Etude du comportement hydrogéologique Lohavohitra

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE DES SCIENCES AGRONOMIQUES

DEPARTEMENT INDUSTRIES AGRICOLES ET ALIMENTAIRES

BRASSERIES STAR DE MADAGASCAR

SOCIETE D’EXPLOITATION DES SOURCES D’EAUX

MINERALES NATURELLES D’ANDRANOVELONA – EAU VIVE

Mémoire de fin d’études

en vue de l’obtention

du Diplôme d’Ingénieur Agronome

Spécialisation Industries Agricoles et Alimentaires

ETUDE DU COMPORTEMENT

HYDROGEOLOGIQUE DE LA NAPPE

D’ALTERATION SUR LE LOHAVOHITRA

ESSAI DE CARACTERISATION DE LA RECHARGE AQUIFERE

Présenté par :

Mlle Alvina ANDRIANTSIVOHONY

Promotion VONA (2006-2011)

Soutenu le 19 Juin 2012

Devant le jury composé de :

Président du jury : Mme Beatrice RAONIZAFINIMANANA

Examinateur : M. Robert REJO

Encadreur académique : M. Jean RASOARAHONA

Encadreur professionnel : M. Luc GUYOT

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE DES SCIENCES AGRONOMIQUES

DEPARTEMENT INDUSTRIES AGRICOLES ET ALIMENTAIRES

BRASSERIES STAR DE MADAGASCAR

SOCIETE D’EXPLOITATION DES SOURCES D’EAUX

MINERALES NATURELLES D’ANDRANOVELONA – EAU VIVE

Mémoire de fin d’études

en vue de l’obtention

du Diplôme d’Ingénieur Agronome

Spécialisation Industries Agricoles et Alimentaires

ETUDE DU COMPORTEMENT

HYDROGEOLOGIQUE DE LA NAPPE

D’ALTERATION SUR LE LOHAVOHITRA

ESSAI DE CARACTERISATION DE LA RECHARGE AQUIFERE

Présenté par :

Mlle Alvina ANDRIANTSIVOHONY

Promotion VONA (2006-2011)

Soutenu le 19 Juin 2012

Devant le jury composé de :

Président du jury : Mme Beatrice RAONIZAFINIMANANA

Examinateur : M. Robert REJO

Encadreur académique : M. Jean RASOARAHONA

Encadreur professionnel : M. Luc GUYOT

« EAU !

Tu n'es pas nécessaire à la vie, Tu es la Vie !! Tu es la plus grande richesse qui soit au monde,

et Tu es aussi la plus délicate Toi si pure au ventre de la Terre ... »

Antoine De Saint-Exupéry

"Terre des hommes"

« … Jésus, se tenant debout, s ’écria : …Celui qui croit en Moi, des fleuves d’Eau Vive

couleront de son sein, comme dit l’Ecriture… »

Jean 7 : 38

Etude du comportement hydrogéologique sur le Lohavohitra Remerciements

Page | ii

REMERCIEMENTS

Nous tenons à adresser nos sincères remerciements à :

Pr. Béatrice RAONIZAFINIMANANA, Chef du Département I.A.A. et Enseignant – Chercheur à

l’E.S.S.A., de nous avoir fait l’honneur de présider le Jury de notre mémoire ;

Dr. Robert REJO, Enseignant – Chercheur au Département Eaux et Forêts et à l’E.S.S.A., d’avoir

accepté d’examiner notre travail ;

Pr. Jean RASOARAHONA, Directeur de l’E.S.S.A. et Enseignant – Chercheur à l’E.S.S.A., de

nous avoir énormément aidé en tant que tuteur de notre mémoire ;

Dr. Luc GUYOT, Directeur d’Usine de SEMA Eau Vive, de nous avoir assisté tout au long de

notre mémoire en tant qu’encadreur professionnel.

Nous exprimons également notre profonde gratitude à :

Tous les Enseignants de l’E.S.S.A. et en particulier ceux du Département I.A.A., de nous avoir

transmis tant de savoirs, de savoir-faire et de sagesse ;

Tout le Personnel Administratif et Technique de l’E.S.S.A. et du Département I.A.A., pour leur

assistance durant nos années d’études.

Nous sommes également reconnaissants envers :

M. BATISTA, Directeur Général des Brasseries STAR de Madagascar et M. Marc HABRAN,

Directeur Industriel des Brasseries STAR de Madagascar,, de nous avoir permis d’effectuer un stage

auprès d’une de leurs usines ;

M. Daniel RABEMANANTSOA, Chef d’Exploitation de SEMA Eau Vive, de nous avoir

aimablement accueilli dans son usine ;

Mme Zo RAOLIMASINJAKA et M. Heriniaina ANDRIANATREHINA, respectivement

Responsable Qualité et Responsable Procédures de SEMA Eau Vive, pour leur précieuse collaboration ;

les techniciens et agents de laboratoire de SEMA Eau Vive, de nous avoir aidé durant notre stage ;

tout le personnel de SEMA Eau Vive pour son accueil chaleureux ;

les habitants d’Andranovelona où nous avons passé un agréable séjour.

Nous remercions également le Centre d’Information et de Documentation de l’E.S.S.A. et les autres

centres de documentation, de nous avoir fourni les informations utiles à l’élaboration de notre mémoire.

Et enfin un grand merci à toute notre famille et à tous nos amis, qui nous ont toujours soutenu et

encouragé tout au long de notre mémoire, ainsi qu’à tous ceux qui ont participé de près ou de loin à la

réalisation de notre rapport.

Etude du comportement hydrogéologique sur le Lohavohitra Sommaire

Page | iii

SOMMAIRE

Remerciements ................................................................................................................................ ii

Sommaire ....................................................................................................................................... iii

Liste des tableaux ........................................................................................................................... iv

Liste des figures ............................................................................................................................. iv

Liste des annexes ............................................................................................................................ vi

Liste des acronymes ...................................................................................................................... vii

Introduction générale ....................................................................................................................... 1

Partie I : Généralités ........................................................................................................................ 2

I.1. Généralités sur l’eau ............................................................................................................. 2

I.2. Généralités sur les industries de mise en bouteille ............................................................... 7

I.3. Rappels sur les notions d’hydrogéologie ........................................................................... 15

Conclusion partielle .................................................................................................................. 25

Partie II : Méthodes et moyens mis en oeuvre .............................................................................. 26

II.1. Acquisition des données ................................................................................................... 26

II.2. Analyse des données ......................................................................................................... 34

II.3. Bilan hydrologique ........................................................................................................... 41


Partie III : Résultats et interprétations ........................................................................................... 45

III.1. Caractéristiques du bassin versant ................................................................................... 45

III.2. Données pluviométriques ................................................................................................ 53

III.3. Données hydrométriques ................................................................................................. 54

III.4. Bilan hydrologique .......................................................................................................... 68

III.5. Synthèse des résultats ...................................................................................................... 73


Conclusion générale ...................................................................................................................... 75

Références bibliographiques ......................................................................................................... 76

Annexes ......................................................................................................................................... 79

Glossaire ........................................................................................................................................ 96

Table des matières ....................................................................................................................... 100

Etude du comportement hydrogéologique sur le Lohavohitra Illustrations

Page | iv

LISTE DES TABLEAUX

Tableau I : Types d’eaux embouteillées et quelques exemples ...................................................... 9

Tableau II : Utilisation des différents types d’eau selon leur teneur en minéraux ........................ 10

Tableau III : Propriétés des différents types d’eau selon leur teneur en minéraux ....................... 10

Tableau IV : Les grands producteurs d’eaux embouteillées et leurs marques .............................. 11

Tableau V : Classification des reliefs selon l’ORSTOM .............................................................. 30

Tableau VI : Coefficient de correction de la formule de THORNTHWAITE .............................. 42

Tableau VII : Relation entre hauteur et débit ................................................................................ 55

Tableau VIII : Débits mensuels à l’exutoire ................................................................................. 58

Tableau IX : Débits spécifiques pour différentes régions ............................................................. 59

Tableau X : Quelques épisodes pluviaux ...................................................................................... 62

Tableau XI : Coefficients de corrélation entre les divers paramètres des points d’eau ................ 64

Tableau XII : Bilan hydrologique mensuel ................................................................................... 68

Tableau XIII : Bilan hydrologique annuel pour une année normale ............................................. 69

Tableau XIV : Variation de stock d’eau annuelle pour le bassin versant de 0,54 km2 ................. 70

Tableau XV : Différents cas pour équilibrer le bilan hydrologique .............................................. 70

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Diagramme de répartition des eaux à la surface de la Terre ........................................... 2

Figure 2 : Coefficient de disponibilité en eau par rapport à la population ...................................... 4

Figure 3 : Les utilisations concurrentes des ressources en eau ....................................................... 6

Figure 4 : Origines des boissons ..................................................................................................... 8

Figure 5 : Les différents types d’eaux de boisson ........................................................................... 9

Figure 6 : Consommation d’eau par habitant dans le monde ........................................................ 12

Figure 7 : Diagramme de fabrication de l’Eau Vive .................................................................... 14

Figure 8 : Bouteilles d’Eau Vive aux formats 1,5 l et 0,5 l .......................................................... 15

Figure 9 : Cycle de l’eau .............................................................................................................. 16

Figure 10 : Distribution de la pluie totale .................................................................................... 17

Figure 11 : Schéma d’une nappe libre .......................................................................................... 19

Figure 12 : Schéma d’une nappe captive ..................................................................................... 20

Figure 13 : Gradient hydraulique .................................................................................................. 20

Figure 14 : Principe de la réponse hydrologique .......................................................................... 24


Page | v

Figure 15 : Signal pluie-débit ....................................................................................................... 25

Figure 16 : Hiérarchisation du réseau hydrographique ................................................................ 27

Figure 17 : Influence de la forme du bassin versant sur l'hydrogramme de crue .......................... 28

Figure 18 : Exemples d’indices de compacité .............................................................................. 29

Figure 19 : Schéma d’un déversoir triangulaire ............................................................................ 32

Figure 20 : Exemple d’un point d’eau : Forage horizontal ........................................................... 33

Figure 21 : Couple averse-crue ..................................................................................................... 35

Figure 22 : Décomposition de la pluie brute ................................................................................. 36

Figure 23 : Hydrogramme de crue ................................................................................................ 39

Figure 24 : Modélisation de la vidange d’une nappe .................................................................... 40

Figure 25 : Répartition de la pluie en fonction du temps .............................................................. 41

Figure 26 : Les deux périmètres d’exploitation ............................................................................ 45

Figure 27 : Le Bassin Versant du Lohavohitra ............................................................................. 46

Figure 28 : Extrait de la carte géologique au 1/100 000, Feuille Fihaonana O.46, 1967 .............. 48

Figure 29 : Coupe lithologique d’un forage vertical ..................................................................... 49

Figure 30 : Coupe lithologique d’un forage horizontal ................................................................. 50

Figure 31 : Lignes des coupes géologiques ................................................................................... 50

Figure 32 : Profil géologique suivant la coupe AB ....................................................................... 51

Figure 33 : Profil géologique suivant la coupe CD ....................................................................... 51

Figure 34 : Succession des couches géologiques et leurs épaisseurs ............................................ 52

Figure 35 : Précipitations Andranovelona par saison 2004-2011 ................................................. 53

Figure 36 : Pluviométrie interannuelle de 2005 à 2011 ................................................................ 54

Figure 37 : Exutoire du bassin versant .......................................................................................... 55

Figure 38 : Déversoir triangulaire ................................................................................................. 55

Figure 39 : Courbe de tarage du déversoir triangulaire ................................................................. 56

Figure 40 : Hydrogramme de crue Jan-Août 2011 (en hauteur) ................................................... 56

Figure 41 : Hydrogramme de crue Jan-Août 2011 (en débit) ....................................................... 57

Figure 42 : Courbe de tarissement ................................................................................................. 57

Figure 43 : Variation du débit moyen à l’exutoire ........................................................................ 58

Figure 44 : Ecoulement cumulé saison des pluies 2010-2011 ...................................................... 60

Figure 45 : Variation du coefficient d’écoulement en fonction de S ............................................ 61

Figure 46 : Hydrogramme de l’épisode pluvial n°20 .................................................................... 61

Figure 47 : Courbe de débit d’un forage fortement influencé par la pluie .................................... 65

Figure 48 : Courbe de débit d’un forage faiblement influencé par la pluie .................................. 65


Page | vi

Figure 49 : Débit des captages 2005-2010 .................................................................................... 67

Figure 50 : Précipitations et évapotranspiration ............................................................................ 69

Figure 51 : Délimitation du bassin versant .................................................................................... 71

LISTE DES ANNEXES

Annexe 1 : Localisation des grands aquifères dans le monde .................................................. 79

Annexe 2 : Réseaux hydrographiques et principaux bassins fluviaux malgaches ................... 80

Annexe 3 : Les huit zones hydrogéologiques de Madagascar .................................................. 81

Annexe 4 : Norme de potabilité de l’eau à Madagascar ........................................................... 82

Annexe 5 : Le tour du monde des plus belles eaux minérales .................................................. 83

Annexe 6 : Fiche signalétique de la société SEMA Eau Vive.................................................. 88

Annexe 7 : Caractéristiques du produit Eau Vive .................................................................... 89

Annexe 8 : Perméabilité des roches .......................................................................................... 90

Annexe 9 : Photos de carottes de forages ................................................................................. 91

Annexe 10 : Données pluviométriques (en mm) ...................................................................... 92

Annexe 11 : Débits journaliers à l’exutoire et pluviométrie journalière .................................. 93

Annexe 12 : Débits des captages .............................................................................................. 95

Etude du comportement hydrogéologique sur le Lohavohitra Acronymes

Page | vii

LISTE DES ACRONYMES

ANDEA : Autorité Nationale De l’Eau et de l’Assainissement

BV : Bassin Versant

CMD : Coefficient mensuel de débit

CNRS : Centre Nationale de la Recherche Scientifique

ESSA : Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques

ETP : Evapotranspiration potentielle

ETR : Evapotranspiration réelle

FAO : Food and Agriculture Organization

FH : Forage Horizontal

IAA : Industries Agricoles et Alimentaires

JIRAMA : Jiro sy Rano Malagasy

LOG : Lycée Ouvert de Grenoble

ORSTOM : Office de la Recherche Scientifique et Technique Outre-Mer – ancien IRD (Institut

de la Recherche pour le Développement)

PEHD : Polyéthylène Haute Densité

PET : Polyéthylène Téréphtalate

RFU : Réserve Facilement Utilisable

SCS : Soil Conservation Service of USA

SEMA : Société d’Exploitation des Sources d’Eaux Minérales Naturelles d’Andranovelona

SIG : Système d’Information Géographique

STAR : Société Tananarivienne des Articles Réfrigérées

SVT : Science de la Vie et de la Terre

UNESCO : United Nations Education, Science and Culture Organization (Organisation des

Nations Unies pour l’Education, la Science et la Culture)

UNSA : Université de Nice-Sophia Antipolis

VMA : Valeurs Maximales Admissibles

WRI : World Resources Institute (Institut des Ressources Mondiales)

WWAP : World Water Assessment Program (Programme mondial pour l’évaluation des

ressources en eau)

Etude du comportement hydrogéologique sur le Lohavohitra Acronymes

Page | viii

Introduction

Générale

Etude du comportement hydrogéologique sur le Lohavohitra Introduction

Page | 1

INTRODUCTION GENERALE

’eau est un élément vital pour l’homme. L’eau est devenue un enjeu très important au

début de ce XXIe siècle car actuellement le monde est confronté à une grave crise de l’eau

[UNESCO-WWAP, 2003]. Les ressources en eau sont en effet très vulnérables et plusieurs

facteurs, tels que la croissance démographique, les pollutions dues à l’urbanisation et

l’industrialisation, l’utilisation de l’eau en Agriculture, la déforestation, la dégradation des sols,

ou encore le changement climatique, entrainent la raréfaction de l’eau et la diminution de sa

qualité [RAKOTONDRABE, 2007].

La société SEMA Eau Vive, est le premier embouteilleur d’eau de source naturelle à

Madagascar. Depuis plus de quarante ans, c’est Eau Vive qui est l’eau en bouteille la plus

consommée sur tout de territoire malagasy. Face à une demande toujours croissante, l’entreprise

se pose la question de ses perspectives de développement. Etant donné que sa matière première

principale est l’eau, SEMA Eau Vive s’interroge essentiellement sur le potentiel des ressources

en eau naturelle de son site d’exploitation sur la colline du Lohavohitra. Une connaissance

approfondie de la nappe souterraine et de son réservoir permettrait une gestion optimale, tant

quantitative que qualitative, de ces ressources en eau.

Actuellement, SEMA Eau Vive dispose de données encore limitées pour répondre à cet

objectif. De ce fait, la société a lancé une politique d’acquisition de données plus élaborée. C’est

dans le cadre de l’exploitation de ces données que notre stage mémoire a été entrepris. Les

objectifs de l’étude ont été de mieux comprendre le mode de recharge de la nappe phréatique,

d’essayer de quantifier la réserve en eau et d’anticiper le comportement des points d’eau sur le

bassin versant.

Le présent rapport comporte trois (3) parties. En première partie sont exposées les

généralités concernant l’eau, les industries de mise en bouteille et la présentation de l’entreprise.

La deuxième partie explique les méthodes et moyens mis en œuvre pour atteindre les objectifs.

Et la dernière partie présente les résultats de l’étude et leurs interprétations.

L

Etude du comportement hydrogéologique sur le Lohavohitra Introduction

Page | 1

Partie I :

Généralités

Etude du comportement hydrogéologique sur le Lohavohitra Généralités

Page | 2

PARTIE I : GENERALITES

I.1. Généralités sur l’eau

L’eau étant l’objet principal de cette étude, il est convenable de présenter en premier lieu

quelques informations qui rappellent l’importance de l’eau pour l’homme ainsi que l’état des

ressources en eau dans le monde et à Madagascar.

I.1.1. L’eau, élément fondamental à la vie

L’eau est synonyme de vie. C’est entre autres grâce à la présence de l’eau que la vie est

possible sur Terre. L’eau est non seulement un constituant essentiel des êtres vivants – y

compris l’homme – mais elle est également indispensable à quasiment toutes les activités

humaines, qu’elles soient domestiques (alimentation, toilette, lessive, vaisselle, …), industrielles

(nettoyage et désinfection, source d’énergie, eau de process, …) ou agricoles (irrigation,

breuvage des animaux d’élevage, …).

I.1.2. Les ressources en eau

a) Les ressources en eau dans le monde

L’eau est la substance minérale la plus répandue sur Terre, raison pour laquelle celle-ci est

nommée « planète bleue ». L’ensemble de toutes les eaux à la surface du globe terrestre constitue

l’hydrosphère et son volume est gigantesque, difficile à se représenter : environ

1,370 milliards de km3

[DEGREMONT, 2005].

Figure 1 : Diagramme de répartition des eaux à la surface de la Terre

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Eau totale Eau douce

Eau salée

1 335 000 000 km3

(97,5%)

Glaciers

23 100 000 km3

(66%)

Eau douce

35 000 000 km3

(2,5%)

Eaux souterraines

très profondes

11 550 000 km3

(33%)

Eaux de surface et

eaux souterraines

accessibles 350 000 km3 (1%)

Diagramme de répartition des eaux


Page | 3

Plus de 97 % de ce volume est constitué par les océans, les mers et les lacs salés. Cette

eau salée s’avère très difficilement utilisable car les dispositifs de dessalement conduisent à des

coûts de l’eau très onéreux voir prohibitifs.

L’eau douce ne représente que 2,53 % du volume total soit environ 35 millions de km3

(cf. Figure 1 ci-dessus).

La plus grande réserve d’eau douce, environ les deux tiers, est constituée par les glaciers

et les neiges éternelles. Cette eau est quasiment inaccessible pour l’homme. Le tiers restant –

environs 12 millions de km3 – constitue le réservoir d’eau liquide continentale, formé par les

eaux superficielles (cours d’eau et lacs) et les eaux souterraines.

Les eaux souterraines occupent le 2e rang des réserves mondiales en eau douce après les

eaux contenues dans les glaciers. Elles devancent largement les eaux continentales de surface.

Cependant, plus de la moitié de l’eau souterraine se trouve à plus de 800 m de profondeur et son

captage demeure en conséquence difficile.

Les calottes polaires et les glaciers, avec les eaux souterraines de grandes profondeurs,

immobilisent 99 % des réserves d’eau douce.

En définitive, l’eau disponible pour l’homme et les êtres vivants ne représente que 1 % du

volume total d’eau douce sur la Terre [MUSY, 2005].

Exprimées en épaisseur uniformément réparties sur la Terre, les eaux se répartissent à peu

près ainsi [LABORDE, 2000] :

mers et océans : 2 500 m

glaciers : 50 à 100 m

eaux continentales : 350 à 700 mm

eaux souterraines : 300 à 600 mm

eaux atmosphériques : 20 à 30 mm

matière vivante : ε !

Du point de vue géographique, les ressources en eau douce sont très inégalement réparties

dans le monde (cf. Annexe 1). Ces ressources dépendent des facteurs climatiques d’une part et de

la nature des sols d’autre part. Moins de 10 pays se partagent 60 % des gisements d’eau douce

disponible dans la nature tandis que de nombreuses régions du monde au climat aride sont

touchées par le stress hydrique [UNESCO-WWAP, 2003].


Page | 4

La figure 2 montre la comparaison mondiale des coefficients de la disponibilité en eau par

rapport à la population. La quantité d’eau disponible, par personne et par an, varie de 30 m3 en

Egypte à 100 000 m3 au Canada.

Pourcentage par rapport à l’eau disponible totale Pourcentage par rapport à la population mondiale

Figure 2 : Coefficient de disponibilité en eau par rapport à la population

[UNESCO-WWAP, 2003]

b) Les ressources en eau à Madagascar

Selon le WRI en 1992, une estimation des ressources annuelles renouvelables en eau à

Madagascar est de 40 km3 tandis que selon la FAO en 2005, les ressources en eau renouvelables

sont estimées à 337 km3/an. Les ressources en eau de surface renouvelables sont évaluées à

332 km3/an, les ressources souterraines à 55 km

3/an, avec une partie commune entre eaux de

surface et eaux souterraines estimée à 50 km3/an. Les principaux fleuves et rivières drainent près

de 335 405 km2 de bassins versants, soit 57 % de la superficie totale du pays (cf. Annexe 2).

D’après RAKOTONDRAINIBE, en 1983, Madagascar comprend huit (8) zones

hydrogéologiques (cf. Annexe 3) pouvant être regroupées en deux (2) grandes zones :

les deux tiers de la superficie de Madagascar sont formés par des roches magmatiques et

métamorphiques d’âge précambrien, constituant la zone des hautes terres du Centre


Page | 5

et le tiers restant est constitué par des roches sédimentaires formant les bassins côtiers

du Nord, de l’Ouest, du Sud et de l’étroite bande de l’Est.

