ECHANGES HYDRODYNAMIQUES ENTRE L’OCEAN ET LES LACS MARGINO-LITTORAUX

ECHANGES HYDRODYNAMIQUES ENTRE L’OCEAN ET LES LACS MARGINO-LITTORAUX

L’aquifère des sables quaternaires

 Pétrographie 

L’aquifère est constitué globalement de sable avec des classes granulométriques très variables. On y trouve des sables fins, moyens et grossiers. Les sables sont riches en argile, avec des pourcentages d’argile variables suivant les zones. Figure 21 : Carte de la lithologie de la zone non saturée (Madioune, 2005) modifié par Kaba (2009) Sur la dune continentale, les sables sont plus riches en argile que sur la dune littorale (Figure 21). Les logs de forages (voir annexe 3) effectués à Niaga et à Sangalkame montrent des horizons franchement argileux. Ces argiles sableuses ont été rencontrées lors du fonçage de nos piézomètres dans la partie 32 continentale des dunes. Leur présence dans l’aquifère des sables est également attestée par Vallet (1972). 

Géométrie de l’aquifère 

L’aquifère des sables quaternaires est limité à l’est par la dépression du lac Tanma, au Nord par l’océan, au sud par l’affleurement du substratum marneux imperméable et à l’ouest par une ligne de partage des eaux entre la nappe infra-basaltique et celle des sables Quaternaires. Il s’étend sur une superficie de 300 km2 entre Patte-d’oie et Kayar (Henry, 1972). Les nombreuses campagnes géophysiques, effectuées sur la presqu’île, ont permis d’en préciser la géométrie. Figure 22 : Cartographie du substratum des sables quaternaires (Martin, 1970), modifié Le toit des marnes de l’Eocène inférieur constitue le mur de la nappe. Il plonge, depuis Bambilor (à une côte de +10 m), vers la côte nord où il est repéré à une côte de -70 m (Figure 22). Le mur de la nappe présente un plan incliné en direction de l’océan. (Debuisson, 1970; Henry, 1972; Moussu et Debuisson, 1966; Vallet, 1972). Près de la côte, entre le lac Mbeubeusse et kayar, la morphologie du 33 toit des marnes n’est pas très bien connue (Vallet, 1972). Le réservoir ne possède pas un toit. Ce qui fait que la nappe des sables est une nappe libre. L’épaisseur des sables est variable, c’est au niveau des vallées fossiles, comblées par les sables quaternaires, qu’on trouve les épaisseurs maximales ; ces épaisseurs peuvent aller jusqu’à 50 m de puissance. Les données géophysiques indiquent des épaisseurs de sables très variables, 5 m à Bambilor, 17 m à Sangalkam, 10 m à Déni Birame Ndao, 30 m à Niakoul Rap et Niague (Figure 23) (Tchani, 1997). Figure 23 : cartographie de l’épaisseur des sables quaternaire (Martin, 1970), modifié II. Paramètres hydrodynamiques Les paramètres hydrodynamiques donnés par Henry (1972) sont de 0,8 10-4 à 40 10-4 m/s pour la perméabilité ; de 0,21% à 14,9% pour le coefficient d’emmagasinement ; de 1,6 10-3 à 6,75 10-3 m2 /s pour la transmissivité. Le coefficient d’emmagasinement est estimé à 17% et la transmissivité à.6.10-3 34 m2 /s (Debuisson, 1970). La variation des paramètres hydrodynamiques montre que les dunes sableuses ne sont pas homogènes comme le montre l’étude pétrographique. En effet, on observe des lentilles d’argile dans les dunes ogoliennes (Vallet, 1972) qui confèrent à la nappe, dans certains endroits, un caractère semi captif. 

