Niamey, Bamako ou Douala. Ces solutions sont coûteuses et souvent hors de la portée des populations urbaines déshéritées. Ainsi, l’alimentation en eau potable des quartiers périphériques des grandes villes africaines constitue-t-elle un redoutable enjeu social et sanitaire à l’horizon 2010.

Quelle population urbaine peut-elle “vivre” sur les ressources locales en eau souterraine ?
Une lame d’eau infiltrée de 100 mm (comme à Niamey ou à Zinder) apporte à un aquifère de 1 km2 une recharge de 100 000 m3/an ou encore de 275 m3/jour. Cela permet d'alimenter 6 800 personnes à raison de 40 l/jour par habitant (niveau de consommation couramment observé dans les villes africaines). Cette densité de population constitue une sorte de seuil au-delà duquel les prélèvements pour l’alimentation en eau de la ville dépasseront les réserves renouvelables de l’aquifère et conduiront inexorablement à sa vidange.

5. Les besoins en eau d’irrigation

14Les cultures irriguées, comme le riz, demandent 1 000 à 1 500 mm d’eau par cycle cultural. Selon la pluviométrie locale, l’irrigation devra donc fournir de 300 mm (en Côte d’Ivoire) à plus de 1 000 mm (dans le delta du Niger). Or la lame d’eau infiltrée est beaucoup plus faible. Elle varie entre 10 et 200 mm pour l’ensemble du Sahel et pour la plus grande partie des régions soudano-sahéliennes.

15Pour recueillir l’eau nécessaire à irriguer un hectare, il faut donc un impluvium minimum de 1,5 à 100 hectares. Autrement dit, les eaux souterraines ne peuvent assurer le développement extensif des cultures irriguées (comme celle du riz) que dans une petite partie de ces régions, et encore, en surveillant étroitement l’évolution des niveaux, pour ne pas compromettre l’approvisionnement en eau potable. De plus, seuls les aquifères sédimentaires comme ceux du Continental Intercalaire nigérien ou du Continental Terminal sénégalais sont facilement exploitables à gros débits. Dans le socle, le débit des forages est généralement trop faible pour une exploitation en irrigation extensive.

16Même limitée, la ressource en eau souterraine peut quand même jouer localement un rôle intéressant. Elle permettrait le développement d’îlots irrigués ne représentant que quelques pour cent des terres cultivables mais qui garantiraient chaque année 10 à 20 % de la production de céréales (GOUZES et al., 1985). Gardons quand même la tête froide : seules des zones particulièrement propices (bas-fonds, vallées fluviales) pourraient être mises en cultures irriguées, en mobilisant généralement les eaux de surface ou les nappes d’inféro-flux. Le maïs arrosé au canon à eau ne sera jamais au calendrier agricole de la majorité des paysans africains !

6. L’adéquation besoins-ressources

17Globalement, les ressources en eau souterraine couvrent très largement les besoins en eau potable dans les régions sahéliennes et soudaniennes. Cette ressource resterait très suffisante, même dans l’hypothèse d’un triplement de la population et d’une multiplication par 10 de la consommation par habitant. L'impact de l’homme est surtout perceptible en milieu urbain, où la ressource en eau souterraine locale n’est pas toujours suffisante. Il faut alors organiser des transferts depuis des zones plus productives. Par contraste avec le Sahel, au Sahara, la ressource en eau souterraine est parfois insuffisante pour la simple alimentation en eau potable, et son renouvellement se fait moins vite que les prélèvements qui y sont effectués ; c’est le cas, dramatique, de Djibouti, et, dans une moindre mesure, des massifs cristallins du Hoggar et de l'Aïr. Les ressources en eau souterraine sont généralement insuffisantes pour une irrigation extensive, mais permettent localement l’irrigation des terres les plus intéressantes.

B. La baisse des niveaux piézométriques au cours du XXème siècle

1. Observations

18Depuis le milieu des années 70, on a constaté des baisses sensibles de niveau piézométrique sur la plupart des aquifères de faible profondeur des régions sahélienne et soudanienne. S’il était durable, un tel phénomène serait très inquiétant à deux points de vue :

  • dans les régions de socle, l’aquifère de faible profondeur est situé dans les altérités ; son épaisseur ne dépasse guère une ou deux dizaines de mètres et il contient l’essentiel des réserves permanentes en eaux souterraines ; sa baisse signifie donc la disparition d’une part très importante des eaux stockées dans le sous-sol ;
  • 50 à 100 % de la population de ces régions dépend pour son alimentation de puits de grand diamètre, dont la mise en eau est généralement inférieure à 5 m, souvent même à 1 m ; une baisse de quelques mètres du niveau de l’eau entraîne donc l’assèchement d’un très grand nombre de puits ; si le nouveau niveau piézométrique se situe dans le socle peu altéré, il devient même impossible aux puisatiers traditionnels de prolonger l’ouvrage pour rétablir la mise en eau.