Du fait de ce contexte géologique et géomorphologique, la situation des ressources en eaux

se présente de la façon suivante :

dans la zone des hautes terres : les eaux de surface sont abondantes, peu minéralisées,

de bonne qualité physico-chimique dans les bassins supérieurs, mais deviennent fortement

chargées en matériaux en suspension dans les cours inférieurs. Les eaux souterraines sont

contenues dans les nappes d’altération et de fissuration des roches métamorphiques et

magmatiques, et dans les nappes d’alluvions. Elles sont en général de bonne qualité physico-

chimique, faiblement minéralisées, mais riches en fer pour les nappes alluviales.

dans les bassins sédimentaires : les eaux de surface ont une bonne qualité chimique

(eaux douces avec minéralisation normale) sauf pour le cours inférieur de certaines rivières où

on observe une forte salinité en période d’étiage. La qualité physique des eaux est caractérisée

par une forte teneur en particules argileuses d’origine latéritique. Les eaux souterraines sont

rencontrées, en grande quantité, à des profondeurs généralement supérieures à 20 m, dans des

formations perméables (sables et grès) ou fissurées (calcaires). Elles sont de qualité variable,

et sont généralement minéralisées, pouvant être salées dans les nappes du sud et les nappes en

bordure des mers [WATERAID MADAGASCAR, 2004].

I.1.3. Prélèvements et consommations de l’eau

a) Dans le monde

Les ressources en eau sont renouvelables (cf. § I.3.1 sur le cycle de l’eau). Les

précipitations constituent la principale source d’eau pour toutes les utilisations par l’homme et

pour les écosystèmes [UNESCO-WWAP, 2003]. Il existe d’énormes différences de disponibilité

selon les régions du monde en termes de précipitations saisonnières et annuelles mais en

moyenne, la pluviométrie annuelle est estimée à 0,72 m soit environs 107 500 km3. Les pertes

par évaporation sont estimées à 61 000 km3 donc le flux sortant est de 46 500 km

3 mais la

quantité réellement accessible par l’homme est de 10 000 km3 par an [EHRSAM et LOTIN,

2006].


Page | 6

L'utilisation globale de l'eau, en additionnant les usages domestiques, industriels et

agricoles, représente le chiffre impressionnant de 250 m3 par an et par habitant. Et encore les

disparités sont énormes: de 100 m3 pour les pays en voie de développement à 1 500 m

3 pour les

Etats-Unis [DEGREMONT, 2005].

Dans le monde, c’est l’Agriculture qui consomme le plus d’eau. L’utilisation de l’eau à des

fins industrielles augmente en fonction des revenus des pays (cf. Figure 3). De 10 % dans les

pays à faible revenu et à revenu moyen inférieur, elle passe à 59 % dans les pays à revenu élevé

[UNESCO-WWAP, 2003].

Figure 3 : Les utilisations concurrentes des ressources en eau dans les principaux groupes

de pays [UNESCO-WWAP, 2003]

b) A Madagascar

Madagascar reçoit en moyenne 1 513 mm de précipitations par an. Il faut toutefois noter

qu’il existe de fortes disparités entre les régions en matière de pluviométrie, et que certains

endroits de l’île souffrent de pénuries d’eau. Quatre (4) zones climatiques sont observables :

le versant oriental est caractérisé par un climat tropical humide avec une

pluviométrie supérieure à 1 500 mm/an avec un ou deux mois secs

les hautes terres centrales sont caractérisées par un climat tropical d’altitude (900 à

2 000 m), la pluviométrie est supérieure à 1 500 mm/an avec quatre ou cinq mois secs

le versant ouest ainsi que la partie nord du sud ouest a un climat tropical sec, la

pluviométrie est inférieure à 800 mm/an avec huit mois secs


Page | 7

l’extrême sud-ouest a un climat semi-aride, la pluviométrie est inférieure à

400 mm/an avec huit mois secs [FAO-AQUASTAT, 2005].

Concernant l’évapotranspiration, elle est comprise entre 400 et 1 300 mm par an avec

également des disparités selon les régions.

A Madagascar, le prélèvement en eau renouvelable était estimé en 2000 à 14,970 km3 dont

14,313 km3 pour l’agriculture (95,6 %), 0,423 km

3 pour la consommation domestique (2,8 %) et

0,234 km3 pour l’industrie (1,6 %). L’irrigation utilise l’eau de surface, vu le coût élevé

d’exploitation des eaux souterraines tandis que les puits et les forages sont essentiellement

destinés à l’approvisionnement en eau potable. [FAO-AQUASTAT, 2005].

I.2. Généralités sur les industries de mise en bouteille

Parmi les diverses utilisations de l’eau par l’homme pour satisfaire ses besoins, une des

plus importantes est sans doute l’utilisation de l’eau en temps que boisson. En effet le corps

humain contient 50 à 65 % d’eau (voire 75 % pour un bébé). Elle est répartie dans le sang, dans

le milieu intérieur mais aussi dans chacune des cellules du corps humain. L’eau participe

grandement à notre métabolisme mais nous en perdons régulièrement par élimination urinaire et

par sudation. Pour compenser ces pertes, il faut un apport extérieur en eau. En plus de la quantité

d’eau apportée quotidiennement par les aliments – environ 1 l – nous devons boire au moins 1,5 l

d’eau par jour [LOG, 2010].

L’approvisionnement en eau potable pour les populations est principalement assuré par des

services publics qui fournissent ainsi l’eau de distribution (à Madagascar, cette activité est

effectuée par la JIRAMA). Par ailleurs, il existe des entreprises qui se sont spécialisées dans

l’embouteillage de l’eau de boisson pour mettre à la disposition des consommateurs, outre l’eau

du robinet, un autre type d’eau qui est l’eau embouteillée.

I.2.1. Quelques définitions

Boisson : on entend par boisson, tout liquide destiné à être bu, en premier lieu pour se

désaltérer c’est-à-dire pour apaiser la soif, mais aussi souvent pour le plaisir. Les boissons

peuvent être d’origine minérale, animale ou végétale (cf. Figure 4).


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Figure 4 : Origines des boissons

La boisson la plus naturelle est l’eau, la seule que boivent les animaux (avec le lait chez les

mammifères) et la seule qui étanche vraiment la soif [RAMAROSON, 2010].

Eau potable : Une eau est dite potable quand elle satisfait à un certain nombre de

caractéristiques la rendant propre à la consommation humaine. Les standards de référence dans

ce domaine diffèrent selon les époques et les pays (et selon l’autorité en charge de cette

définition dans certains pays).

Les paramètres pouvant être réglementés sont :

• la qualité organoleptique (couleur, turbidité, odeur, saveur)

• certains paramètres physico-chimiques naturels (température, pH, chlorures :

200 mg/l, sulfates : 250 mg/l, etc.)

• des substances dites indésirables (nitrates : 50 mg/l, nitrites, pesticides, etc.)

• des substances toxiques (arsenic, cadmium, plomb, hydrocarbures, etc.)

• des paramètres microbiologiques (l’eau ne doit pas contenir d’organismes

pathogènes)

Les normes de potabilité de l’eau pour Madagascar sont présentées en annexe 4.

Les types d’eaux de boisson : Il existe quatre (4) types d’eaux pouvant servir à la

consommation humaine : l’eau de distribution, l’eau de table, l’eau de source naturelle et l’eau

minérale [RAMAROSON, 2010]. Les différences entre ces types d’eaux sont expliquées dans la

figure 5.

Boissons d’origine minérale

• Eau de distribution

• Eau de table

• Eau minérale, ...

Boissons d’origine animale

• Lait et boissons lactées

• Hydromel, ...

Boissons d’origine végétale

• Jus et nectars, sodas

• Thé, café

• Vins, bières, eaux-de-vie, ...

http://fr.wikipedia.org/wiki/Eau

http://fr.wikipedia.org/wiki/Mammif%C3%A8re


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Figure 5 : Les différents types d’eaux de boisson

Par ailleurs il existe les eaux plates c’est-à-dire non gazeuses ; les eaux naturelles

gazeuses, contenant du CO2 naturellement ; et les eaux aromatisées, auxquelles les producteurs

ont ajouté une infime quantité de substances aromatisants pour améliorer leur goût

(cf. Tableau I).

Tableau I : Types d’eaux embouteillées et quelques exemples

Types Exemples

Eaux plates (minérales et de source) Contrex, Cristaline, Evian, Vittel, Volvic,…

Eaux Gazeuses Badoit, Perrier, Vichy Célestins,…

Eaux Aromatisées Contrex, Perrier aromatisée, Vittel, Volvic,…

Teneurs en minéraux : L’eau est un liquide qui n’apporte aucun élément nutritif, et n’a

aucun contenu énergétique. Elle peut toutefois contenir des sels minéraux. Les eaux de sources et

eaux minérales peuvent être soit faiblement, soit moyennement, soit fortement minéralisées.

Selon leurs teneurs en minéraux, ces eaux sont destinées à diverses utilisations (cf. Tableaux II et

III).

• subit divers traitements afin de satisfaire aux normes de potabilité

• eau du robinet Eau de

distribution

• subit divers traitements afin de satisfaire aux normes de potabilité

• mise en bouteille Eau de table

• potable à la source donc ne subit aucun traitement

• mise en bouteille

Eau de source

naturelle

• potable à la source donc ne subit aucun traitement

• possède une composition minérale stable (et des vertus thérapeutiques)

• mise en bouteille

Eau minérale naturelle

http://fr.wikipedia.org/wiki/Nutriment

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Sel_%28chimie%29


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Tableau II : Utilisation des différents types d’eau selon leur teneur en minéraux

[DAINE et DUPERRIN, 2007]

Exemples Utilisations

Eaux plates faiblement

minéralisées

Volvic, Valvert, Evian,

Thonon

Pour tous. S’utilisent en cure en cas

de calculs rénaux oxalo-calciques

Eaux plates

moyennement ou très

minéralisées

Vittel, Contrex,

Courmayeur, Hépar

Pour les adultes, les seniors et les

sportifs

Eaux gazeuses

Perrier, San Pellegrino,

Badoit, Quézac, Arvie,

Vichy-Célestins, St-Yorre

Elles facilitent la digestion et la

récupération des sportifs.

S’utilisent en cas de calculs

Tableau III : Propriétés des différents types d’eau selon leur teneur en minéraux

[DAINE et DUPERRIN, 2007]

Exemples Propriétés

Eaux riches en sulfates

Vittel, Contrex,

Courmayeur, Hépar, San

Pellegrino

Accélèrent le transit

Eaux riches en calcium

Vittel, Contrex,

Courmayeur, Hépar, La

Salvetat, San Pellegrino,

Badoit, Quézac, Arvie

Conseillées aux femmes enceintes

ou allaitantes, aux adolescents, aux

seniors et aux personnes qui

consomment peu de produits laitiers

Eaux riches en

magnésium

San Pellegrino, Badoit,

Quézac, Arvie

A privilégier en cas d’apport

énergétique restreint, de fatigue ou

de constipation

Eaux riches en sodium Quézac, Arvie, Vichy-

Célestins, St-Yorre

A modérer lorsque l’on surveille ses

apports en sel et en cas de troubles

circulatoires et cardio-vasculaires

Eaux riches en fluor Vichy-Célestins, St-Yorre Bon pour l’émail dentaire, devient

néfaste à trop forte dose


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I.2.2. Production mondiale

Dans le secteur des boissons, le marché des eaux embouteillées occupe le second rang

après celui des boissons gazeuses. Le marché mondial de l’eau embouteillée est dominé par

quatre grandes multinationales : le groupe suisse Nestlé Waters, le groupe français Danone et

les groupes américains Coca Cola Compagny et Pepsi Co. En 2004, ces quatre multinationales

pesaient 35 % du marché en volume et 46 % en valeur. Il existe d’autres groupes également

importants en Europe tel que Neptune (groupe Castel) et d’autres entreprises sourcières qui

opèrent au niveau régional [DECOUVERTE-INDUSTRIES-ALIMENTAIRES, 2008]. Le

tableau IV présente quelques marques d’eaux embouteillées appartenant à ces importants

producteurs.

Tableau IV : Les grands producteurs d’eaux embouteillées et leurs marques

Groupes Marques

Nestlé Waters Aquarel, Contrex, Perrier, Vittel

Danone Badoit, Evian, Volvic

Coca Cola Dasani

Pepsi Aquafina

Neptune (groupe Castel) Courmayeur, Vichy Célestins

Evian est la première marque mondiale d’eau minérale. Elle appartient au groupe Danone.

Evian est implantée dans 125 pays sur les cinq continents et sa vente s’élève à 1,5 milliards de

bouteilles par an. Vittel est la plus grande usine en France. Il existe encore de nombreuses autres

eaux embouteillées dans le monde, dont les plus remarquables sont présentées en annexe 5.

I.2.3. Consommation mondiale

La consommation dans le monde augmente, en moyenne, de 12 % par an, en dépit du prix

excessivement élevé de l’eau en bouteille par rapport à l’eau du robinet ; ce prix tient compte de

la fabrication, du transport et du coût de sa commercialisation [DELABRACHERIE, 2006]. En

2004, la consommation mondiale d’eau en bouteille s’est élevée à 154 milliards de litres. La

consommation mondiale annuelle moyenne d’eau en bouteille s’élève à 15 l par personne

(progression constante depuis 30 ans). Les plus gros consommateurs sont les habitants des pays

occidentaux (cf. Figure 6).


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Figure 6 : Consommation d’eau par habitant dans le monde

[DELABRACHERIE, 2006]

I.2.4. Cas de Madagascar

Il y a plusieurs marques d’eaux embouteillées à Madagascar : Eau Vive est la première eau

de source naturelle commercialisée à Madagascar depuis 1970 par la société SEMA Eau Vive,

une des usines des Brasseries STAR de Madagascar. En 1998, la STAR lance la marque La

Source laquelle va être remplacée, à partir de 2012, par la marque Cristalline.

La société TIKO a sa marque d’eau de source naturelle qui est Olympiko

d’Andranomanelatra, mais cette eau embouteillée a cessé d’être produite à la suite de la crise

politique en 2009.

Par ailleurs, la marque Sainto appartient à la Société MADO. Sa source est située sur la

montagne d’Iharanandriana, dans le village de Morarano à 38 km au Sud d’Antananarivo, sur la

route vers Antsirabe.

Enfin, en 2010, Coup’age, un produit de la société MVC (Malagasy Victor Compagnie), a

fait une apparition éphémère sur le marché de la capitale avec un volume de vente de 250 à 300 l

par jour [SARALEA, 2010].

Eau Vive est encore de loin le leader sur le marché national avec actuellement une

production de plus de 35 millions de bouteilles par an.


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I.2.5. Généralités sur l’entreprise SEMA Eau Vive

a) Présentation de la société

SEMA Eau Vive est une usine qui exploite l’eau de source naturelle d’Andranovelona

depuis 1970. Elle est localisée à 46 km au Nord d’Antananarivo, sur la RN4. La fiche

signalétique de la société est présentée en annexe 6.

La société dispose de deux (2) périmètres sous son contrôle, sur le flanc Sud-Ouest de la

colline « Lohavohitra » qui culmine à plus de 1 700 m, mais seul le périmètre Sud est exploité

pour le moment, et c’est ce dernier qui fait l’objet de cette étude.

b) Processus de fabrication

Le captage : L’eau de source naturelle est puisée à l’aide de captages, de forages

horizontaux, et de forages verticaux. Les captages sont des ouvrages en bétons et partiellement

carrelées destinées à protéger la source qui émerge à la surface du sol tandis que les forages

permettent de puiser l’eau en profondeur. Les forages verticaux sont munis de pompes alors

que les forages horizontaux permettent à l’eau de circuler par gravité.

L’acheminement : Tous les points d’eau sont reliés à un collecteur central appelé

« chambre des vannes » par des conduits en PEHD de qualité alimentaire. La longueur de ces

canalisations est comprise entre 300 et 600 m selon les points d’eau. A la chambre des vannes,

un tableau de pontage général permet de sélectionner ou d’isoler les points d’eau entrant en

production. A partir de la chambre des vannes, l’eau rejoint ensuite en gravitaire grâce à une

dénivellation de 80 m, l’usine d’embouteillage par une conduite unique en PEHD de qualité

alimentaire. La longueur de cette conduite est de 600 m.

L’embouteillage : L’embouteillage est entièrement automatisé (soufflage des bouteilles

et remplissage-bouchage).

L’étiquetage – fardelage – palettisation – houssage : A la sortie des salles

d’embouteillage, les bouteilles sont étiquetées et conditionnées automatiquement. Les packs sont

mis sur palettes. Ces dernières sont recouvertes d’une housse opaque qui protège les bouteilles.

Puis les produits sont stockés en attendant d’être chargés dans les camions.


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Le diagramme de fabrication est résumé dans la figure 7 suivante :

SOURCES (Lohavohitra)

Captages

Forages : *verticaux

*horizontaux

Chambre des vannes

Eau brute

Utilisations :

Tour

Villa

Ozoneur

Toilette

Traitement eau usine

Bouteilles

soufflées Rinçage Remplissage

Check mat

Etiquetage

Codage

Etiquettes,

colles

Préforme

Mise en pack

Mise sur palette

Filmage de la palette

Film

Palettes

Film étirable

Produits finis

prêts à expédier Houssage Film anti- UV

Figure 7 : Diagramme de fabrication de l’Eau Vive [Source : SEMA Eau Vive, 2011]


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c) Présentation du produit

La société produit actuellement deux (2) marques d’eau embouteillée : Eau Vive en format

1,5 l et 0,5 l (cf. Figure 8) et Cristalline (qui a remplacé la marque La Source) en format 1 l.

Figure 8 : Bouteilles d’Eau Vive aux formats 1,5 l et 0,5 l [Source : SEMA Eau Vive, 2011]

Par rapport aux définitions des eaux de boissons évoquées au paragraphe I.2.1., l’Eau Vive

est une eau de source naturelle, plate et faiblement minéralisée. Les caractéristiques du

produit sont présentées en annexe 7.

I.3. Rappels sur les notions d’hydrogéologie

Avant d’être mise en bouteille, l’eau est puisée dans la nappe souterraine.

L’hydrogéologie, science qui étudie l'eau souterraine, est la discipline à la base de la

méthodologie employée dans cette étude sur la réserve en eau du Lohavohitra, site d’exploitation

de SEMA Eau Vive. Il est donc important de rappeler succinctement dans cette partie quelques

notions de base d’hydrogéologie.

I.3.1. Cycle de l’eau et bilan hydrologique

a) Le cycle de l’eau ou cycle hydrologique

L’eau est la seule substance sur Terre qui existe dans la nature aux trois (3) états physiques

de la matière :

solide : neige et glace

liquide : eau chimiquement pure ou chargée en solutés (pluie, océan, cours d’eau, …)

gazeux : vapeur d’eau qui se mélange à l’air

L’eau de la planète est répartie dans différents réservoirs : océans, glaciers et calottes

polaires, lacs et rivières, nappes phréatiques, biosphère et atmosphère. Leurs volumes respectifs

sont plus ou moins fixes (cf. § I.1.2.a).


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Cependant, les eaux circulent en permanence sur la Terre et subissent des changements

d’état. La notion de cycle hydrologique ou cycle de l’eau (cf. Figure 9) englobe les phénomènes

du mouvement et du renouvellement des eaux sur la Terre [MUSY, 2005].

Figure 9 : Cycle de l’eau [COMPLICES EN ENVIRONNEMENT, 2011]

Les radiations du soleil produisent de l’énergie calorifique qui provoque l’évaporation de

l’eau des océans, l’eau du sol et l’eau des autres plans d’eau, qui passe de l’état liquide à l’état

gazeux dans l’atmosphère. Par ailleurs la transpiration des êtres vivants – principalement les

végétaux – libère également de la vapeur d’eau dans l’atmosphère. L’ensemble des processus

d’évaporation de l’eau du sol et de transpiration des végétaux forme l’évapotranspiration.

Par la suite de l’abaissement de la température en rapport avec l’altitude, la vapeur se

condense en nuages et retombe ensuite par le biais des précipitations sous l’effet de la gravité.

Une partie de la pluie qui tombe peut être interceptée par les végétaux puis être

partiellement restituée sous forme de vapeur à l’atmosphère. La pluie non interceptée atteint le

sol. Suivant les conditions données, elle peut alors s’évaporer directement du sol, s’écouler en

surface jusqu’aux cours d’eau (ruissellement de surface) ou encore s’infiltrer dans le sol. Il

peut aussi y avoir emmagasinement temporaire de l’eau infiltrée sous forme d’humidité dans le

sol, que peuvent utiliser les plantes. Il peut y avoir percolation vers les zones plus profondes

pour contribuer au renouvellement des réserves de la nappe souterraine. Un écoulement à

partir de cette dernière peut rejoindre la surface au niveau des sources ou des cours d'eau.

http://echo2.epfl.ch/e-drologie/chapitres/chapitre1/chapitre1.html#cycle%20hydrologique


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Les racines des végétaux pompent l’eau du sol, et en relâchent une partie dans

l’atmosphère. De même, une partie de l’eau est retenue dans les plantes. L’évaporation à partir

du sol, des cours d'eau, et la transpiration des plantes complètent ainsi le cycle [MUSY, 2005].

En fonction du temps ou de la quantité et de la qualité de pluie déjà tombée, une hauteur de

pluie dP se répartit entre (cf. Figure 10) :

Interception :

• une évaporation directe (souvent négligeable)

• une accumulation dans les dépressions (puis évaporation ou infiltration)

• une interception par les végétaux (puis évaporation)

Infiltration :

• un écoulement souterrain vers les nappes

• une humidification du sol (puis évaporation ou égouttage)

Ruissellement :

• un ruissellement retardé

• un ruissellement pur

Figure 10 : Distribution de la pluie totale [BEAUCHAMP, 2006]


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b) Le bilan hydrologique

Le cycle de l’eau peut-être analysé schématiquement selon les trois éléments suivants :

les précipitations

le ruissellement ou écoulement de surface et l’écoulement souterrain

l’évaporation

Dans chacune des phases on retrouve respectivement un transport d’eau, un

emmagasinement temporaire et parfois un changement d’état.

L’estimation des quantités d’eau passant par chacune des étapes du cycle hydrologique

peut donc se faire à l’aide d’une équation de bilan appelée « bilan hydrologique » qui

représente le bilan des quantités d’eau entrant et sortant d’un système défini dans l’espace (entité

naturelle en générale) et dans le temps, à savoir l’année hydrologique (période d’une année très

souvent différente de l’année civile).

L’équation du bilan hydrique se fonde sur l’équation de continuité et peut s’exprimer

comme suit, pour une période et un espace donnés [MUSY, 2005] :

P + S = R + E + (S±∆S)

Avec :

P : précipitations (liquide et solide) [mm] ou [m3] ;

S : ressources disponible à la fin de la période précédente (eaux souterraines, humidité du sol, neige, glace)

[mm] ;

R : ruissellement de surface et écoulements souterrains [mm] ;

E : évaporation (y compris évapotranspiration) ;

S±∆S : ressources accumulées à la fin de la période étudiée [mm].

D’une autre manière, la formule du bilan hydrologique peut s’écrire :

Pluie totale = Pluie évaporée + Pluie ruisselée + Pluie infiltrée

I.3.2. L’eau et le sol

a) Quelques définitions

Aquifère et nappe d’eau souterraine

Un aquifère est une formation géologique poreuse et perméable, pouvant contenir de

l’eau et permettant à l’eau de circuler, constituant ainsi un réservoir ou roche-magasin.

http://echo2.epfl.ch/e-drologie/chapitres/chapitre1/chapitre1.html#bilan%20hydrique

http://echo2.epfl.ch/e-drologie/chapitres/chapitre1/chapitre1.html#ann%C3%A9e%20hydrologique


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Un aquifère comporte deux (2) parties :

• une zone saturée – où toutes les cavités sont complètement gorgées d’eau

• et une zone non saturée, appelé zone vadose, où les cavités contiennent

principalement de l’air avec un peu d’eau

Une nappe est l’ensemble des eaux comprises dans la zone saturée d’un aquifère.

