Exploitation des aquifères de socle d'Afrique de l'Ouest : régionalisation des potentiels et des limites imposées par le milieu

Exploitation of West African basement aquifers: regionalization of potential and limitations imposed by the environment

• Auteur / Autrice : M. August Abdon Kinglo
• Direction : Patrick Lachassagne, Mahamadou Koïta
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : STE-Sciences de l'Eau
• Date : Inscription en doctorat le 02/01/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....) en cotutelle avec Institut International d'Ingenierie de l'Eau et de l'Environnement (2iE)
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : HSM - Hydrosciences Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Eau, Ressources, Territoires

Mots clés

Mots clés libres

Aquifères de socle

Intelligence Artificielle

Afrique de l'Ouest

Changement Climatique

Changement Global

Basement aquifers

Artificial Intelligence

West Africa

Climate Change

Global Change

Résumé

L'Afrique en général et l'Afrique de l'Ouest en particulier ont leur sous-sol en grande partie composé de roches de socle (roches plutoniques et métamorphiques). Ces roches présentent des propriétés hydrogéologiques singulières : perméabilité moyenne à faible par comparaison aux autres types d'aquifères, liée au premier ordre à l'altération subie par ces roches, mais ressource en eau bien répartie spatialement, du moins là où les profils d'altération sont préservés. En Afrique de l'Ouest, ces aquifères contiennent la seule source d'eau disponible toute l'année du fait du climat saisonnier de mousson. Alors que la pression sur ces aquifères s'accentue du fait des forts taux démographiques et des volontés de sécuriser la production alimentaire via l'irrigation, les limites d'exploitation de ces aquifères sont encore mal connues, empêchant une gestion et une planification rationnelle de leur exploitation. Les potentiels et limites imposées par le milieu sont de trois types : 1) de court terme, le débit instantané d'un forage étant directement lié aux propriétés hydrodynamiques du milieu ; 2) d'échelle saisonnière, entre deux épisodes importants de recharge, et contrôlées par le stock d'eau de l'aquifère (l'exploitation ne pouvant dépasser ce volume sur ce laps de temps) ; 3) de long terme, telle qu'imposée notamment par la recharge(un taux d'extraction supérieur à la recharge de long terme conduisant inévitablement à l'épuisement du stock). La recharges de ces aquifères est influencée par de nombreux paramètres, dont le gradient pluviométrique Nord-Sud de la région, ou les différents types d'occupation du sol. Ces aquifères ont subi au XXè siècle et vont subir au XXIè siècle des changements notables de leur recharge, sous les effets du changement global, affectant leurs potentiels et leur limites d'exploitation. Depuis les années 1970, ces aquifères ont fait l'objet de très nombreuses campagnes de forages (plusieurs dizaines de milliers de forage d'hydraulique villageoise) dont les données (profondeur du forage, débit au soufflage, épaisseur des altérites meubles, profondeur du niveau piézométrique, …) sont consignées au sein de bases de données nationales qui ont été mises à disposition de l'équipe du projet de recherche. La valorisation de ces données, notamment en utilisant/développant à cet effet des outils de l'Intelligence Artificielle, constitue une opportunité unique de développer des méthodes de caractérisation des propriétés hydrodynamiques et d'évaluation de la recharge des aquifères de socle d'Afrique sub-saharienne. Dans ce cadre, l'objectif général du projet est de régionaliser les trois types de potentiels/limites d'exploitation des aquifères de socle en Afrique de l'Ouest, en développant des méthodes de caractérisation et de spatialisation.

Africa in general and West Africa in particular have their subsoil largely composed of basement rocks (plutonic and metamorphic rocks). These rocks present singular hydrogeological properties: medium to low permeability compared to other types of aquifers, linked in the first order to the alteration undergone by these rocks, but water resources well distributed spatially, at least where the alteration profiles are preserved. In West Africa, these aquifers contain the only water source available year-round due to the seasonal monsoon climate. While the pressure on these aquifers is increasing due to high demographic rates and the desire to secure food production through irrigation, the limits of exploitation of these aquifers are still poorly known, preventing rational management and planning of their exploitation. The potentials and limits imposed by the environment are of three types: 1) short-term, the instantaneous flow rate of a borehole being directly linked to the hydrodynamic properties of the environment; 2) seasonal, between two important episodes of recharge, and controlled by the water stock of the aquifer (the exploitation cannot exceed this volume over this period of time); 3) long-term, as imposed in particular by the recharge (a rate of extraction higher than the long-term recharge inevitably leading to the depletion of the stock). The recharge of these aquifers is influenced by many parameters, including the North-South rainfall gradient of the region, or the different types of land use. These aquifers have undergone in the twentieth century and will undergo in the twenty-first century significant changes in their recharge, under the effects of global change, affecting their potential and their limits of exploitation. Since the 1970s, these aquifers have been the subject of many drilling campaigns ( several tens of thousands of village hydraulic boreholes) whose data (depth of drilling, flow rate at blowing, thickness of loose weathered rocks, depth of the piezometric level, ...) are recorded in national databases that have been made available to the research project team. The valorization of these data, in particular by using/developing Artificial Intelligence tools for this purpose, constitutes a unique opportunity to develop methods for characterizing the hydrodynamic properties and assessing the recharge of sub-Saharan African basement aquifers. In this context, the general objective of the project is to regionalize the three types of potentials/limits of exploitation of the basement aquifers in West Africa, by developing methods of characterization and spatialization.