19La baisse des niveaux piézométriques a été mesurée et démontrée dans de nombreuses régions africaines. Elle a été particulièrement sensible entre 1976 et 1987. Faut-il en déduire que ces régions sont entrées dans un cycle de sécheresse de longue durée et que les puits sont voués à s’assécher les uns après les autres ?

20La réalité est un peu plus complexe que ce tableau apocalyptique. En pratique, la baisse des niveaux piézométriques est limitée (1 à 5 m en 15 ans le plus souvent). De plus, son évolution reflète fidèlement toutes les pulsations pluviométriques, ce qui signifie que les aquifères répondent positivement à tout retour à une pluviométrie moyenne. A partir de l’analyse de séries piézométriques et pluviométriques, MARTIN et al. (1986) ont modélisé l’évolution piézométrique future en cas de retour à une pluviométrie moyenne (fig. 3b). Ils montrent que la remontée des niveaux se ferait en une dizaine d’années.

21J’ai personnellement observé des remontées nettement plus fortes et plus rapides au Togo et au Mali (fig. 4), à la suite des pluies abondantes des années 1988, 1989 et 1991. Ainsi, de très nombreux puits dans la région de Sibi au Mali possédaient à la fin de la saison sèche 90 une hauteur d’eau de 4 à 10 m, parce qu’ils avaient été surcreusés en 83 et 84 par des équipes des Volontaires du Progrès, au plus fort de la sécheresse. L’évolution naturelle ne semble donc pas aller dans le sens d’une baisse catastrophique inéluctable des niveaux piézométriques.

Figure 3 : (a) Evolution piézométrique observée sur un périmètre expérimental au Burkina Faso durant les années 80. (b) Modélisation de l’évolution probable en cas de retour à une pluviométrie semblable à celle de la période 1929-1985 (MARTIN et al., 1986).
(a) How the piezometric levels were varying in experimental boreholes in Burkina during the 80’s. (b) A mathematical model displaies how it should be varying if the rain was the same than during the 1929-1985 period (MARTIN et at., 1986).

22Quant à une baisse durable de la pluviométrie au Sahel, elle n’est pas du tout évidente. Des périodes de sécheresse prolongée se sont déjà produites au cours du dernier millénaire sur les marges septentrionale et méridionale du Sahara (ROGNON, 1991). Le caractère catastrophique de la sécheresse 1973/1987 ne tient pas seulement à la diminution des précipitations, mais aussi au contexte socio-économique dans lequel elle s’est produite (forte expansion démographique, extension des cultures de rente au détriment des cultures vivrières, remontée des Peulhs vers le nord à la suite des années humides 1960/1967).

23Généralement, quand des baisses de niveau piézométrique très fortes apparaissent localement, elles ne sont pas seulement liées à une surexploitation globale des aquifères, mais à des anomalies géologiques locales qui empêchent d’exploiter convenablement la ressource en eau (aquifères superposés, aquifère avec une transmissivité très faible, comme les amphibolites que l'on rencontre dans la sous-préfecture de Karimama, au nord Bénin).

2. Conséquence pour l’homme d’une baisse des niveaux piézométriques

24En fait, la psychose du tarissement des aquifères est venue des villageois africains eux-mêmes, qui ont vu de nombreux puits tarir au cours de la sécheresse 73-76, trop nombreux en tous cas pour que les puisatiers locaux puissent les approfondir en un court laps de temps. Les pays touchés par la sécheresse ont alors fait appel à l’aide internationale pour créer rapidement de nouveaux points d’eau villageois. La solution technique la plus évidente consistait à creuser des forages de petit diamètre au marteau fond-de-trou, une méthode particulièrement bien adaptée aux régions de socle.

