Étude du fonctionnement hydrologique et hydrogéochimique des eaux de surface et des nappes superficielles

Généralités

La zone d’étude se situe au nord dans la partie sénégalaise du bassin sédimentaire Sénégalomauritanien. Ce bassin côtier est caractérisé par des ensembles géologiques déterminé par les facteurs tectonique, climatique, eustatique et sédimentaire. Ce bassin repose sur la partie occidentale du craton ouest-africain. Il correspond à une zone de subsidence comblée de sédiments marins et continentaux provenant de l’érosion de roches primaires et antécambriennes sur lesquelles ils reposent en discordance (Elouard, 1959, Audibert, 1967, Michel, 1973). À la suite des phases de transgressions et régressions marines, du secondaire et du tertiaire, des dépôts très variés se sont mis en place. Ils s’enfoncent progressivement d’est en ouest où l’épaisseur des couches peut atteindre 6 000 m (Fig.19). Globalement, ce bassin côtier est affecté de légers gauchissements dont les plus marqués se trouvent dans la presqu’ile du Cap-Vert (horsts de Ndiass et de Dakar), au nord du Sénégal (anticlinal de Guiers) et sur la côte Atlantique, suite à des subsidences dont les plus intenses sont observées dans la basse Casamance et dans le delta du fleuve Sénégal. Ainsi, les séries sédimentaires sont épaisses et complètes et n’ont pas ou peu connu d’épisodes continentaux comme ceux que l’on observe à la fin du Crétacé et du Tertiaire à l’intérieur du Bassin (Audibert, 1970). On voit donc comment se situe le delta du fleuve Sénégal dans l’unité, plus vaste, du bassin sédimentaire. Il s’agit d’un domaine qui s’affaisse en bordure d’un anticlinal (Guiers) dont la mise en place commence à la fin du crétacé et se poursuit au Miocène. Les processus d’enfoncement et de sédimentation se sont poursuivis pendant le Quaternaire, période durant laquelle, dans le delta, la dynamique des dépôts était sous le contrôle des phases de creusement fluviatile, d’alluvionnement et de sédimentation marine et éolienne (Michel, 1957) induites par les variations du climat et du niveau marin. Ces facteurs sont à l’origine de l’évolution du cours du fleuve et de l’aspect de la morphologie actuelle du delta.

Formations du Mésozoique et du Cénozoique

Les connaissances sur la géologie du delta sont issues d’un certain nombre d’études et d’échantillons recueillis par sondages. Il s’agit, notamment, de recherches d’eau à Saint-Louis, (1903) et de recherches universitaires sur la géologie générale et pétrolières à Léona et ToundouBesset (Allon, 1957), de reconnaissances diverses dans les zones de Rosso, Richard Toll, Dagana, Ronq, Ross Béthio (Tricart, 1961 ; Elouard, 1962 ; Monciardini, 1966 ; Michel et al., 1968 ; . Plus récemment de la nouvelle carte géologique du Sénégal (PASMI, 2009) qui est réactualisée au 1e/500000. Cette réactualisation n’a, cependant pas, apporté des bouleversements majeurs, en terme de nomenclature géologiqure, seuls ont été distingués, en surcharge sur les formations cénozoïques, la formation du Saloum (ancien « Continental terminal », notation « m ») et les complexes dunaires (notation « D »). Dans la zone, les séries lithostratigraphiques du postpaléozoïque ont été reconstituées à partir des données de forages. Elles sont sans interruption jusqu’au Quaternaire (forage de Saint-Louis, Toundou Besset et Dagana).

