Dynamique en hautes eaux des aquifères d'altérites sur les hauts plateaux cristallophylliens de Madagascar

Journal of African Earth Sciences, Vol 9, No 3/4, pp 59%607, 1989 0899-5362/89 $3 00 + 0 O0 Printed m Great Bntam © 1990 Pergamon Press plc

Dynamique en hautes eaux des aquif res d'alt rites sur les hauts plateaux cristallophylliens de Madagascar

*J.C. GRa.i~ccr, **B. Bt~voux, ***J.H. R~Kcrror,~ar,rmE et ****M. R . A ~

*Laboratoire d'Hydrog6ologie UA CNRS 1359, Universit6 des Sciences et Techniques, Place E. Bataillon, 34060 Montpellier Cedex - France

**Laboratoare d'Hydrog~logie, F~ult6 des Sciences, 33 rue Pasteur, 84000 Avignon - France ***Service de I'Eau et de I'Hydrog~ologie du MIEM, B.P. 280,

Ampandrianomby, Antananarlvo 101 - Madagascar ****IRAT-CIRAD, B.P. 5035, 34032 Montpellier Cedex - France

R 6 s u m ~ - Dans un bas-fond experimental de 100 Ha &tuil~ de forages atteignant tous le socle crtstallophyllien, l'hydrodynamique souterraine des aquif~res d'alt~ntes sur les hauts plateaux de Madagascar est actuellement h l'&ude. Cette approche s' appuie conjoimement sur trois types d'analyses le suivi pl6zom&rique r6guher des eaux souterraines, des tests hydrauhqucs, des analyses hydro- chimlques

En hautes eaux (Mars-Avnl), le milieu alt6r6 se comporte comme un module bicouche complexe : aliment~ par son lmpluvmm sus-jacent, un r6servoir alt&itique libre, h6t~rog~ne, anlsotrope et tr~s peu min6ralis6 (conductivit~ inf6neure ~t 30 Ix Sere" t) s'identifie; simultan6ment, fonctiorme un aqulf'ere plus profond (atOnes grenues-socle), en charge sous un interface argileux semi-perm6able, dont l'atre d'ahmentation est plus lointame (pointements granmques r6siduels des hauts plateaux). Ce deuxl~me honzon pr6sente des stratifications chtmiques des eaux, mais la conductivlt6 reste faible, h peme sui~rieure ~ 100 Ix Scm -].

Des effets de drainance <<per descensum>> se ma_n.ifestent au cours de sollicitations hydrauhques et pent- &tre aussi en saison s~che (6tude en tours). Les transmisslvit6s de l'ensemble alt&6 se situent, avec une probablht6 de 9 5%, dans une fourchette T ~ m ~ s -t x [4.10 -~ - 10-s], ce qm donne une perm~abilit6 h composante horizontale Kh [4 10 .7- 10 -~ ms -]]

Abstract - High water-level hydrodynamics of groundwaters in weathered formataons on the high metamorptuc plateaux of Madagascar.

A study of the hydrodynamics of groundwaters in weathered formations on the hagh plateaux of Madagascar has been carried out. The study area is an experimental shallow ground-interfluves system with a surface of 130 ha and equipped with boreholes drilled through the metamorphic basement. 3 types of methods were used: water-table recordings, hydraulic tests, hydrochemxcal analyses.

During high-water-level period (March-April) the weathered reservoir behaves as a complex two- layered system. The upper one is a free weathered aquifer, heterogeneous, anisotropic and not much mineralised, recharged from the surface (electrical conductivity < 30 IX cm -t). The deeper one (granitic sand-basement) is confined under a semi-permeable clayery layer. Its recharge area is located farther (granitac exposures located on the high plateaux). This deeper aquifer presents hydrochemical stratifications. Its electrical conductivity is weak, barely over 100 ~. S crn -1 . Vertical groundwater movements occu, v'tturing hydraulic tests. They would occur also during day periods (works m progress). Transmls- slvitles of the over-all weathered formatmns range with a probability of 4.10 .6 to 10 .5 m2s -1, which periods on horizontal permeablhty Kh ranging from 4 10 -7 to 10 .6 ms -I

