Fonctionnement hydrogéologique et géochimie des systèmes aquifères de la bordure Ouest du Bassin de Cuvelai-Etosha (Namibie)

Hydrogeological functioning and geochemistry of aquifer systems in the western edge of the Cuvelai-Etosha Basin (Namibia)

• Auteur / Autrice : Fanny Soetaert
• Direction : Alain Dupuy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'univers
• Date : Soutenance le 16/09/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Montaigne-Humanités (Pessac, Gironde ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géoressources et Environnement (Pessac)
• Jury : Président / Présidente : Séverin Pistre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Dupuy, Sophie Leleu, Heike Wanke, Alexis Gutierrez, Eric Gaucher, Michel Franceschi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Séverin Pistre, Sophie Leleu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrogéologie

Eaux souterraines

Namibie

Aquifères

Mots clés libres

Aquifère

Bassin du Cuvelai-Etosha

Climat

Hydrochimie

Hydrogéologie

Modélisation 3D

Namibie

Qualité des eaux

Recharge

Ressource en eau

Aquifer

Cuvelai-Etosha Basin

Climate

Hydrochemistry,

Hydrogeology

3D modeling

Namibia

Water quality

Recharge

Water resource

Résumé

Dans un contexte de changement climatique susceptible d’impacter fortement les conditions hydroclimatiques continentales (élévation des températures et modification de la distribution spatio-temporelle des précipitations), la disponibilité future des ressources en eau constitue une problématique majeure. Les systèmes aquifères localisés dans les grands bassins sédimentaires constituent des ressources importantes, dont l’exploitation reste relativement limitée voire nulle en raison de leur accessibilité réduite (profondeur) et de leur qualité (température, paramètres physico-chimiques, etc.). En Afrique, les eaux souterraines représentent par conséquent un enjeu majeur, dans des contextes de forts développements globaux économiques et démographiques, sollicitant de plus en plus les ressources en eau souterraine. C’est particulièrement le cas des pays en développement tels que la Namibie.Au Nord de la Namibie, le Bassin du Cuvelai-Etosha, est bordé au Sud et à l’Ouest par d’épaisses séries (environ 4000 m) carbonatées et dolomitiques néoprotérozoïques (880 Ma - 550 Ma), formant la Plateforme Nord. Ces formations aquifères se retrouvent dans le bassin, enfouies à plus de 3500 m de profondeur sous d’épaisses séries cénozoïques aquifères du Kalahari. Ces travaux de thèse se focalisent sur le grand système aquifère multicouche de la Plateforme Nord-Occidentale, en bordure Ouest du bassin du Cuvelai-Etosha. Cette région, l’une des plus arides d’Afrique Sub-Saharienne, nécessite une gestion optimale des ressources en eau.Cette région de Namibie enregistre de faibles précipitations annuelles, (50 à 350 mm en moyenne), et est également caractérisée par une évapotranspiration potentielle extrême, d’environ 3000 mm.an-1. L’analyse des données pluviométriques a montré une tendance à la baisse des précipitations saisonnières, et des évènements pluvieux de plus en plus irréguliers et épars.Un schéma hydrogéologique conceptuel a été généré à partir des principales unités géologiques locales. L’appréhension du fonctionnement global de ce système aquifère multicouche se fait à travers une approche multidisciplinaire ; une fois les sens d’écoulements régionaux définis, une analyse géochimique est réalisée afin d’estimer l’origine et les processus hydrochimiques engagés, et permet ensuite de contraindre les sens d’écoulement principaux. Des approches géochimique, physique et isotopique ont amené des connaissances nouvelles quant à l’origine, l’estimation et la distribution de la recharge. Elle est ainsi plus importante dans la région montagneuse karstique du Kaoko, atteignant parfois plus de 10% de la pluviométrie annuelle.À partir de l’ensemble des résultats obtenus, une approche exploratoire par modélisations tridimensionnelles géologique et hydrodynamique est proposée. Celle-ci permet d’affiner les connaissances hydrogéologiques et hydrodynamiques localement, et d’améliorer le schéma de fonctionnement du système multicouche. Un bilan hydrique est dressé, qui permet d’évaluer les principaux flux à travers le système.D’un point de vue sociétal, l’évaluation de la qualité des eaux souterraines pour la consommation humaine révèle globalement la bonne à très bonne qualité des eaux issues des aquifères dolomitiques Otavi et de calcrète. Une attention particulière est portée sur les nombreuses sources, qui offrent un accès simple à une ressource souterraine abordable, mais cependant vulnérable. Des résultats qualitatifs et des recommandations sont proposés à des fins utiles aux différentes institutions de l’eau de Namibie, en vue d’assurer une gestion optimale et une utilisation durable de la ressource.

In a context of climate change that is likely to have a strong impact on continental hydroclimatic conditions (such as an increased in temperatures and a modification of the spatio-temporal rainfall distribution), the future availability of water resources is a major issue. Aquifer systems located in large sedimentary basins represent important resources, which are sometimes relatively limited or ignored because of their reduced accessibility (depth) and their quality (temperature, physico-chemical parameters, etc.). In Africa, groundwater represents therefore a major challenge in contexts of strong global economic and demographic developments, that are increasingly soliciting groundwater resources. It is especially the case in developing countries like Namibia.In Northwestern Namibia, the Cuvelai Etosha Basin is bordered to the South and West by thick (about 4.000 m) carbonates and dolomites series of Neoproterozoic age, that form the Northern Platform. These aquifers, deformed and folded, are found in the basin, buried more than 3500 m below the thick Cenozoic aquifer series of the Kalahari. This thesis work focuses on the large multi-layered aquifer system of the North-Western Platform, at the western edge of the Cuvelai-Etosha basin.This region of Namibia records low annual rainfall, (50 to 350 mm on average), and is also characterized by an extreme potential evapotranspiration of about 3000 mm.y-1. The analysis of rainfall data has shown a decreasing trend in seasonal rainfall, as well as increasingly irregular and scattered rainfall events. A conceptual hydrogeological diagram has been generated from the main local geological units. The overall functioning of this multilayer aquifer system is understood through a multidisciplinary approach; the regional flows are first defined, and then, a geochemical analysis is conducted, allowing not only to estimate their origin and the hydrochemical processes that have been involved, but also to constrain the main groundwater flow directions. Geochemical, physical, and isotopic approaches have provided new insights into the origin, the estimation, and the distribution of the recharge. It is thus more important in the karstic mountainous region of the Kaokoveld, sometimes reaching more than 10% of the annual rainfall.Based on all the results obtained, an exploratory approach by three-dimensional geological and hydrodynamic modelling is proposed. This enables the improvement of local hydrogeological and hydrodynamic knowledge, and improves the functioning of the multilayer system. A water balance is established, and allows to evaluate the main flux toward the system. From a societal point of view, the evaluation of the quality of groundwater for human consumption reveals globally the good to very good quality of the waters from the Otavi dolomitic and the calcrete aquifers. Particular attention is paid to the numerous springs, which offer easy access to an affordable, yet vulnerable groundwater resource. Qualitative results and recommendations are proposed for use by the various water institutions in Namibia to ensure an optimal management and a sustainable use of the resource.