Ecoulement de la nappe

 Dans la zone des lacs, la nappe se déverse dans les cuvettes lacustres (Garnier, 1978). C’est le cas du lac Rétba. La nappe d’eau douce du cordon dunaire, qui sépare le lac de l’océan se déverse dans le lac. Elle s’écoule d’une part vers l’océan et d’autre part vers le lac (Garnier, 1978). Nous pouvons nous interroger sur l’existence actuelle de cet écoulement bidirectionnel, qui nécessite l’existence d’un dôme piézométrique centré sur la dune, compte tenu de la baisse enregistrée du niveau des nappes. Au niveau du lac Rétba, cet écoulement est très perceptible sous forme de résurgences dans les berges (Photo 1). Photo 1 : Ecoulement de la nappe de la dune littorale vers le lac Résurgence Lac Dune littorale Résurgence .Dans la Presqu’île du Cap-Vert il y a deux principaux systèmes salins que sont le lac Rétba et le lac Tanma. D’autres systèmes salins, de moindre importance existent, ce sont les lacs, Mbeubeusse, Malika, dépression de Pikine-Dagoudane-Cambarène. Ce sont des lacs à inondation temporaire (Tanma), ou à plan d’eau permanent (Rétba). La formation et l’évolution de ces lacs sont liées aux variations climatiques pendant le Quaternaire notamment aux variations du niveau marin. I. Le bassin versant du lac Retba 

Formation du lac

 La rareté de travaux récents (en hydrogéologie et hydrochimie), effectués sur le lac Rétba et son bassin versant, justifie l’utilisation de références relativement anciennes pour dresser l’état des connaissances sur le lac. La formation du lac Rétba tout comme les autres lacs côtiers a eu lieu lors de la remontée de la mer à la fin de la dernière glaciation (notamment au Tchadien). Après la transgression nouakchottienne, le recul de la mer est accompagné d’une dérive littorale qui érige un cordon dunaire isolant le lac. Cependant, cette fermeture n’est pas complète (Elouard et al., 1975) et le lac aurait subi une évolution beaucoup plus complexe que celle des autres lacs comme le lac Tanma, situé au Nord-Est. De nombreux travaux ont porté sur sa formation et son évolution paléo-environnementale. Ces travaux étaient basés sur l’utilisation des marqueurs biologiques tels que les diatomées, les mollusques, les foraminifères et les ostracodes. Parmi ces travaux on peut citer ceux d’Elouard et al (1975) de Sow (2001), de Sarr et al. (2009a); Sarr et al. (2009b). Ces travaux décrivent les différentes étapes de l’évolution du lac depuis sa formation jusqu’à l’Actuel. Ces données ont été réactualisées avec des datations précises dans le cadre du projet lac rose qui était un volet du PASMI et par Diedhiou et al (2018). 

Evolution paléogéographique du lac Rétba au cours du Quaternaire récent

Le Nouakchottien (figure 24a) 

La mer envahit les dépressions inter-dunaires du littoral de la grande côte du Sénégal entre Dakar et Saint-Louis dans un contexte de climat humide (Elouard et al., 1975; Elouard et al., 1977). Le lac Rétba devient un golfe marin bordé de mangrove. Cette transgression est datée de 5500 ans B. P. 36 Figure 24 : Evolution Paléogéographique du lac Retba depuis le Nouakchottien (5000 ans B.P) jusqu’à l’Actuelle (Sarr et al., 2009a; Sarr et al., 2009b) 

Le Tafolien (figure 24b) 

Cette période correspond à un plus bas niveau marin et une période climatique plus aride entre 4200 et 2000 ans B. P. (Elouard et al., 1975). Sous l’action de la dérive littorale, débute l’édification des dunes 37 jaunes qui vont régulariser la côte et fermer progressivement les lagunes héritées du Nouakchottien. Au lac Rose le Tafolien correspond à une lagune abritée en climat semi-aride, communicant avec la mer à l’occasion de fortes marées ou de tempêtes, recevant des apports d’eau douce et bordée d’une végétation de mangrove. 

Le Dakarien (figure 24c)

 Il correspond à une pénétration marine après la régression tafolienne transformant la lagune en petit golf marin. La mer s’est élevée de 2 m au niveau du zéro actuel (Elouard et al., 1977). Après le Dakarien on note une phase de fermeture de la lagune (Figure 24d). L’isolement de la lagune, en rapport avec la baisse du niveau marin et un climat plus sec, résulte de sa fermeture par un cordon sableux sous l’action de la dérive littorale. La lagune est confinée et est en voie d’assèchement (Sarr et al., 2009b). 