I N T R O D U C T I O N

L e s h a u t s p l a t e a u x d e M a d a g a s c a r c u l m i n e n t e n t r e 9 0 0 e t 2 6 0 0 m s u r u n b a t l c r i s t a l l o p h y l l i e n a l t 6 r 6 . C e s o c l e a n c i e n ( 1 1 0 0 ~ 5 5 0 M.a . ) a s u b i p l u s i e u r s p h a s e s d ' a p l a n i s s e m e n t d u J u r a s s i q u e a u T e r t i a i r e ( B e s a i r i e 1 9 6 7 , 1973) , s u r f a c e s r e t o u - c h 6 e s e n g l a c l s a u Q u a t e r n a i r e a n c i e n ( B i r o t 1 9 6 3 ; B o u r g e a t e t P e t i t 1 9 6 9 ; R a u n e t 1985) . C e s 6 v o l u - t i o n s m o r p h o l o g i q u e s o n t 6t6 c o n t r o l 6 e s c o n j o i n t e - m e n t p a r t r o i s s 6 r i e s d e f a c t e u r s : d ' o r d r e p d t r o g r a -

p h l q u e ( a s s e m b l a g e d e g r a n i t e s , m l g m a t i t e s , g n e i s s , s c h i s t e s ) ~ l ' o r i g i n e d ' 6 r o s i o n s d i f f 6 r e n t i e l l e s ; d ' o r -

d r e c l i m a t i q u e a v e c a l t 6 r a t i o n d e s r o c h e s e n r ~ g i m e h u m i d e s o u s c o u v e r t f o r e s t i e r e t 6 r o s i o n s o u s c l i m a t s p l u s c o n t r a s t 6 s ; d ' o r d r e t e c t o n i q u e m a r - q u 6 p a r d e s r e j e u x m u l t i p l e s d e s d e u x p r i n c i p a u x s y s t f i m e s d e f a i l l e s a f f e c t a n t l ' i l e ( d i r e c t i o n N N E - S S W d e l a c 6 t e E s t e t N N W - S S E d u v e r s a n t m o z a m b i q u e ) . Le m o d e l 6 a c t u e l d e s h a u t s p l a - t e a u x e s t a i n s i t r ~ s t y p 6 (pl. 1 ) :

599

600 J.C. GRtI.LOT, B. BLAVOUX, J.H. RA~OTO~DRAINmE et M. RAUN~

Planche 1. Morphologie des hau t s p la teaux de Madagascar :

1: Morphologie gen6rale avec int: Interfluves convexes; SA: surface d ' ap lan i ssement retouch6e en glacis; BF: bas- fond rizicole.

HAUTES TERRES DE MADAGASCAR 2: bas- fond typique & tete en amphith6&tre avec Int: interfluve; Ter: te r rasse ancienne: fc: frange concave ou glacis de suffosion & ligne d 'emergences plus ou moins diffuses;

BF: bas- fond rizicole inonde. (Photos M.Raunet)

Dynamique en hautes eaux des aqulFeres d'alt6rites sur les hauls plateaux cristallophylliens de Madagascar

- coll ines convexes a pente parfois elevee Uusqu'fl 60 %), ot~ les p rodu i t s d 'a l tera t ion ferral i t ique son t en m o y e n n e 6pais d 'une vingtaine de metres . Ces al teri tes son t toutefo is d e p o u r v u e s d ' indura t ion fe r rug ineuse de surface , ce qui les differencie n e t t e m e n t d ' au t r e s regions de socle c o m m e pa r exemple celles de l 'Oues t africain (Benin, Togo, Burk ina Fasso , Mall, Senegal...);

dep res s ions ~i fond plat, repar t ies en r e seau dense, o~ .bas - fonds . souven t tou rbeux , dont les t~tes ont u n profil t res carac ter i s t ique en amphi- thea t re (Raunet 1984, 1985). Ces fiats a i luviaux sont a m e n a g e s en rizieres aqua t iques qui repre- s en t en t l 'essent iel du terroir agricole du pays pou r la p roduc t ion de riz.

D a n s le cadre d 'une act ion de recherche pluridis- ciplinaire & vocat ion essen t ie l lement agronomi- que, et dans laquelle son t 6 t roi tement assoc iees des 6quipes ma lgaches TM, r h y d r o d y n a m i q u e souterraine de ces bas - fonds est ac tue l lement a l '6tude. Ce t h e m e est abord6 s u r u n per imetre exper imen- tal de 100 h a (bass in ve r san t inclus), si tu6 a 30 k m au NW d 'Antananar ivo et ~ une al t i tude de 1300 m (site d 'Ambohitrakoho). Le cl imat es t de type inter- t ropical humide , m a r q u e pa r deux sa i sons b ien t r a n c h e e s : une per iode seche qui dure environ six mois (15 Avrfl - 15 Octobre); u n episode p luvieux le reste de l 'annee (1300 m m de precipi ta t ions en moyenne) .