Mésozoïque (Secondaire) 

Le Mésozoïque est connu dans la zone par les sondages de Toundou-Besset, de Léona (au sud), de Saint-Louis et de Dagana. Il est représenté par des sédiments sableux à gréseux d’origine marine, mais à tendance continentale, appartenant au Sénonien dont l’étage supérieur est le Maastrichtien qui d’ailleurs est très proche de la surface à Dagana (40 m de profondeur) par le jeu de l’anticlinal de Guiers. Le faciès sableux épicontinental, qui le caractérise (épaisseur 10-50 m), présentant des niveaux rubéfiés, témoignant de la présence d’une ride qui a connu des périodes d’émersion. À l’ouest, au niveau des forages de Toundou Besset, Léona et Saint-Louis, le faciès sableux rubéfié se trouve respectivement à plus de 400-500 m et se trouve recouvert par une alternance d’argiles et de sables. On a ainsi une idée sur l’importance de la subsidence qui affecte le delta depuis le Maastrichtien.

Cénozoïque (Tertiaire) 

Paléocène 

Le Paléocène est marin (transgressif) représenté par les formations de Poponguine qui sont constituées de faciès carbonatés, plus ou moins enrichis en apports terrigènes, associés à des marnes et des marno-calcaires avec des épaisseurs minimales dans le Ferlo et le dôme de Guiers (30-50 m) (Fig.20). Ces formations sont représentées dans le delta par des marnes et des grès calcaires (50 m à l’ouest Toundou Besset), des dépôts gréseux (15 m) prés de Dagana et des calcaires coquilliers (30 m) à Rosso. b-Éocène Éocène inférieur (Yprésien/e4b) L’Eocène inférieur est marqué par des faciès à dominante argileuse. Cette homogénéisation de la sédimentation traduit une forte poussée transgressive dont les dépôts vont déborder les limites du bassin paléocène. Dans le delta, le domaine marin transgressif a mis en place les formations de THIÈS constituées par des argiles et marnes feuilletées blanches à attapulgite et horizons phosphato-glauconieux silicifiés. Apports des outils géochimiques, isotopiques, des analyses statistiques et des SIG DR MOCTAR DIAW. 2019 THESE DE DOCTORAT UNIQUE 43 (Source : Trompette, 1973) Figure 19 : Bassin sédimentaire Sénégalo-mauritano-guinéen dans son cadre régional compilée d’après la carte tectonique internationale de l’Afrique (PASMI, 2009) Apports des outils géochimiques, isotopiques, des analyses statistiques et des SIG DR MOCTAR DIAW. 2019 THESE DE DOCTORAT UNIQUE 44 Durant cette époque, la sédimentation marneuse est bien développée à l’ouest (150 m à Toundou Besset et 200 m à Saint-Louis). À l’est, l’Éocène inférieur est complètement érodé par le fleuve à Richard Toll du fait de sa position haute sur l’anticlinal de Guiers et apparait à Rosso avec des faciès argilogréseux avec quelques bancs de calcaires dolomitiques (30 m). Cet étage affleure sur les rives méridionales du lac de Guiers sous un faciès marno-carbonaté, calcaires d’argiles blanches prés de Gnith et sous forme de marnes et argiles feuilletés blanches au nord de Keur Momar Sarr (Fig.20). Dans cette partie, il n’a pas été vraiment traversé par des puits ou des forages, à cause du recouvrement sableux important « des formations du Saloum ». Éocène moyen (Lutétien/e5c) Après le grand épisode d’inondation de l’Yprésien, le Lutétien est marqué par l’installation d’une plate-forme carbonatée alternant avec des faciès marno-carbonatés, riches en faune marine (discocyclines, oursins et mollusques variés). Ce sont les formations de LAM LAM qui sont connues à l’ouest du delta dans les sondages de Toundou Besset et de Saint-Louis, sous forme de calcaires marneux, de marnes et surtout de calcaires à Nummulites avec une épaisseur de 200 m environ. Toutefois, sa présence est aussi signalée sous les dunes dans la partie sud-ouest du delta, mais aussi prés de Rosso (Diagana, 1994) avec des faciès argilo-marneux ou calcaires dont le sommet est souvent tronqué par l’érosion. Elles sont absentes à l’Est dans le dôme de Guiers (Fig.20). Éocène Supérieur (Lutétien supérieur Bartonien/e5-6) Ces dépôts sont représentés pour la nouvelle cartographie par les formations de TAIBA qui sont constituées de calcaires et marnes à Nummulites, phosphatés à l’Ouest. Toutefois, l’existence de cet étage dans le bassin sénégalo-mauritanien reste hypothétique selon Audibert (1970) et Monciardini (1966) suppose son existence en raison d’arguments stratigraphiques et micropaléontologiques, mais ne croit pas à sa présence sur la côte Atlantique. On trouve cependant, dans le forage de SaintLouis, des faciès marneux et calcaires, de 60 m d’épaisseur, au-dessus des calcaires à Nummulites, qu’il faut bien placer dans la stratigraphie de Toundou Besset où les couches calcaires contiennent des Nummulites jusqu’à leur sommet (Audibert, 1970). Ces dépôts sont absents du dôme de Guiers et peuvent constituer dans la partie sud-ouest du delta, avec les formations du lutétien moyen, le soubassement des formations dunaires du Quaternaire (Fig.20). 