Les aquicludes sont des formations imperméables ne produisant pas d’eau.

Selon les conditions géologiques, il existe deux (2) types de nappes : libres et captives.

• Nappe active (ou nappe libre)

C’est une nappe due à la succession d’une couche imperméable surmontée d’une roche-

magasin. La nappe est alimentée directement par l’infiltration des eaux de ruissellement

(cf. Figure 11).

Figure 11 : Schéma d’une nappe libre [MRAZACK, 2009]

La nappe phréatique est contenue dans l’aquifère souterrain que l’on rencontre à faible

profondeur. Elle alimente traditionnellement les puits et les sources en eau potable. Elle est

directement en contact avec la pression atmosphérique.

• Nappe captive

Une nappe captive est, selon la configuration de la perméabilité du sol, caractérisée par la

présence d’une couche de sol perméable entre deux couches imperméables. L’eau emprisonnée

dans la couche perméable est en général sous pression et peut jaillir si l’on pratique un forage.

C’est le cas du puits artésien (cf. Figure 12).


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Figure 12 : Schéma d’une nappe captive [BEAUCHAMP, 2006]

Potentiel hydraulique et gradient hydraulique

Le potentiel hydraulique ou charge hydraulique conditionne l’énergie d’un point de la

nappe d’eau. Il est lié au niveau piézométrique.

Le gradient hydraulique i est égal à la différence de niveau piézométrique entre deux

points distants de la surface piézométrique, par unité de longueur, mesuré le long d’une ligne de

courant. Il est assimilable à la pente de cette surface (cf. Figure 13). Le gradient hydraulique est

le moteur de l’écoulement : l’eau s'écoule des charges les plus élevées vers les charges les plus

faibles.

Figure 13 : Gradient hydraulique [BEAUCHAMP, 2006]


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b) Les différents types d’eau dans le sol

L’eau qui remplit les espaces compris entre les grains peut se diviser en trois (3) parties :

l’eau pelliculaire ou eau hygroscopique formant une mince couche autour des

particules

l’eau capillaire remplissant les micropores

L’eau pelliculaire et l’eau capillaire forment l’eau de rétention spécifique. Il s’agit de

l’eau retenue par le sol, l’eau étant attachée aux graines par attraction moléculaire. Une partie de

cette eau – dont la force de rétention est inférieure à la succion des poils absorbants des racines –

constitue la réserve utilisable par les plantes.

l’eau gravifique ou eau de percolation ou eau gravitaire occupant les pores grossiers

et capable de s’écouler librement par gravité. C’est l’eau qui participe à la recharge de la

nappe et correspond à l’infiltration efficace.

Le débit spécifique est représenté par le rapport de l’eau gravitaire et l’eau totale contenue

dans la roche. C’est la seule quantité utilisable industriellement [RAZAFINDRAKOTO, 2006].

c) Caractéristiques hydrodynamiques d’une nappe

Porosité

La porosité totale, notée , est le rapport du volume occupé par les vides par le volume

total de la roche. Il existe deux (2) types de porosité :

• la porosité de matrice ou porosité d’interstices, liée à l'agencement des vides entre

les grains

• la porosité de fractures, liée aux diaclases et fractures

La porosité efficace est la porosité totale moins la rétention spécifique c’est-à-dire le

rapport entre le volume d’eau gravitaire et le volume total de la roche.

La porosité est un nombre sans unité compris entre 0 et 1 ou exprimé en %.

Coefficient d’emmagasinement

Le coefficient d’emmagasinement S (également sans dimension) est défini comme le

rapport du volume d’eau pouvant être extrait d'un sol poreux sur le volume total de ce dernier.

Dans un aquifère à nappe libre, le coefficient d’emmagasinement est égal à la porosité efficace.

Pour un aquifère à nappe captive, il est inférieur à la porosité efficace.


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Conductivité hydraulique ou perméabilité

Alors que la porosité est une caractéristique statique des terrains, indépendante du

mouvement de l’eau, la perméabilité, au contraire, implique la présence de l’eau et son

mouvement. C’est une notion dynamique. La perméabilité est l’aptitude des roches à se laisser

traverser par l’eau sous l’effet d’un gradient hydraulique. Elle détermine la relation entre la

vitesse et le gradient hydraulique, sous l’effet duquel l’eau s’écoule à travers les roches ou les

sols (cf. Annexe 8).

Transmissivité

La productivité d’un captage dans un aquifère est fonction de son coefficient de

perméabilité K et de son épaisseur e.

La transmissivité T régit le débit d’eau qui s’écoule, par unité de largeur, L, d’un aquifère,

sous l’effet d’un gradient hydraulique i = 1

T [m2/ s] = K [m/s] • e [m]

I.3.3. Notions de bassin versant

a) Définition d’un bassin versant

Le bassin versant correspond, en principe, à l’unité géographique sur laquelle se base

l’analyse du cycle hydrologique et de ses effets.

Le bassin versant est un territoire naturel drainant toutes les eaux de surfaces s’écoulant

vers un même point, l’exutoire. Il est délimité par la topographie du territoire (ligne de partage

des eaux). Il comprend non seulement le territoire sur lequel toutes les eaux de surface

s’écoulent vers un même exutoire, mais aussi tout ce qu’il contient : eaux de surface, eaux

souterraines, sols, végétation, animaux ainsi que les humains avec leurs usages [COMPLICES

EN ENVIRONNEMENT, 2011].

Généralement, la ligne de partage des eaux correspond à la ligne de crête. On parle alors de

bassin versant topographique. Toutefois, la délimitation topographique nécessaire à la

détermination en surface du bassin versant naturel n’est pas suffisante. Lorsqu’un sol perméable

recouvre un substratum imperméable, la division des eaux selon la topographie ne correspond

pas toujours à la ligne de partage effective des eaux souterraines. Le bassin versant est alors

différent du bassin versant délimité strictement par la topographie. Il est appelé dans ce cas

bassin versant réel ou bassin versant hydrogéologique [MUSY, 2005].


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b) Fonctions d’un bassin versant

La fonction hydrologique du bassin versant consiste à :

recueillir les eaux de pluie (et de fonte des neiges)

accumuler des quantités pour des durées variables

retourner le surplus d’eau par ruissellement

Les fonctions écologiques du bassin versant sont de procurer :

des bons sites d’échanges et des mécanismes essentiels pour le bon développement des

réactions chimiques nécessaires aux organismes vivants

un habitat à la faune et à la flore

Les fonctions socio-économiques : les bassins versants « en bonne santé » sont nécessaires

pour assurer un environnement socio-économique sain. Chacun de nous vit dans un bassin

versant ; chacun de nous dépend de l’eau et des autres ressources naturelles pour sa survie. Toute

personne qui vit ou qui travaille dans un bassin versant, a un impact sur les conditions du bassin

et sur les ressources en eau qu’il soutient [COMPLICES EN ENVIRONNEMENT, 2011].

c) Caractéristiques d’un bassin versant

Le bassin versant peut être décrit à l’aide de plusieurs caractéristiques :

le réseau hydrographique : c’est l’ensemble des cours d’eau naturels ou artificiels,

permanents ou temporaires, qui participent à l’écoulement ; il permet de délimiter le bassin

versant

les caractéristiques géométriques : les principales sont la surface et la forme

les caractéristiques topographiques : il s’agit du relief et plus précisément de la pente

le couvert végétal : il détermine l’occupation du sol (forêts, cultures, prairies, etc.)

les caractéristiques géologiques : les caractères principaux à considérer sont la

lithologie (nature de la roche mère) et la structure tectonique du substratum

d) Comportement hydrologique d’un bassin versant

L’analyse du comportement hydrologique d’un bassin versant (système hydrologique)

s’effectue le plus souvent par le biais de l’étude de la réaction hydrologique ou réponse

hydrologique du bassin face à une sollicitation (la précipitation). Cette réaction est mesurée par

l’observation de la quantité d’eau qui s’écoule à l’exutoire du système (cf. Figure 14). La

représentation graphique de l’évolution du débit Q en fonction du temps t constitue un

hydrogramme de crue. La réaction du bassin versant peut également être représentée par un


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limnigramme qui n’est autre que la représentation de la hauteur d’eau mesurée en fonction du

temps.

Figure 14 : Principe de la réponse hydrologique [MUSY, 2005]

La réaction hydrologique d’un bassin versant à une sollicitation particulière est caractérisée

par sa vitesse (temps de montée tm, défini comme le temps qui s’écoule entre l’arrivée de la crue

et le maximum de l’hydrogramme) et son intensité (débit de pointe Qmax, volume maximum

Vmax, etc.). Ces deux caractéristiques sont fonction du type et de l’intensité de la précipitation qui

le sollicite mais aussi d’une variable caractérisant l’état du bassin versant : le temps de

concentration des eaux sur le bassin. Le temps de concentration tc des eaux sur un bassin

versant se définit comme le maximum de durée nécessaire à une goutte d’eau pour parcourir le

chemin hydrologique entre un point du bassin et l’exutoire de ce dernier.

La transformation de la pluie en hydrogramme de crue se traduit par l’application

successive de deux fonctions, nommées respectivement fonction de production – ou fonction

d’infiltration – et fonction de transfert (cf. Figure 15).

Ces fonctions sont des relations mathématiques qui ont été établies en prenant en

considération les caractéristiques pédologiques, géologiques, topographiques et climatologiques

du bassin versant.

La fonction de production permet de déterminer le hyétogramme de pluie nette à partir de

la pluie brute ou pluie totale. La pluie nette est la fraction de pluie brute participant totalement

à l’écoulement. La pluie brute à laquelle on a enlevé la pluie nette constitue le déficit

d’écoulement (qui comprend l’évapotranspiration et l’infiltration).


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Figure 15 : Signal pluie-débit [MUSY, 2005]

La courbe qui permet de séparer la pluie nette du déficit d’écoulement est la courbe

d’infiltration (cf. Figure 15). Cette courbe est décroissante en fonction du temps parce que la part

de pluie qui peut s’infiltrer diminue au fur et à mesure que le sol s’humidifie et se sature en eau.

La fonction de transfert permet quant à elle de déterminer l’hydrogramme de crue résultant

de la pluie nette. Le passage du hyétogramme de pluie à l’hydrogramme de crue fait intervenir

toutes les caractéristiques météorologiques, physiques et hydrologiques du bassin versant

considéré.

Ce bref rappel d’hydrogéologie est bien évidemment incomplet. Cependant quelques

termes sont définis dans le glossaire pour permettre d’améliorer la compréhension de la

discipline.

Conclusion partielle

Pour pouvoir effectuer l’étude hydrogéologique du bassin versant du Lohavohitra, il est

indispensable de connaître tout d’abord les caractéristiques géo-morphologiques du bassin

versant ; ensuite de connaître la climatologie de la région ; ensuite étudier les relations entre les

précipitations et les débits d’eau qui s’écoule sur le bassin versant c’est-à-dire l’hydrométrie ;

c’est seulement après, que le bilan hydrologique peut être établi, permettant de connaître la

répartition de la pluie totale pendant une durée déterminée – à savoir une année hydrologique –

en évapotranspiration, ruissellement et infiltration. Cela permet ainsi d’estimer la part de la pluie

qui participe à la recharge de la nappe phréatique.


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Partie II :

Méthodes et

Moyens

Mis en Œuvre

Etude du comportement hydrogéologique sur le Lohavohitra Méthodes et moyens

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PARTIE II : METHODES ET MOYENS MIS EN OEUVRE

La démarche méthodologique adoptée pour comprendre le comportement hydrologique de

la nappe du Lohavohitra, a commencé par l’acquisition des données nécessaires à la réalisation

de l’étude ; s’est poursuivi par l’analyse et le traitement de ces données, pour aboutir à une

proposition de bilan hydrologique.

II.1. Acquisition des données

L’acquisition des données s’est effectuée en deux (2) temps.

Aspect documentaire

Dans un premier temps, une collecte des données déjà existantes a été effectuée, grâce à la

consultation d’archives, de rapports, de documents techniques, de cartes géologiques et

topographiques, …

Aspect expérimental

L’aspect expérimental a consisté, dans un second temps, à l’acquisition in situ des données,

grâce aux dispositifs de mesure déjà existants ainsi qu’à de nouveaux dispositifs qui ont été mis

en place justement dans le cadre de l’étude.

II.1.1. Données géo-morphologiques du bassin versant

La connaissance des caractéristiques géo-morphologiques du bassin versant – dans notre

cas, le bassin versant du Lohavohitra – est fondamentale dans une étude de comportement

hydrologique.

a) Réseau hydrographique

Le réseau hydrographique se définit comme l’ensemble des cours d’eau naturels ou

artificiels, permanents ou temporaires, qui participent à l’écoulement.


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Le réseau hydrographique présente une hiérarchisation. Pour chiffrer la ramification du

réseau, chaque cours d’eau reçoit un numéro fonction de son importance. Cette numérotation,

appelée ordre du cours d’eau, respectent les lois suivantes selon la classification de Strahler :

tout cours d’eau n’ayant pas d’affluent est dit d’ordre 1

au confluent de 2 cours d’eau de même ordre n, le cours d’eau résultant est d’ordre

n + 1

un cours d’eau recevant un affluent d’ordre inférieur garde son ordre, ce qui se résume

par : n + n = n + 1 et n + m = max (n, m) (cf. Figure 16).

Figure 16 : Hiérarchisation du réseau hydrographique [LABORDE, 2000]

Dans le cas du bassin versant du Lohavohitra, le réseau hydrographique a été déterminé par

observation directe sur terrain et en observant les images satellites sur Google Earth.

b) Caractéristiques géométriques

Surface

La surface du bassin versant est une des premières et des plus importantes caractéristiques.

Le bassin versant étant l’aire de réception des précipitations et d’alimentation des cours d’eau,

les débits vont être en partie reliés à sa surface.

La surface du bassin versant peut être mesurée par superposition d’une grille dessinée sur

papier transparent, par l’utilisation d’un planimètre ou par des techniques de digitalisation. Elle

s’obtient par planimétrage sur une carte topographique après que l’on y ait tracé les limites

topographiques et éventuellement hydrogéologiques. La surface A d’un bassin s’exprime

généralement en km2

[LABORDE, 2000].

Dans notre cas, la superficie du bassin a été mesuré par planimétrage et en s’aidant des

observations directes sur le terrain et de l’observation des cartes sur Google Earth.


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Longueur

On utilise différentes caractéristiques de longueur ; la première, et une des plus utilisées,

est le « périmètre P du bassin versant ». Le périmètre P n’est généralement pas utilisé

directement mais le plus souvent à travers des valeurs qui en dérivent, comme la « longueur L du

rectangle équivalent ». On définit le rectangle équivalent comme le rectangle de longueur L et de

largeur l qui a même surface et même périmètre que le bassin versant, soit à l’aide de :

P = 2 • (L + l) et A = L • l

Forme

L’étude de la forme des bassins est importante car elle permet de mieux comprendre le

comportement hydrologique. Un bassin compact, de forme quasi-circulaire a une réponse

hydrologique beaucoup plus rapide à la même averse qu’un bassin allongé, parce que la plupart

des points du bassin sont à peu près à la même distance de l’exutoire (cf. Figure 17).

Figure 17 : Influence de la forme du bassin versant sur l'hydrogramme de crue

[MUSY, 2005]

Il existe différents indices morphologiques permettant de caractériser le milieu, mais aussi

de comparer les bassins versants entre eux. La caractéristique de forme la plus utilisée est le

« coefficient Kc de Gravelius ». Il se définit comme le rapport du périmètre du bassin versant au

périmètre du cercle ayant même surface (appelée aussi indice de compacité) :

√

Avec : Kc : indice de compacité de Gravélius

A : surface du bassin versant [km2]

P : périmètre du bassin [km]


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Cet indice se détermine à partir d’une carte topographique en mesurant le périmètre du

bassin versant et sa surface. Il est proche de 1 pour un bassin versant de forme quasiment

circulaire et supérieur à 1 lorsque le bassin est de forme allongée (cf. Figure 18).

Figure 18 : Exemples d’indices de compacité [MUSY, 2005]

c) Caractéristiques topographiques

Altitudes maximale et minimale

Elles sont obtenues directement à partir de cartes topographiques. L’altitude maximale

représente le point le plus élevé du bassin tandis que l’altitude minimale considère le point le

plus bas, généralement à l’exutoire. Ces deux données deviennent surtout importantes lors du

développement de certaines relations faisant intervenir des variables climatologiques telles que la

température, la précipitation, … Elles déterminent l’amplitude altimétrique du bassin versant et

interviennent aussi dans le calcul de la pente [MUSY, 2005].

Pente moyenne du bassin versant

La pente moyenne est une caractéristique importante qui renseigne sur la topographie du

bassin. Elle donne une bonne indication sur le temps de parcours du ruissellement direct – donc

sur le temps de concentration tc – et influence directement le débit de pointe lors d’une averse.

Plus la pente est forte, et plus le bassin réagira rapidement aux averses.

La pente globale Ig est calculée par la relation :

D étant la dénivelée H5 % H95 %, définie sur la courbe hypsométrique ou même

directement à l’œil sur la carte topographique ; L étant la longueur du rectangle équivalent.


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La dénivelée spécifique Ds dérive de la pente globale Ig en la corrigeant de l’effet de

surface admis étant inversement proportionnel à √ :

√

√ √

La dénivelée spécifique ne dépend donc que de l’hypsométrie (D = H5 % H95 %) et de

la forme du bassin (l/L). Elle donne lieu à une classification de l’ORSTOM, indépendante des

surfaces des bassins (cf. Tableau V).

Tableau V : Classification des reliefs selon l’ORSTOM [LABORDE, 2000]

d) Le couvert végétal

Le couvert végétal influe beaucoup sur les quantités d’eau disponibles pour l’écoulement

de surface. En effet, l’évapotranspiration par les végétaux est très importante et elle varie selon la

nature des végétaux (forêts, cultures, prairies, etc.).

Par ailleurs, la végétation joue également un rôle atténuateur important en période de crue :

en effet, lorsque la végétation est développée, le ruissellement est retardé et la pointe de crue est

atténuée. Par ailleurs, l’écoulement étant plus long, la part d’eau reprise par l’évapotranspiration

augmente et le volume de la crue diminue [LABORDE, 2000].

Le couvert végétal a été évalué par observation direct sur le terrain.

R1 Relief très faible Ds < 10 m

R2 Relief faible 10 m < Ds < 25 m

R3 Relief assez faible 25 m < Ds < 50 m

R4 Relief modéré 50 m < Ds < 100 m

R5 Relief assez fort 100 m < Ds < 250 m

R6 Relief fort 250 m < Ds < 500 m

R7 Relief très fort 500 m < Ds


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e) Caractéristiques géologiques

Les caractères géologiques principaux à considérer sont la lithologie (nature de la roche

mère) et la structure tectonique du substratum. L’étude géologique d’un bassin versant dans le

cadre d’un projet hydrologique a surtout pour objet de déterminer la perméabilité du substratum

[MUSY, 2005].

Les données géologiques sur le bassin versant étudié ont été acquises grâce à la lecture de

cartes topographique et géologique, et l’observation d’image satellite. La consultation des

archives de la société a permis d’étudier les coupes lithologiques des forages : cinq (5) forages

verticaux et cinq (5) forages horizontaux.

L’observation des carottes de forages qui ont été conservées a donné une vision plus

concrète ainsi que l’observation directe sur le terrain. Le recoupement de ces nombreuses

données a permis l’établissement de profils géologiques.

A partir des données recueillies, des représentations du bassin versant ont été conçues sur

un SIG (Système d’Information Géographique) permettant une vision plus claire du terrain. Le

SIG qui a été utilisé est le logiciel MapInfo Professionnal.

II.1.2. Données pluviométriques

La consultation des archives de la société a permis de recueillir les données

pluviométriques d’Andranovelona à partir de l’année 2004.

La société possède deux appareils permettant la mesure des précipitations : un pluviomètre

et un pluviographe, situés dans l’enceinte de l’usine, à l’aval du site d’exploitation.

Le pluviomètre est l’instrument de base de la mesure des précipitations liquides ou solides.

Il indique la pluie globale précipitée dans l’intervalle de temps séparant deux relevés. Le

pluviomètre est relevé une fois par jour (tous les matins à 7 heures). La hauteur de pluie lue le

jour j est attribuée au jour j-1 et constitue sa « pluie journalière » ou « pluie en 24 heures ». La

quantité d’eau recueillie est mesurée à l’aide d’une éprouvette graduée.

Par ailleurs, la société s’est dotée d’une station météorologique permettant un relevé

automatique de données telles que la température, l’humidité, la pression atmosphérique, la

pluviométrie, la direction du vent, … La pluviométrie est mesurée à l’aide d’un pluviographe. Le

pluviographe se distingue du pluviomètre en ce sens que la précipitation, au lieu de s’écouler

directement dans un récipient collecteur, passe d’abord dans un dispositif particulier (réservoir à


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flotteur, augets, etc.) qui permet l’enregistrement automatique de la hauteur instantanée de

précipitation. L’enregistrement est permanent et continu, et permet de déterminer non seulement

la hauteur de précipitation, mais aussi sa répartition dans le temps donc son intensité

(hyétogramme). Les pluviographes fournissent des diagrammes de hauteurs de précipitations

cumulées en fonction du temps. Le type d’appareil utilisé est le pluviographe à augets

basculeurs. Cet appareil comporte, en dessous de son entonnoir de collecte de l’eau, une pièce

pivotante dont les deux compartiments peuvent recevoir l’eau tour à tour (augets basculeurs).

Quand un poids d’eau déterminé (correspondant en général à 0,1 ou 0,2 mm de pluie) s’est

accumulé dans un des compartiments, la bascule change de position : le premier auget se vide et

le deuxième commence à se remplir. Les basculements sont comptés électriquement par

comptage d’impulsions.

L’existence de ces deux appareils de mesure permet de comparer les valeurs mesurées de

manière à contrôler la fiabilité des données.

II.1.3. Données hydrométriques

Les données hydrométriques sont de deux (2) types : les débits à l’exutoire et les débits au

niveau de chaque point d’eau.

a) Débit à l’exutoire

Le débit à l’exutoire est une donnée très importante pour comprendre le comportement du

bassin versant. Cependant cette mesure n’a pas encore été faite jusqu’ici de façon continue sur le

bassin versant du Lohavohitra. Une station de jaugeage munie d’un déversoir triangulaire a donc

été aménagée pour permettre les mesures. La figure 19 suivante montre le schéma d’un déversoir

triangulaire.

Figure 19 : Schéma d’un déversoir triangulaire


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La construction d’un déversoir pour la détermination des débits d’un cours d’eau a pour

but l’obtention d’une relation entre le niveau de l’eau H et le débit Q aussi stable que possible, et

en principe sans jaugeage sur le terrain. Le débit est alors obtenu par des formules hydrauliques

et par étalonnage sur modèles. Il s’agit de la relation de Hager :

Avec :

Q = débit (m3/s)

he = hauteur d’eau (m)

Ce = coefficient de débit ≈ 0,58

α = angle d’écartement du déversoir triangulaire (rad)

(dans notre cas α = π/4)

Cependant, il a fallu prendre en considération le fait que partant de l’exutoire, il existe une

conduite d’eau alimentant le village de Fihaonana. Par ailleurs, la configuration des lieux laisse

supposer qu’il y a probablement des fuites d’eau qui ne sont pas mesurées par le seuil jaugeur.