A par t i r de t r avaux morpho-pedo log iques realises pa r l 'un d ' en t r e -nous (Raunet 1985), et de la mise en place recente d 'un r e s e a u de forages- p iezomet res 12~, on peu t p ropose r u n s c h e m a du sys t eme bas - fond- in te r f luves ref letant le model6 de surface, l 'organisat ion des s e q u e n c e s pedologi- ques et des s t r u c t u r e s p lu s p rofondes (Fig. 1). Ce disposi t i f exper imenta l et s a mise en oeuvre ont ainsi permis d ' aborder l ' hydrodynamique du milieu en s ' a p p u y a n t conJ o in tement su r trois appro- ches : le suivl p iezometr ique regulier des eaux souter ra ines ; des t e s t s hyd rau l i ques p ra t iques su r t o u s l e s forages (pompages); des ana lyses hydro- ch imiques .

COUPI

Z .

~)A.T.P. PIREN *Bilan hydrique et transport mln,~ral dans les bas-fonds des hautes terres de Madagascar . . ¢=) Ouvrages profonds de 21 h 30 m, atteignant tousle socle, tub~s en PVC 6", cr~pln~s par ianternage, voile de nylon et massif de

~ ravler non calibre. Dispositif compl~t~ par un ~luipement ydrom~trlque, tensiomi~tres, bougies poreuses...

RESULTATS

Hydraul ique souterra ine A. P i ezometr i e en f in de recharge. Les f luc tua-

t ions des e a u x sou t e r r a ine s (~coulement na tu re l s a n s effet de p o m p a g e s Iocaux) son t f l lustrees pa r deux t y p e s de r e p o n s e s n e t t e m e n t differentes en fin de sa i son h u m i d e (Fig. 2) :

- des prec ip i ta t ions locales ont une incidence

601

C O U P E N _ S "~" - 5 r - - ~ B a s ' f ° n d daAmb°hitrak°h°J . . . . 4 I" 4

, °

#

. . . . . ~ ~ - - . - - ' - - . - . ~ ~ . = - . . . . = - - ,

Fig. 1. E q u I p e m e n t d ' u n b a s - f o n d e x p e r i m e n t a l (Ambohitrakoho) et des st=quences du systeme. 1 : Limite du bass in versant; 2 : interfluve; 3 : ve r san t & fort denivele; 4 : terrasse ancienne; 5 : has-fond cultive; S~_a: s o u r c e s

am6nagees; F~_~o forages a t te ignant le socle (20-25 m de profondeur); D: section deversante £~quip~e; P: batterle de pi~zom~tres & des profondeurs diff~rentes; pl: pluviom~tre;

f' fllons gramtiques afneurants .

directe, b ien que retardee, s u r cer ta lnes evolut ions p iezometr iques (exemple en F~, Fig. 2). Les repon- ses son t toutefois re la t ivement br~ves, avec u n re tour rapide ~ des condi t ions de lente decrue. Ce compor t emen t fait pense r de pr ime abord au taris- s e m e n t progress i f d ' un aquifere superficiel et fibre;

ces m e m e s prec ip i ta t ions sont au contraire s ans effet notable s u r les var ia t ions piezometriques d ' au t res ouvrages (exemple en F s. Fig. 2), ofl l 'on cons ta te inve r sement une raise en charge con t inue qui tend toutefois ~ s 'amort i r dans le temps , confo rmement ~ la per iode d'etiage qui debu te (montees sub l inea i res a pen te decrois- sante). Ce deuxieme profil suggere la r~ponse s l m u l t a n e e d 'un horizon aquifere p lus profond, plutOt captlf, don t la rea l imenta t ion serai t moins directe.

602 J.C. GRILLOT, B. BLAVOUX, J.H. RAKOTONDRAINIBE et M. RAuNm"

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J . . .J

PiEZOMETRi E . . . . F5] F 9

Fig. 2. Raponses piezometriques dans deux forages (Fs. F 9, Fig. I) en fin de saison humide (Favrier ~I Mai 1987). P: precipitations sur le site.

Deux aquffEres s u p e r p o s e s s emblen t ainsi devoir etre d is t inguds : le p remier superficiel et libre (ensemble altErltlque argflo-sableux) dont la rEali- m e n t a t i o n s 'effectuerai t essent ie l Iement par son imp luv ium (interfluves du b a s s i n versant , Fig. 1); le s econd p lu s profond et captff, localls6 dans le mil ieu arEnes micacEes-socle (identifi6 pa r les sondages) et don t la raise en charge dEpendrai t davan tage de zones d' inffltration lointa ines (reliefs g ran i to -gne iss iques rEsiduels s u r les p l a t eaux ?).