Paléogène T

erminal ou Néogène, (Miocène moyen à supérieur/m) Sur la figure (Fig.20), cette unité a été représentée en surcharge sur le substratum marin paléogène et néogène. C’est une unité terrigène longtemps considérée comme une formation continentale azoïque jusqu’à la découverte de faunes marines miocènes (Flicoteaux et Médus, 1980). Les dépôts d’âges Miocène-Pliocène ont été groupés du fait de leurs faciès relativement semblables. Apports des outils géochimiques, isotopiques, des analyses statistiques et des SIG DR MOCTAR DIAW. 2019 THESE DE DOCTORAT UNIQUE 45 Globalement, ils sont constitués par des grès bioturbés et argiles sableuses kaoliniques, à terriers et mollusques : Formation du Saloum. Cette formation désignée autrefois sous l’appellation de Continental Terminal (C.T) constitue une puissante unité gréseuse, accessoirement argileuse, qui couvre une large part du bassin sédimentaire sénégalais, depuis la Casamance et le Saloum, jusqu’au fleuve Sénégal. Vers le Nord, la limite occidentale des dépôts s’arrête en rive droite du lac de Guiers au niveau de laquelle, ces dépôts gréseux miocènes couvrent le plateau occidental du Ferlo, coiffés par une cuirasse ferrugineuse. Au niveau du golfe estuarien, ces formations du Saloum sont caractérisées par une puissante série (100 m) de sables et de grés souvent glauconieux (à SaintLouis) et des sables à faciès argileux et lumachelliques à modules ferrugineux (à Toundou Besset), surmontant les faciès éocènes. À cette époque, le régime continental s’installe dans le reste du bassin sédimentaire avec un recouvrement d’une épaisse couche de dépôts détritiques constitués de sables, de grés argileux et d’argiles continentales apportées par les cours d’eau à régime de crues brutales. Ces formations détritiques sont considérées par Le priol et Dieng (1985), comme des faciès d’altération de sédiments post-éocène marin ou continental plutôt que des dépôts continentaux. Elles connaissent une période d’intense érosion en climat semi-aride. Dans le delta, la formation du Saloum est subaffleurante, voire affleurante, dans la partie nord-est (entre Dagana, Keur Mbaye, Mbilor et Dji Diéri), principalement à l’Est du lac de Guiers et localement entre Mbenguéye, Niasséne et Ross Béthio (Monteillet, 1980) avec une extension latérale longeant le lac de Guiers jusqu’au nord de Gnith (non représenté sur l’échelle 1e/500 000). Leur épaisseur maximale connue est de l’ordre de 12 m (OMVS-USAID, 1986-1990). Elle est généralement en discordance, sur les formations les plus anciennes et couronnée par une cuirasse ferrugineuse d’épaisseur variant entre 1 et 5 m. Toutefois, dans certaines parties de la zone, la délimitation de la formation du Saloum et de celles du Quaternaire est difficile, et les deux entités sont regroupées sous forme de formations superficielles (Sainton, 1957), dans la partie où la cuirasse ferrugineuse a été fortement entaillée par l’érosion mécanique pendant les périodes sèches (Michel, 1973). C’est dans ces parties que l’on observe une continuité hydrogéologique des formations géologiques anté-quaternaires et quaternaires dans un ensemble aquifère multicouche. 