Impact social des forages en Afrique :
Ces ouvrages sont relativement coûteux (80 000 FF pièce), mais ont l’immense intérêt de pouvoir être réalisés très rapidement et en très grand nombre (songez qu’un bon atelier peut réaliser 150 forages dans l’année !). Une telle technique pose cependant de redoutables problèmes en terme de développement dans les pays du Tiers Monde. Le matériel de forage et les techniciens spécialisés sont entièrement “importés” et cela détériore encore la balance commerciale déjà très déficitaire des pays sahéliens. De plus, les forages sont réalisés dans le cadre de campagnes d'urgence, sur le principe du tout cadeau”. Les villageois concernés ne sont pas impliqués dans la réalisation et le financement de l’ouvrage. Ils y assistent passivement et rechignent à prendre en charge l’entretien de la pompe installée, car elle est aussi un “cadeau du gouvernement”. Un effet plus pernicieux encore est la concurrence déloyale que de telles campagnes de forage font aux petites entreprises artisanales de puisatiers. Comment un puisatier pourrait-il faire payer son travail à sa juste valeur (10 000 à 30 000 FF), lorsque tout village espère être inscrit sur les tablettes magiques : la liste des villages qui bénéficieront d’un forage cadeau !

25En fait, la solution des forages modernes n’est qu’une des solutions possibles. Il est aussi possible de surcreuser les puits existants, c’est-à-dire de leur rajouter les quelques mètres nécessaires pour qu’ils aient à nouveau une hauteur d’eau suffisante. Car la baisse des niveaux n’est pas un phénomène irréversible, qui traduirait un déséquilibre durable des conditions naturelles. En pratique, le moindre retour à une pluviométrie normale provoque la remontée des niveaux piézométriques en quelques années, conformément au modèle établi au Burkina Faso (MARTIN et THIERRY, 1986).

3. Impact de l’homme sur la recharge des aquifères

26La surexploitation des aquifères par les populations rurales n’est pas à l'ordre du jour. Par contre, d’autres interventions peuvent se révéler plus dangereuses à terme. Pour faire baisser le niveau d’une baignoire qui fuit, il n’est pas indispensable d’accélérer sa vidange, on peut aussi fermer le robinet. Et l'homme peut avoir une action déterminante sur la recharge des aquifères. En diminuant le couvert végétal permanent, il favorise le ruissellement au détriment de l’infiltration et réduit les capacités de stockage superficielles. La déforestation est un phénomène si général en Afrique qu’elle ne peut pas être sans influence sur la recharge des aquifères. Cet effet a rarement fait l’objet d’études jusqu’ici, probablement parce que les ressources en eau souterraine couvrent encore largement les besoins.

27A contrario, certains ouvrages humains pourront favoriser l’infiltration. Il en est ainsi des lacs de barrage, dont une partie des eaux s’infiltrent et vont recharger les aquifères voisins. Cet effet secondaire est souvent avancé pour justifier la construction des barrages. Il est prouvé expérimentalement, mais son importance ne doit pas être exagérée. La remontée du niveau de l’eau ne concerne qu’un périmètre très réduit autour des lacs. Son principal intérêt pour l'homme est de recharger un aquifère superficiel local où pourront être creusés des puits à vocation maraîchère.

Figure 4 : Histogramme des hauteurs d’eau et des remontées de niveau piézométrique observées dans le pays Tamberma (Togo) entre 1989 et 1991. How the water levels varied in Tamberma region (Togo) between 1989 and 1991.

4. L’évolution des niveaux piézométriques à plus longue échelle

28Les fortes oscillations climatiques durant le Quaternaire ont certainement eu des effets sensibles sur le niveau de tous les aquifères sahéliens. Que l’on songe simplement aux variations de niveau et de taille du lac Tchad et de tous les aquifères limitrophes. CALLOT (1991) a montré l’impact des périodes “pluviales” sur l’extension et le niveau des lacs le long de la bordure septentrionale du Sahara. Ces niveaux sont très précisément marqués par des dépôts sédimentaires (travertins, évaporites, argiles) que l’on peut dater (C14). On perçoit là tout l’intérêt de l’étude des dépôts lacustres, en tant qu’enregistreurs de l’évolution de l’environnement, pour reconstituer les paléoclimats. Par contraste, les aquifères eux-mêmes ne gardent que peu de traces de ces événements anciens. Ils ne constituent pas de bons milieux enregistreurs car ils intègrent l’influence de nombreux phénomènes pendant de nombreuses années dans un “signal” rudimentaire : le niveau piézométrique. Il n’existe pas de phénomène de “sédimentation” d’une couche d’eau sur l’autre, comme pour les dépôts détritiques ou chimiques.