La formule a donc été corrigée à l’aide de quelques mesures de jaugeage pour pouvoir être

adaptée à l’exutoire.

Ainsi, la hauteur de l’eau à l’exutoire a été relevée manuellement toutes les heures et a

ensuite été regroupé en débit journalier.

b) Débit des points d’eau

Depuis la création de la société, il y a eu différentes campagnes de prospection de

différents forages. Certains de ces forages sont exploités et d’autres non.

Il existe ainsi différents points d’eau sur le bassin versant étudié, les captages, les forages

verticaux et les forages horizontaux. Sur la colline Lohavohitra mais hors du périmètre étudié, il

y a également des captages et des forages horizontaux (cf. Figure 20).

Figure 20 : Exemple d’un point d’eau : Forage horizontal [Cliché : Auteur, 2011]


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Les débits des points d’eau ont été mesurés deux (2) fois par semaine par la méthode dite

volumétrique à l’aide d’un récipient (seau de 15 l ou jauge de 1 l) et d’un chronomètre.

Les méthodes « volumétriques » (ou jaugeage capacitif) permettent de déterminer le débit

directement à partir du temps nécessaire pour remplir d’eau un récipient d’une contenance

déterminée. Le débit est obtenu par la formule :

Q = V/T [m3/s]

En outre, les points d’eau déjà en service sont munis de débitmètre automatique permettant

d’avoir la valeur du débit pendant que l’eau circule dans les conduites.

Malgré l’existence de ses appareils automatisés, la méthode volumétrique n’a pas été

abandonnée car elle reste simple, elle est encore la plus fiable et est très bien adaptée pour la

gamme de débits mesurés.

Par ailleurs, la consultation des archives a permis d’obtenir les débits des anciens points

d’eau depuis 2004.

Toutes les données hydrométriques ainsi que pluviométriques recueillies ont été saisies et

traitées sur Excel.

II.2. Analyse des données

En hydrologie, trois (3) méthodes sont les plus couramment utilisées pour analyser le

comportement hydrologique d’un bassin versant [VAN TUU, 1981 ; LABORDE, 2000] :

la méthode empirique ou déterministe : elle consiste à appliquer sur le bassin versant

étudié, des formules empiriques et des abaques qui ont été établies par différents auteurs lors de

nombreuses études régionales et en tenant compte de nombreux facteurs. La méthode rationnelle,

la méthode SOCOSE, la méthode de RODIER et AUVRAY, … se situent dans cette catégorie.

la méthode statistique : elle consiste à effectuer un ajustement statistique à partir des

données d’observations des débits de crue, en appliquant des lois statistiques telles que la loi de

GUMBEL, la loi de PEARSON, … Cette méthode est applicable si on dispose d’une

chronologie assez importante d’observations, de 10 ans au minimum.

la méthode analytique : elle se propose, à partir des données relatives à l’averse et au

bassin versant de chercher la suite des opérations permettant le passage de la pluie à la crue,

c’est-à-dire du hyétogramme à l’hydrogramme.

C’est cette dernière méthode qui a été utilisé dans cette étude.


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II.2.1. Etude d’un couple averse-crue

Le bassin est suffisamment petit pour satisfaire aux conditions suivantes :

la pluie est homogène sur l’ensemble du bassin

la nature hydrogéologique est homogène

les conditions initiales également

L’acquisition des données pluviométriques et hydrométriques ont permis de disposer de

l’enregistrement simultané de la pluie et des débits sur le bassin versant. Une représentation

graphique a été effectuée en portant le temps en abscisses ; et en ordonnées les débits et les

intensités de pluies par pas de temps dt comme le montre la figure 21.

Figure 21 : Couple averse-crue [LABORDE, 2000]

La réponse hydrologique est observée grâce à l’interprétation graphique.

En parallèle, une approche plus théorique a été mise en œuvre pour essayer d’établir une

relation entre les débits à l’exutoire et les précipitations. La transformation de la pluie en

hydrogramme de crue se traduit par l’application successive de deux fonctions, nommées

respectivement fonction de production – ou fonction d’infiltration – et fonction de transfert

(cf. § I.3.3.d. sur le comportement hydrologique).

II.2.2. Fonction de production du SCS (Soil Conservation Service of USA)

Il existe différentes méthodes pour passer de la pluie totale à la pluie nette. Une première

méthode consiste à considérer un coefficient de ruissellement constant. Cette méthode est simple

mais n’est applicable que sur des bassins versants urbanisés, ce qui n’est pas notre cas. Une autre

méthode est la simulation par modèle à réservoir. Elle a pour avantage de permettre de rendre

compte de phénomènes physiques avec toute la complexité que l’on désire (modèle plus ou


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moins déterministe) ; mais a pour inconvénient de nécessiter un calage assez compliqué. Une

troisième méthode est la fonction de production du SCS (Soil Conservation Service of USA)

[LABORDE, 2000]. C’est cette dernière qui a été adoptée dans cette étude.

Cette fonction de production est basée sur quelques hypothèses simplificatrices facilement

acceptables :

Soit J la capacité d’infiltration ; on admet qu’elle tend vers 0 lorsque le temps

augmente, ainsi il existe une lame d’eau maximale infiltrable S

On admet que le ruissellement (pluie nette) ne peut apparaître qu’après qu’il soit tombée

une certaine quantité So de pluie interceptée par les végétaux ou servant à remplir les

dépressions de la surface du sol. On appellera par la suite « pluie utile », la quantité Pu (t) = P (t)

So [P (t) est la quantité totale de pluie tombée entre les intervalles de temps 0 et t].

Enfin, l’hypothèse principale est que le rapport du ruissellement R (t) à la pluie utile

Pu (t) est égal au rapport de ce qui s’est déjà infiltré ∫

à ce qui peut s’infiltrer au

maximum S.

Ces trois hypothèses se résument sur le schéma suivant (cf. Figure 22) :

Figure 22 : Décomposition de la pluie brute

Par ailleurs, Pu (t) = P (t) So, donc :

[si P (t) > So sinon R (t) = 0]

Hypothèse 1 : ∫

Hypothèse 2 : ∫

Hypothèse 3 : ∫

En éliminant l’intégrale :


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Deux caractéristiques sont donc nécessaires : la capacité S totale d’infiltration et

l’interception So. Les études menées initialement aux USA puis sur d’autres continents montrent

que So est assez étroitement lié à S par la relation :

So ≅ 0,2 S, ce qui donne pour fonction de production du SCS :

[si P (t) > 0,2 S sinon R (t) = 0]

Avec :

P (t) : hauteur de pluies tombée entre les instants 0 et t

R (t) : hauteur de pluie ruisselée entre instants 0 et t (pluie nette)

S : capacité maximale d’infiltration :

∫

Cette formule semble être assez bien représentative de ce qui se passe dans la nature. Un

seul paramètre S sert au calage du modèle. S est donc fonction de la nature du sol (« géologie »),

de son couvert végétal, et de son état d’humectation initial. En fait, il peut être intéressant

d’utiliser cette fonction de répartition dans 3 conditions différentes :

• conditions I : optimales pour l’infiltration (sol initialement sec)

• conditions II : conditions de calcul de la crue annuelle

• conditions III : sol humide

Ces trois conditions diffèrent par l’état d’humectation du sol donc des pluies antérieures.

Les relations entre les valeurs de S dans ces trois conditions sont :

≅ et ≅

II.2.3. Fonction de transfert : Méthode de l’hydrogramme unitaire de

SHERMAN

La méthode de l’hydrogramme unitaire vise à déterminer l’hydrogramme de

ruissellement superficiel à l’exutoire d’un bassin versant à partir des hyétogrammes de

l’averse correspondante reçue par ce même bassin. L’obtention d’un hydrogramme unitaire

permettra ainsi de prévoir la crue conséquence d’une averse donnée.


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Afin de déterminer l’hydrogramme unitaire d’un bassin versant, il est nécessaire de

disposer de l’enregistrement d’une averse (hyétogramme) de répartition uniforme sur le bassin

versant considéré et de la courbe des débits correspondante (hydrogramme) à l’exutoire.

Plusieurs manipulations sont ensuite à effectuer sur ces données.

a) Séparation des différentes composantes de l’hydrogramme

La première phase consiste à séparer les différentes composantes de l’hydrogramme. Pour

simplifier, on ne considérera ici que les deux composantes principales suivantes :

écoulement de base

ruissellement superficiel

b) Détermination du volume ruisselé et calcul du taux de recharge phréatique

Ce volume est obtenu en intégrant la courbe de ruissellement superficiel déterminée

précédemment.

On reporte ensuite par tâtonnements sur le hyétogramme correspondant un niveau de

recharge permettant de séparer la pluie brute et la pluie nette, de manière à égaliser le volume de

la pluie nette et celui du ruissellement superficiel.

c) Détermination du graphe de l’hydrogramme unitaire

On obtient ainsi une averse nette et un hydrogramme de ruissellement correspondant. Deux

cas se présentent alors :

l’averse considérée peut être considérée comme unitaire et l’hydrogramme unitaire

du bassin est obtenu par simple division de l’hydrogramme de ruissellement par l’intensité de la

pluie nette.

l’averse est de durée très supérieure à celle des averses unitaires et l’on va procéder

de la manière suivante :

• décomposition de l’averse réelle en averses élémentaires.

• séparation des composantes de l’hydrogramme de ruissellement afférentes à ces

averses élémentaires, par discrétisation de l’hydrogramme.


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Figure 23 : Hydrogramme de crue [MUSY, 2005]

L’hydrogramme de crue présente la forme générale d’une courbe en cloche dissymétrique

que l’on divise en quatre parties : tarissement (avant la pluie nette), crue, décrue et tarissement

(cf. Figure 23).

On définit alors des temps caractéristiques :

temps de réponse du bassin tp (ou « lag ») : Intervalle de temps qui sépare le centre de

gravité de la pluie nette de la pointe de crue ou parfois du centre de gravité de l’hydrogramme dû

à l’écoulement de surface.

temps de concentration tc : Temps que met une particule d’eau provenant de la partie

du bassin la plus éloignée « hydrologiquement » de l’exutoire pour parvenir à celui-ci. On peut

estimer tc en mesurant la durée comprise entre la fin de la pluie nette et la fin du ruissellement

direct (c’est-à-dire fin de l’écoulement de surface).

temps de montée tm : Temps qui s’écoule entre l’arrivée à l’exutoire de l’écoulement

rapide (décelable par le limnigraphe) et le maximum de l’hydrogramme dû à l’écoulement de

surface.

temps de base tb : Durée du ruissellement direct, c’est-à-dire la longueur sur l’abscisse

des temps de la base de l’hydrogramme dû à l’écoulement de surface.


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La surface comprise entre la courbe de l’écoulement retardé et l’hydrogramme de

crue/décrue représente le volume ruisselé. Ce volume, exprimée en lame d’eau, est égal par

définition au volume de la pluie nette. Cependant, la distinction entre écoulement retardé de

subsurface et ruissellement direct de surface étant relativement floue, il n’est pas rare de

considérer un volume de ruissellement direct équivalent à celui de la pluie nette définie comme

la surface comprise entre la courbe de l’hydrogramme de crue/décrue et celle de l’écoulement

souterrain [MUSY, 2005].

d) Courbe de tarissement

Le débit de vidange des nappes, appelé également débit de base, suit une loi de variation

en fonction du temps, appelée courbe de tarissement. En l’absence d’alimentation par les

pluies, la courbe de tarissement ne dépend que de la géométrie de la nappe et de ses qualités

hydrodynamiques.

Une modélisation classique de la vidange d’une nappe est faite à partir du schéma de

Maillet (cf. Figure 24). Une nappe est schématisée par un réservoir de surface S, de hauteur H, se

vidangeant par un bouchon poreux de longueur l, de section s et de perméabilité k. Le débit q de

vidange est calculable par la loi de Darcy :

Figure 24 : Modélisation de la vidange d’une nappe [LABORDE, 2000]

Pendant un intervalle de temps dt, le volume dV sorti de la nappe est :

dV = q dt mais aussi q dt = S dH


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Par ailleurs, la première expression du débit donne en dérivant :

En combinant ces deux expressions, on obtient :

(α est appelé coefficient de tarissement)

Pour le schéma de Maillet, on démontre donc que la loi de vidange serait une exponentielle

décroissante [RASOAMIADANA, 1993 ; LABORDE, 2000].

II.3. Bilan hydrologique

II.3.1. Rappel de l’équation du bilan

Le bilan hydrologique a déjà été évoqué dans le paragraphe I.3.1. ainsi que le devenir des

précipitations. La figure 25 suivante montre les chemins que prend la pluie, une fois tombée.

Figure 25 : Répartition de la pluie en fonction du temps [LABORDE, 2000]

La formule du bilan hydrologique est :

Pluie totale = Pluie évaporée + Pluie ruisselée + Pluie infiltrée

Le bilan hydrologique a été considéré sur un intervalle de temps mensuel ensuite annuel.


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II.3.2. Bilan hydrologique mensuel

a) Détermination de la pluie mensuelle

La pluie mensuelle est donnée par les valeurs des précipitations mensuelles déjà relevées.

b) Estimation de l’évapotranspiration potentielle : formule de THORNTHWAITE

THORNTHWAITE a proposé en 1944, une formule basée essentiellement sur la

température de l’air :

Avec :

t est la température moyenne mensuelle du mois considéré ;

Etp est l’évapotranspiration potentielle du mois considéré (en mm d’eau) ;

K est un coefficient d’ajustement mensuel, fonction du mois et de la latitude (cf. Tableau VI)

Tableau VI : Coefficient de correction de la formule de THORNTHWAITE pour une

latitude de 20°S [ESTUPINA, 2011]

mois J F M A M J J A S O N D

K 1,14 1 1,05 0,97 0,96 0,91 0,95 0,99 1 1,08 1,09 1,15

c) Estimation de l’évapotranspiration réelle : bilan simplifié selon

THORNTHWAITE [LABORDE, 2000]

Cette méthode est basée sur la notion de réserve en eau facilement utilisable (notée par la

suite RFU). Le sol est capable de stocker une certaine quantité d’eau (la réserve utile) ; cette eau

peut être reprise pour l’évaporation par l’intermédiaire des plantes.

La réserve utile est la différence entre la capacité au champ – teneur en eau d’un sol qu’on

a saturé puis qu’on a laissé drainé l’eau pendant 1 à 2 jours – et le point de flétrissement – limite

inférieure d’eau disponible pour la plante. En réalité, la plante ne peut vraiment disposer que


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d’une portion de la réserve utile qui est la RFU, qui représente 40 à 65 % de la réserve utile

[REJO, 2008].

La satisfaction de l’Etp a priorité sur l’écoulement, c’est-à-dire qu’avant qu’il n’y ait

d’écoulement, il faut avoir satisfait le pouvoir évaporant (Etp = Etr). Par ailleurs, la complétion

de la RFU est également prioritaire sur l’écoulement. On établit ainsi un bilan à l’échelle

mensuelle, à partir de la pluie du mois P, de l’Etp et de la RFU.

Si P > Etp, alors :

Etr = Etp

il reste un excédent (P – Etp) qui est affecté en premier lieu à la RFU, et, si la RFU est

complète, à l’écoulement.

Si P < Etp :

on évapore toute la pluie et on prend à la RFU (jusqu’à la vider) l’eau nécessaire pour

satisfaire l’Etr soit :

• Etr = P + min (RFU, Etp – P)

• RFU= 0 ou RFU + p – Etp

Pour établir ce bilan, il faut se donner la RFU maximale en fonction de la nature du bassin

versant (dans notre cas, la RFU max a été estimée à 50 mm, comme il est communément admis

pour le calcul du bilan hydrologique). Ayant établi ce bilan par mois, on évalue l’Etr annuelle

par la somme de 12 Etr mensuelles.

La différence entre la pluie totale et l’évapotranspiration constitue la pluie efficace.

d) Détermination de la pluie ruisselée

La pluie ruisselée a été déterminée à partir du volume d’eau écoulée, calculé à partir des

mesures de débits à l’exutoire.

e) Détermination de la pluie infiltrée

La différence entre la pluie efficace et la pluie ruisselée donne la pluie infiltrée.

Pluie infiltrée = Pluie efficace – Pluie ruisselée

II.3.3. Bilan hydrologique annuel et variation de stock

Le bilan hydrologique annuel est une récapitulation et une synthèse du bilan hydrologique

mensuel. Il permet de conduire à l’estimation de la variation de stock d’eau annuelle.


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La variation de stock est donnée par la formule :

∆S = Sf Si

Avec :

∆S = variation de stock

Sf = stock final

Si = stock initial

Pour le comportement naturel :

Stock final = Stock initial + Infiltration – Vidange à l’exutoire

Le stock initial qui correspond au volume de la réserve en eau, a été estimé a partir de

l’épaisseur de l’aquifère, la superficie du bassin versant et la porosité du milieu.

Volume de la nappe = épaisseur de l’aquifère × surface du BV × porosité efficace

L’infiltration est donnée par le total des infiltrations mensuelles calculées à partir du bilan

hydrologique mensuel ci-dessus.

Quant à la vidange de la nappe, elle correspond au débit de base à l’exutoire, obtenu grâce

aux mesures de débits effectuées à la station de jaugeage.

La société SEMA Eau Vive, effectuant des activités de prélèvements d’eau sur le site, pour

la production d’eau embouteillée proprement dite – désignée par eau de production – et pour ses

divers autres besoins en eau – désignée par eau brute – la formule de la variation de stock s’en

trouve modifiée et devient :

Stock final = Stock initial + Infiltration – Vidange à l’exutoire – Prélèvement


Les données nécessaires à l’étude ont été acquises à l’aide, d’une part de la documentation

et d’autre part, des observations et des mesures in situ. Les données géo-morphologiques ont été

représentées sur une carte à l’aide de MapInfo Professional tandis que les données

pluviométriques et hydrométriques ont été associées pour étudier l’influence de la pluie sur les

débits à l’exutoire et au niveau des points d’eau. Ces données ont été traitées et analysées en vue

de dégager les caractéristiques du bassin versant et les paramètres nécessaires à l’établissement

du bilan hydrologique.


Page | 44

Partie III :

Résultats et

Interprétations

Etude du comportement hydrogéologique sur le Lohavohitra Résultats et interprétations

Page | 45

PARTIE III : RESULTATS ET INTERPRETATIONS

III.1. Caractéristiques du bassin versant

III.1.1. Réseau hydrographique

Le réseau hydrographique est la première caractéristique du bassin versant (cf. § II.1.1.a.).

Il se dessine suivant les thalwegs. Il a une allure classique en forme de réseau dentritique (avec

un ordre maximal n = 4) et le tracé est dirigé par la pente générale du bassin versant (cf. Figure

27).

III.1.2. Données géométriques

La délimitation du bassin versant a été basée sur le contour du périmètre de protection

tracé par SEMA Eau Vive et l’ANDEA ; ce contour suit plus ou moins la ligne de crête et

semble donc correspondre a priori à la limite du bassin versant. La superficie ainsi calculée est

d’environs 54 ha soit 0,54 km2. Il s’agit d’un petit bassin versant. On peut même parler d’un

sous-bassin appartenant au bassin versant de la Betsiboka dont la superficie est de 49 000 km2

(cf. Annexe 2).

La figure 26 montre une vue en 3D de la colline du Lohavohitra tandis que la figure 27 est

un schéma dans le plan du bassin versant étudié, dessiné à l’aide du logiciel MapInfo

Professionnal.

Le périmètre du bassin versant est d’environ 3 km. La longueur du rectangle équivalent est

de L = 0,97 km et la largeur est l = 0,56 km.

Figure 26 : Les deux périmètres d’exploitation [Source : SEMA Eau Vive, 2011]


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Figure 27 : Le Bassin Versant du Lohavohitra


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Concernant la forme, son coefficient de Gravelius est Kc = 1,14. Cette valeur indique qu’il

s’agit d’un bassin versant faiblement allongé, ce qui laisse supposer une réponse hydrologique

assez rapide (cf. § II.1.1.b.).

III.1.3. Topographie

a) Altitudes maximale et minimale

L’altitude maximale du bassin versant étudié est 1 715 m tandis que son altitude

minimale est de 1 445 m.

b) Pente moyenne du bassin versant

Le bassin versant étudié est une dépression sur le flanc Sud-Ouest de la colline

Lohavohitra. La dénivelée spécifique est de 195 m ce qui indique qu’il est classé dans la

catégorie R5 qui correspond au relief assez fort (cf. § II.1.1.c. et Tableau V). Cette forte pente

indique que le temps de concentration doit être assez rapide.

III.1.4. Couverture végétale

Le bassin versant est caractérisé par une faible couverture végétale, essentiellement

herbacée (pseudo-steppe). Néanmoins, à certains endroits situés le long du réseau

hydrographique, on peut rencontrer quelques formations arbustives constituant ainsi une sorte de

forêt galerie. Il existe également à certains endroits, des plantations d’Eucalyptus et de Pinus.

Depuis l’année 2010, la société SEMA Eau Vive a lancé une campagne de reboisement, en

plantant plusieurs espèces de plantes, afin d’étendre la couverture végétale, pour améliorer la

qualité du sol, limiter le ruissellement et augmenter l’infiltration qui permet de recharger la

nappe.

III.1.5. Géologie

Le substratum rocheux du massif Lohavohitra est constitué de granite migmatitique, qui

présente localement une structure monoclinale avec un pendage de 30° à 50° vers l’Ouest.

D’après la carte géologique de la zone (1967, Feuille O.46 Fihaonana 1/100 000) (cf. Figure 28),

cette structure monoclinale correspond au flanc Ouest d’un anticlinal, dont l’axe coïncide avec

celui du massif Lohavohitra. Le flanc Ouest de l’anticlinal a été particulièrement érodé ce qui a

donné naissance à des « cirques », favorables à l’émergence des sources d’Andranovelona. Ce

substratum rocheux affleure très bien sur les flancs de la colline et à son sommet, où il apparaît


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très fracturé [GUYOT, 2010]. L’observation par stéréoscopie a confirmé la présence de cette

structure anticlinale ainsi que les nombreuses fractures.

LEGENDE

Figure 28 : Extrait de la carte géologique au 1/100 000, Feuille Fihaonana O.46, 1967


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Les observations des coupes lithologiques et des carottes (cf. Annexe 9) ont révélé

globalement la succession de trois (3) couches :

de l’argile latéritique à la surface

la roche altérée et fracturée (probablement le réservoir de la nappe phréatique)

et la roche saine qui est du granite migmatitique

C’est la succession classique des couches géologiques, mais on a également observé une

alternance entre les roches meubles (sablo-argileuses) et les roches dures (granite fracturé ou

sain). Les figures 29 et 30 montrent bien cette succession de couches.

Figure 29 : Coupe lithologique d’un forage vertical

[GUYOT, RAMILAMANASABO, 2008]


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Figure 30 : Coupe lithologique d’un forage horizontal

[LANOE FORAGES, 2010]

Deux profils géologiques ont été dessiné suivant les coupes AB et CD (cf. Figure 31).

