UNEP / UNESCO / UN-HABITAT / ECA URBAN POLLUTION OF SURFICIAL AND GROUNDWATER AQUIFERS VULNERABILITY IN WESTERN AFRICA

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1 1 UNEP / UNESCO / UN-HABITAT / ECA URBAN POLLUTION OF SURFICIAL AND GROUNDWATER AQUIFERS VULNERABILITY IN WESTERN AFRICA AQUIFERE SUPERFICIEL ET POLLUTION URBAINE EN AFRIQUE DE L OUEST RAPPORT D AVANCEMENT DU SENEGAL (DECEMBRE 2003) Coordinateurs : Messieurs : Abdoul Aziz TANDIA, Département de Géologie, Faculté des Sciences et Techniques, Université Cheikh Anta DIOP, Dakar-Fann Ibrahima DEME, Département de Géologie, Faculté des Sciences et Techniques, Université Cheikh Anta DIOP, Dakar-Fann

2 2 SOMMAIRE Introduction PREMIERE PARTIE : Synthèse des données existantes 1. Géographie 2. Climat 3. Géologie et hydrogéologie DEUXIEME PARTIE : Résultats des travaux réalisés dans le cadre du projet 1. Profondeur de la nappe 2. Hydrochimie 2.1. Faciès chimique des eaux 2.2. Paramètres physico-chimiques Conductivité ph de la nappe Température 2.3. Répartition des ions majeurs dans la nappe phréatique de la région de Dakar Les nitrates Les chlorures Les sulfates Les carbonates et bicarbonates Le calcium Le magnésium Le sodium

3 Le potassium 3. Etat actuel et suivi de la pollution 3.1. Sources de pollution 3.2. Etat de la nappe 3.3. Suivi de a nappe Les points de suivi Les paramètres étudiés 4. Vulnérabilité de la nappe 4.1. Elaboration de la carte de vulnérabilité (2003) de la nappe phréatique de la région de Dakar

4 4 Introduction : Le projet Aquifères superficiels et pollution urbaine en Afrique est une activité développée conjointement par le PNUE-DEWA (Division de l évaluation scientifique de l alerte précoce) comme l agence Maître d œuvre du projet et l UNESCO/PHI comme le partenaire pour son exécution. Le projet a été conçu en collaboration avec UNCHS / Habitat et la CEA (Commission Economique Africaine). Après une première phase qui a abouti à l élaboration d une carte de vulnérabilité des nappes urbaines dans six pays de l Afrique de l Ouest, la deuxième phase du projet a été lancée lors de la réunion de Nairobi Kenya du 11 au 13 mars Les objectifs visés dans cette deuxième phase sont : - développer des méthodologies adéquates pour une surveillance optimale de la contamination réelle et potentielle des aquifères superficiels et profonds des nouvelles villes sélectionnées par le projet - actualiser et harmoniser les acquis du projet sur la pollution des aquifères superficiels et profonds en milieu urbain africain - établir un réseau d alerte rapide et d échange d information en cas de pollution des ressources d approvisionnement - déterminer l état et la vulnérabilité des nappes des villes choisies PREMIERE PARTIE : Synthèses des données existantes Le présent travail sera basé principalement sur les banques de données et les documents disponibles : - au SGPRE du Ministère de l Hydraulique (rapports techniques internes etc ); - au Département de Géologie de la Faculté des Sciences et Techniques de l UCAD (mémoires de DEA, de thèses etc ); - au Département de Géographie de la Faculté des Sciences humaines et de lettres de l UCAD (mémoires de DEA, de thèses etc ); En effet, la nappe des sables quaternaires a fait l objet d assez nombreuses études concernant son alimentation (Martin, 1970; Gaget, 1920; Hubert, 1918), la potabilité des eaux (OMS, 1972; BRGM, 1967) et la dynamique saline (Gaye et al., 1989). De même, les Départements de Géologie de Géographie de l Université Cheikh Anta Diop et la bibliothèque du Ministère de l Energie, des Mines et de l Hydraulique disposent d une importante base de données sur la nappe phréatique de la région de Dakar. La synthèse a permis d avoir les informations sur les paramètres suivants : la géographie, la climatologie, la géologie et l hydrogéologie. 1. Géographie Sélection de la zone :La zone sélectionnée correspond à la presqu île du Cap-vert dans la région de Dakar (Fig. 1). Dans cette zone, l alimentation en eau potable des populations repose pour 80% sur l exploitation des eaux souterraines. Déjà de 1925 à 1939, le captage des eaux de la nappe phréatique par les forages d exploitation