C. L’exploitation minière des nappes “fossiles”

29Qu'entend-on pas nappe “fossile” ? Rigoureusement, l’expression n’a guère de sens. Tout aquifère, même en plein Sahara, reçoit encore une alimentation, par l’infiltration des crues au fond du lit des oueds par exemple. Cependant, on a pu montrer que certains aquifères recèlent des eaux très anciennes : plus de 100 000 ans pour celles du Continental Intercalaire saharien par exemple. Dans ces conditions, l’expression “fossile” exprime seulement le grand âge de ces eaux.

30Quand on met un aquifère en exploitation, la règle sacro-sainte à respecter devrait être toujours la même : ne pas prélever plus que les réserves renouvelables, c’est-à-dire ne pas dépasser la capacité de recharge naturelle de l’aquifère (tout en évaluant l’impact du prélèvement sur les exutoires naturels du système). Le principe de l'exploitation minière est tout simplement la négation de cette règle de base : on met en exploitation un aquifère à un rythme supérieur à celui de sa recharge, en décidant donc en toute connaissance de cause d’épuiser petit à petit ses réserves permanentes.

Le programme de développement des pompages dans le Continental Intercalaire saharien :
Les gouvernements algérien et tunisien et le PNUD ont élaboré à la fin des années 60 un ambitieux programme d'exploitation des ressources en eaux souterraines profondes du Sahara. Le principal aquifère visé est situé dans les grès du Continental Intercalaire (Albien). Il s'étend sur 700 000 km2 et contient des réserves permanentes de plusieurs milliers de milliards de m3. Cependant, seule une partie de ces réserves (quelques dizaines de milliards de m3 quand même) sont exploitables dans des conditions techniques et économiques raisonnables. L’approvisionnement naturel de cet aquifère se fait sur sa marge nord (l’Atlas saharien) au rythme de
3.5 m3/s. L'exploitation traditionnelle (puits et galeries drainantes) dépasse déjà les réserves renouvelables avec un débit cumulé de 4,5 m3/s. Depuis les années 40, les forages se sont multipliés, autorisant le prélèvement de
4.5 m3/s supplémentaires en 1981. Le rythme d'exploitation est donc 2 à 3 fois plus élevé que la réalimentation naturelle de l'aquifère et en 10 ans, les effets des pompages sont sensibles dans une zone qui couvre environ 10 % de l'aquifère. L'eau est principalement utilisée pour l’irrigation des palmeraies (80 %). Cet aquifère a bénéficié d’une étude approfondie et un modèle mathématique précis en a été établi en 1970. Une étude plus récente (PNUD, 1983) a démontré la pertinence du modèle et propose d'augmenter les pompages jusqu'à 24 m3/s pour répondre aux besoins croissants de la population (qui va doubler en 25 ans, tout en voyant son standard de vie s’améliorer). Simultanément, ce supplément d'eau permettrait d’augmenter les superficies plantées et de développer le bassin pétrolier de Hassi Messaoud. Selon le modèle, exploiter un tel débit pendant 30 ans conduira à rabattre le niveau de l’eau de 10 à 50 m sur 15 % de la surface de l'aquifère et de 50 à 150 m sur 15 autres %. Il s’agirait donc bien d’une exploitation minière, puisque en trente ans, un tel programme consommera pratiquement toutes les réserves disponibles dans 1/6 de l'aquifère. Alors ? Délire mégalomane d’experts ? Pas complètement. Cette exploitation minière peut constituer la seule manière de maintenir en vie un système agro-pastoral ou oasien voué sans cela à une disparition rapide. Y a-t-il d'ailleurs des alternatives socialement acceptables ?

II. IMPACT DES ACTIVITÉS HUMAINES SUR LA QUALITÉ DE L’EAU

A. La contamination bactérienne

31On s’intéresse ici à la contamination des eaux par des germes pathogènes d’origine humaine (vibrions cholériques, salmonelles, entérovirus, virus de l’hépatite, etc.). Ces germes sont colportés généralement par les matières fécales. Pour évaluer la qualité bactériologique des eaux, on recherchera donc la présence de germes qui sont la “signature” des matières fécales : les coliformes.

1. Contamination des aquifères

32Il a rarement été prouvé que les aquifères africains eux-mêmes soient contaminés. Au Burundi ou au Kivu, des régions pourtant très peuplées, la majorité des sources convenablement captées donnent des eaux qui ne contiennent pratiquement pas de coliformes fécaux. Une telle contamination n’est cependant jamais exclue dans les régions très peuplées (Rwanda, côte du golfe de Guinée), en alluvions grossières (situation fréquente le long du Niger) et surtout en milieu karstique (une situation plutôt rare en Afrique sahélienne). Il existe en Afrique deux facteurs favorables pour la préservation de la qualité bactériologique des eaux souterraines : les faibles densités de population (2 à 20 hab/km2) et la dispersion des excréments à la surface du sol, plutôt que leur incorporation aux écoulements concentrés par les égoûts.