 Le Saint-Louisien (Figure 24e) 

Le Saint-Louisien (2000 à 1000 ans B. P.) correspond à une période humide associée à de petites incursions marines sur la frange littorale (Figure 24e). De cette période, date le début de l’édification des dunes blanches du littoral actuel. A cette époque, la lagune Rétba a été envahie par la mer et transformée en petit golfe marin. Cette incursion marine a été provoquée par la destruction du cordon littoral, à la suite de précipitations et/ou de tempêtes violentes comme cela s’est produit sur la petite côte du Sénégal où une tempête a détruit la flèche littorale de Sangomar en 1987 (Sarr et al., 2009b). L’hydrodynamisme élevé du milieu (prédominance de la fraction sableuse et augmentation des coquilles) a provoqué la disparition des diatomées (Sow et al., 2006). La microfaune atteint son maximum de diversité avec des proportions plus importantes d’espèces margino-littorales et même de foraminifères planctoniques. Le climat humide et la végétation de mangrove persistent. 

Le Subactuel (entre 1000 et 250 ans B. P.) 

Des incursions marines, de faibles amplitudes plus ou moins associées à des périodes climatiques humides, se sont traduites par des dépôts de plage sur le littoral sénégalais entre 750 et 250 ans B. P. L’édification des dunes blanches se poursuit sur le littoral. Au lac Retba des échantillons d’amas coquilliers artificiels ont été datés entre 680 ± 130 ans B. P. et 250 ans B. P. (Elouard et al., 1977). 38 Dans un premier temps (entre 1000 et 750 ans B. P.), la paléo-lagune Rétba s’isole davantage de la mer avec l’édification de cordons de sable sous l’action de la dérive littorale (Figure 24f). Dans ce milieu, calme et abrité, les diatomées marines à eaux saumâtres benthiques se développent et leurs frustules bien conservés sont restés très souvent en chaînes (Sow et al., 2006). La microfaune diversifiée caractérise une lagune en voie d’assèchement. La réduction des apports d’eau douce provoque la disparition de la mangrove. Entre 750 et 250 ans B. P. on enregistre une incursion marine mineure dans la lagune (Figure 24f). La persistance du climat aride et la forte salinisation n’ont pas permis le retour de la mangrove. Cette incursion marine pourrait aussi résulter de pluies et/ou de tempêtes violentes. I.2.6. L’Actuel (250 B.P à nos jours) Cette période suit la dernière connexion marine datée, au lac Rétba, de 250 ans B. P. (début du 18ème siècle) et se poursuit de nos jours. La lagune se ferme et s’assèche progressivement. Au lac Rétba les échantillons de coquilles superficielles donnent un âge post-industriel à post-nucléaire (après 1950). Des nodules calcaires organiques à tubulaires, trouvés sur le bord oriental du lac sont également datés de l’époque moderne. Des enquêtes menées auprès des populations et rapportées par Mbengue et Le Gentil (2006) relatent une tentative de creuser le chenal d’alimentation pour remettre le lac en communication avec la mer entreprise en 1869 ou au début du 20ème siècle. Cela prouve que jusqu’à une période récente et malgré sa fermeture, le lac était encore étendu et permettait la survie d’une faune de mollusques et de poissons faisant l’objet de pêche. La fermeture de la lagune « Retba » donnant le lac Rose, est donc consécutive à l’édification des dunes blanches du littoral (Figure 24f). Elle s’est traduite ainsi par la disparition progressive de la macrofaune (Poissons, Mollusques) de la microfaune. Depuis sa fermeture, le lac évolue en bac évaporatoire, sa surface se réduit et ses eaux se concentrent (Carn et al., 1976; Garnier, 1978) et le plan d’eau subit un recul progressif, menaçant ainsi sa survie. Ce plan d’eau repose sur une croute de sel composée essentiellement de gypse. Une couche de vase, constituée essentiellement de montmorillonite qui représente jusqu’à 9/10 de la fraction argileuse cristallisée qui se trouve en dessous de la croute de sel (Garnier, 1978). Il existe d’autres lacs tels que le lac Mbeubeusse, le lac Mbawane, les lacs de Malika et le lac Tanma qui sont de petites dépressions littorales qui ont subies la même évolution que le lac Retba. 