5 5 fournissait un débit de 3000 m 3 j -1 (Martin, 1970). L augmentation de la population qui passe de en 1933 à habitants en 1946 imposa une augmentation des débits de pompage à m 3 j -1 en suite à m 3 j -1 en Il s ensuivit une intrusion marine dans les ouvrages situés à proximité du littoral où l eau salée est directement en contact avec l eau douce de la nappe phréatique. Les premières mesures prises furent la fermeture de certains ouvrages d exploitation envahis par le biseau salé et la mise en service de la nappe phréatique de la zone périurbaine de Dakar. Plusieurs ouvrages d exploitation y furent ainsi réalisés. Cependant, à cause du développement de l'habitat informel dans cette zone périurbaine, le risque de contamination de la nappe phréatique par les nitrates d origine anthropique s accroît ; ce problème a été signalé par certains auteurs (OMS, 1972 ; Collin et Salem, 1989). Lorsque la pollution nitratée survient, elle peut, d'une part être un risque sanitaire pour les populations qui consomment directement les eaux des puits contaminés et d'autre part perturber temporairement la distribution de l'eau potable. Pour l endiguer, il faudra déterminer son origine et définir les modèles adéquats de son évolution. C'est pourquoi une prévention rigoureuse, basée sur une analyse systématique des différents phénomènes impliqués est importante pour étudier leur évolution. Ceci constituera, pour le distributeur d'eau, une donnée capitale en amont pour orienter une bonne politique de gestion des ressources en eau contaminées. Dans le cadre de notre projet, pour étudier la contamination de la nappe des sables quaternaires de la région de Dakar par les nitrates, nous allons entreprendre des campagnes de prélèvement et d analyse d'eau de la nappe phréatique sur une trentaine d ouvrages d exploitation et de surveillance (puits, forages, piézomètres). Figure 1 : Localisation de l aquifère étudié

6 6 2. Climat La climatologie de la zone intertropicale est caractérisée par une dynamique complexe liée à des transferts énergétiques qui sont essentiellement contrôlées par les centres d action de Sainte Hélène (Atlantique sud), des Açores (Atlantique nord) et celui de la zone saharo-libyenne (Nord-Est africain) (Leroux, 1983). Les deux centres d action de Sainte Hélène et des Açores aboutissent à la convergence de deux masses d air que sont l harmattan (alizé continental et sec) au nord et la mousson (alizé maritime humide) au sud dont l épaisseur maximum est d environ 3000m (Olivry, 1989). Le contact au sol de la mousson et de l alizé continental constitue le front tropical (FIT) qui est très fluctuant au cours de l année. Sa surface frontale est très inclinée vers le sud de sorte qu elle évolue sous l harmattan. Le FIT se déplace entre les 20 ème et 4 ème parallèle nord qu il atteint respectivement en juillet et en janvier. Dans la frange sahélienne, ce sont les différentes positions du FIT qui sont à l origine des saisons sèches et humides (Olivry, 1983). Au Sénégal le climat est de type tropical subdésertique ponctué par des étés humides et des hivers secs. Par contre, la presqu île du Cap-Vert qui a une position avancée dans l atlantique, est caractérisée par un microclimat de type côtier. Celui-ci est fortement influencé par les alizés maritimes et la mousson qui s'établissent respectivement de novembre à juin et de juillet à octobre suivant des directions N-NW et S-SE (Le Borgne, 1988;Olivry, 1989). Précipitations : Les précipitations de la saison des pluies sont générées par la mousson qui provient de l alizé issu de l anticyclone de Sainte Hélène. Celle-ci se charge d humidité et atteint le Sénégal selon le sens Nord-Est dès le mois d Avril. La durée, l intensité et la répartition saisonnière des pluies en un endroit donné varient considérablement d une année à l autre, en particulier dans les régions où les pluies sont les moins abondantes (Olivry, 1983). Du sud au nord, la durée moyenne de la saison des pluies est respectivement de 5 à 3 mois, induisant un gradient latitudinal auquel se surimpose un gradient Est-Ouest avec des pluies qui sont plus abondantes sur la côte qu à l intérieur. Dans la région de Dakar, les hauteurs annuelles des pluies sont actuellement situées entre 500 et 600mm et les fréquences des hauteurs de pluies journalières moyennes de la période 1921 à 1989 montrent que la quasi-totalité des précipitations se situe entre 0,1 et 50mm. Le tableau 1 montre que le cœur de la saison des pluies se situe aux mois d Août à Septembre avec respectivement des maximums de 493mm et 365mm, la saison sèche se situant entre les mois d Octobre à Novembre aux mois de Mai à Juin. Tableau 1 - Caractérisation des pluies mensuelles à Dakar (Données de la météorologie nationale; ) J F M A M J J A S O N D Maximum ,2 0, Quartile supérieur