2. Contamination des captages

33Toutes les campagnes d’analyses récentes le prouvent : la contamination est générale pour les puisards traditionnels, très fréquente dans les puits modernes bien protégés et assez fréquente dans les forages (GUILLEMIN, 1985 ; EMPEREUR, 1989 ; BARNEL, 1990). L'origine de cette contamination est simple à déterminer : c'est le mode de prélèvement de l’eau lui-même qui est polluant. Souvent, la pollution provient des puisettes qui traînent sur le sol avant d’être jetées dans le puits. Il suffira pour s’en prémunir d’équiper le puits d’une pompe (mais on retrouve alors les problèmes de maintenance bien connus sur les forages), soit d'installer un équipement de puisage collectif, un procédé très simple qui peut diviser par 10 le niveau de la contamination dans certains puits de la région de Kantchari (BARNEL, 1991). Ailleurs, ce sont les infiltrations le long du trou de forage qui polluent l'eau, à partir du bourbier qui se constitue très vite autour d'un point d’eau. On les réduit en cimentant correctement le tubage et en drainant les eaux usées loin de la tête de forage (EMPEREUR, 1989 ; BARNEL, 1990).

3. Chez les usagers (fig. 5)

34La qualité bactériologique de l’eau se détériore très rapidement en aval du point d’eau, au cours de son transport et de son stockage (CHARLET, 1985 ; EMPEREUR, 1989). Les sources de contamination sont nombreuses et ainsi, quelle que soit sa qualité originelle, c’est une eau très polluée que boira l'usager.

35En termes de santé publique, le principal problème de qualité de l’eau en Afrique n’est pas la pollution des aquifères, mais le niveau de l'hygiène individuelle et collective. Ce niveau est directement lié à la situation économique et sociale des pays en voie de développement et à la faible dotation en eau individuelle. La solution à ce problème n’est certainement pas de javéliser les puits ou de les équiper tous de pompes (une solution coûteuse et bien précaire), mais d’élever le niveau de vie des populations et d’augmenter leur dotation en eau pour qu’elles puissent améliorer leur hygiène de vie et de mener simultanément des actions de formation et de sensibilisation à l’hygiène du milieu.

B. La pollution chimique

36Les pays en voie de développement ont la chance d’être encore peu touchés par un certain nombre de pollutions chimiques très fréquentes dans les pays industrialisés (nitrates, métaux lourds, solvants, etc.). C’est le bon côté de l’absence d'industrie ! Des pollutions chimiques notables, telles que nous les connaissons dans les pays industrialisés, ne devraient s’y produire qu’en ville où les usines sont petites et peu nombreuses, mais échappent pratiquement à tout contrôle d'impact.

37Jusqu’à présent, c’est en milieu rural que les pollutions les plus intenses ont été observées. Dans les régions de cultures industrielles intensives (coton, canne à sucre), ce sont les excès d’intrants agricoles qui provoquent la pollution (nitrates liés aux engrais, pesticides moins contrôlés qu’en Europe). On a ainsi pu montrer que les pesticides transitent rapidement vers les aquifères en zone sédimentaire comme en région de socle fissuré. Les teneurs signalées sont cependant encore loin d’atteindre les maxima tolérés par l’OMS. L’intérêt de ces observations est de démontrer que les aquifères de socle sont loin d’être totalement protégés par leur manteau d’altérites (BABUT et al., 1985).

38Par ailleurs, des teneurs excessives en nitrates ont déjà été signalées dans plusieurs régions. En Côte d’Ivoire, FAILLAT et RAMBAUD (1988) ont observé plus de 44 ppm de nitrates (maximum toléré par l’OMS) dans 11 % des forages d’une région récemment défrichée. C’est une proportion supérieure à celle que l’on observe dans la plupart des régions très cultivées d’Europe ! L’auteur met ceci en rapport avec les brûlis récents (défrichages) qui ont remobilisé des stocks d’azote auparavant fixés par la végétation forestière. Il faut donc toujours garder à l’esprit la grande vulnérabilité des aquifères de socle en région sahélienne. La faible lame d’eau infiltrée recueille tous les polluants et il n’y a pas de végétation en saison sèche pouvant jouer un rôle tampon en stockant naturellement l'azote.