Deux a u t r e s obse rva t ions vont d a n s le sens de ce module fonct lonnel : d 'une par t le rep6rage au m u r des altErites (sondages) d ' un interface p lus argileux de 1 ~ 2 m d 'epaisseur ; d 'aut re par t la prE- sence soit de s t r a t i f i c a t i o n s c h i m i q u e s dans la zone noyEe (conductivitEs de 95 ~ Scm* en surface et de 220 ix Scm -~ en p rofondeur par exemple en Fs), soit au cont ra i re d 'une h o m o g ~ n ~ i t ~ des conduc- tivltEs (F 9) don t les va leu r s son t pa r ai l leurs trEs b a s s e s (35~ Scrn~).

Compte t enu de ces donnEes, et afin de mieux percevoir les carac tEr is t iques de ce modEle, des t e s t s h y d r a u l i q u e s ont etE mis en oeuvre s u r t o u s les forages disponibles .

B. T e s t s h y d r a u l i q u e s . Les debi ts extrai ts (pompages de 7 h e n moyenne) ont EtE faibles d a n s 1'ensemble (<500 lh~), s a u f dans u n forage (I 9401h ten Fo). C'est pourquoi , des effets de capacitE pu i t s 6ventuels ont 6t6 sys tEmat iquemen t vErifiEs avant

toute interpretat ion, se lon une mEthode couran te (Papadopoulos et Cooper 1967; Nana r i smhan 1968) et rEcemment amdliorEe (Plegat 1987). Deux com- p o r t e m e n t s se diffErencient (Grillot e t al. 1987) illustrEs pa r deux essa i s (Fig. 3) :

- au cour s de la descen te en F s, et aprEs u n effet de capaci te (courbe 1), u n a j u s t e m e n t linEaire pe rmet de calculer une t ransmissivi tE de 5.10 .8 m2s ] (courbe 2). Ces caractEr is t iques se vErifient la remontEe (courbe 2 : effet de capacitE; courbe 1: T = 6 .10 .6 m2s~), les n iveaux d y n a m i q u e s t endan t ensui te ~ se s tabi l iser d u r a n t la descen te (courbe 3) b ien que per tubEs t empora i r emen t pa r u n dEve- loppement du forage (courbe 4). ParaUElement, la conductivitE des eaux (X en ~ Scm -I) Evolue avec une dEcroissance reguliEre, se s tabf l i sant a u t o u r de 30 ~ Scm ~ en m e m e t e m p s que les n lveaux dynamiques . Ces deux Evolutions t r adu i sen t u n effet de d r a i n a n c e vers les arEnes profondes qui. dans le contexte hydrogdologique local, ne peu t s ' amorcer qu 'a par t i r de rhor izon altEritique supE- rieur. Celui-ci prdsente d 'ai l leurs des conductivi- tEs du mEme ordre de g r a n d e u r (35 ~ Scm -] en Fo).

A u t r e m e n t dit, la p r e sence d ' un sys t6me hydrau l ique b i c o u e h e se confirme; l ' interface argfleux ~i la b a s e des al ter i tes se compor te c o m m e u n semi-permEable; raquff6re profond arEnes-socle es t pa r vole de consequence semi- captif.

Dynamique en haucs eaux des aquit'eres d'alt6rites sur les hauts plateaux cristallophylliens de Madagascar 603

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[Remont~e [ [ 2

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Fig. 3. Tests hydrauliques (7h de pompage).

Resultats a la descente (s/Q = f(Logt)) e t a la remontee (s residuel= f(t/t')). Descente en F 9 : 1 et 3 transmissivite; 2 influence d 'une limite flnie permeable. Descente en F s : I effet de capacite puits; 2 transmissivite; 3 drainance; 4 developpement temporaire du forage. Remontee en Fg: 1 et 2 transmissivite. Remontee en Fs: 1 transmissivite;

2 effet de capacite puits. X: evolution des conductivites au cours des pompages ~Scm-1).

- l 'essai realtse s u r F 9 rend compte ~ la descente comme a la remontee de l'anlsotropie du complexe alteri t lque super ieu r ( t ransmissivi tes evo- l uan t entre 2 et 5.10%n2s 1 ~ la descente; entre i et 2.10Sm2s -' a la remontee). On note ra dans cet essai l ' absence d'effet de capacit6, et la rapide s tabfl isat ion des conduct iv i tes ~ une valeur (17~t Scm -I) voisine de celles des exutoires na tu re l s qui s o u rden t au pied des interfluves ( 1 l~t Scm t e n S r, Fig. 1). Ces emergences d ra inen t donc en h a u t e s eaux l 'horizon al teri t lque llbre.