Figure 31 : Lignes des coupes géologiques

La coupe AB est dirigée NNE – SSW, elle coupe transversalement le bassin versant et

passe, du nord au sud, par le forage horizontal FH09, le forage vertical F7, les captages C3 et C4

et enfin le forage horizontal FH11.

La coupe CD est dirigée quant à elle WSW – ENE et longe la pente du bassin versant en

passant, d’ouest en est, par le forage vertical F3, le forage horizontal FH12 et le captage C1.


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Ces profils ne sont que des schémas très simplifiés pour tenter de représenter la structure

géologique du terrain (cf. figures 32 et 33 suivantes) :

Figure 32 : Profil géologique suivant la coupe AB

Figure 33 : Profil géologique suivant la coupe CD


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Le granite migmatitique constitue la roche mère. Cette roche est saine en profondeur mais

plus on remonte, plus la roche devient fissurée. Sous l’effet des conditions climatiques et des

conditions du milieu, cette roche mère s’altère progressivement pour donner des roches

décomposées.

Pour essayer de déterminer l’épaisseur de l’aquifère, des moyennes ont été faites et une

approximation de ce que pourrait être la succession des couches est montrée dans la figure 34. Le

niveau de la nappe se trouverait à peu près à 2 m en dessous de la surface du sol. La roche

décomposée et la roche très altérée constituent le réservoir pour la nappe dite d’altération.

Celle-ci serait estimée à 10 m d’épaisseur. Plus en profondeur, le granite faiblement altéré et

fissuré constitue le réservoir de la nappe de fissure. Ensemble, la nappe d’altération et la nappe

de fissure s’étendraient sur environ 20 m de profondeur.

Figure 34 : Schéma d’une succession type des couches géologiques et leurs épaisseurs sur le

bassin versant du Lohavohitra

Les données géologiques sont encore très limitées et très éparses, mais ce qui peut déjà être

tiré des observations faites est que les caractéristiques du Lohavohitra sont la présence d’une

alternance de couches dures et de couches tendres, donc une structure en mille feuilles ; et la

présence de nombreuses fracturations surtout au sommet. Cette configuration expliquerait une

forte accumulation d’eau et la présence des sources pérennes sur la colline.


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III.2. Données pluviométriques

Les relevés des précipitations depuis l’année 2004 jusqu’en 2011 sont présentés dans le

graphe suivant (cf. Figure 35). Les données correspondantes sont présentées dans l’annexe 10.

Figure 35 : Précipitations Andranovelona par saison 2004-2011

Le climat sur les hautes terres correspond à un climat tropical d’altitude caractérisé par

2 saisons :

une saison chaude et humide d’une durée de 6 à 7 mois s’étalant du mois d’Octobre à

Avril.

une saison sèche et fraiche de 5 à 6 mois d’Avril à Septembre.

Ce graphique montre également qu’il y a une grande hétérogénéité des pluies un mois sur

l’autre et une année sur l’autre. Par exemple en Janvier 2005, la pluviométrie n’était que de

70 mm alors qu’en Janvier 2007, elle atteignait 501 mm.


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La figure 36 montre le cumul par année des pluies depuis 2005 jusqu’en 2011.

Figure 36 : Pluviométrie interannuelle de 2005 à 2011

Selon la carte des ressources en eaux de Madagascar [FTM, Feuille SD 38L, échelle

1/200 000], les isohyètes montrent que cette région est caractérisée par une pluviométrie

annuelle de 1 200 mm en moyenne.

Les mesures effectuées sur le site d’Andranovelona concordent avec cette valeur car les

pluies sont légèrement supérieures ou inférieures à 1 200 mm sauf pour les années 2005 et 2006

où les pluies ont été très faibles de l’ordre seulement de 700 à 800 mm.

III.3. Données hydrométriques

Les données hydrométriques concernent d’une part les débits à l’exutoire qui caractérisent

surtout l’écoulement en surface mais aussi la vidange de la nappe, et d’autre part les débits au

niveau des points d’eau, qui caractérisent la nappe.

III.3.1. Débit à l’exutoire

a) Mise en place de la station de jaugeage

La station de jaugeage a été munie d’un seuil du type déversoir triangulaire comme il a été

déjà mentionné dans le paragraphe II.1.3.a. (cf. Figures 37 et 38).


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Figure 37 : Exutoire du bassin versant

[Cliché : Auteur, 2011]

Figure 38 : Déversoir triangulaire

[Cliché : Auteur, 2011]

b) Formule de la relation hauteur-débit

La relation théorique qui permet de passer de la hauteur au débit (cf. § II.1.3.a.) s’exprime

par Q = 0,0247 h2,5

. Le jaugeage à l’aide de quelques mesures volumétriques a permis d’obtenir

des valeurs réelles afin de corriger la formule théorique pour qu’elle soit adaptée à notre

exutoire. Les valeurs sont présentées dans le tableau VII.

Tableau VII : Relation entre hauteur et débit

Hauteur [cm] Débit théorique [m3/h] Débit mesuré [m

3/h]

9 5,99 8,10

10 7,79 10,03

11,5 11,05 16,2

13 15,02 17,2

14 18,07 19,41

16 25,24 27,67

17,5 31,58 37,84

Les résultats ont montré que le débit mesuré est supérieur au débit théorique. Une des

difficultés rencontrées lors du calage de la formule est que les mesures de jaugeage n’ont pu être

effectuées que sur des débits inférieurs à 40 m3 /h. Il est donc difficile d’ajuster la formule pour

les débits plus élevés. Une première correction a été effectuée (cf. Figure 39) et est représentée

par la courbe de tendance 1 (Q = 0,0671 h2,1852

). Le débit tend à être inférieur au débit théorique

pour les valeurs élevées de hauteur. Or les constatations réelles indiquent qu’au contraire, le

débit tend à augmenter considérablement pour les hauteurs élevées. Une deuxième correction a

donc été faite (tendance 2 : Q =0,0671 h2,5

).


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Figure 39 : Courbe de tarage du déversoir triangulaire

c) Signal pluie-débit

Les graphes 40 et 41 suivants montrent les hydrogrammes de crue exprimés

respectivement en hauteur (cm) et en débit (m3/h), depuis le mois de Janvier jusqu’au mois

d’Août 2011 ainsi que les précipitations en mm. Les données correspondantes se trouvent en

annexe 11.

Figure 40 : Hydrogramme de crue Jan-Août 2011 (en hauteur)


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Figure 41 : Hydrogramme de crue Jan-Août 2011 (en débit)

Compte tenu de l’incertitude qui existe quant aux valeurs exactes des débits, ces derniers

ont été représentés comme étant compris entre une valeur minimale (débit 1) et une valeur

maximale (débit 2). Durant la période de pluie, de Janvier à Avril, la courbe du débit présente de

grandes variations suivant la pluie. Mais en général, elle a une tendance ascendante c’est-à-dire

que le débit de base augmente, ce qui signifie qu’il y a recharge de la nappe. En début de période

sèche, à partir du mois de mai, la courbe diminue.

d) Courbe de tarissement

En isolant la partie de l’hydrogramme hors pluie, du mois de mai au mois d’Août, nous

obtenons une courbe de tarissement qui suit une loi exponentielle décroissante (cf. Figure 42).

Figure 42 : Courbe de tarissement


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A partir du mois de mai, le débit à l’exutoire diminue progressivement. En effet, en

absence de pluie, il n’y a plus de ruissellement et le débit observé à l’exutoire correspond

uniquement au débit de base qui comprend l’eau convergeant à partir du réseau hydrographique

et l’eau qui provient de la vidange de la nappe. Cette courbe de tarissement permet d’avoir une

idée de la vitesse à laquelle le débit à l’exutoire diminue et à quel moment le débit d’étiage

minimal est atteint. Ainsi à partir des valeurs de débits mesurées durant la saison des pluies et

des valeurs obtenues durant la saison sèche, il est possible d’estimer la variation du débit à

l’exutoire au cours de l’année (cf. Tableau VIII et Figure 43).

Tableau VIII : Débits mensuels à l’exutoire

Débit min

(m3/h)

Débit max

(m3/h)

Coefficient

mensuel de débit

Janvier 15,97 33,46 0,65 - 0,73

Février 25,81 59,16 1,15 - 1,18

Mars 38,50 95,13 1,85 - 1,76

Avril 48,94 126,50 2,46 - 2,24

Mai 48,94 126,50 2,46 - 2,24

Juin 30,28 71,54 1,39 - 1,39

Juillet 18,74 40,46 0,79 - 0,86

Août 11,60 22,88 0,45 - 0,53

Septembre 7,18 12,94 0,25 - 0,33

Octobre 4,44 7,32 0,14 - 0,20

Novembre 4,44 7,32 0,14 - 0,20

Décembre 7,18 12,94 0,25 - 0,33

Débit min (m3/h) 4,44 7,32

Débit max (m3/h) 48,94 126,50

Débit moyen annuel (m3/h) 21,83 51,34

Débit spécifique (l/s/km2) 11,23 26,41

Figure 43 : Variation du débit moyen à l’exutoire


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Le débit à l’exutoire augmente à partir du mois de janvier pour atteindre un maximum en

avril – mai. Le débit diminue ensuite pour atteindre une valeur minimale aux mois d’octobre –

novembre. Il est important de remarquer que cette variation de débit présente un décalage par

rapport à la variation des précipitations au cours de l’année. En effet, la saison des pluies débute

vers le mois d’octobre mais le débit à l’exutoire est encore faible à ce moment là. Ce débit

augmente progressivement et même si la saison des pluies s’achève vers le mois d’avril, le débit

à l’exutoire augmente. Ceci s’explique par le fait que les eaux de pluies mettent du temps pour

atteindre la nappe, grâce à l’infiltration. En l’occurrence, la durée de percolation est de deux (2) à

cinq (5) mois.

Le débit moyen annuel a été estimé entre 21,83 et 51,34 m3/h. Le coefficient mensuel de

débit (CMD), qui est le rapport entre le débit mensuel est le débit moyen annuel, permet de

déterminer à quelle période de l’année le débit est important et à quelle période il est faible. Par

exemple au mois d’avril le CMD est de l’ordre de 2 alors qu’au mois d’octobre il est de l’ordre

de 0,2. Ce coefficient est important pour avoir une idée de la disponibilité de l’eau au cours de

l’année.

Quant au débit spécifique, il permet de comparer des cours d’eau drainant des bassins

versants de tailles différentes. Le tableau IX montre différents valeurs de débits spécifiques selon

les régions.

Tableau IX : Débits spécifiques pour différentes régions [PECH, 2006]

Débit spécifique Qs (l/s/km²)

Cours d’eau de plaine des régions tropicales >20

Cours d’eau de plaine des régions tempérées 5 à 10

Cours d’eau de région sèche < 1

Régions de montagne 50 à 100

Le débit spécifique de notre bassin versant serait compris entre 11,23 et 26,41 l/s/km2. La

rivière de l’Ikopa, mesurée à la station du pont de Mahitsy, non loin d’Andranovelona, drainant

un bassin de 1 780 km2 a un débit spécifique entre 14 et 27,2 l/s/km

2 [CHAPERON et al, 1993],

ce qui est assez proche des valeurs calculées pour notre bassin versant. Quant à la rivière de

Betsiboka, avec un bassin de 11 800 km2, mesurée à la station d’Ambodiroka, son débit

spécifique est plus élevé entre 19,8 et 38,6 l/s/km2[CHAPERON et al, 1993].


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e) Fonction de production

L’application de la fonction de production du SCS (cf. § II.2.2.) a permis de faire une

comparaison entre les valeurs mesurées et les valeurs théoriques, afin de déterminer la fraction

de la pluie qui a contribué au ruissellement, exprimée par le coefficient d’écoulement qui est le

rapport entre la pluie nette et la pluie totale.

La figure 44 représente les valeurs cumulées de la distribution des pluies lors de la saison

humide de 2010-2011 soit du mois de novembre au mois d’avril, en utilisant différentes valeurs

du paramètre de calage S qui est la capacité maximale d’infiltration. Concernant la valeur réelle,

elle a été calculée à partir du débit maximal (débit 2).

Figure 44 : Ecoulement cumulé saison des pluies 2010-2011

Les mesures effectuées à l’exutoire ont montré un coefficient de ruissellement d’environ

44 %. Pour les valeurs théoriques, ce coefficient varie en fonction du paramètre S. Pour

S = 10 mm, le coefficient est de 61 %, pour S = 15 mm, il est de 53 % et pour S = 20 mm, il est

de 47 %. La figure 45 montre la variation du coefficient d’écoulement en fonction du paramètre

S.


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Figure 45 : Variation du coefficient d’écoulement en fonction de S

Les valeurs théoriques sont légèrement plus élevées que la valeur mesurée. Le coefficient

d’écoulement réel pourrait être supérieur à 44 % à cause du fait que lors des fortes averses, une

certaine quantité de pluie n’est pas comptabilisée (débordement du seuil).

Nous adopterons donc une valeur de coefficient de ruissellement de 47 % correspondant à

un paramètre S = 20 mm pour le calcul du bilan hydrologique ultérieur.

En comparant ce coefficient avec ceux de bassins versants proches d’Andranovelona, les

valeurs sont cependant assez proches. Par exemples pour le bassin versant de l’Ikopa à Mahitsy,

le coefficient d’écoulement est de 44 %, et à Bevomanga, il est de 45 %. Pour la Betsiboka, qui

est un peu plus éloignée, le coefficient d’écoulement est de 52 % [CHAPERON et al, 1993].

f) Episodes pluviaux

Pour mieux comprendre la réponse hydrologique du bassin versant, les épisodes pluviaux

ont été observés un à un. La figure 46 montre un exemple d’averse observée le 03 Février 2011.

Figure 46 : Hydrogramme de l’épisode pluvial n°20


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L’averse n°20 a duré 13h, à partir de 14h00 jusqu’à 03h00. La pluviométrie totale s’élève à

72,7 mm mais les plus fortes intensités ont été observées durant les trois premières heures c’est-

à-dire de 14h00 à 17h00 (16,8 mm, 13,7 mm et 19 mm). Le débit avant la pluie était de 49 m3/h.

La montée a été très rapide à partir de 15h00 et le débit de pointe a été atteint à 15h45, de l’ordre

de 5 000 m3/h. ce débit a rapidement chuté jusqu’à 2 000 m

3/h et à partir de 16h30, la diminution

est devenue plus progressive. Le lendemain à 15h00, le débit été d’environ 300 m3/h.

Cette réponse hydrologique rapide peut s’expliquer par diverses raisons. Tout d’abord du

fait de la forme du bassin versant qui n’est pas très allongée (cf. § III.1.2.), les eaux qui tombent

sur toute la surface de l’impluvium se concentrent rapidement à l’exutoire. La pente qui est assez

forte (cf. § III.1.3.) y joue également un rôle important ; et enfin la nature du sol ferralitique qui

est peu perméable et la faible couverture végétale permettent aux eaux de circuler librement et

atteindre l’exutoire en un temps très court.

D’autres averses assez représentatives ont été sélectionnées et présentées dans le tableau X.

Tableau X : Quelques épisodes pluviaux

Date Averse P Imax Vp Vex DE Cr

14/01/11 4 4,2 4,2 2268 66,91 2201,09 0,03

23/01/2011 8 15,8 7,4 8532 3108,36 5423,64 0,36

26/01/2011 12 22,2 12,7 11988 4589,26 7398,74 0,38

31/01/2011 18 2,1 1,1 1134 0 1134,00 0,00

03/02/2011 20 72,7 19 39258 22466,45 16791,55 0,57

04/02/2011 21 23,2 14,8 12528 6292,09 6235,91 0,50

14-18/02/11 23 à 33* 40,2 3,2 21708 2634,87 19073,13 0,12

23/02/2011 34 27,5 26,4 14850 3917,76 10932,24 0,26

*23 à 33 : cyclone Bingiza

P : pluie [mm] avec 1 mm = 1 l/m2

Imax : intensité maximale [mm/h]

Vp : volume de la pluie [m3]

Vp = P (mm) Surface du BV (km2) 1000

Vex : volume d’eau à l’exutoire [m3]

DE : Vp – Vex : Déficit d’écoulement [m3]

Cr : Vex / Vp (coefficient de ruissellement)

L’averse 4 du 14/01/11 a été faible et de courte durée (4,2 mm). Le coefficient de

ruissellement est très faible, seulement 0,03. Il en est de même pour l’averse 18 du 31/01/11

(2,1 mm) ; il n’y a pas eu d’augmentation de débit à l’exutoire ; le coefficient de ruissellement

est nul. Dans ces deux cas, l’eau de pluie est trop faible pour participer au ruissellement. Cette


Page | 63

eau va seulement servir à humidifier le sol. Par contre, pour l’averse 20 du 03/02/11 qui a été très

importante (72,7 mm) et très intense (19 mm), le coefficient de ruissellement est de 0,57.

L’averse 12 du 26/01/2011et l’averse 21 du 04/02/2011ont à peu près les mêmes hauteurs et

les mêmes intensités (22,2 et 23,2 mm) mais le coefficient de ruissellement de l’averse 21 est

plus élevé (0,50) que celui de l’averse 12 (0,38). Ceci peut s’expliquer par le fait que l’averse 21

succède à une très forte pluie (averse 20) ; le sol étant encore fortement humide, il y a une faible

infiltration et une partie importante de la pluie ruisselle. Ce qui n’est pas le cas pour l’averse 12,

dont une partie va s’infiltrer pour humidifier le sol.

Pour le cyclone Bingiza qui a duré 5 jours, la pluie a atteint 40,2 mm mais elle a été de

faible intensité (seulement 3,2 mm) ; ainsi le coefficient de ruissellement est faible, seulement de

0,12.

L’averse 34 a été de forte intensité (26,4 mm) mais le ruissellement n’est pas très important

(0,26). En effet durant les 5 jours précédents, il n’y a pas eu de pluie si bien qu’une partie

importante a dû d’abord s’infiltrer.

Tout ceci permet donc de dire que les réponses hydrologiques sont très variables :

pour une pluie de faible intensité, le ruissellement est quasiment nulle ;

inversement pour une pluie de forte intensité, le ruissellement est important, surtout

quand les pluies antérieures sont faibles ;

un épisode pluvial qui succède rapidement à un autre va engendrer un fort ruissellement

alors qu’une averse qui survient après quelques jours secs va surtout contribuer à l’infiltration

pour humidifier le sol.

III.3.2. Débits au niveau des points d’eau

L’observation de la variation du débit à l’exutoire a permis de voir le comportement du

bassin versant en surface. Pour pouvoir mieux comprendre le comportement en profondeur, les

débits au niveau des points d’eau ont été étudiés.

a) Comparaison des débits des captages et des forages horizontaux

Le tableau XI montrent les différents coefficients de corrélation entre quelques paramètres

des captages et des forages horizontaux sur le bassin versant étudié et sur l’autre périmètre

d’exploitation. Il s’agit des débits maximal, minimal et moyen, de leur écartype, du pH, de la

conductivité électrique, de la profondeur du forage, de l’altitude des points d’eau, de la

profondeur d’arrivée d’eau et enfin de la sensibilité à la pluie.


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Tableau XI : Coefficients de corrélation entre les divers paramètres des points d’eau

Ecartype

(débits)

Débit

max

Débit

min

Débit

moyen pH CE T°

Profondeur

de forage Altitude

Arrivée

d’eau

Sensibilité

à la pluie

Ecartype

(débits) 1,000 0,915 0,549 0,697 0,593 -0,178 0,531 0,400 0,532 0,273 0,615

Débit max

1,000 0,553 0,836 0,374 -0,027 0,407 0,356 0,720 0,352 0,675

Débit min

1,000 0,693 0,389 -0,122 0,299 0,046 0,422 0,093 0,274

Débit

moyen 1,000 0,231 0,147 0,235 0,122 0,557 0,223 0,556

pH

1,000 0,422 0,571 0,155 0,484 0,072 -0,031

CE (Conductivité électrique)

1,000 0,325 -0,638 0,829 -0,543 -0,370

T° (Température)

1,000 0,077 0,109 -0,068 0,167

Profondeur

de forage 1,000 -0,332 0,807 0,621

Altitude

Faible corrélation

1,000 -0,035 -0,097

Arrivée

d’eau Moyenne corrélation

1,000 0,490

Sensibilité

à la pluie Forte corrélation

1,000

La variation des débits au cours de l’année est en générale plus importante pour les

captages, qui se trouvent en surface, que pour les forages horizontaux, qui sont un peu plus en

profondeur.

Mais cette variation dépend beaucoup du débit des points d’eau. Plus le débit est important,

plus grande est la variation. Les très faibles variations sont observées sur les points d’eau ayant

des faibles débits moyens.

Cette variation est également liée à la sensibilité du forage à la pluie.

La conductivité électrique n’a pas de corrélation importante avec la variation des débits

mais elle est surtout influencée par l’altitude du point d’eau, par la profondeur du forage et la

profondeur d’arrivée d’eau.

b) Variations des débits par rapport à la pluie

Les figures 47 et 48 sont des exemples de forages respectivement influencé et faiblement

influencé par la pluie.


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Forage A

Figure 47 : Courbe de débit d’un forage fortement influencé par la pluie

Forage B

Figure 48 : Courbe de débit d’un forage faiblement influencé par la pluie

Le forage A montre une réponse très rapide à la pluie et son débit augmente dès le mois de

janvier pour avoir son pic au mois de mars tandis que le débit du forage B ne commence à

augmenter qu’au mois de mars et son pic se trouve au mois de juin.

40 % des forages horizontaux se comportent comme le forage A c’est-à-dire sont très

influencés par la pluie. Par ailleurs, pour ces forages, on observe une réponse rapide d’environ

une semaine à la suite de fortes pluies comme c’est le cas vers la fin du mois de janvier, on a

constaté une augmentation de débit en début février. Ces forages se comportent à peu près


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comme les captages de surface parce que leur arrivée d’eau est en faible profondeur et leurs

débits moyens sont assez élevés.

60 % des forages horizontaux sont faiblement influencés par la pluie parce qu’ils captent

leur eau plus en profondeur et ont un faible débit. Ces forages réagissent moins vite à la pluie

parce que l’eau qui s’infiltre met plus de temps à les atteindre.

En général, les débits des points d’eau sont à leur minimum vers le mois de novembre –

décembre.

Pour la totalité des forages, il y a donc un signal multi-phase mais le signal global de

recharge est réparti dans le temps et se situe entre mars et juin. Le temps de percolation est donc

compris entre 2 et 5 mois.

La connaissance de la variation des débits des différents points d’eau a une très grande

importance industrielle. Elle perme de déterminer quels points d’eau peuvent offrir le maximum

d’eau à telle période de l’année. Ensuite, elle permet d’être plus attentif sur les forages qui sont

fortement sensibles à la pluie.

Les résultats obtenus au cours de cette étude concordent bien avec les études faites

antérieurement sur le régime des eaux souterraines en milieu cristallin altéré des hautes terres. En

effet, selon GRILLOT en 1992, à Madagascar, le socle altéré des hautes terres fonctionne sur le

plan hydraulique selon un mode particulier :

nappe libre dans les altérites

nappe semi-captive dans le complexe altérites-socle fissuré

interférences entre les deux aquifères par drainances verticales dont le sens dépend des

périodes du cycle climatique.