Evolution du plan d’eau du lac

Le lac, depuis sa formation, est marqué par une réduction de son plan d’eau due en particulier à la baisse de la pluie et de l’accroissement de l’évaporation. Ce dernier est passé de 15 Km2 à l’origine, c’est-à-dire lors de la fermeture de la lagune, à une superficie de 4,2 km2 en 1976 (Carn et al., 1976; Garnier, 1978). Cette superficie est passée à 3,2 Km2 en 2008 (Gueye, 2008). Ce rétrécissement est beaucoup plus important dans la partie sud du lac et dans la partie nord-est (côté continental). D’après Gueye (2008), cette résorption tend à se stabiliser, c’est-à-dire le lac résiste à la disparition par un fonctionnement qui est recherché dans ce travail. II. Le réseau hydrographique L’hydrographie du bassin versant est dominée par les marigots de Sangalkam et de Bambilor, qui coulent depuis le plateau de Bargny, à 40 m d’altitude, pour se jeter dans le lac, les étangs et la source situés respectivement au nord et à l’ouest du lac. 

Table des matières

DEDICACES
AVANT-PROPOS
Table des matières
Liste des Figures
Liste des photos
Résumé
INTRODUCTION GENERALE DE L’ETUDE
Contexte et problématique de l’étude
Objectif général des recherches entreprises
Approches méthodologiques
Structuration du mémoire
PARTIE I : CONTEXTE CLIMATIQUE, GEOLOGIQUE, GEOMORPHOLOGIQUE,HYDROGEOLOGIQUE ET HYDROLOGIQUE DE LA ZONE D’ETUDE
CHAPITRE I : LE CLIMAT
I. Variabilité temporelle de la Pluie
I.1. A l’échelle mensuelle
I.2. A l’echelle annuelle
I.3. Indice pluviométrique
II. Variabilité thermique
III. Diagramme ombrothermique
IV. Situation des vents
IV.1. L’Alizé maritime .
IV.2. L’alizé continentale ou harmattan
IV.3. La mousson
V. Humidité relative
VI. insolation
VII. Evaporation
VII.1. Evaporation réelle (ER).
VII.1.1. Valeur« Piche »
VII.2. Evapotranspiration potentielle (ETP)
VII.2.1. Méthode de Penmann
VII.2.2. Méthode de Turc
VII.2.3. Méthode de Thornthwaite
CHAPITRE 2 : GEOLOGIE ET TECTONIQUE
I. Géologie
I.1. Principales formations géologiques
I.1.1. Le Tertiaire
I.1.1.1. L’Eocène inférieur
I.1.1.2. L’Eocène moyen
I.1.2. Le Quaternaire
I.1.2.1. Le Pléistocène
I.1.2.1.1. L’Inchirien
I.1.2.1.2. L’Ogolien
I.1.2.2. L’Holocène
I.2. Structure géologique
CHAPITRE 3 : GEOMORPHOLOGIE
I. Le système dunaire
I.1. Dunes blanches
I.2. Dunes jaunes
I.3. Dunes rouges
II. Les types de sol
III. Distribution des Altitudes
CHAPITRE 4 : HYDROGEOLOGIE
I. L’aquifère des sables quaternaires
I.1. Pétrographie
I.2. Géométrie de l’aquifère
II. Paramètres hydrodynamiques
III. Ecoulement de la nappe 3
CHAPITRE 5 : HYDROLOGIE
I. Le bassin versant du lac Retba
I.1. Formation du lac
I.2. Evolution paléogéographique du lac Rétba au cours du Quaternaire récent
I.2.1. Le Nouakchottien (figure 24a)
I.2.2. Le Tafolien (figure 24b) 36
I.2.3. Le Dakarien (figure 24c)
I.2.4. Le Saint-Louisien (Figure 24e)
I.2.5. Le Subactuel (entre et 25 ans B. P.)
I.2.6. L’Actuel (25 B.P à nos jours)
I.3. Evolution du plan d’eau du lac
II. Le réseau hydrographique
II.1. Marigots de Sangalkam et de Bambilor