Les essa is hyd rau l iques realises su r les dix forages ( incluant les r e su l t a t s des descentes et des remontees} donnen t des t ransmlss lv i tes de l'en- s e m b l e a l t e re c o m p r i s e s e n t r e 2 .10 .8 et 5.10Sm2s 1. Ces va leurs sont en premiere approche sens lb lement simllatres a celles qul caracteri-

sent les alteri tes de l'Afrlque de rOues t (/n Enga- lenc 1978), b ien que se s i t uan t pa rmi les plus faibles (1, 2, 3, 4, 5 et 6, Fig. 4). Toutefois, leur dispersion relative Justffie u n rapide tes t statisti- que, afin de c e m e r la fiabflite des est imat ions. Ce test donne les resu l t a t s su ivan t s :

Param~tres T moyenne 6cart type Coefficient de

mZs -1 mZs * vanaUon (CV) %

Descentes 11.10 .6 13,2.10 -6 120 Remont6es 6,8.10 .6 4,9.10 .6 72

On remarque tou t d 'abord que les moyen n es a r i thmet iques sont differentes. Par ailleurs, la dispersion des va leurs est b e a u c o u p p lus forte aux

604 J.C. GenJ.xrr, B. BLnvotrx, J.H. RAtorom)aAINm~- et M. RAUnEr

descen tes (CV = 120 %) qu ' aux remontees (CV = 72 %). Ceci s 'explique par des pe r tuba t ions dues des per te s de charge ayan t affecte les courbes de descente et consecut ives ~ la technique du crepi- nage (fentes du tubage et voile de nylon avec mass i f f i l t rant n o n calibre). Q u a n t a l ' intervalle de con- fiance de la moyenne des deux series, pour une probabi l i t6 de 95%, elle s 'eleve ~ 2 ,8 .10 .8- 19, I. 10 6 pour les descentes ; a 3,9. I0 e -9,8.10 8 pour les remontees . Ceci mon t re que les valeurs calculees s u r les r emon tees son t les plus fiables, ce qul s l tuera l t la t ransmiss lv i te de l ' e n s e m b l e de la f o r m a t i o n alteree d a n s une fourchet te Tm2s ~ [4.10 .5 - 10 "5] avec une probabi l i te de 95 % (7, Fig.4). En tenant compte d'une epaisseur de la zone

noyee de I0 men moyenne en debut d'etiage (Mai 1987), la penneabfllt~ & composante horlzonta]e

bi lans hydr iques et m lne raux des bas fonds rizico- les, une a t ten t ion toute part icul iere est portee su r la chlmie des eaux p o u r qualifier les diff6rents types d 'ecoulement y t r ans i t an t . Pour cela, u n suivi physico-chimique et isotopique su r u n cycle hydrologique des eaux de surface (rlzieres et sourcins) et des eaux sou te r ra ines (forages et piezome- t res en bas-fond) est en cours. Les tes t s hydraul l - ques mis en oeuvre des la real lsa t ion des forages ont ete l 'occasion de preciser la quali te de l 'eau souterra ine , son evolution au cours du pompage et de la s i tuer par rappor t aux ecoulements des sourc ins . Bien que s o m m a i r e s , car b a s t s essent ie l lement su r la m e s u r e de la conductivl te de l 'eau et quelques ana lyses ch imiques d 'echan- tfllons selectionnes, les premiers resu l t a t s sont toutefois t res signiflcatffs.

A. C o n t e x t e h y d r o c h l m l q u e . Une campagne de

Forages F~ F 2 F, iF4 F 5 F 6 1= 7 F a F 9 F~o

X Surface 33 115 100 190 95 X 100 118 30 13

~ .cm -~

~20°C fond 38 llO 150 X 220 X 115 120 30 13

Sourcins (7)

MIN= 7,5

MOY = 10,6

MAX = 13

(K a) du sys teme bas-fond-interf luve (zone alt~ree) est donc de • K n (4.10 .7 - 10 .8 ms") .

H y d r o c h h n i e L'un des obJectifs ~i te rme de notre act ion de

recherche pluridiscipl inaire e tan t de dresser les

mesu re s de conductivit6 realisee en ma i 1987 sur tous les forages, apres net toyage et developpement , a insi que su r I t s sourc ins a donn~ les resu l ta t s su ivan t s :

Les sourc ins ont des conduct lvi tes t res basses , parfois Inf~rieures ~ 10ps.cm ~. les p lus basses que

10-3 10_4 _s IT J _ [lO_6

1

3 I i

2

5 | i

10 I I I !

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I

I

I

F I I-ZX

B- -F 6 - - /x

Z~

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Fig. 4. Transmissivites des alterites des hauts plateaux malgaches (5 et 6) comparees ~i celles des alterltes du socle ouest africain (1 Benin; 2 Burkina Fasso: 3 C6te d'Ivoire; 4 Togo, In Engalenc, 1978).

A : valeurs ~I la descente; B : ~i la remontee (F,_~o forages testes, Fig. I). 7 : fourchette des transmisslvltes de l'enaemble du systeme d'alteratlon obtenue apres un test statlstlque (probablllte de 95%).