7 7 Moyenne Médiane Quartile inférieur Maximum = valeur la plus élevée ; Moyenne = valeur moyenne ; Médiane = valeur dépassée ou égalée dans 50% des cas ; Quartile supérieur = valeur égalée ou dépassée 25% des cas) ; Quartile inférieur = valeur dépassée ou égalée dans 75% des cas. Le régime actuel des précipitations est caractérisé par une persistance de la baisse des hauteurs de pluie depuis les années Cette sécheresse a ramené les isohyètes moyennes à 200mm au Nord et 1200mm au sud contre 400mm et 1500mm (Fig.2) au cours des périodes précédentes (Leroux, 1983). Ce déficit des précipitations à partir de 1969 est visible sur la moyenne mobile des précipitations calculée au pas annuel sur 5ans. Figure 2 : Répartition actuelle des isohyètes au Sénégal Température : La température moyenne annuelle calculée sur la période est de 24 C. Cette température qui est inférieure à celle de la zone nord (29 C) est fortement influencée par l effet de la mer. L influence maritime entraîne, par rapport au

8 8 reste du pays une faible différence de régime saisonnier marqué par une période chaude qui va de mars à octobre et une période froide allant de novembre à février. Humidité relative : Les variations de l'humidité relative dépendent en partie de la température de l air et des caractéristiques hygrométriques des masses d air. L évolution annuelle de l humidité relative de l air est aussi tempérée par l influence maritime et la moyenne annuelle se situe autour de 70%. Les valeurs les plus élevées coïncident avec le cœur de la saison des pluies et les faibles aux mois d Avril-Mai et Octobre à Décembre-Janvier. Evaporation et évapotranspiration : L évaporation et l'évapotranspiration correspondent à des phénomènes de perte de l eau sous forme de vapeur. Ils dépendent de phénomène physique et physiologique. Les valeurs de l évaporation Piche oscillent entre 90mm en Septembre et 120mm en Décembre-Janvier et celles de l évapotranspiration Turc évoluent entre 141mm (Septembre) et 173mm (Avril-Mai). L évaporation Piche annuelle s élève à 1500mm alors que celle de l EPT Turc annuelle est autour de 1830mm (Gaye, 1990). Radiation, insolation :La radiation et l insolation sont des paramètres qui interviennent dans la quantification des phénomènes de l évapotranspiration (formules de Turc, de Penmann, etc.). La radiation est exprimée en cal/cm 2 /j alors que l insolation est exprimée en heures et minutes. Les fortes valeurs de radiation et d insolation correspondent à des températures très élevées et les faibles valeurs à des températures basses et inversement. Sur la période de 1980 à 1997, l insolation moyenne varie de 7,1 h/j pendant la saison pluvieuse où le ciel est toujours nuageux à 8,8 h/j pendant la saison sèche où le ciel est bien dégagé (tab.2). Quant à la radiation, la valeur moyenne mensuelle la plus élevée est de 2462 J/cm 2 et se situe dans la période allant de Mars à Juin, alors que la plus faible est de 1340 J/cm 2 correspondant aux mois de Juillet à Février. Tableau 2 - Insolation moyenne mensuelle (heures/jour) à Dakar sur la période 1980 à 1997 (Données de la météorologie nationale) A/m Jan Fév Mars Avr Mai Juin Juil Août Sept Oct Nov Déc