39Les problèmes de qualité de l’eau se posent en termes radicalement différents dans les pays du Nord et du Sud. Dans les premiers, la pression de l’homme sur le milieu devient si forte que ce milieu ne peut plus fournir que des eaux déjà contaminées par les nitrates, les pesticides, les métaux lourds. Dans les seconds, le milieu contient des eaux de bonne qualité, mais le faible niveau de développement économique ne permet pas de les amener jusqu’aux usagers.

C. La remontée des biseaux salés

40Dans les régions côtières, l’eau de mer pénètre dans les aquifères. Elle forme un biseau qui se glisse comme le coin d'un bûcheron sous l’eau douce continentale, plus légère (fig. 6a). Il s’établit alors un équilibre fragile où l’épaisseur de la couche d’eau douce est étroitement liée à l'altitude de la surface piézométrique (N.P.) :
(h1 + h2) = h2 d’eau de mer ou encore h2 ≈ 36 h.

41En cas de pompage, la surface piézométrique est déprimée et l’interface eau douce/eau salée (I) remonte fortement vers la surface (fig. 6b). C’est ainsi que certains aquifères alimentant Dakar, Nouakchott et Oran ont été contaminés en quelques années par l’eau salée.

D. Les eaux saumâtres continentales

42Plus on progresse vers le centre du Sahara, plus on rencontre des eaux souterraines saumâtres, souvent impropres à toute utilisation. Les résidus secs passent ainsi de 0,1 g/l le long du Niger à 10 ou 20 g/l vers Taoudeni, tandis que les faciès deviennent de plus en plus sulfatés et magnésiens.

Le problème de l’alimentation en eau de Nouakchott (Mauritanie) :
La capitale mauritanienne a vu sa population décupler en deux décennies. Le niveau de vie de la population a progressé de concert et la demande en eau a crû fortement en quelques années. La ville est alimentée en eau par le champ de captage d’Idini. L’aquifère est situé dans les grès du Continental Terminal, et est qualifié un peu abusivement de “fossile” parce que sa réalimentation se fait très lentement, au niveau des affleurements de grès, plus à l'est. Ce champ de captage est situé à 40 km de la mer et l’Influence du pompage a fait fortement progresser en quelques années le “front” de salinité qui menace maintenant les captages de Idini. Après avoir atteint 20 000 m3/jour en 1978, le rythme d’exploitation devra être progressivement réduit à 10 000 m3/jour, au fur et à mesure de la mise en exploitation de forages situés plus à l’intérieur des terres (VANDENBEUSCH, 1989).

Figure 5 : La “chaîne de l’eau potable” illustre tous les points à surveiller si l’on veut garantir la potabilité de l’eau chez l’usager. The “drinking water chain” display all the passages to control if you intend to bring safe water to the people.

43Ceci n’est pas dû à la nature des roches aquifères, mais à l’influence de plus en plus grande de l’évaporation qui reprend jusqu'à 100 % des précipitations infiltrées. Cette pollution chimique est totalement indépendante de l’action de l’homme.

E. Les marqueurs chimiques des activités humaines et des paiéoenvironnements

44Indépendamment de la pollution, les activités humaines marquent-elles nettement la composition chimique des eaux souterraines ? Autrement dit, ces eaux constituent-elles des enregistreurs de cette activité ?

45Pratiquement, la composition chimique des eaux souterraines dépend principalement de la nature de la matrice rocheuse. La structure du sol aura une influence déterminante sur la lame d’eau infiltrée et sur la vitesse d’infiltration, mais bien peu sur la minéralisation elle-même. A cause de leur long séjour au contact de la roche, la plupart des eaux souterraines atteignent pratiquement un état d’équilibre chimique avec celle-ci, équilibre qui dépend des conditions de température et de pression en profondeur, mais bien peu des conditions superficielles. Il est donc pratiquement impossible de déceler d’après la composition chimique d’une eau souterraine si elle s’est infiltrée sur un bassin-versant dégradé ou non par l’érosion anthropique. La composition chimique des eaux souterraines ne constitue donc pas un indicateur sérieux pour caractériser les paléoenvironnements.

46Les isotopes du milieu (O18, H2, C13, N15) constituent par contre des indicateurs intéressants des conditions physico-chimiques qui régnaient sur le bassin d’alimentation de l’aquifère. O18 et H2 en marquent la température et donc l’altitude probable. N15 constitue un marqueur de l’origine végétale ou animale de l’azote et pourrait donc donner des indications sur les pratiques agricoles anciennes.