150

1OO.

50

o

Dynamique en hautes eaux des aquiferes d'altedtes sur les hauts plateaux cristallophylliens de Madagascar 605

Conduct iv i t~ ~ 20*C (us.cm-I)

~ d e pompage(heures)

200

Fig. 5. E v o l u t i o n d e s c o n d u c t i v i t 6 s d e s f o r a g e s e n c o u r s de p o m p a g e .

figure 5. On dis t ingue t rois c o m p o r t e m e n t s dlffe- ren ts :

- u n premier groupe de forages, peu minera l i ses au depar t (type F 9 et a u s s i FT), a c c u s e des les premiers t e m p s de pompage une faible d iminut ion de la conduct lvi te pu i s une s tabi l l sa t ion a une va leur (20~ts.cm ~) voisine de celles des sourc lns ;

- u n second groupe de forages, ~ mlnera l l sa t ion forte (type Fs), ap res que lques acc iden ts en d e b u t de pompage, p resen te u n e diminut ion reguliere de la conduct iv i te pu i s une s tabf l i sa t ion vers 751as.era-I;

- u n t rois leme groupe p resen te des pies repe tes et impor tan t s de conduct ivi te , affectant une pseudo- s tabi l i sa t ion vers les va leurs b a s s e s (type Flo) ou vers des va leu r s m o y e n n e s a fortes (type F6).

A l ' issue des t e s t s hydrau l iques , l 'existence d 'un aquffere b l couche a 6te avancee. Ce module, alte- r i tes en sur face et a renes-gran i te f i ssure en profondeur , pe rme t d ' in terpre ter t o u s ces r e su l t a t s et s 'en t rouve alnsi confirme :

- les forages du premier g roupe exploitent essen- t ie l lement l 'eau des alterites, d'ofl une rapide sta- bt l lsat ion a une conduct ivi te de 20 ~us represen ta - tive de cet aquff~re libre de surface;

- les forages du second groupe a t te ignent l 'aquifere des a r enes et du grani te f issure. Ils foumls -

Tableau 1 : Teneur en mg.1 ~ des eaux de surface et des forages en cours de pompage (Mai 1987).

Edaanullon X X pH Ca *+ Mg ÷* Na* K* X* HCO~- C1- SO~- N 2 + SzO 2 Ferram Labo Labo meq 1 -t (NOF) meq 1

Sourcm I 13 13 7,05 0,15 0,10 1 ,65 0,70 0,11 8,30 0,20 0,05 0,05 0,15 10,5 Sourein 6 10 7 6,45 0,25 0,20 0,60 0,60 0,07 7,10 0,10 0,65 0,05 0,14 9,5 Forage F.9 (+7h) 17 15 6,80 0,30 0,15 0,75 2,20 0,11 6,35 0,10 0,45 0,75 0,17 9,0 Forage F.8 (+ lh) 98 73 7,90 5,80 1,80 3,00 2,80 0,64 55,15 0,40 1,30 0,05 0,95 10,6 Forage F.4 (+ 31130) 90 67 7.55 3,90 1 , 2 0 4,60 (2,60) 0,56 51,25 0,60 1,20 0,05 0,88 > 12,0 Forage F.5 (+ lh) 29 21 7,15 0,60 0,70 0,40 1,50 0,14 18,55 0,50 0,05 0,05 0,32 7,0 Exutoire 24 21 7,15 0,90 0,50 3,60 0,50 0,26 14,65 1,10 0,65 0,10 0,29 8,9

n o u s ayons j a m a i s m e s u r e e s s u r des eaux souter- mines , ce q u l t r a d u i t une q u a s i - a b s e n c e de mln~- ra l i sat lon .

Les conduc t iv i t es des eaux des forages presen- ten t une grande variabfli te et peuven t etre regrou- pees en deux families, l 'une a conduct iv i te falble (Fl. Fg, F10) voisine ou tr~s leg~rement supe r i eu re celle des sourc ins , l ' aut re fi conduct iv i te moyenne , 6gale ou supe r i eu re ~i 100~s.cm "I (F2. F3. F4. Fs. Fv, Fs).

On r e m a r q u e r a que su r deux forages (F 3 et Fs), les conduc t iv i tes de fond son t tr~s slgnlf icat ivement s u p e r i eu r e s a celles de surface, ce qui suggere d6j u n e s trat i f icat ion de l 'aquffare.