9 Moy Vents : Le régime des vents est caractérisé par une variation saisonnière des directions dominantes avec des vents du nord ou alizés (Novembre à Mai) et des vents du nord-est ou harmattan. A partir de la période Avril-Mai, c est le vent de mousson qui s installe. Les vitesses moyennes mensuelles (Tab.3) évoluent entre 2,9m/s pendant le mois de septembre et 5,3m/s pendant le mois de Mars. Tableau 3 - Vitesse moyenne des vents (m/s) à Dakar sur la période 1980 à 1997 (Données de la météorologie nationale) A/m Jan Fév Mars Avr Mai Juin Juil Août Sept Oct Nov Déc Moy Géologie et hydrogéologie La géologie du Cap-Vert s'inscrit dans celle du bassin sénégalo-mauritanien et la stratigraphie locale est connue grâce aux affleurements, aux prospections pétrolières et aux forages hydrauliques (Fig.3) Le socle anté-mésozoïque se situerait à la verticale de Dakar à une profondeur de 8000 m ou plus. Des dépôts marins continus allant du Lias à

10 10 l Oligocène sont connus. Entre le Miocène et le Quaternaire, se produisent différentes manifestations volcaniques, des altérations latéritiques à l origine de cuirasses et des dépôts de sable éoliens et littoraux. Au plan structural, la partie du bassin comprise entre Thiès et Dakar a été affectée par des failles verticales (direction Nord-Sud à NE-SW) qui sont à l origine de la formation des horsts de Diass et de Dakar qui encadrent le graben de Rufisque- Sangalkam où les dépôts sont subsidents. Un basculement général a en outre affecté ces horsts. Leur partie sud s est soulevée, exposant à l affleurement des terrains du Crétacé terminal et du Tertiaire (entre Yène et Popenguine dans le horst de Diass et au sud de Dakar), alors que leur partie nord s est enfoncée et a été recouverte par d importants dépôts de sables (dépressions du lac Tanma dans le horst de Diass et de Cambéréne- Malika à Dakar). Figure 3 : Coupe géologique de la région de Dakar (Mudry et Travi, 1992) La série stratigraphique concernant les formations tertiaires (qui constitue le substratum de l aquifère étudié) et quaternaires est composée de la manière suivante (Fig. 4) : - Pour les formations tertiaires, les âges (Epoques de l échelle stratigraphique) représentés sont successivement de bas en haut : le Paléocène, l Eocène inférieur (Yprésien), l Eocène moyen (Lutécien et Bartonien), l Eocène supérieur (Priabonien), l Oligocène et le Miocène/Pliocène. Ces formations sédimentaires et volcaniques affleurent bien au sud de Dakar. Elles ont été reconnues au nord par les forages pétroliers. - Le Paléocène : Il est représenté surtout par des marnes et calcaires argileux constituant la formation des Madeleines. Celle-ci affleure dans l Anse des Madeleines, à la plage des Enfants et autour du Port Autonome de Dakar. Ces marnes ont été traversées sur 81 m et sur 105 m et reposent en discordance sur le Maastrichtien. La formation des Madeleines date de la totalité du Paléocène (Castelain et al.,1966). La Formation de l Hôpital autrefois attribuée à l Eocène inférieur est maintenant datée du Paléocène supérieur (Sarr, 1995). Selon cet auteur, ces limons constituent un équivalent altéré et