47Par contraste, l’influence de l’homme se marque beaucoup plus sur les eaux de surface qui, selon l’état du couvert végétal (biostasie ou rhexistasie), transporteront plus ou moins de matières solides. Les rivières souterraines du karst subissent les mêmes influences et ce sont les seules eaux souterraines réellement sensibles à l’état du couvert végétal.

Figure 6 : Formation d’un biseau d’eau salée dans les aquifères côtiers et remontée de l’interface eau douce/eau salée (I) en cas de pompage.
In the coastal aquifers, the brakish salt waters are under the fresh ones and come up when there is a pumping.

Figure 7 : Localisation des aquifères et des lieux cités dans le texte. Position of the places and aquifers quoted in the text.
Al : Aïr. BA : Bamako. BU : Burundi. DA : Dakar. DJ : Djibouti. DO : Douala. FE : Ferlo. HM : Hassi Messaoud. KA : Karimama. Kl : Kantchari. KU : Kivu. NI : Niamey. NOT : Nouakchott. NOU : Nouadhibou. OR : Oran. OU : Ouagadougou. SI : Sibi. TA : Pays Tamberma. Tl : Taoudeni.

CONCLUSION

48Bien que les eaux souterraines soient très sensibles à l’action de l'homme comme aux pulsations climatiques, elles n’en constituent pas pour autant des milieux enregistreurs fiables, car toutes les influences extérieures y sont fortement intégrées dans le temps et dans l’espace, rendant l’interprétation des variations délicate. Il est donc un peu vain d’y rechercher les traces des événements passés. Par contre, l’analyse des interactions homme/ressources en eau souterraine est de la plus haute importance, car ces ressources sont très vulnérables et qu’elles seront soumises en Afrique à de très fortes contraintes dans le siècle à venir. 11 importe donc d’évaluer soigneusement l’impact actuel des activités humaines, pour pouvoir prévoir celui des futures sociétés africaines.

49Le degré d’exploitation des ressources en eau souterraine dans les régions sahélienne et soudanienne est encore relativement modéré. Ces ressources pourront continuer à couvrir les besoins humains en eau potable, et cela jusqu’à l’horizon 2050. Par contre, il existe une nette limite naturelle à l’extension de l’irrigation à partir des eaux souterraines dans les régions sahéliennes.

50La qualité chimique des eaux est actuellement satisfaisante et peu menacée par les activités humaines, même dans les régions de cultures intensives. Le seul problème courant est la salinisation des aquifères superficiels dans les régions côtières soumises à une forte pression démographique. Par contraste avec les pays industrialisés, les problèmes de qualité chimique des eaux semblent assez “théoriques”. Une certaine vigilance est cependant indispensable, dans des pays où les usagers ont peu de moyens de défense de leurs intérêts. Par contre, la qualité bactériologique des eaux de boisson est déplorable et cela a de très graves conséquences en terme de santé publique. Cela n'est pas dû à une contamination des eaux souterraines elles-mêmes, mais au mode d’utilisation de ces eaux par des populations au niveau de vie très bas.

Bibliographie

BIBLIOGRAPHIE

ARCHAMBAULT J. - 1958 - Les eaux souterraines de l’Afrique occidentale. 135 p.

BABUT M., FAILLAT J.-P., ILLES S. et RAMBAUD A. - 1985 - Utilisation des pesticides comme indicateurs de pollution des eaux souterraines en zone intertropicale humide africaine. La tribune du Cebedeau, no 497, p. 3-9.

BARNEL S. - 1990 et 1991 - Gestion du risque sanitaire lié à la consommation d’eau de puits en milieu soudanien. T.1, 70 p., Mém. Ecole Nat. Santé Publ. (Rennes) ; T.2, 45 p., éd. AFVP. Paris.

CALLOT Y. - 1991 - Histoire d’un massif de dunes, le Grand Erg Occidental. Sécheresse, no 2, p. 26-39.

CHARLET F. - 1985 - La contamination bactériologique de l’eau de la pompe au cours du transport et du stockage en milieu rural. Ed. Inst. Nat. Santé Publ. (Dakar), 6 p.

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VANDENBEUSCH M. - 1989 - Des eaux souterraines fossiles pour Nouakchott et Nouadhibou. Afrique industrie, juin 89, p. 35-36.