B. Var ia t ion des c o n d u c t l v i t ~ s en cours de p o m p a g e . Les p r inc ipaux p h e n o m ~ n e s affectant les conduc t iv i t es de l 'eau des forages au c o u r s des t e s t s h y d r a u l i q u e s ont ete r eg roupes s u r la AES 9:3/4-0

sent d 'abord une eau assez mineral ls~e (I00 ~ts) carac ter is t ique de cet aquifere, pu l s s o u s l'effet de l ' a r r lv~e par dra inance des eaux des al ter i tes pre- s en ten t une dec ro i s s anceJusqu ' a u n pseudo-equ i - fibre;

- les forages du troisi~me groupe son t affect6s d 'arr ivees b ru t a l e s d ' eau minera l i see en prove- nance des f i s su res du granite, soit pa r sui te de leur ouver ture s o u s l'effet du d~veloppement , soit peu t - etre ~ c a u s e de var ia t ions differentlelles de pres- s ion et de debit. Sans ces acc iden ts fls pour ra len t se r a t t acher ~i l 'un ou l 'autre des g roupes prece- dents.

C. Ch l ml e des d l f f erent s t y p e s d'eau. Les ana lyses ch imiques r a s s e m b l e e s d a n s le t ab leau I pe rmet t en t de conna i t re la compos i t ion chimique des p r inc ipaux types d 'eau, de sur face (sourcins et

606 J.C. GRUaX~, B. BLAVOUX, J.H. RAKOTOND~E et M. Ratn~-r

exutoire d u b a s fond), des al ter i tes (F~ et F 5) et du grani te f i ssure {F 8 et F4).

II es t t res difficfle d 'obteni r une ba l ance Ionique 6quilibree lots de r a n a l y s e d ' eaux t res peu minera- lisdes. On r e m a r q u e r a u n excedent sys t6mat ique de la s o m m e des an ions (~.-) s u r celle des ca t ions (~ ÷). Cette difference impor tan te en pourcen tage ne d e p a s s e c e p e n d a n t pa s 0,3 meq et on peu t cons ide re r les r6su l t a t s c o m m e accep tab les (S tandard methods) . Toutefols, une legere evolu- t ion de rechant f l lon au c o u r s de sa conserva t ion est percept ib le q u a n d on compare la conduct ivi t6 in s i tu a celle m e s u r e e pa r la sui te lors de rana lyse cn France , par t i cu l ie rement pou r les eaux minera- lis6es (Tableau 1). L'alcalinit6 et le pH n ' ayan t pu ~tre m e s u r e s s u r le ter ra in on ne peu t exclure une precipi ta t ion de ca rbona t e de ca lc ium en cou r s de

I~0

meq. 1- ]

0, I

0 , 0 l '

conservat ion, b ien que tou t e s les e aux solent agres- sives au m o m e n t de r ana ly se au laboratoire. Des explicat ions seront r eche rchees a roccas ion d 'une p rocha ine mission.

Toutes les eaux son t b i ca rbona t ee s mixtes avec c e p e n d a n t une legere p r edomi nance des alcalins (sodium et, ou po tass ium) d a n s les eaux de surface et dans l 'aquifere des altdrites, et du calc ium dans raquffere des a r enes et du grani te fissure. Les concen t ra t ions dc t o u s l e s e lements son t extreme- men t faibles d a n s les eaux de sur face et dans celles des alterites; cUes son t faibles a m o y e n n e s darts les eaux du granite, avec une augmen t a t i on des te- n e u r s de t o u s l e s ca t ions (pr incipalcment des b icarbonates) e t a u n degr6 moindre des sul fa tes du c0t6 des an ions (Fig.6). Les t e n e u r s en chloru- res res ten t t ou jou r s t res faibles. Cette observa t ion implique non s e u l e m e n t une t e n e u r faible en CI- des plules, ce qui parai t normal en al t i tude et t res Ioln de lamer, mais aussi rabsence de concentra- tion par ~vaporation lors dc l ' inflltration des eaux me teo r lques s u r les versan ts . Les t e n e u r s en nitra- tes de t ou t e s les eaux son t insignifiantes, ce qu'il conviendra de p rendre en compte pou r ra l imenta- t ion des rlzieres de b a s fond. Enfin, les t eneu r s en sflice d i s sou te (voisines de 10 mg. r I) sont conse- quen te s compte t enu de la t res faible mineral isa- t ion de l 'eau, mais res ten t mode ree s pa r rappor t aux t eneu r s genera lement observees en Afrique occidentale.

De n o m b r e u x a u t e u r s parmi lesquels Lelong (1966), Tardy (1969), Kikietta (1978), Campaore (1980), Fatllat (1986}, ont fait des e t u d e s compara - t ives des eaux de pu i t s (alterites) et de forages {arenes et granites), n o t a m m e n t en COte d'Ivoire et au Burk ina -Fasso . Comme eux, e t a part i r de ces premieres donnees , n o u s m e t t o n s en evidence ~i Madagasca r la not ion de stratification chimique des eaux de socle et r e t rouvons les m 6 m e s caracter is t iques phys ico-ch imiques et les m e m e s facies hydrochimiques . II faut soul igner c e p e n d a n t la p lus grande dilution des eaux recol tees jusqu'~i p resen t s u r notre site experimental .