11 11 silicifié de la partie supérieure des marnes des Madeleines. Les silts argileux silicifiés de l Hôpital constituent les falaises du sud de la ville de Dakar. - L Eocène inférieur (Yprésien) : Dans les forages au nord de Dakar, la formation des Madeleines est surmontée par des argiles et marnes datées de la base de l Eocène inférieur, l épaisseur totale de l Yprésien étant de 105 m. A l affleurement, l Eocène inférieur correspond aux Argiles de la Prison (15 m d épaisseur) sur la plage de Rebeuss (Castelain et al., 1966). - L Eocène moyen (Lutétien et Bartonien) : Il affleure à Dakar dans les Marnes de la Poudrière et les calcaires argileux de la plage Bernard. Ces terrains datent du Lutécien inférieur (Castelain et al., 1965 ; Sylla, 1999). Le sommet de l Eocène moyen (Bartonien) est connu uniquement en sondage et correspond à la base des Argiles de Yoff. D une épaisseur totale de 110 m, ces argiles beiges reposent en discordance sur l Eocène inférieur (Spengler et al., 1966). La mer s est retirée de la plus grande partie du bassin sénégalais après l Eocène moyen. - L Eocène supérieur (Priabonien) : Il est représenté par la partie supérieure des argiles de Yoff connues par sondage. - L Oligocène : A cette époque, la quasi-totalité du bassin sénégalais, à l exception du golfe casamançais émerge par suite du retrait de la mer amorcé dès la fin de l Yprésien (Sarr, 1995). Celle-ci ne subsiste que dans de petits golfes entre Dakar et Tivaouane. A Dakar, l Oligocène n est connue que par des Calcaires à Lépidocyclines emballés dans des tufs volcaniques de l Anse Bernard. - Le Miocène et le Pliocène : C est une période d altération et d érosion continentales qui s accompagnent d une intense activité volcanique. Le système éruptif du volcanisme de Dakar (coulées de basalte et tufs volcaniques) se met en place au sud de la presqu île (Cap Manuel, Gorée, Rufisque). De nombreuses venues volcaniques ont été recoupées par les forages au nord et au nord-est de Dakar. Le volcanisme de Dakar est surmonté par une cuirasse latéritique datée du Pliocène à la base du Pléistocène (Tessier et Lappartient, 1967). Le contact entre ces formations est bien visible à la Pointe de Fann. - Pour les formations quaternaires, elles correspondent à une époque d altération continentale caractérisée par des fluctuations climatiques et eustatiques. L étude des affleurements et des forages de la presqu île du Cap-Vert (Hébrard, 1966 ; Crévola et Gaye 1979 ; Barusseau et Gaye 1983) permet de distinguer un Quaternaire ancien sableux marqué par le volcanisme des Mamelles, et un Quaternaire récent dominé par des pulsations climatiques et des fluctuations du niveau marin qui sont à l origine de dépôts sableux et de plages soulevées rencontrées à Dakar et environs.

12 EPOQUES NATURE LITHOLOGIQUE Lithologie 12 LOG LITHO- - LOGIQUE DESCIPTION EPAISSEUR (m) Q U A T E R N A I R E subactuel Ogolien Acheuleen Inchirien Cordon littoral Dunes de Cambèrène Plage à Arca Dunes rouges Alluvions graveleuses Basalte Sable infrabasaltique Aquifères Aquifère Perméabilité moyenne Forte Moyenne Forte Imperméable Perm. forte Pliocène Latérite Imperméable 70 Miocène Tufs volcaniques à blocs calcaires 87.5 Oligocène Ankaratrite 52.5 T E R T I A I R E Eocène sup Lutécien Marnes brunes Marno-calcaires Marnes jaunes imperméable Imperméable Eocène inférieur Argiles silicifiées imperméable paléocène Marnes à lits calcaires II Maestrich- -tien Argiles Figure 4 : stratigraphie de la presqu île du Cap Vert

13 13 Le Quaternaire ancien est caractérisé par les lithofaciès suivants : - Les «sables infrabasaltiques» : