Etude hydrogéophysique des échanges entre le fleuve Niger et les aquifères sédimentaire et de socle au Niger

Hydrogeophysic study of water fluxes between Niger River and sedimentary and basement aquifers in Niger

• Auteur / Autrice : Oumou Kaltoum Hama Garba
• Direction : Guillaume Favreau, Yahaya Nazoumou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 06/12/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes en cotutelle avec Université Abdou Moumouni
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des géosciences de l'environnement (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Garambois
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Jourde, Maman Sani Abdou Babaye, Fadji Zaouna Hassane Mamadou Maina
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nicaise Yalo, Valérie Plagnes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Afrique occidentale

Ressources en eau

Hydrogéophysique

Aquifères

Mots clés libres

Aquifères

Fleuve Niger

Hydrogéophysique

Ressource en eau

Risque d’inondation

Afrique de l'Ouest

Aquifers

Fleuve Niger

Hydrogeophysic

Water ressources

Flood risk

West Africa

Résumé

Dans le sud-ouest semi-aride du Niger, dans les régions de Tillabéry et de Niamey (capital du pays), le fleuve Niger a connu des effets emblématiques du changement climatique. Les conséquences des sécheresses sévères endurées dans les années 1970 - 1980 ont modifié la couverture du sol et le cycle de l'eau. Ces bouleversements ainsi que l'intensification observée des événements pluvieux ont pour conséquence (1) la dégradation de l'environnement (déforestation et encroûtement des sols) qui a conduit à une augmentation du taux de ruissellement dans de nombreux bassins versants ; (2) une remontée durable de la nappe phréatique ; et par la suite, (3) une modification du régime hydrologique du fleuve Niger. En conséquence, on observe d'une part, une augmentation de la fréquence des inondations pendant la saison des pluies dans la ville de Niamey (ex., 2012, 2020) et, d'autre part, une diminution des débits d'étiage en fin de saison sèche, menaçant l'approvisionnement en eau domestique (ex., 2018). Pour mieux prédire les débits du fleuve dans la perspective (1) d'une gestion durable de la ressource en eau et (2) de la maîtrise des risques d'inondation dans ces régions, cette étude vise à quantifier la contribution des eaux souterraines au fleuve. Cette contribution des eauxsouterraines est souvent difficile à estimer en raison des flux saisonniers très variables.Combinant les approches quantitatives hydrogéologiques et géophysiques, l’étude a permis de caractériser les différentes structures aquifères et leurs fonctionnements hydrogéologiques en bordure du fleuve Niger. Les suivis piézométriques ont permis de voir : à grande échelle (à une distance ≥ 1 km) un fonctionnement du système présentant un flux d’eau de l'aquifère vers la vallée du fleuve quel que soit le contexte géologique et la saison. A petite échelle (à une distance < 300 m), le fonctionnement du système devient plus complexe et dépend à la fois de la géologie, de la géomorphologie et de la saison. L’ensemble des résultats a permis de mettre en évidence le rôle tampon de l’aquifère alluvial qui échange avec le fleuve et reçoit un flux de base (~4.5 m3.s-1 sur une section de 530 km de long) des aquifères régionaux (altérites de socle et formation sédimentaire du Continental Terminal). La comparaison des flux souterrains avec les écoulements de surface (maximum enregistré : 3398 m3.s-1 ; seuil d’alerte étiage : 10 m3.s-1 ) montre que capacité de l’aquifère alluvial à amortir les crues et à soutenir les étiages (~1.9 m3.s-1 ) reste limité . Le flux des aquifères régionaux vers le fleuve Niger est toutefois significatif comparé aux principaux besoins en eau de la population.Mots clés : échange nappe - rivière, piézométrie, méthodes géophysiques électriques etélectromagnétiques, Résonnance magnétique des protons (RMP), Sahel

In the semi-arid southwestern Niger, in the Tillabéry and Niamey (capital of the country)regions, the Niger River has experienced emblematic effects of climate change. Theconsequences of the severe droughts endured in the 1970s - 1980s altered the land cover and the water cycle. These disruptions and the observed intensification of rainfall events have resulted in (1) environmental degradation (deforestation and soil crusting) which has led to an increase in the runoff rate in many watersheds; (2) a sustained rise in the water table; and subsequently, (3) a modification of the hydrological regime of the Niger River. As a result, we observe on the one hand, an increase in the frequency of flooding during the rainy season in the city of Niamey (e.g., 2012, 2020) and, on the other hand, a decrease in low water flows at the end of the dry season, threatening domestic water supplies (e.g., 2018). To better predict river flows in the perspective of (1) sustainable water resource management and (2) flood risk control in these regions, this study aims to quantify the contribution of groundwater to the Niger River. This groundwater contribution is often difficult to estimate due to highly variable seasonalflows. Combining quantitative hydrogeological and geophysical approaches, the study made it possible to characterize the different aquifer structures and their hydrogeological functioning along the Niger River. The piezometric monitoring made it possible to see that on a large scale (at a distance ≥ 1 km), the functioning of the system shows a flow of water from the aquifer towards the river valley regardless of the geological context and the season. At a small scale (at a distance < 300 m), the functioning of the system becomes more complex and depends on the geology, the geomorphology and the season. All the results highlighted the buffer role of the alluvial aquifer which exchanges with the river and receives a base (~4.5 m3.s-1 over a 530 km long section) flow from the regional aquifers (weathered basement and sedimentary formation of the Continental Terminal). The comparison of groundwater fluxes with surface flows (maximum recorded: 3398 m3.s-1; low water alert threshold: 10 m3.s-1)shows that the capacity of the alluvial aquifer to soften floods (maximum 46 m3.s-1) and to support low water levels (~1.9 m3.s-1) remains limited. However, the flow from regional aquifers to the Niger River is significant compared to the main water needs of the population.Keywords: aquifer-river exchange, piezometry, electrical and electromagnetic geophysicalmethods, Magnetic Resonance Sounding (MRS), Sahel