 Formations du Quaternaire

 Le quaternaire nous intéresse particulièrement puisque la majeure partie des formations de la couverture superficielle se sont déposées durant cette période et que les couches les plus récentes renferment les nappes superficielles. Au cours de cette époque, les alternances des phases de régressions et transgressions et les variations du climat ont entraîné la mise en place de dépôts essentiellement détritiques à faciès continentaux entrecoupés par des dépôts margino-littoraux sur la bordure de l’atlantique et dans les deltas du Sénégal, de la Casamance, du Saloum et de la Gambie (PASMI, 2009). Les travaux antérieurs réalisés par Audibert (1970) ; Michel (1973) et Monteillet (1980, 1988), ainsi que les nombreux logs de sondage disponibles et les travaux de la nouvelle cartographie en 2009, ont été compilés pour mieux caractériser la géologie de subsurface du Quaternaire (Fig.21). Ainsi, dans le souci de mieux représenter la chronologie des dépôts du quaternaire notamment la lithostratigraphie de la zone, une petite comparaison des échelles stratigraphiques du quaternaire a été effectuée en se basant sur la nouvelle et les anciennes nomenclatures établies par les travaux antérieurs (Tableau 5). Cependant, dans le cadre de cette étude nous allons considérer les subdivisions du Quaternaire proposées par la nouvelle cartographie qui relate que les formations du quaternaire sont constituées par des dépôts d’âge holocène et pléistocène. La nature du substratum au niveau de ces dépôts varie d’Ouest en Est et diffère également de la plaine alluviale aux formations dunaires (Fig.21). 

 Pléistocène 

La base du quaternaire repose le plus souvent sur des formations indurées par les oxydes de fer qui peuvent être sous la forme d’une cuirasse très compacte, se fragmentant en gros blocs, ou de gravillons ferrugineux légèrement recimentés. Ces revêtements s’étendent sur la majeure partie du Ferlo et sur la bordure du delta, sur les rives du lac de Guiers et à l’Est de Ross Béthio (rive est du Ndiael) où elles se désagrègent sous forme d’amas de gravillons ferrugineux roulés. Dans la zone, ces latérites sont attribuées à la phase terminale du Néogène représenté par le complexe Miocène-Pliocène (C.T) au niveau duquel repose les dépôts des formations du Pléistocène constituées de bas en haut par : a-Des colluvions et alluvions indifférenciées (CF1) Au cours des phases climatiques quaternaires et des régressions-transgressions glacioeustatiques conséquentes, le fleuve a été amené à creuser son lit majeur puis à y déposer des dépôts meubles qui correspondent à une ou plusieurs terrasses fluviatiles que Michel (1967, 1973) sépare en trois niveaux étagés : – l’Eémien est constitué par les formations du haut glacis et des hautes terrasses détritiques alluviales des bassins des fleuves Sénégal et Gambie. Ces dépôts sont constitués de galets et de graviers généralement cimentés en poudingues ou micropoudingues par des oxydes de fer. Les constituants principaux en sont des éléments de quartz et de latérite, accompagnés de façon plus discrète par des débris calcaires et des jaspes. Au cours d’une période plus humide, les calcaires lacustres (L) attribués provisoirement à l’Eémien sont mis en place. Leurs extensions sont observées dans les régions de Diourbel, Louga et du Ferlo dont une petite partie subaffleure sur la rive droite du Lac de Guiers prés de Keur Momar Sarr. -le Tafaritien (1 000 000-300 000 ans BP) est caractérisé par la mise en place des dépôts graveleux qui constituent le moyen glacis et la moyenne terrasse des fleuves Sénégal et Gambie. En effet, lors d’une période humide, le creusement a aussi eu pour conséquence le démantèlement des cuirasses antérieures, leur épandage et parfois, la formation de cuirasses secondaires, conglomératiques ou gravillonnaires.