Il met en évidence l’existence des réponses rapides de la nappe d’altération au signal pluie

(10 jours) ainsi que le net déphasage temporel des mises en charge de la nappe de socle par

rapport aux pluies (3 mois).

c) Evolution des débits des captages de 2005 à 2010

La figure 49 montre la variation des débits au niveau des captages depuis l’année 2005

jusqu’en 2010. De 2005 à 2007, les captages utilisés sont C1 et C3 et à partir de 2008, les

captages utilisés sont C1, C3, et C4. Ces trois (3) captages se situent dans le bassin versant que


Page | 67

nous étudions. Par ailleurs, le débit d’un captage (C2) qui se trouve hors du bassin versant étudié

a été relevé pour effectuer une comparaison (cf. Annexe 12).

Figure 49 : Débit des captages 2005-2010

Premièrement, nous remarquons une variation des débits en fonction des pluies. Les débits

maxima sont atteints deux (2) à trois (3) mois après les fortes pluies des fins et débuts d’années.

Les débits les plus importants sont donc observés vers les mois de mars, avril, mai.

Deuxièmement, pour les captages situés dans le bassin versant étudié, la courbe tend à

décroître. Même si en 2008, le captage C4 a été ajouté aux deux premiers (C1 et C3), les débits

totaux tendent toujours à diminuer. Ceci se remarque à la fois pour les débits de pointe et pour

les débits de base. Cela nous amène à nous poser la question d’un tarissement progressif à cause

de la mise en exploitation de plusieurs nouveaux points d’eau durant cet intervalle de temps.

Ces résultats ont été comparés avec ceux du captage C2 qui se trouve dans le second

périmètre d’exploitation, où l’on n’a pas encore ajouté de nouveaux points d’eau comme le

premier bassin versant. Les résultats ont cependant montré que le débit de C2 a également

tendance à diminuer.

0

100

200

300

400

500

6000

2

4

6

8

10

12

jan

v.-0

5

mai

-05

sep

t.-0

5

jan

v.-0

6

mai

-06

sep

t.-0

6

jan

v.-0

7

mai

-07

sep

t.-0

7

jan

v.-0

8

mai

-08

sep

t.-0

8

jan

v.-0

9

mai

-09

sep

t.-0

9

jan

v.-1

0

mai

-10

sep

t.-1

0

plu

ie (

mm

)

déb

it (

m3/h

)

Débit des captages 2005-2010 pluie

débitC1+C3+C4

débit C2

590,8 656,5 1400,7 1143,2 1111,6 1234,2 303,7

cumul annuel de la pluie


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Une première hypothèse serait que les deux bassins versants sont indépendants mais se

comportent de la même manière, vu qu’ils ont très certainement la même nature géologique – les

deux bassins versants appartenant à la même colline du Lohavohitra – et qu’ils sont pratiquement

exposés aux mêmes sollicitations des précipitations. Cette diminution du débit ne serait

cependant pas liée à la quantité de pluie qui tombe chaque année, parce que les valeurs totales

annuelles indiquent que durant cette période, la pluie a plus ou moins varié mais il n’y a pas eu

de tendance à la baisse. La diminution des débits serait peut-être due à un régime pluvial moins

important au fil des années, mais cette piste n’a pas pu être explorée car les données concernant

les pluies avant 2010 manquent de précision. Une seconde hypothèse serait que les deux bassins

sont en communication et que l’exploitation des points d’eau sur le premier bassin entrainerait le

tarissement observé sur le second bassin versant. Le débit des captages gravitaires, qui se

trouvent en amont, diminuerait parce qu’une partie de l’eau serait prélevée par les forages

verticaux et des forages horizontaux en aval.

III.4. Bilan hydrologique

III.4.1. Bilan hydrologique mensuel

Le bilan hydrologique mensuel pour une pluie normale est donné par le tableau XII ainsi

que la figure 50.

Tableau XII : Bilan hydrologique mensuel

J F M A M J J A S O N D annuel %

P (mm) 273,6 239,1 301,8 167,6 62,3 0 0 0 2,5 23,6 132,7 147,4 1350,6 100

ETP (mm) 87,7 69,8 74,8 62,4 61,8 52,6 49,1 57,3 57,9 76,2 76,2 87,7 813,5 60

RFU i (mm) 50 50 50 50 50 50 0 0 0 0 0 50

ETR (mm) 87,7 69,8 74,8 62,4 61,8 50 0 0 2,5 23,6 76,2 87,7 596,5 44,2

P eff (mm) 185,8 169,3 227,0 105,2 0,5 0 0 0 0 0 6,5 59,7 754,1 55,8

R réel (mm) 132,7 141,4 173,3 82,6 0,5 0 0 0 0 0 5,0 52,5 588,0 43,5

R thé (mm) 181,1 119,1 181,9 88,2 0,5 0 0 0 0 0 6,5 56,3 633,6 46,9

I réel (mm) 53,2 27,9 53,8 22,0 0 0 0 0 0 0,0 1,5 7,2 166,1 12,3

I thé (mm) 4,7 50,3 45,1 17,0 0 0 0 0 0 0 0 3,3 120,5 8,9

RFU f (mm) 50 50 50 50, 50 0 0 0 0 0 50 50

P : pluie totale

ETP : évapotranspiration potentielle

ETR : évapotranspiration réelle

RFU i : réserve facilement utilisable en début de mois

RFU f : réserve facilement utilisable en fin de mois

P eff : pluie efficace

R réel : ruissellement (pluie nette) réel

R thé : ruissellement théorique (SCS avec S = 20)

I réel : infiltration réelle

I thé : infiltration théorique


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Figure 50 : Précipitations et évapotranspiration

L’évapotranspiration réelle est égale à l’évapotranspiration potentielle durant la saison des

pluies, mais elle n’atteint pas l’évapotranspiration potentielle durant la saison sèche. Ainsi, si

l’évapotranspiration potentielle est de 60 %, l’évapotranspiration réelle est de 44,2 %.

La réserve utile du sol est satisfaite de Décembre à Juin mais elle est déficitaire de Juillet à

Novembre. Les premières pluies en début de saison humide (Novembre-Décembre), contribuent

d’abord à la reconstitution de la réserve utile du sol. Il y a donc peu d’infiltration durant cette

période. Ce sont les pluies abondantes en début d’année (Janvier-Avril) qui participent le plus à

l’infiltration, laquelle se fera ressentir au bout de deux à trois mois (temps de percolation) au

niveau des débits d’eau qui vont augmenter (Avril-Mai).

Les valeurs théoriques indiquent qu’il s’infiltrerait 8,9 % de la pluie totale (avec un

ruissellement de 46,9 %) tandis que les valeurs réelles indiquent les chiffres de 12,3 % pour

l’infiltration et 43,5 % pour le ruissellement.

III.4.2. Bilan hydrologique annuel

a) Répartition annuelle de la pluie

Le bilan hydrologique annuel pour une pluie normale et correspondant au bassin versant de

superficie 0,54 km2 est donné par le tableau XIII.

Tableau XIII : Bilan hydrologique annuel pour une année normale

Termes du bilan Hauteur (mm) Volume (m3) %

Pluie totale 1 350,6 729 324 100

Evapotranspiration réelle 596,5 322 110 44,2

Ruissellement théorique 633,6 342 144 46,9

Ruissellement réel 588,0 317 520 43,5

Infiltration théorique 120,5 65 070 8,9

Infiltration réelle 166,1 89 694 12,3


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b) Variation de stock

La nappe phréatique se recharge grâce à l’infiltration ; mais elle se vide, premièrement à

l’exutoire (débit de base et conduite approvisionnant le village de Fihaonana), et deuxièmement

au niveau des captages et forages, dont une partie de l’eau va servir à alimenter l’usine pour la

production de son eau embouteillée. Concernant les sorties d’eau, d’après les mesures à

l’exutoire (cf. § III.3.1.c. et d.), le débit moyen varie au cours de l’année mais la moyenne

annuelle se situerait entre 21,83 et 51,34 m3/h. Ce débit moyen intègre à la fois le ruissellement

et le débit de base. En considérant la valeur minimale, le débit de base peut être estimé à environ

20 m3/h soit environ 172 800 m

3 par an. La somme des débits des forages et captages sur le site

d’exploitation donne un totale d’environ 15 m3/h en moyenne, ce qui donne un volume de

129 600 m3 par an. En tout, la sortie d’eau du bassin versant est donc de 302 400 m

3 par an. Le

tableau XIV suivant, présente donc la variation de stock d’eau annuelle :

Tableau XIV : Variation de stock d’eau annuelle pour le bassin versant de 0,54 km2

Termes du bilan Valeurs théoriques Valeurs réelles

Hauteur [mm] Volume [m3] Hauteur [mm] Volume [m

3]

Entrées* 120,5 65 070 166,4 89 694

Sorties** 560,0 302 400 560,0 302 400

Variation de Stock – 439,5 – 237 330 – 393,6 – 212 706

*Infiltration efficace ** Vidange de la nappe + Conduite Fihaonana + Prélèvement de l’usine

Les variations de stock sont négatives dans les deux cas, théorique et réel (respectivement

– 439,5 et – 393,6 mm), ce qui apparait assez aberrant parce que les sources en eau du

Lohavohitra sont pérennes. Ce déséquilibre du bilan hydrologique peut donc être lié à une

mauvaise estimation de l’un de ses termes. Pour tenter d’équilibrer le bilan, quelques cas ont été

étudiés, en faisant varier certains paramètres du bilan. Les résultats sont présentés dans le tableau

XV suivant.

Tableau XV : Différents cas pour équilibrer le bilan hydrologique

HYPOTHESES 1e cas 2

e cas 3

e cas 4

e cas

Superficie du bassin versant (km2) 0,54 1,82 0,54 0,6

Evapotranspiration réelle (mm) 596,2 596,2 203 258,6

Infiltration (mm) 166,4 166,4 559,6 504

Sortie d’eau (mm) 560 166,2 560 504

RESULTATS

Evapotranspiration réelle (%) 44,2 44,2 15,0 19,1

Ruissellement (%) 43,5 43,5 43,5 43,5

Infiltration (%) 12,3 12,3 41,4 37,3

Variation de stock (mm) – 393,6 0,2 – 0,4 0


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Le premier cas correspond aux valeurs obtenues initialement avec les calculs réels et qui

ont donné une variation de stock invraisemblable.

Une première hypothèse serait que la superficie réelle du bassin versant pourrait-être

supérieure à celle que nous avons calculée sur la base du contour du périmètre de protection déjà

tracé. Pour équilibrer le bilan, il faudrait une surface égale à 1,82 km2

(2e cas). Or cette surface

est trop grande et n’est donc pas réaliste.

Une seconde hypothèse a été envisagée selon laquelle l’évapotranspiration réelle aurait été

surestimée. En effet, la configuration du bassin versant présentant de nombreuses fractures et une

alternance de couches tendres et de couches dures permet d’envisager qu’une grande partie de la

pluie serait infiltrée en profondeur et qu’une petite partie seulement s’évaporerait. Avec une

évapotranspiration de 15 % au lieu de 44,2 %, et une superficie de 0,54 km2, l’infiltration

deviendrait 41,4 % et la variation de stock serait de – 0,4 mm (3e cas). Cette valeur de

l’évaporation semble trop faible et un dernier cas a été envisager en variant à la fois la surface et

l’évapotranspiration (4e cas).

Nous avons donc tenté d’effectuer une délimitation plus probable du bassin versant

comme le montre le schéma suivant :

Figure 51 : Délimitation du bassin versant


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La variation de stock a ensuite été calculée sur la base de cette nouvelle surface de bassin

versant. Avec une superficie de 0,6 km2, et une évapotranspiration de 19,1 %, le bilan serait

équilibré avec un taux d’infiltration de 37,3 %.

Ce que nous pouvons tirer de ces résultats est que le bassin versant du Lohavohitra est un

bassin versant assez singulier, dans la mesure il s’agit d’un petit bassin versant pourtant il fournit

une grande quantité d’eau. Soit le bassin versant aurait un taux d’infiltration particulièrement

élevé, qui se justifierait par le contexte géologique et par la recharge qui est répartie dans le

temps (le temps de percolation s’étalant jusqu’à 5 mois) ; soit la recharge de la nappe ne se ferait

pas uniquement par les apports des précipitations captées par l’impluvium, au moyen de

l’infiltration, mais que la nappe serait également en communication avec une nappe plus étendue.

Des études plus approfondies sur les différents termes du bilan hydrologique et sur la géologie

mériteraient d’être poursuivies pour vérifier ces hypothèses.

c) Estimation du volume de l’aquifère

Le volume de l’aquifère est donné par la formule mentionnée dans le paragraphe II.3.3. qui

tient compte de la surface du bassin versant, de l’épaisseur de l’aquifère et de la porosité

efficace.

La surface du bassin versant a été estimée à 0,54 km2 (cf. § III.1.2.). Concernant

l’épaisseur de la nappe, (cf. § III.1.5.), il y a 2 sortes de nappe dans le milieu considéré : une

nappe d’altération d’environ 10 m d’épaisseur, au-dessus d’une nappe de fissure d’environ

10 m d’épaisseur également, ce qui donne une épaisseur totale de 20 m.

La porosité efficace (cf. § I.3.2.c.) diffère selon le réservoir. De ce fait, la porosité efficace

totale de notre réservoir est la somme des porosités efficaces de la couche sablo-argileuse et de la

couche de granite fissuré. Selon BEAUCHAMP, 2006 et MRAZACK, 2009, la porosité efficace

d’une couche sablo-argileuse est comprise entre 1 et 15 % tandis que celle du granite fissuré est

de 0,1 à 2 %. Les valeurs retenues pour les porosités efficaces ont été : pour la couche sablo-

argileuse, 10 % et pour le granite fissuré, 2 %. Ce qui donne en tout, en tenant compte des

épaisseurs respectives des 2 couches, une porosité efficace de 6 %.

Ainsi le volume de la nappe peut être calculé par :

Volume de la nappe = 20 m (épaisseur) × 0,54 km2 (surface) × 6 % (porosité)


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Ce qui donne un volume de 648 000 m3 (ce volume serait de 720 000 m

3 pour une surface

de 0,6 km2) soit 1 200 mm pour notre bassin versant. Notons que ces valeurs ne sont que des

hypothèses étant donnée que de nombreux paramètres ne sont que théoriques.

En considérant l’hypothèse 4, il s‘infiltrerait et sortirait environ 504 mm d’eau chaque

année sur ce bassin versant soit (soit 302 400 m3). Le flux entrant et sortant représente donc

environ 42 % de la capacité totale du réservoir. Si cette hypothèse s’avèrerait juste, alors cela

signifierait ce réservoir aurait la capacité de stocker deux (2) années de pluie et que la survenue

de deux (2) années sèches successives provoquerait peut-être un tarissement de la nappe.

Quoi qu’il en soit, ces résultats ne sont encore que des hypothèses. Pour déterminer avec

plus d’exactitude le volume du stock, il faudrait effectuer une prospection géologique plus

poussée. Par ailleurs, il est important d’avoir plus de précision sur chaque terme du bilan

hydrologique et sur les paramètres qui le conditionnent comme la RFU, l’évapotranspiration

réelle, la porosité du sol... Par exemple, l’évapotranspiration réelle pourrait être calculée à l’aide

de formules intégrant des paramètres autres que la température tels que l’humidité de l’air ;

l’idéale serait également de pouvoir déterminer expérimentalement tous ces termes.

III.5. Synthèse des résultats

Le bassin versant du Lohavohitra est un petit bassin versant présentant une assez forte

pente et une faible couverture végétale. Le sol est représenté par de l’argile latéritique reposant

sur un socle cristallin constitué de granite migmatitique fissuré.

Des estimations ont été faites, à partir des observations géologiques, concernant la nappe

souterraine, qui aurait une épaisseur moyenne de 20 m se répartissant en nappe d’altération en

faible profondeur et en nappe de fissure en profondeur ce qui correspondrait à une hauteur de

1 200 mm.

Le climat est représenté par deux (2) saisons : une saison chaude et humide de 6 à 8 mois –

de novembre à avril – et une saison fraîche et sèche de 4 à 6 mois – de mai à octobre.

Les mesures des débits à l’exutoire ont permis de connaître la réaction du bassin versant

face à la sollicitation des précipitations. Il s’agit essentiellement d’une étude en surface. Le

bassin a une réaction rapide et un coefficient de ruissellement d’environ 44 %.


Page | 74

Parallèlement, les mesures des débits des différents points d’eau ont permis de connaître de

comportement de l’eau en profondeur. Ainsi, les captages et 40 % des forages horizontaux sont

fortement influencés par la pluie. Ceci est lié d’une part à leur débit moyen qui est assez élevé et

d’autre part à la faible profondeur d’arrivée d’eau. 60 % des forages sont faiblement influencés

par la pluie parce que ces forages ont un faible débit et l’arrivée d’eau est très en profondeur. Il

pourrait être supposé que les forages fortement influencés par la pluie puiseraient essentiellement

l’eau de la nappe d’altération tandis que les forages faiblement influencés par la pluie,

capteraient l’eau de la nappe de fissure plus en profondeur.

La variation des débits des différents points d’eau laisse supposer un temps de percolation

de 2 à 5 mois sur le bassin versant étudié. Ceci traduit bien la propriété des latérites qui ont un

effet de retard et de stockage de l’eau.

L’évaluation initiale du bilan hydrologique a montré qu’il s’infiltrerait peu d’eau (12,3 %

de la pluie totale) par rapport à ce qu’il n’en sort au total à l’exutoire et au niveau des points

d’eau. D’autres hypothèses ont dû être considérées. Ainsi, nous pouvons supposer que le bassin

versant réel serait plus grand que le bassin versant considéré ; ou bien que le coefficient

d’infiltration serait plus important que celui qui a été calculé (il devrait être supérieur à 35 %

pour équilibrer le bilan). Une autre hypothèse est que la nappe serait en communication avec une

nappe plus étendue, laquelle contribuerait à sa recharge en plus de l’infiltration des eaux de

pluie.


Ainsi, le bassin versant du Lohavohitra est caractérisée par la présence d’une nappe

d’altération et d’une nappe de fissure, à la faveur d’une alternance entre couches de roches

meubles et couches de roches dures. La recharge de la nappe s’étale dans le temps. Cette

configuration géologique pourrait justifier la valeur particulièrement élevée du taux d’infiltration

observé sur ce bassin versant. Nous pouvons également émettre l’hypothèse que la recharge de la

nappe ne proviendrait pas uniquement de l’infiltration mais également d’un apport extérieur,

résultant de l’échange avec un autre bassin versant.


Page | 74

Conclusion

Générale

Etude du comportement hydrogéologique sur le Lohavohitra Conclusion

Page | 75

CONCLUSION GENERALE

ette étude hydrogéologique du bassin versant du Lohavohitra a surtout permis de quantifier

le volume d’eau qui transite sur le bassin versant pendant une année hydrologique normale.

Elle représente essentiellement une amorce importante à la compréhension du comportement

hydrologique du bassin versant car elle a permis d’établir quelques bases et hypothèses sur

lesquelles la société pourra s’appuyer pour poursuivre les recherches.

Notre étude a cependant présenté quelques limites. Concernant les mesures à l’exutoire, le

problème de dimensionnement du seuil, du calage de la courbe hauteur – débit et la conduite

alimentant le village de Fihaonana qui n’a pas pu être équipée de compteur, laissent une certaine

imprécision concernant le débit réel à l’exutoire. Concernant la mesure des débits des captages et

forages, les points d’eau fonctionnels c’est-à-dire ceux qui sont déjà connectés à l’usine, n’ont

pas pu être mesurés aussi fréquemment que les nouveaux points d’eau car la déconnexion des

conduites perturbe la production et n’est effectuée que lorsqu’il est vraiment nécessaire de le

faire. Pour le bilan hydrologique, l’importance des données théoriques qui n’ont pas encore pu

être vérifiées expérimentalement, telles que l’évapotranspiration réelle ou la réserve facilement

utilisable, nous maintient à ce stade de l’étude, dans un domaine hypothétique quant aux

résultats.

Pour améliorer la qualité des données sur la hauteur d’eau à l’exutoire, SEMA Eau Vive a

déjà mise en place une sonde de niveau qui enregistre les hauteurs automatiquement.

L’exploitation de ces données serait importante pour connaître plus précisément l’écoulement à

l’exutoire et pour vérifier les données recueillies manuellement. La plupart des points d’eau sont

également déjà munis de débitmètre automatique pour la mesure en continu du débit. Pour le

calcul du bilan hydrologique, il faudrait affiner le contour du bassin versant, et éventuellement

comparer les valeurs théoriques avec des valeurs expérimentales. Une étude géologique plus

affinée permettra de mieux caractériser le réservoir. Par ailleurs, une campagne de reboisement a

été entamée depuis deux ans et le suivi de l’évolution du comportement hydrologique du bassin

versant permettra de connaître l’influence du couvert végétal. Enfin, une modélisation

hydrologique pourrait être effectuée pour comparer les valeurs mesurées avec des valeurs

simulées et prévoir des scénarii tels que le réchauffement climatique, ou des années sèches

successives.

C

Etude du comportement hydrogéologique sur le Lohavohitra Conclusion

Page | 75

Références

Bibliographiques

Etude du comportement hydrogéologique sur le Lohavohitra Références

Page | 76

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

Bibliographie

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Ony sy renirano eto Madagasikara ; Editions de l’ORSTOM ; 874 pages

EHRSAM H., LOTIN C. ; (2006) ; Consommation de l’eau dans le monde ; 19 pages

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30/08/11 sur www.lexpressmada.com

Supports de cours

RAMAROSON J. B ; (2010) ; Industries des eaux et boissons gazeuses non alcoolisées ;

cours de cinquième année ; Département Industries Agricoles et Alimentaires ; Ecole

Supérieure des Sciences Agronomiques ; Université d’Antananarivo ; Madagascar

RAZAFINDRAKOTO M. A. ; (2006) ; Géologie ; cours de première année ; Tronc

Commun ; Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques ; Université d’Antananarivo ;

Madagascar

REJO R. ; (2008) ; Hydraulique agricole ; cours de troisième année ; Tronc Commun ; Ecole

Supérieure des Sciences Agronomiques ; Université d’Antananarivo ; Madagascar

Etude du comportement hydrogéologique sur le Lohavohitra Annexes

Page | 78

Annexes


Page | 79

ANNEXES

Annexe 1 : Localisation des grands aquifères dans le monde

Grands aquifères mondiaux et leur surexploitation [BEAUCHAMP, 2006]

Carte des régions de socle dans le monde (en orange)

[LACHASSAGNE et WYNS, 2005]


Page | 80

Annexe 2 : Réseaux hydrographiques et principaux bassins

fluviaux malgaches [CHAPERON et al, 1993]


Page | 81

Annexe 3 : Les huit zones hydrogéologiques de Madagascar

[RAKOTONDRAINIBE, 1983]


Page | 82

Annexe 4 : Norme de potabilité de l’eau à Madagascar

(décret n°2004-635 du 15/06/04 révisée en 2007)

PARAMETRES UNITE VMA

PARAMETRES ORGANOLEPTIQUES

ODEUR

ABSENCE

COULEUR

INCOLORE

SAVEUR DESAGREABLE

ABSENCE

TURBIDITE NTU 5

PARAMETRES PHYSIQUES

TEMPERATURE °C <25

CONDUCTIVITE µS/cm à

20° <2500

pH Unité pH 6,5 - 9,0

CHLORE LIBRE (résiduel) mg/L 0,2 à 0,5

PARAMETRES CHIMIQUES

ELEMENTS NORMAUX

CALCIUM mg/L 200

MAGNESIUM mg/L 50-125

CHLORURE mg/L 250

SODIUM mg/L 200

POTASSIUM mg/L 12

ALUMINIUM mg/L 0,2

SULFATE mg/L 250

DURETE TH mg/l en

CaCO3 500

ALCALINITE mg/l en

HCO3 30

ELEMENTS INDESIRABLES

MATIERES ORGANIQUES à chaud mg/L 2 (milieu

alcalin)

5 (milieu

acide)

AMMONIUM mg/L 0,5

NITRITE mg/L 0,1

HYDROCARBURES DISSOUS mg/L 1

HYDROGENE SULFURE mg/L ABSENCE

HYDROCARBURES AROMATIQUES mg/L 0,002

MANGANESE mg/L 0,05

AGENTS DE SURFACE en Lauryl sulfate mg/L 0,5

BORE mg/L 1

FER TOTAL mg/L 0,5

PHOSPHORE mg/L 3

ZINC mg/L 5

ARGENT mg/L 0,1

CUIVRE mg/L 2

ALUMINIUM mg/L 0,2

NITRATE mg/L 50

FLUOR mg/L 1,5

PARAMETRES UNITE VMA

BARYUM mg/L 2

PESTICIDES ET PRODUITS APPARENTES

INSECTICIDES HERBICIDES ET FONGICIDES

a) par substance individualisée µg/L 0,1

à l'exception de Aldrine et Dieldrine µg/L 0,03

b) totaux µg/L 0,5

ELEMENTS TOXIQUES

ARSENIC mg/L 0,05

CHROME TOTAL mg/L 0,05

CYANURE mg/L 0,05

ANTIMOINE mg/L 0,006

SELENIUM mg/L 0,05

HYDROCARBURE POLYCYCLIQUE AROMATIQUE

Total de 6 substances µg/L 0,2

Benzo(3,4) pyrène µg/L 0,01

PLOMB mg/L 0,05

NICKEL mg/L 0,02

POLYCHLORO-BIPHENYL PCB et PCT mg/L 0

CADMIUM mg/L 0,005

MERCURE TOTAL mg/L 0,002

SOLVANTS CHLORES

CHLOROFORME mg/L 0,05

TETRACHLORURE DE CARBONE mg/L 0,05

TRICHLOROETHYLENE µg/L 30

TETRACHLOROETHYLENE µg/L 10

DICHLOROETHYLENE µg/L 10

DICHLOROETHANE µg/L 5

TRIHALOMETHANES µg/L 100

RADIOACTIVITE

EMETTEUR PARTICULE BËTA ET

PHOTON mrems /an 5

ACTIVITE ALPHA GLOBALE pCi / L 15

RADIUM 226 ET 228 COMBINE pCi / L 5

URANIUM mg/L 1,4

GERMES PATHOGENES ET INDICATEURS DE POLLUTION

FECALE

COLIFORMES TOTAUX UFC 0 / 100ml

STREPTOCOQUES FECAUX

(ENTEROCOQUES) UFC 0 / 100ml

COLIFORMES THERMO-TOLERANTS

(E.COLI) UFC 0 / 100ml

BACTERIES SULFITO-REDUCTEUR UFC 0 / 20ml

GERMES AEROBIES REVIVIFIABLES

22 °C, 37 °C

'+/- 20 fois la

valeur

habituelle


Page | 83

Annexe 5 : Le tour du monde des plus belles eaux minérales

[DELUZARCHE, 2007]

NOM SOURCE CARACTERISTIQUES

1 Litre

Oak Ridges

Moraine, forêt de

Northumberland,

Canada

Très équilibrée en sels minéraux, elle est dite

vivifiante et douce.

Son flacon au design original incorpore un

gobelet en plastique. La 1 Litre est aussi

disponible en 50 cl et s’appelle alors « 1 demi-

litre ».

420

Banks Peninsula,

Île du Sud,

Nouvelle-Zélande

La source est située au pied d’un volcan, et jaillit

naturellement au travers de la roche. Selon les

habitants de la région, elle aurait des vertus

aphrodisiaques.

Elle est conditionnée dans un flacon plastique de

42 cl teinté vert.

Antipodes

Otakiri,

Whakatane,

province de

Poverty Bay, Île

du Nord,

Nouvelle-Zélande

L’eau se trouve enfermée dans de vastes galeries

souterraines à plus de 200 m sous la surface de la

Terre durant des dizaines d’années.

Extrêmement pauvre en minéraux, elle est servie

en bouteille de verre sérigraphié.

Apollinaris

Région Eifel,

Allemagne

Naturellement pétillante, sa richesse en gaz

carbonique augmente la solubilité des minéraux.

Elle a un goût légèrement salé.


Page | 84


Berg

Newfoundland,

Canada

Comme son nom l’indique, cette eau canadienne

est « récoltée » sur les icebergs provenant du

Groenland.

Issue du cœur des glaciers millénaires, elle est

extrêmement pure et pauvre en minéraux.

Bling H2O

Chestnut Hill,

Dandridge,

Tennessee, Etats-

Unis

Cette eau se revendique comme la plus chère du

monde, jusqu’à 90 € la bouteille de 75 cl.

Elle subit neuf étapes de purification avant sa

mise en bouteille, dont un traitement aux

ultraviolets, un à l’ozone, et une microfiltration.

Blue Keld

Throstle Nest,

Yorkshire,

Royaume-Uni

Blue Keld signifie printemps en langue viking.

Ce lieu apparaissait déjà sur les anciennes cartes

vikings.

Elle existe en bouteille de verre « classique » et

en bouteille plastique pour la grande distribution.

Fiji Water

Yaqara Valley,

forêt tropicale au

centre de l’île de

Viti Levu, Îles

Fiji

Les îles Fiji se trouvent au centre du Pacifique, à

plus de 2 500 km de tout continent.

L’eau de pluie y est longuement filtrée par la

roche volcanique au cœur d’un écosystème

protégé.

Vendue dans de nombreux pays, c’est la

deuxième eau minérale importée aux Etats-Unis

après Evian.


Page | 85


Finé

Shuzenji, Japon

Cette eau minérale est l’une des marques de luxe

les plus connues au Japon.

Sa source primitive est située à 600 m au-

dessous du Mont Fuji.

La roche volcanique, véritable filtre naturel,

donne une eau pure et alcaline.

Karoo

Paardenberg,

Weltevrede,

Afrique du Sud

Equilibrée en minéraux, elle est alcaline, c’est-à-

dire très douce (pH de 7,5).

C’est une des eaux les plus pauvres en nitrates

(0,22 mg/l).

Lauquen

Patagonie,

Argentine

Elle provient de l’aquifère souterrain le plus

profond (533 m), formé par la fonte des glaciers

et le ruissellement de l’eau de pluie filtrée à

travers les roches de la Cordillère des Andes.

Malmberg

Yngsjö, Suède

Cette eau minérale suédoise a été découverte par

hasard au milieu des années 1970 par Monsieur

Per Malmberg, alors qu’il essayait un nouveau

matériel de forage.

Depuis sa découverte, l’eau jaillit de la source à

raison de 180 l par minute, par la pression des

différentes strates rocheuses qui l’ont conservée

intacte depuis 5 000 ans.


Page | 86


OGO

Tilburg, Pays-Bas

Surnommée « eau qui respire », cette eau a une

teneur en oxygène 35 fois supérieure à la

moyenne grâce à un processus d’oxygénation

breveté.

Elle est facilement reconnaissable à la forme

ronde de sa bouteille de 33 cl.

Oxygizer

Sextner

Dolomites,

Autriche

Venue des montagnes tyroliennes, cette eau est

enrichie en oxygène durant sa phase

d’embouteillage.

Selon le fabricant, elle facilite la circulation

sanguine et ralentit le rythme cardiaque. Elle est

donc recommandée pour tous les sportifs lors de

la récupération après l’effort physique.

Solé

Nuvolento, Italie

Cette eau italienne est puisée en Lombardie. Sa

source est connue depuis le Moyen-âge, où elle

était déjà réputée pour ses vertus sur la santé.

En effet, la composition géologique des roches

de la région est variée, et l’eau est donc

équilibrée en minéraux.

Elle est pauvre en sodium : idéale pour ceux qui

suivent un régime sans sel.

Tasmanian

Rain

Table Cape,

Tasmanie,

Australie

Elle provient de la dérive des glaciers de

l’Antarctique, et est récoltée après un parcours

de 10 000 km sans jamais toucher la Terre.

En conséquence, c’est une des eaux les plus

faiblement minéralisée au monde : seulement

17 mg/l.


Page | 87


Voda Voda

Vrujci Spa, Serbie

Puisée au pied du mont Suvobor, au nord de la

Serbie, cette eau provient de la source de Vrujci

Spa.

Celle-ci est réputée depuis le XIXe siècle pour ses

cures thermales. L’environnement y est

particulièrement préservé, et l’eau est équilibrée

en minéraux.

Son design, original pour une bouteille en

plastique, a été pensé pour prendre moins de

place que les bouteilles rondes lors du transport.

Voss

Centre de la

Norvège

Voss signifie « chute d’eau » en norvégien.

L’eau provient d’une nappe aquifère vierge sous

la glace et la roche dans un site naturel au centre

de la Norvège.

Sa bouteille en verre ressemble à un flacon de

parfum.

Wattwiller

Wattwiller,

Alsace, France

Ses vertus thérapeutiques ont été reconnues par

l’Académie Nationale de médecine en 1850, car

elle est très riche en minéraux (calcium,

magnésium, bicarbonates).

Les deux sources Lithinée et Jouvence donnent

respectivement naissance à l’eau minérale plate

de Wattwiller et à l’eau minérale pétillante

Jouvence.


Page | 88

Annexe 6 : Fiche signalétique de la société SEMA Eau Vive

[SEMA Eau Vive, 2011]

Dénomination de la société

SEMA Eau Vive

(Société d’Exploitation des Sources d’Eaux

Minérales Naturelles d’Andranovelona)

Statut juridique Société Anonyme

Siège social Rue Dr. Joseph. RASETA Andranomahery

BP 3806 Antananarivo 101 Madagascar

Localisation de l’usine

Fokontany Andranovelona, Commune Fihaonana,

District Ankazobe, Région Analamanga, Madagascar

(RN4, PK46)

Date de création 1970

Capital 72 375 000 Mga

R.C. 6226 Antananarivo

N° Statistique 069042

NIF 105001624

N° ident. 15922 11 1970 0 10005

Effectif du personnel Une cinquantaine de permanents et une cinquantaine de

journaliers

Activité

Extraction et mise en bouteille de l’eau de source

naturelle provenant de la nappe phréatique de la

montagne du Lohavohitra

Produit

Eau de source naturelle conditionnée en bouteille PET

1,5 l : Eau Vive (GF)

0,5 l : Eau Vive (PF)

1 l : Cristalline (La Source)


Page | 89

Annexe 7 : Caractéristiques du produit Eau Vive


Nom Eau Vive – Cristalline (La Source)

Description Eau de source naturelle, non gazeuse, puisée de la nappe

phréatique à l’aide de captages et de forages

Aspect Limpide

Couleur Incolore

Odeur Absence

pH 6,7

Température 23,2°C

Turbidité 0,31NTU

Conductivité 19,3 µS/cm

Minéralisation 17 mg/l

Emballage et conditionnement Bouteille en PET de 1,5 l ; 1 l et 0,5 l avec bouchon à vis ;

à conserver à température ambiante

DLUO 1 an

Utilisations prévues Consommation directe

Préparations culinaires

Consommateurs visés Toutes les tranches d’âges


Page | 90

Annexe 8 : Perméabilité des roches [MRAZACK, 2009]


Page | 91

Annexe 9 : Photos de carottes de forages


Roche très décomposé en faible profondeur [Cliché : Auteur, 2011]

Granite altéré en profondeur [Cliché : Auteur, 2011]

Granite sain, fracturé en grande profondeur [Cliché : Auteur, 2011]


Page | 92

Annexe 10 : Données pluviométriques (en mm)

2004-

2005

2005-

2006

2006-

2007

2007-

2008

2008-

2009

2009-

2010

2010-

2011

Moyenne

de 1974-

2003

Saison des

pluies

Oct. 15,36 0 13,12 84 38,8 90,3 23,6 55,1

Nov. 16 106 195 94 183,5 145,8 132,7 116,8

Déc. 26,96 42 114,64 232 138,0 217,7 147,4 232,5

Janv. 70 142 501 261,7 215,0 228,9 273,6 319,9

Fév. 353 116 395 198,3 209,1 160,9 239,1 255,5

Mars 97 161 87 151,1 164,0 388,5 301,8 163,7

Saison sèche

Avril 36 23 42 57,1 144,0 0,0 167,6 58,0

Mai 0 10,8 46 10,3 6,2 2,1 62,3 21,0

Juin 0 0 0 0,0 0,0 0,0 0,0 6,5

Juil. 19,2 0 7,32 0,0 0,6 0,0 0,0 8,5

Août 15,6 8,2 0 0,0 12,5 0,0 0,0 9,8

Sept. 0 48 0 54,5 0,0 0,0 2,5 11,4

Cumul 649,12 656,52 1400,76 1143,25 1111,65 1234,2 1352,9 1258,7


Page | 93

Annexe 11 : Débits journaliers à l’exutoire et pluviométrie

journalière

Date Pluie

(mm)

Hauteur

(cm)

Débit

min

(m3/h)

Débit max

(m3/h)

06/01/2011 18,3 6,21 3,63 6,44

07/01/2011

13,58 20,04 45,56

08/01/2011 34,4 16,73 31,64 76,81

09/01/2011

16,50 30,70 74,20

10/01/2011

9,31 8,80 17,76

11/01/2011

8,44 7,09 13,88

12/01/2011

8,15 6,58 12,74

13/01/2011 4,2 8,12 6,52 12,61

14/01/2011

9,17 8,50 17,07

15/01/2011

8,00 6,31 12,15

16/01/2011 1,0 8,25 6,75 13,12

17/01/2011

7,76 5,90 11,25

18/01/2011

7,65 5,72 10,85

19/01/2011

7,60 5,65 10,70

20/01/2011 51,0 8,71 7,60 15,02

21/01/2011

22,10 58,17 154,14

22/01/2011

25,71 80,91 224,86

23/01/2011 58,4 22,13 58,29 154,50

24/01/2011 8,0 23,23 64,83 174,50

25/01/2011 25,2 22,60 61,08 163,00

26/01/2011 44,0 32,25 132,79 396,32

27/01/2011 0,3 30,79 120,02 353,03

28/01/2011 9,0 24,54 73,10 200,21

29/01/2011

23,60 67,14 181,63

30/01/2011 19,8 24,00 69,62 189,34

31/01/2011

23,00 63,44 170,23

01/02/2011

19,21 42,80 108,50

02/02/2011 9,1 14,21 22,14 51,06

03/02/2011 74,9 29,25 107,28 310,48

04/02/2011 20,5 34,38 152,66 464,87

05/02/2011

28,04 97,83 279,40

06/02/2011

23,94 69,23 188,11

07/02/2011

24,10 70,29 191,40

08/02/2011

17,06 33,04 80,69

09/02/2011

13,06 18,43 41,38

10/02/2011

13,08 18,49 41,54

11/02/2011 10,2 12,21 15,90 34,94

12/02/2011

12,13 15,66 34,35

13/02/2011

12,17 15,78 34,65

14/02/2011 11,8 11,69 14,45 31,33

15/02/2011 3,7 12,60 17,04 37,84

16/02/2011 7,0 13,77 20,68 47,22

17/02/2011 12,9 14,52 23,22 53,91

18/02/2011 2,2 14,67 23,74 55,28

19/02/2011

12,96 18,11 40,56

20/02/2011

11,63 14,28 30,92

21/02/2011

10,65 11,78 24,81

22/02/2011

10,33 11,04 23,03

23/02/2011 30,7 17,75 36,01 89,07

24/02/2011 34,4 15,08 25,23 59,29

25/02/2011 11,7 20,21 47,82 123,18

26/02/2011

16,13 29,20 70,06

27/02/2011 10,0 15,00 24,93 58,47

28/02/2011

16,48 30,62 73,97

01/03/2011

14,58 23,44 54,50

02/03/2011 65,0 14,13 21,86 50,31

03/03/2011

25,13 76,95 212,32

04/03/2011 9,4 19,02 41,89 105,88

05/03/2011 25,3 17,60 35,37 87,25

06/03/2011 7,3 25,06 76,54 211,00

07/03/2011 12,8 18,75 40,60 102,15

08/03/2011 51,7 18,52 39,52 99,05

Date Pluie

(mm)

Hauteur

(cm)

Débit

min

(m3/h)

Débit max

(m3/h)

09/03/2011 8,5 26,96 89,76 253,19

10/03/2011 21,4 22,10 58,17 154,14

11/03/2011

24,02 69,76 189,75

12/03/2011 0,2 20,81 50,99 132,60

13/03/2011

20,25 48,03 123,82

14/03/2011

20,19 47,71 122,87

15/03/2011

19,52 44,33 112,97

16/03/2011

19,06 42,09 106,46

17/03/2011 0,8 18,75 40,60 102,15

18/03/2011

18,56 39,71 99,61

19/03/2011

17,73 35,92 88,81

20/03/2011 3,2 17,54 35,10 86,48

21/03/2011

16,65 31,30 75,86

22/03/2011 18,4 17,08 33,12 80,94

23/03/2011 26,4 18,71 40,40 101,58

24/03/2011 1,3 21,48 54,63 143,47

25/03/2011

18,13 37,70 93,85

26/03/2011

17,13 33,30 81,43

27/03/2011

17,00 32,77 79,95

28/03/2011

16,81 31,99 77,77

29/03/2011 7,1 16,56 30,96 74,91

30/03/2011 41,6 19,60 44,75 114,18

31/03/2011 1,4 23,65 67,40 182,44

01/04/2011

19,67 45,06 115,09

02/04/2011

18,48 39,33 98,50

03/04/2011

18,00 37,13 92,24

04/04/2011

17,65 35,55 87,77

05/04/2011

17,48 34,82 85,71

06/04/2011

16,67 31,38 76,09

07/04/2011

17,63 35,46 87,51

08/04/2011

15,58 27,10 64,32

09/04/2011 17,7 16,54 30,87 74,67

10/04/2011 8,5 24,21 70,95 193,48

11/04/2011 1,7 19,42 43,82 111,47

12/04/2011

18,46 39,25 98,28

13/04/2011

18,10 37,60 93,58

14/04/2011

17,54 35,10 86,48

15/04/2011

17,00 32,77 79,95

16/04/2011 82 17,07 33,06 80,76

17/04/2011 33,23 141,78 427,17

18/04/2011 14 22,76 61,97 165,74

19/04/2011 28,4 22,76 61,97 165,74

20/04/2011

25,61 80,25 222,76

21/04/2011 6,2 22,76 61,97 165,74

22/04/2011

22,76 61,97 165,74

23/04/2011 1,2 21,80 56,45 148,94

24/04/2011

21,80 56,45 148,94

25/04/2011 7,4 21,80 56,45 148,94

26/04/2011 0,5 20,85 51,20 133,20

27/04/2011

20,85 51,20 133,20

28/04/2011

20,85 51,20 133,20

29/04/2011

19,90 46,22 118,51

30/04/2011

18,95 41,53 104,83

01/05/2011

17,99 37,10 92,15

02/05/2011 9,6 17,04 32,94 80,43

03/05/2011 26 17,99 37,10 92,15

04/05/2011 1,6 19,90 46,22 118,51

05/05/2011 1,1 17,99 37,10 92,15

06/05/2011

17,52 34,99 86,17

07/05/2011

17,52 34,99 86,17

08/05/2011

17,52 34,99 86,17

09/05/2011

17,52 34,99 86,17


Page | 94

Date Pluie

(mm)

Hauteur

(cm)

Débit

min

(m3/h)

Débit max

(m3/h)

10/05/2011

17,52 34,99 86,17

11/05/2011

17,52 34,99 86,17

12/05/2011

17,52 34,99 86,17

13/05/2011 24 18,95 41,53 104,83

14/05/2011

19,90 46,22 118,51

15/05/2011

18,95 41,53 104,83

16/05/2011

18,95 41,53 104,83

17/05/2011

18,95 41,53 104,83

18/05/2011

18,95 41,53 104,83

19/05/2011

18,95 41,53 104,83

20/05/2011

18,95 41,53 104,83

21/05/2011

18,95 41,53 104,83

22/05/2011

17,99 37,10 92,15

23/05/2011

17,99 37,10 92,15

24/05/2011

17,99 37,10 92,15

25/05/2011

17,99 37,10 92,15

26/05/2011

17,99 37,10 92,15

27/05/2011

17,99 37,10 92,15

28/05/2011

17,99 37,10 92,15

29/05/2011

17,52 34,99 86,17

30/05/2011

17,52 34,99 86,17

31/05/2011

17,52 34,99 86,17

01/06/2011

17,52 34,99 86,17

02/06/2011

17,52 34,99 86,17

03/06/2011

17,04 32,94 80,43

04/06/2011

17,04 32,94 80,43

05/06/2011

17,04 32,94 80,43

06/06/2011

17,04 32,94 80,43

07/06/2011

16,56 30,96 74,93

08/06/2011

16,56 30,96 74,93

09/06/2011

16,56 30,96 74,93

10/06/2011

16,09 29,05 69,66

11/06/2011

16,09 29,05 69,66

12/06/2011

16,09 29,05 69,66

13/06/2011

15,61 27,21 64,62

14/06/2011

15,61 27,21 64,62

15/06/2011

15,14 25,43 59,81

16/06/2011

15,61 27,21 64,62

17/06/2011

15,61 27,21 64,62

18/06/2011

15,61 27,21 64,62

19/06/2011

16,09 29,05 69,66

20/06/2011

16,09 29,05 69,66

21/06/2011

16,09 29,05 69,66

22/06/2011

16,09 29,05 69,66

23/06/2011

15,61 27,21 64,62

24/06/2011

15,61 27,21 64,62

25/06/2011

15,61 27,21 64,62

26/06/2011

15,61 27,21 64,62

27/06/2011

15,61 27,21 64,62

28/06/2011

15,14 25,43 59,81

29/06/2011

15,14 25,43 59,81

30/06/2011

15,14 25,43 59,81

01/07/2011

15,14 25,43 59,81

02/07/2011

15,14 25,43 59,81

03/07/2011

14,66 23,71 55,21

04/07/2011

14,66 23,71 55,21

05/07/2011

14,66 23,71 55,21

06/07/2011

15,14 25,43 59,81

07/07/2011

14,66 23,71 55,21

08/07/2011

14,18 22,06 50,84

09/07/2011

13,71 20,47 46,68

Date Pluie

(mm)

Hauteur

(cm)

Débit

min

(m3/h)

Débit max

(m3/h)