II.2. Les étangs
II.3. La source
III. Les vallées fossiles du bassin versant
IV. Revue des travaux effectués sur le lac Rétba et son bassin versant
PARTIE II : METHODES D’ETUDE DES HYDROSYSTEMES SALINS
Introduction
CHAPITRE 1 : LES METHODES HYDROGEOLOGIQUES
I. Piézométrie
I.1. Cote piézométrique et charge hydrostatique
I.1.1. Dans le cas d’une nappe libre
I.1.2. Dans le cas d’une nappe captive
I.2. Calcul de la recharge
CHAPITRE 2 : LES METHODES GEOPHYSIQUES
I. Méthodes électriques de surface
I.1. Principe de la Prospection électrique
I.2. Théorie et formules de base
I.3. Les dispositifs de mesure du potentiel électrique
I.4. Sensibilité des dispositifs de mesure
I.5. Les techniques de prospection électrique
I.5.1. Le sondage
I.5.2. Le trainé
I.5.3. Les panneaux électriques ou tomographie électrique
I.5.3.1. Théorie de la procédure d’acquisition en 2D
I.5.3.2. L’inversion et la modélisation
I.5.3.2.1. Méthode
I.5.3.2.2. L’inversion par le programme RES2DINV
I.6. Limite des méthodes électriques
I.6.1. Le principe d’équivalence
I.6.2. Le principe de suppression
II. Méthodes électromagnétiques de surface
II.1. Principe
II.2. Matériel
III. Les diagraphies
III.1. Diagraphies de conductivité électrique
III.2. Diagraphie de résistivité électrique
CHAPITRE 3 : LES METHODES GEOCHIMIQUES ET ISOTOPIQUES
I. Aperçu sur la géochimie des hydrosystèmes salins
I.1. Facteurs contrôlant la composition chimique des saumures
I.1.1. Processus de dissolution-précipitation
I.1.2. Echanges ioniques
I.1.3. La réduction des substances organiques
I.2. Facteurs contrôlant l’évolution chimique des saumures
II. Aperçu sur l’utilisation des isotopes en hydrogéologie
PARTIE III : PROTOCOLE EXPERIMENTAL, ACQUISITION ET TRAITEMENT DES DONNEES
CHAPITRE 1 : ACQUISITION ET TRAITEMENT DES DONNEES PIEZOMETRIQUES,
BATHYMETRIQUES ET LIMNIMETRIQUES
I. Acquisition et traitement des données piézométriques
I.1. Acquisition des données piézométriques.
I.2. Traitement des données piézométriques
II. Acquisition des données bathymétriques et limnimétriques
CHAPITRE 2 : ACQUISITION ET TRAITEMENT DES DONNEES HYDROCHIMIQUES
I. Missions d’échantillonnage
I.1. Échantillons de juin
I.2. Echantillons de septembre 2
I.3. Echantillons d’avril 2
II. Analyses des ions majeurs
III. Les analyses isotopiques
IV. Traitement des données hydrochimiques
IV.1. Analyse en composante principale (ACP)
IV.1.1. Principe
IV.1.2. Interprétation
IV.2. Application aux données chimiques des eaux des piézomètres de la dune
CHAPITRE 3 : ACQUISITION ET TRAITEMENT DES DONNEES DE SONDAGE
ELECTRIQUE (SEV et ETR)
I. Acquisition des données de sondage électrique (SEV)
II. Interprétation des données de sondage
III. Acquisition des données d’ETR (tomographie en résistivité électrique)
III.1. Le Matériel
III.1.1. Le terramètre ABEM LS
III.1.2. Le sélecteur
III.2. Mise en place du dispositif d’acquisition des données d’ETR
IV. Traitement et inversion des données
V. Acquisition et traitement des données de sondage électromagnétique
