ETUDE STATISTIQUE DE L’ EAU D’ INFILTRATION

Situation géographique

Ambohitsaratelo est parmi les six quartiers environnants qui constituent le Fokontany d’Avaratetezana – Ampitatafika; quartier où se situe le lieu d’expérience, il fait partie de la Commune Rurale d’Ampitatafika et se trouve au point kilométrique numéro sept (PK7) de la Route Nationale Numéro un (RN1), dans le Fivondronana d’Antananarivo Atsimondrano. Administrativement, cette Commune Rurale est intégrée à la Province d’Antananarivo et à la Région d’Analamanga. Une portion de la carte topographique d’Antananarivo, établie par le Foiben’ ny Taosaritanin ’i Madagasikara (FTM) représentée dans la page suivante, permet de repérer l’emplacement de la zone d’étude. 4 : Zone d’étude Source :FTM, feuille du nord d’Antananarivo P47, echelle1/50 000. Carte – Portion de la carte topographique d’ Antananarivo produite par FTM (échelle 1/50 000) 

Localisation de la zone d’étude

Le terrain, objet du présent travail est situé sur la partie Sud-est de la plaine et la colline incorporant Ambavahaditokana, Itaosy et Ambohidrapeto ; cette vaste étendue s’étale presque au milieu de l’alluviale de Betsimitatatra qui la contourne. De l’Est vers l’Ouest et en 5 suivant le sens contraire de l’aiguille d’une montre ; sur le côté Sud, elle est limitée par la RN1 longeant la rivière Sisaony. Plus précisément, la photo ci-après produite par EUROPA TECHNOLOGIES [1] montre brièvement l’emplacement synoptique de cette zone. Source : Europa technologies (2007), Image ©2007 Digital globe, 2006 Google TM Photo – Vue satellitaire de la zone d’expérience produite par [1] Les coordonnées de la zone d’étude ont pu être obtenues en pointant le curseur de l’ordinateur sur le site à l’endroit exact où les travaux ont été effectués ; elles donnent les indications précises suivantes : − Latitude : 18° 56′ 07, 76′′ Sud − Longitude : 47° 28′ 58, 47′′ Est − Altitude : 1255,82 mètres. 6 : Zone d’étude : Roche imperméable Sisaony RN1 Route vers Itaosy Ce qui permet de vérifier et de confirmer que la zone d’étude est comprise dans la région de la haute terre centrale de Madagascar. Par conséquent, l’étude géologique du terrain pourra être envisagée.

Etude géologique 

Nature du terrain

Ce paragraphe a un but purement descriptif de la nature et de la structure géologique générale du ravin visuellement ; sa couleur est rouge au niveau le plus élevé mais devient plus claire au fur et à mesure que l’altitude baisse. Il apparaît une roche imperméable à 7 mètres plus bas ; sous l’effet de cette imperméabilité, une zone de saturation d’eau de faible épaisseur, de couleur jaunâtre, se forme sur la partie supérieure de la roche. De ce fait, il existe deux couches qui se superposent au dessus de la roche : − La partie supérieure est de couleur rouge ; − La partie inférieure donne une couleur jaunâtre. L’apparition de ces deux couches différentes dans le ravin a déjà été signalée par de nombreux chercheurs L M C RAMAROVELO [2], et de bien d’autres [3], [4], [5] lors des études géologiques sur la plaine d’ Antananarivo. − L’horizon supérieur de couleur rouge compact est de la latérite argileuse et en général, ne dépasse pas les 6 mètres d’épaisseur ; − L’horizon inférieur de couleur jaune ou blanchâtre peut atteindre 30 mètres d’épaisseur. La latérite résulte du processus d’altération des roches cristallophylliennes feldspathiques, plus ou moins riches en éléments ferromagnésiens du sous–sol propre à la zone tropicale. 7 Les travaux de M RAUNET [6] sur le bas fond d’ Ambohitrakoho à une altitude de 1 300 m rappelés par [2] montrent le modèle de coupe géologique classique du terrain des hauts plateaux de Madagascar ; cette coupe géologique est presque identique et confirmée par M RAUNET [7] dans ses projets des recherches relatives aux bas fonds des hauts plateaux de Madagascar. Dans ce cas, elle peut intervenir dans cette étude pour indiquer la morphologie du sol. Source : M RAUNET, (1989) facteur limitants de la nutrition minérale du riz de bas fond sur les hauts plateaux de Madagascar, FOFIFA, 8p. Figure – 1 – Bas fond dans la région de Antananarivo coupe schématique transversale d’après M RAUNET [7]. Pour mener à bien cette étude, la connaissance de la nature de la roche imperméable rencontrée sur le sol enrichit la description du terrain. 

Nature de la roche imperméable

La roche qui apparaît sur le terrain est de couleur grise, très solide et ayant l’aspect du granit. D’après les études effectuées par Guy DELUBAC, et al. [8] et jointes à la carte géologique la plus récente publiée officiellement sur les environs d’ Antananarivo, produite par le BRGM, le sous sol de la commune rurale d’Ampitatafika, d’Ambavahaditokana, d’Itaosy et d’Ambohidrapeto contient des granites migmatitiques et migmatites granitoïdes.

Coupe transversale du terrain

La figure suivante représente la coupe géologique du terrain. Elle est dessinée à partir des notions acquises dans les paragraphes I – 3- 1 et I -3 -2. Figure – 2 – Coupe transversale du terrain avant le terrassement 9 Sol perméable Zone de saturation Roche imperméable Niveau hydrostatique de la nappe Nappe souterraine Sol imperméable (Argile) La figure précédente montre la morphologie du terrain, l’emplacement de la roche imperméable et l’apparition de la zone de saturation au dessus de la roche. Après le terrassement d’une partie de ce terrain, cette figure change et donne la coupe suivante. Figure – 3 Coupe transversale du terrain après le terrassement Après plusieurs passages de pluie sur la zone d’étude, de l’eau est apparue au niveau inférieur du ravin ; cela est dû à la pénétration dans le sous-sol d’une partie de la précipitation tombée à la surface superficielle du sol. Le reste de la pluie s’évapore ou ruisselle. Ce dernier paragraphe permet de rappeler la circulation de l’eau dans la nature. 

Cycle de l’eau dans la nature

Sous l’effet de la chaleur au niveau de la surface terrestre, une évaporation se produit et monte dans l’atmosphère pour former des nuages. Ces derniers sont poussés par le vent et par la pression atmosphérique vers la surface terrestre. D’après les travaux effectués par A MORETTE [9], ces nuages restent en suspension dans l’air et donnent lieu à des 10 Sol imperméable (Argile) Sol perméable Roche imperméable Niveau hydrostatique de la nappe Nappe souterraine Zone de saturation de couleur jaunâtre Ravin précipitations d’eau liquide ou solide, lorsque la condition est remplie. Enfin, le cycle est fermé si les eaux de pluie retombent dans la mer, dans un lac ou sur le sol. La figure ci-après montre clairement cette circulation. Figure – 4 Cycle de l’eau dans la nature I – 5 Présence d’eau dans le sol En dehors des différentes sortes d’eau signalées dans la figure précédente, il en existe une partie qui pénètre dans le sous-sol jusqu’à une petite profondeur puis ressort à la surface de la terre. L’apparition de cette eau à l’extérieure du sol est due, soit au contenu du terrain, soit à la pente superficielle de la terre. L’étude réalisée par R – L CHANTON [10] confirme que cette eau est appelée eau hypodermique.

Eau d’infiltration

Sous l’effet de la gravité, l’eau se déplace de haut vers le bas dans la zone non saturée du sous–sol, d’après les travaux réalisées par A- MUSY [11] elle enrichit la nappe souterraine : c’est l’eau d’infiltration. 

Vitesse d’infiltration

La vitesse de déplacement de l’eau dans le sol n’est pas la même dans tous les terrains, car elle dépend de la nature du sol. Les travaux effectués par R– COMOLET, et al. [12], [13] donnent la formule qui détermine la vitesse d’infiltration, il s’agit de : k p : Coefficient de perméabilité 1 µ : Viscosité dynamique du fluide v  : Vitesse d’infiltration P(z) : Pression hydrodynamique. Après la projection et l’élimination des composantes suivant l’axe x′ o x et y′ o y démontrées dans l’annexe A, la vitesse d’infiltration devient : Cette dernière relation montre que la vitesse d’infiltration est proportionnelle à la perméabilité kp du sol ainsi qu’à la pesanteur g et à la masse volumique ρ . Elle est orientée suivant l’axe o z′ .

Eau de rétention

Lorsque le terrain se laisse traversé par l’eau, plusieurs phénomènes physiques interviennent (vitesse, temps, débit, …) dont la base fondamentale désigne l’existence de cavités plus ou moins nombreuses. Ces cavités peuvent être volumineuses, déformables ou non ; elles sont capables de contenir ou de laisser circuler l’eau. 12 gradP (z) (1) g k v p ρ µ = − × 1 (2) En outre, l’eau qui est absorbée par les particules du sol est appelée eau de rétention ; d’après les recherches déjà menées par A – MORETTE [9], c’est l’eau qui ne se laisse pas enlever par drainage. La figure suivante montre la répartition de l’eau dans le sol. Figure – 5 Répartition de l’eau dans le sol [9]. L’eau de percolation est la plus grande quantité d’eau susceptible de circuler librement dans le sol. La capacité de retenir l’eau dans le sol varie en fonction de la granulométrie de ce constituant, elle est représentée par un coefficient appelé coefficient de porosité Cp ; ces valeurs sont données dans l’annexe B et exprimées en pourcentage. En se référant aux travaux de J – LOUP [14]; la relation suivante donne : I – 6 Conclusion Tous les paramètres qui indiquent la nature du terrain sont déjà donnés dans les paragraphes précédents ; l’unité de la perméabilité Kp sera démontrée dans l’annexe C pour l’application de la formule (2). Pour avoir des notions sur la méthode d’ajustement utilisée ; passons au chapitre suivant.