CONCLUSIONS

Ca ++ Hg ++ Na + e l - S0~- HC0~ d-

K+

Fig. 6. Prlnclpaux types hydrochimiques du p~rlmetre exp~rlmenta] d'Ambohitrakoho. 1: sourcin ($1); 2: aquif~re des alterltes {F~); 3: aquif~re des ar~nes et du granite [Fa}:

4: exutoire du bassin.

Le module hydrauIlque bieouche, c o u r a m m e n t adopt6 p o u r les aquiferes de socle cristaUophyll ien en zone sahdl ienne (Engalenc et aL 1979) (Cefigre 1983, 1984), et s o u d a n a i s e (FaiUat 1986), parai t se verifier en domaine Intertropical h u m i d e d 'al t i tude (hauts p l a t eaux de Madagascar) . D a n s ce domaine, il semble c e p e n d a n t fonc t ionner de ma- niere p lus complexe, t ou t du mo ins en h a u t e s eaux : a l imente pa r son impluv ium sus-Jacent , le reser- volr fibre des alterites, he te rogene et anisotrope, 6volue s u r le p lan d y n a m i q u e d 'une fa~on qui lui est propre. 11 se vidange p rogress ivement par une

Dynamique en Mutes eaux des aquif~res d'alt6ntes sur les hauts plateaux cristallophylliens de Madagascar 607

ligne d ' emergences c i rconsc r i t e s a u t o u r des bas- fonds. S i m u l t a n e m e n t , l ~ o r i z o n aquff6re p lus p rofond (arenes grenues-socle) v r a i s em b l ab l emen t a l iment6 p a r u n e aire de r echa rge b e a u c o u p p lus lointaine, es t en cha rge s o u s u n in ter face argi leux seml-permeable .

S u r le p l a n ch imique , les e a u x pre levees s u r le per lm~tre expe r imen ta l son t t ras fa ib lement a fai- b l eme n t minera l i sees , et p r e s e n t e n t t ou t e s u n facies de type b i c a r b o n a t e mlxte s a n s ca t ion vrai- m e n t p r e dominan t . L 'eau de l 'aquff~re libre des alt~rites es t t r es p e u mmera l i s ee avec u n e conduc- tivit6 vois ine de 20 ]~S.cm -I. Le sod i um et le potas- s ium y sont d o m i n a n t s et les t e n e u r s t r es b a s s e s en c h lo ru r e exc luen t u n e evapora t ion significative Iors de l ' inff l trat ion des e a u x me t eo r i ques s u r les ve rsan t s . La compos i t i on ch imique de cet hor izon superficiel es t t r es p roche de ceUe des sou rc in s et conf i rme ainsi sa v idange en h a u t e s e aux pa r cet te ligne d ' emergences . Q u a n t ~i 1'aquffere semi captff des a r e n e s et du grani te , sa minera l l sa t ion est faible et sa conduct ivi t6 , ho r s soll ici tat ion pa r pompage , est a peine s u p e r i e u r e a 100 ~S.cm ~. Cette a u g m e n t a t i o n de mine ra l i s a t ion se man i - feste s u r t o u s les ca t ions , avec d o m i n a n c e de ca lc ium, et du cote des an ions essen t i e l l ement s u r les b i ca rbona te s , et p lus l egarement su r les sulfa- tes. Les var ia t ions des conduc t iv i t e s lors des t e s t s h y d r a u l i q u e s s ' exp t iquen t pa r la s t r a t i f i c a t i o n de I'aquif~re, et le mode le b i couche mis en evidence pa r l ' e tude h y d r o d y n a m i q u e est a ins i confort6. En par t icul ier , la dra inance en p r o v e n a n c e des altO- r i tes est aus s i per~ue pa r la chimie et se m a r q u e p a r u n e ne t te dilution.

L 'un des obJectifs a t e rme 6tant d 'evaluer les b i lans h y d r i q u e s et m i n e r a u x des bas - fonds agricoles, ces effets de d r a i n a n c e devron t -e t re pr is en compte pa r t i cu l i e r emen t au cou r s du t a r i s s e m e n t genera l d u r a n t la sa i son s~che. Ces p r o c e s s u s son t ac tue l l emen t ~ l '6tude, en par t icu l ie r en per iode d 'et iage avanc6, a la ver t icale des r izieres au n iveau des ba t t e r i e s de p iezometres .

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