PARTIE IV : LES INTERACTIONS HYDRODYNAMIQUES ENTRE LES DIFFERENTES
COMPOSANTES DE L’HYDROSYSTEME DU LAC RETBA
CHAPITRE 1 : REPONSE DE LA GEOPHYSIQUE
I. Réponse des sondages électriques verticaux
I.1. Le transect de la dune
I.2. Le transect du chenal
II. Tomographie Electrique 2D
II.1. Le Transect de la Dune
II.2. Le transect du chenal
III. Carte des conductivités au niveau du chenal
Conclusion partielle
CHAPITRE 2 : REPONSE DE LA CHIMIE DES EAUX SOUTERRAINES ET DE SURFACE
I. Juin
I.1. Statistique des ions majeurs
I.1.1. Eaux de surface
I.1.2. Eaux souterraines
I.2. Faciès chimiques
I.2.1. Eaux de surface
I.2.2. Eaux souterraines
II. Septembre
II.1. Statistiques des paramètres physico-chimiques.
II.1.1. Eaux de surface
II.1.2. Eaux souterraines
II.2. Statistique des isotopes lourds (1O 2H) des eaux du bassin
II.3. Faciès chimique des eaux
II.3.1. Eaux de surface
II.3.2. Eaux souterraines
III. Avril 2 (mi saison sèche)
III.1. Statistique des paramètres physico-chimiques des eaux
III.1.1. Eaux de surface
III.1.2. Eaux souterraines
III.2. Faciès chimique
III.2.1. Eaux de surface
III.2.2. Eaux souterraines
IV. Evolution inter-saisonnière du comportement chimique des eaux
IV.1. Eaux de surface
IV.2. Eaux souterraines
IV.2.1. Le faciès chloruré sodique
IV.2.2. Le faciès chloruré calcique
IV.2.3. Le faciès bicarbonaté sodique
V. Origine et mécanismes de la minéralisation des eaux du bassin versant
V.1. Intrusion marine et processus associés
V.2. Relation Na+/Cl-
V.3. Indice de saturation du gypse
V.4. Relation entre les ions Ca2+
et les bicarbonates (HCO3-)
VI. Evolution verticale de la chimie de la nappe dunaire
VI.1. Evolution de la salinité et des chlorures avec la profondeur
VI.2. Analyse en composantes principales (ACP)
VI.2.1. Choix des composantes principales
VI.2.2. Etude du nuage des variables
VI.2.3. Etude du nuage des individus
VII. Etude isotopique des eaux de la nappe de la dune littorale
VII.1. Relation 1O/2H
VII.2. Relation deutérium (2H)/chlorure
VIII. Relation entre le rapport Br-/Clet les concentrations en chlorures (Cl-)
IX. Relation entre les rapports Mg2+/Ca2+, SO4
2-/Clet le chlore (Cl)
Conclusion partielle
CHAPITRE 3 : REPONSE DE LA DYNAMIQUE DE LA NAPPE
I. Ecoulement de la nappe
I.1. Profondeur de la nappe
I.2. Piézométrie de la nappe
II. Fluctuations saisonnières de la nappe
II.1. Les fluctuations de type 1
II.2. Les fluctuations de type 2
II.3. Les fluctuations de type 3
II.4. Les Fluctuations de Type
III. Bathymétrie et limnimétrie du lac
III.1. Bathymétrie du lac
III.2. La limnimétrie
IV. Relation hydrodynamique entre la nappe, le lac et l’océan
Conclusion partielle
CHAPITRE 4 : BILAN HYDROLOGIQUE, ESTIMATION DU DEPÔT DE SEL ET MODELE CONCEPTUEL
I. Bilan hydrologique du lac et estimation du dépôt de sel
I.1 Bilan hydrologique
I.2 Estimation du dépôt de sel
II. Modèle conceptuel
Conclusion partielle
CONCLUSION GENERALE DE L’ETUDE
RECOMMANDATIONS ET PERSPECTIVES
BIBLIOGRAP

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