Table des illustrations

Légende Figure 1 : Le bilan en eau d’un aquifère africain. The water balance of an african aquifer. P : précipitations. ETPr : évapotranspiration rapide. ETPd : évapotranspiration différée. I : infiltration. R : ruissellement. F : prélèvements sur puits et forages. S : sources.P = I + R + ETPr I = S + F + ETPdL’évapotranspiration différée (ETPd) est particulièrement forte au Sahel. Les prélèvements artificiels (F) concurrencent le débit naturel aux exutoires (S), mais sont aussi une bonne manière de diminuer la part des eaux consommée par ETPd. On parle d’exploitation minière quand F > I.
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Légende Figure 2 : La structure des aquifères en région de socle en milieu intertropical et leur captage par puits et forages. The structure of african aquifers in crystalline rocks and their exploitation by means of wells and tube wells.Le socle cristallin est altéré sur 5 à 40 m d’épaisseur. L'aquifère est constitué simultanément par la partie supérieure la plus fissurée du socle et par la base saturée d’eau des altérités.(A) Altérités non saturées : c’est une zone de transfert vertical de l’infiltration dont l’épaisseur est suffisante pour garantir une qualité bactériologique correcte des eaux souterraines. Par contre, les altérités ne constituent pas un écran imperméable pour les polluants chimiques (nitrates, pesticides).(B) Altérités saturées : c'est une zone à fort coefficient d'emmagasinement (1 à 5 %) où sont stockées les plus grandes réserves d’eau. La transmissivité des altérités argilo-sableuses est faible et elles ne sont pas exploitables avec des forages de petit diamètre. Par contre, les puits de gros diamètre permettent d’exploiter des débits suffisants pour l’hydraulique villaqeoise (1 à 2m3/h).(C) Socle fissuré et altéré : c’est la zone la plus perméable et elle est exploitée par des forages de 30 à 80 m de profondeur. L’emmagasinement y est faible (0,1 à 1 %), mais cette zone transmissive permet d’exploiter les réserves des altérités par drainance. Si, à la suite d’une sécheresse prolongée, le niveau piézométrique descend jusqu’au niveau du socle, les réserves de l’aquifère sont virtuellement épuisées.(D) Socle sain, peu productif (fissures peu ouvertes). En saison sèche, les puits dont la hauteur d’eau (h.e.) est insuffisante tarissent, alors que les forages sont pérennes. La qualité des aménagements de surface est le facteur fondamental pour la production d’une eau de bonne qualité bactériologique. (1) Margelles et drains évacuant l'eau vers un puits perdu. (2) Etanchéité margelle/colonne. (3) Exhaure collective.
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Légende Figure 3 : (a) Evolution piézométrique observée sur un périmètre expérimental au Burkina Faso durant les années 80. (b) Modélisation de l’évolution probable en cas de retour à une pluviométrie semblable à celle de la période 1929-1985 (MARTIN et al., 1986).(a) How the piezometric levels were varying in experimental boreholes in Burkina during the 80’s. (b) A mathematical model displaies how it should be varying if the rain was the same than during the 1929-1985 period (MARTIN et at., 1986).
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Légende Figure 4 : Histogramme des hauteurs d’eau et des remontées de niveau piézométrique observées dans le pays Tamberma (Togo) entre 1989 et 1991. How the water levels varied in Tamberma region (Togo) between 1989 and 1991.
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Légende Figure 5 : La “chaîne de l’eau potable” illustre tous les points à surveiller si l’on veut garantir la potabilité de l’eau chez l’usager. The “drinking water chain” display all the passages to control if you intend to bring safe water to the people.
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Légende Figure 6 : Formation d’un biseau d’eau salée dans les aquifères côtiers et remontée de l’interface eau douce/eau salée (I) en cas de pompage.In the coastal aquifers, the brakish salt waters are under the fresh ones and come up when there is a pumping.
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Légende Figure 7 : Localisation des aquifères et des lieux cités dans le texte. Position of the places and aquifers quoted in the text.Al : Aïr. BA : Bamako. BU : Burundi. DA : Dakar. DJ : Djibouti. DO : Douala. FE : Ferlo. HM : Hassi Messaoud. KA : Karimama. Kl : Kantchari. KU : Kivu. NI : Niamey. NOT : Nouakchott. NOU : Nouadhibou. OR : Oran. OU : Ouagadougou. SI : Sibi. TA : Pays Tamberma. Tl : Taoudeni.
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Auteur

Hydrogéologue consultant, associé au Laboratoire d’Hydrogéologie d’Avignon et à l'Association Française des Volontaires du Progrès.

© Presses Universitaires de Bordeaux, 1994

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