10/07/2011

14,18 22,06 50,84

11/07/2011

13,23 18,95 42,73

12/07/2011

14,66 23,71 55,21

13/07/2011

14,66 23,71 55,21

14/07/2011

13,23 18,95 42,73

15/07/2011

13,23 18,95 42,73

16/07/2011

13,23 18,95 42,73

17/07/2011

13,23 18,95 42,73

18/07/2011

13,23 18,95 42,73

19/07/2011

13,23 18,95 42,73

20/07/2011

13,23 18,95 42,73

21/07/2011

13,23 18,95 42,73

22/07/2011

12,28 16,10 35,45

23/07/2011

12,28 16,10 35,45

24/07/2011

12,28 16,10 35,45

25/07/2011

12,28 16,10 35,45

26/07/2011

12,28 16,10 35,45

27/07/2011

11,33 13,49 28,97

28/07/2011

11,33 13,49 28,97

29/07/2011

11,33 13,49 28,97

30/07/2011

11,33 13,49 28,97

31/07/2011

11,33 13,49 28,97

01/08/2011

10,85 12,28 26,02

02/08/2011

10,85 12,28 26,02

03/08/2011

10,85 12,28 26,02

04/08/2011

10,85 12,28 26,02

05/08/2011

10,85 12,28 26,02

06/08/2011

10,37 11,14 23,26

07/08/2011

10,37 11,14 23,26

08/08/2011

10,37 11,14 23,26

09/08/2011

10,37 11,14 23,26

10/08/2011

10,37 11,14 23,26

11/08/2011

10,37 11,14 23,26

12/08/2011

9,90 10,05 20,68

13/08/2011

9,90 10,05 20,68

14/08/2011

9,90 10,05 20,68

15/08/2011

9,90 10,05 20,68

16/08/2011

9,90 10,05 20,68

17/08/2011

9,90 10,05 20,68

18/08/2011

9,42 9,02 18,28

19/08/2011

9,42 9,02 18,28

20/08/2011

9,42 9,02 18,28

21/08/2011

9,42 9,02 18,28

22/08/2011

9,42 9,02 18,28

23/08/2011

9,42 9,02 18,28

24/08/2011

9,42 9,02 18,28

25/08/2011

8,95 8,06 16,06

26/08/2011

8,95 8,06 16,06

27/08/2011

8,95 8,06 16,06

28/08/2011

8,95 8,06 16,06

29/08/2011

8,95 8,06 16,06

30/08/2011

8,95 8,06 16,06

31/08/2011

8,95 8,06 16,06


Page | 95

Annexe 12 : Débits des captages [SEMA Eau Vive, 2011]

Mois

Débit des

captages

C1+C3

[m3/h]

Débit du

captage C2

[m3/h]

Pluie

[mm]

janv-05 5,2

70

févr-05 4,5

353

mars-05 5,2

97

avr-05 10,4

36

mai-05 6,8

0

juin-05 3,9

0

juil-05 3,2

19

août-05 2,9

16

sept-05 2,3

0

oct-05 2,5

0

nov-05 1,9

106

déc-05 1,9

42,0

janv-06 2,3

142

févr-06 2,4

116

mars-06 2,3

161

avr-06 2,5

23

mai-06 3,5

11

juin-06 3,1

0

juil-06 2,6

0

août-06 2,3

8

sept-06 2,3 0,9 48

oct-06 1,7 0,9 13

nov-06 1,7 0,9 195

déc-06 1,9 1,0 114,6

janv-07 3 2,5 501

févr-07 3,9 3,6 395

mars-07 4,3 3,2 87

avr-07 10,3 7,2 42

mai-07 6,5 7,2 46

juin-07 4 2,7 0

juil-07 2,8 2,2 7

août-07 2,6 1,4 0

sept-07 2,2 1,3 0

oct-07 1,9 1,2 84

nov-07 2 1,1 94

déc-07 2 1,3 232

Mois

Débit des

captages

C1+C3+C4

[m3/h]

Débit C2

[m3/h]

Pluie

[mm]

janv-08 2,2 1,85 262

févr-08 3,45 3,7 197

mars-08 6,45 4,45 151

avr-08 3,45 4,3 57

mai-08 2,4 3,5 10

juin-08 1,9 2,2 0

juil-08 2,8 2 0

août-08 2,2 1,3 0

sept-08 2,2 1 55

oct-08 1,8 0,8 39

nov-08 1,9 0,9 233

déc-08 2 1,2 138

janv-09 1,6 1,6 215,0

févr-09 1,7 2,0 209,1

mars-09 2,6 2,9 164,0

avr-09 3,8 3,7 144,0

mai-09 3,6 3,1 6,2

juin-09 2,8 2,4 0,0

juil-09 2,7 1,9 0,6

août-09 2,0 1,4 12,5

sept-09 1,6 1,1 0,0

oct-09 1,2 1,0 90,3

nov-09 1,0 1,0 145,8

déc-09 1,4 1,0 217,7

janv-10 1,4 1,3 228,9

févr-10 1,4 1,8 160,9

mars-10 1,6 2,2 388,5

avr-10 2,5 3,6 0,0

mai-10 3,1 3,6 2,1

juin-10 2,5 2,5 0,0

juil-10 1,9 2,0 0,0

août-10 1,5 1,5 0,0

sept-10 0,9 1,1 0,0

oct-10 0,7 0,9 23,6

nov-10 0,7 0,9 132,7

déc-10 0,5 0,8 147,4


Page | 95

Glossaire

Etude du comportement hydrogéologique sur le Lohavohitra Glossaire

Page | 96

GLOSSAIRE

Année hydrologique : Période continue de 12 mois choisie de façon que la variation de

l’ensemble des réserves soit minimale, de manière à minimiser les reports d’une année sur

l’autre.

Aquiclude : Formation imperméable ne produisant pas d’eau.

Aquifère : Formation géologique (réservoir) poreuse ou fracturée susceptible de contenir ou

contenant une nappe d’eau.

Bassin versant : Ensemble d’une région ayant un exutoire commun pour ses écoulements de

surface.

Bilan hydrique : Bilan d’eau fondé sur le principe que pendant un certain intervalle de temps, le

total des apports à un bassin versant ou à une formation aquatique doit être égal au total des

sorties plus la variation positive ou négative du volume d’eau stocké dans le bassin ou la

formation.

Débit d’étiage : Plus petite valeur du débit d’un cours d’eau durant une année hydrologique.

Débit de base : Partie du débit d’un cours d’eau qui provient essentiellement des nappes

souterraines, mais aussi de la vidange des lacs et de la fonte des glaciers, durant des périodes

suffisamment longues ou il ne se produit ni précipitation ni fonte de neige.

Déficit d’écoulement : Part de la pluie qui ne participe pas au ruissellement. Il représente la

somme de l’évapotranspiration et éventuellement l’infiltration.

Ecoulement de subsurface : Portion des précipitations infiltrées qui n’est pas descendue jusqu’à

la nappe libre mais qui passe de la surface du sol vers les cours d’eau en cheminant au-dessous

de la surface du sol.

Ecoulement de surface : Partie des précipitations qui s’écoule à la surface du sol.

Ecoulement souterrain : Tout écoulement au-dessous de la surface du sol pouvant contribuer au

ruissellement retardé, au débit de base ou à la percolation profonde.

Evaporation : Emission de vapeur par une surface libre d’eau liquide à une température

inférieure au point d’ébullition.


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Evapotranspiration potentielle (ou évapotranspiration de référence) : Evapotranspiration de

référence d’un couvert végétal bas, continu et homogène, dont l’alimentation en eau n’est pas

limitante et qui n’est soumis à aucune limitation d’ordre nutritionnel, physiologique ou

pathologique.

Evapotranspiration réelle : Quantité totale d’eau qui s évapore du sol et des plantes lorsque le

sol est à son taux d’humidité naturel.

Exutoire : Point le plus en aval du réseau hydrographique par lequel passent toutes les eaux de

ruissellement drainées par le bassin (point de sortie de toutes les eaux captées par le bassin

versant).

Hydrogramme : Expression ou représentation, graphique ou non, de la variation des débits dans

le temps.

Hydrométrie : Science du mesurage et de l’analyse de l’eau ; elle comprend les méthodes, les

techniques et l’instrumentation utilisées en hydrologie.

Hyétogramme : Diagramme représentant l’intensité de précipitation en fonction du temps.

Infiltration : Mouvement de l’eau pénétrant dans les couches superficielles du sol.

Infiltration efficace : cf. Percolation.

Interception : Processus par lequel une partie des précipitations est captée et retenue par la

végétation (frondaison des arbres et litière), puis évaporée sans avoir atteint la surface du sol.

Jaugeage : Ensemble des opérations ayant pour but de déterminer le débit d’un cours d’eau pour

une hauteur donnée à l’échelle.

Nappe alluviale : Les plaines alluvionnaires sont souvent formées de matériaux détritiques,

c’est-à-dire de débris, très poreux et gorgés d’eau. Il y a là une réserve importante à exploiter et

qui est presque toujours entretenue par le débit des rivières ainsi que par les précipitations. Au

voisinage de la mer, la nappe peut recevoir de l’eau salée.

Nappe captive : Nappe d’eau souterraine qui circule entre deux couches de terrains

imperméables. Elle est recouverte, totalement ou partiellement, par une couche de terrain

imperméable. Ces nappes sont sous pression. Les nappes captives sont piégées sous des


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formations géologiques imperméables. Le niveau des nappes peut varier en fonction des

infiltrations et des prélèvements d’eau.

Nappe d’eau souterraine (ou nappe aquifère) : Masse d’eau continue contenue (recelée) dans

une formation géologique. Le terme nappe aquifère est trompeur car il désigne à la fois la masse

d’eau et la roche réservoir.

Nappe libre : Nappe d’eau souterraine non recouverte, alimentée sur toute sa surface. Elle

circule sous un sol perméable.

Nappe phréatique : Nappe peu profonde (atteinte par les puits de particuliers : 0 à 50 m).

Niveau piézométrique (ou cote piézométrique ou surface piézométrique) : Altitude ou

profondeur (par rapport à la surface du sol) de la limite entre la zone saturée et la zone non

saturée dans une formation aquifère. Ce niveau est mesuré à l’aide d’un piézomètre.

Percolation : Mouvement profond de l’eau dans les sols faisant suite à l’infiltration.

Perméabilité : Aptitude d'un réservoir à se laisser traverser par l’eau sous l’effet d’un gradient

hydraulique.

Pluie brute (ou pluie totale) : Pluie totale tombant sur un bassin versant, mesurée par un

pluviomètre ou un pluviographe.

Pluie efficace : Pluie qui atteint effectivement le sol et qui participe d’une part au ruissellement

et d’autre part à l’infiltration. C’est la pluie totale moins l’évapotranspiration (parfois appelée

aussi pluie utile).

Pluie nette : Pluie qui participe au ruissellement.

Pluie utile : cf. Pluie efficace.

Pluviographe : Pluviomètre comportant un dispositif d’enregistrement des hauteurs de

précipitation en fonction du temps.

Pluviomètre : Instrument de mesure de la hauteur de précipitation en un point.

Porosité efficace : Rapport du volume d'eau gravitaire au volume total de la roche saturée en

eau.


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Précipitations : Eaux météoriques qui tombent par gravité sur la surface de la terre, à la suite de

la condensation de la vapeur d’eau, sous forme liquide (bruine, pluie, averse) et / ou solide

(neige, grésil, grêle) ainsi que les précipitations déposées par l’air humide sur le sol ou occultes

(rosée, gelée blanche, givre, ...).

Réseau hydrographique : Ensemble des rivières et autres cours d’eau permanents ou

temporaires, ainsi que des lacs et des réservoirs, dans une région donnée.

Ruissellement : Mouvement de l’eau sur ou dans les premiers horizons du sol (écoulement de

subsurface), consécutif à une précipitation.

Temps de concentration : Temps que met le ruissellement d’une averse pour parvenir à un

exutoire depuis le point du bassin pour lequel la durée de parcours est la plus longue.

Temps de résidence : Temps nécessaire pour apporter à un réservoir de surface ou souterrain

un volume égal à sa capacité brute de stockage, sur la base de la valeur moyenne des apports.


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Table des

Matières

Etude du comportement hydrogéologique sur le Lohavohitra Table des matières

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TABLE DES MATIERES

Remerciements ................................................................................................................................ ii

Sommaire ....................................................................................................................................... iii

Liste des tableaux ........................................................................................................................... iv

Liste des figures ............................................................................................................................. iv

Liste des annexes ............................................................................................................................ vi

Liste des acronymes ...................................................................................................................... vii

Introduction générale ....................................................................................................................... 1

Partie I : Généralités ........................................................................................................................ 2

I.1. Généralités sur l’eau ............................................................................................................. 2

I.1.1. L’eau, élément fondamental à la vie .............................................................................. 2

I.1.2. Les ressources en eau ..................................................................................................... 2

a) Les ressources en eau dans le monde .............................................................................. 2

b) Les ressources en eau à Madagascar ............................................................................... 4

I.1.3. Prélèvements et consommations de l’eau ...................................................................... 5

a) Dans le monde ................................................................................................................. 5

b) A Madagascar ................................................................................................................. 6

I.2. Généralités sur les industries de mise en bouteille ............................................................... 7

I.2.1. Quelques définitions ...................................................................................................... 7

I.2.2. Production mondiale .................................................................................................... 11

I.2.3. Consommation mondiale ............................................................................................. 11

I.2.4. Cas de Madagascar ...................................................................................................... 12

I.2.5. Généralités sur l’entreprise SEMA Eau Vive .............................................................. 13

a) Présentation de la société .............................................................................................. 13

b) Processus de fabrication ................................................................................................ 13

c) Présentation du produit ................................................................................................. 15

I.3. Rappels sur les notions d’hydrogéologie ........................................................................... 15

I.3.1. Cycle de l’eau et bilan hydrologique ........................................................................... 15

a) Le cycle de l’eau ou cycle hydrologique ....................................................................... 15

b) Le bilan hydrologique ................................................................................................... 18

I.3.2. L’eau et le sol ............................................................................................................... 18

a) Quelques définitions ...................................................................................................... 18


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Aquifère et nappe d’eau souterraine ...................................................................... 18

• Nappe active (ou nappe libre) ........................................................................... 19

• Nappe captive .................................................................................................... 19

Potentiel hydraulique et gradient hydraulique ...................................................... 20

b) Les différents types d’eau dans le sol ........................................................................... 21

c) Caractéristiques hydrodynamiques d’une nappe ........................................................... 21

Porosité .................................................................................................................. 21

Coefficient d’emmagasinement ............................................................................. 21

Conductivité hydraulique ou perméabilité ............................................................ 22

Transmissivité ....................................................................................................... 22

I.3.3. Notions de bassin versant ............................................................................................. 22

a) Définition d’un bassin versant ...................................................................................... 22

b) Fonctions d’un bassin versant ....................................................................................... 23

c) Caractéristiques d’un bassin versant ............................................................................. 23

d) Comportement hydrologique d’un bassin versant ........................................................ 23


Partie II : Méthodes et moyens mis en oeuvre .............................................................................. 26

II.1. Acquisition des données ................................................................................................... 26

II.1.1. Données géo-morphologiques du bassin versant ........................................................ 26

a) Réseau hydrographique ................................................................................................. 26

b) Caractéristiques géométriques ...................................................................................... 27

Surface ................................................................................................................... 27

Longueur ............................................................................................................... 28

Forme .................................................................................................................... 28

c) Caractéristiques topographiques ................................................................................... 29

Altitudes maximale et minimale ........................................................................... 29

Pente moyenne du bassin versant .......................................................................... 29

d) Le couvert végétal ......................................................................................................... 30

e) Caractéristiques géologiques ......................................................................................... 31

II.1.2. Données pluviométriques ........................................................................................... 31

II.1.3. Données hydrométriques ............................................................................................ 32

a) Débit à l’exutoire ........................................................................................................... 32

b) Débit des points d’eau ................................................................................................... 33


Page | 102

II.2. Analyse des données ......................................................................................................... 34

II.2.1. Etude d’un couple averse-crue ................................................................................... 35

II.2.2. Fonction de production du SCS (Soil Conservation Service of USA) ....................... 35

II.2.3. Fonction de transfert : Méthode de l’hydrogramme unitaire de SHERMAN ............ 37

a) Séparation des différentes composantes de l’hydrogramme ......................................... 38

b) Détermination du volume ruisselé et calcul du taux de recharge phréatique ............... 38

c) Détermination du graphe de l’hydrogramme unitaire ................................................... 38

d) Courbe de tarissement ................................................................................................... 40

II.3. Bilan hydrologique ........................................................................................................... 41

II.3.1. Rappel de l’équation du bilan ..................................................................................... 41

II.3.2. Bilan hydrologique mensuel ....................................................................................... 42

a) Détermination de la pluie mensuelle ............................................................................. 42

b) Estimation de l’évapotranspiration potentielle : formule de THORNTHWAITE ........ 42

c) Estimation de l’évapotranspiration réelle ...................................................................... 42

d) Détermination de la pluie ruisselée ............................................................................... 43

e) Détermination de la pluie infiltrée ................................................................................ 43

II.3.3. Bilan hydrologique annuel et variation de stock ........................................................ 43


Partie III : Résultats et interprétations ........................................................................................... 45

III.1. Caractéristiques du bassin versant ................................................................................... 45

III.1.1. Réseau hydrographique ............................................................................................. 45

III.1.2. Données géométriques .............................................................................................. 45

III.1.3. Topographie .............................................................................................................. 47

a) Altitudes maximale et minimale ................................................................................... 47

b) Pente moyenne du bassin versant ................................................................................. 47

III.1.4. Couverture végétale ................................................................................................... 47

III.1.5. Géologie .................................................................................................................... 47

III.2. Données pluviométriques ................................................................................................ 53

III.3. Données hydrométriques ................................................................................................. 54

III.3.1. Débit à l’exutoire ....................................................................................................... 54

a) Mise en place de la station de jaugeage ........................................................................ 54

b) Formule de la relation hauteur-débit ............................................................................. 55

c) Signal pluie-débit .......................................................................................................... 56

d) Courbe de tarissement ................................................................................................... 57


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e) Fonction de production ................................................................................................. 60

f) Episodes pluviaux .......................................................................................................... 61

III.3.2. Débits au niveau des points d’eau ............................................................................. 63

a) Comparaison des débits des captages et des forages horizontaux ................................ 63

b) Variations des débits par rapport à la pluie ................................................................... 64

c) Evolution des débits des captages de 2005 à 2010 ....................................................... 66

III.4. Bilan hydrologique .......................................................................................................... 68

III.4.1. Bilan hydrologique mensuel ...................................................................................... 68

III.4.2. Bilan hydrologique annuel ........................................................................................ 69

a) Répartition annuelle de la pluie ..................................................................................... 69

b) Variation de stock ......................................................................................................... 70

c) Estimation du volume de l’aquifère .............................................................................. 72

III.5. Synthèse des résultats ...................................................................................................... 73


Conclusion générale ...................................................................................................................... 75

Références bibliographiques ......................................................................................................... 76

Bibliographie ............................................................................................................................ 76

Webographie ............................................................................................................................. 77

Supports de cours ..................................................................................................................... 78

Annexes ......................................................................................................................................... 79

Glossaire ........................................................................................................................................ 96

Table des matières ....................................................................................................................... 100

ETUDE DU COMPORTEMENT HYDROGEOLOGIQUE

DE LA NAPPE D’ALTERATION SUR LE LOHAVOHITRA. ESSAI DE CARACTERISATION DE LA RECHARGE AQUIFERE

Famintinana

Ny orinasa SEMA Eau Vive dia nanomboka fandinihana ahafahana mamantatra ny habetsahan’ny rano ao

amin’ny tendrombohitra Lohavohitra, izay toerana fitrandrahany rano. Ny fandinihana momba ny toetry ny tany dia

nampiseho fa ny rano dia azo avy amin’ny tobin-drano anatin’ny vato mihasimba sy ny vato tsefaka. Ny orana

mandritra ny 3 na 4 volana voalohan’ny taona no mandray anjara amin’ny fambitomboana ny rano ambanin’ny tany.

Ny fotoana itsihan’ny ranon’orana dia eo amin’ny 2 na 5 volana eo ho eo. Ny fanaovana ny tsinjarafintina dia

nampiseo fa tokony mihoatra ny 35 isan-janton’ny orana rehetra no mitsika any ambanin’ny tany isan-taona, mba

hampifandanja ny rano miditra amin’ny sahan-driaka, sy ny rano mivoaka, dia ny rano mikoriana izany sy ny rano

alain’ny orinasa. Azo heverina izany fa mety manana taham-pitsihana manokana izay ambony noho ny mahazatra

ity sahan-driaka ity; na ny velaran-tany tena izy dia mety ho lehibe noho ny velaran-tany izay efa noheverina; na koa

mety misy fiavian’ny rano hafa avy amin’ny tombin-drano mivelatra kokoa mampitombo ny tobin-drano,

ankoatran’ny orana mitsika. Ny fandinihana dia tsara tohizana hatrany ahafanana mandalina kokoa ny momba izany.

Teny fototra: Rano, Haibolantanin-dranoka, Tobin-drano, Orana, Fikorianana, Fitsihana, Fitomboana,

Tsinjarafintina.

Résumé

La société SEMA Eau Vive a entamé une étude pour évaluer le potentiel en eau de son site d’exploitation sur

la colline du Lohavohitra. Les observations géo-morphologiques ont révélé que l’eau est prélevée dans les nappes

d’altération et de fissure. Ce sont surtout les pluies abondantes des 3 à 4 premiers mois de l’année qui participent à

la recharge de la nappe, avec un temps de percolation de 2 à 5 mois. L’essai de bilan hydrologique a indiqué qu’il

devrait s’infiltrer plus de 35 % de la pluie totale par année, pour qu’il y ait équilibre entre l’eau qui alimente la

nappe et l’eau qui sort à l’exutoire et au niveau des points d’eau qui approvisionnent l’usine. Quelques spéculations

peuvent être émises : ce bassin versant présenterait donc un taux d’infiltration particulièrement élevé ; ou alors le

bassin versant réel serait peut-être plus grand que le bassin versant topographique ; enfin la nappe pourrait être

alimentée, outre l’infiltration de la pluie, par un apport extérieur en eau provenant d’une nappe plus étendue. Des

études plus approfondies méritent d’être poursuivies pour clarifier ces hypothèses.

Mots clés : Eau, Hydrogéologie, Nappe, Pluie, Débit, Infiltration, Recharge, Bilan.

Abstract

SEMA Eau Vive has launched a study to evaluate the water potential of its working site on the hill of

Lohavohitra. Geo-morphological observations have revealed that the water is collected in underground weathering

and cracking. It is the heavy rain during the first 3 or 4 months of the year that takes part of the recharging of the

water, with a percolation time of 2 to 5 months. The attempt to draw up a water balance has shown that it should

seep more than 35 per cent of the total rainfall each year to find a balance between the percolating water and the

flow at the outlet and the water taken from the production plant. We can make different assumptions : this catchment

area might have a particularly high percolation rate ; or the real hydrogeological watershed may be larger than the

topographical watershed, or the water would be recharged, in addition to the percolation of rain, by an external

supply of water from a larger water table. Further studies should be pursued to clarify these hypotheses.

Keywords : Water, Hydrogeology, Groundwater, Rainfall, Runoff, Percolation, Recharge, Balance.

Alvina ANDRIANTSIVOHONY Elève-ingénieur à l’E.S.S.A. Département I.A.A.

Coordonnées :

Téléphones mobiles : 032 21 263 53 / 033 14 186 01 / 034 10 333 16

Adresse électronique : [email protected]

mailto:[email protected]

Documents

Etude du comportement hydrogéologique Lohavohitra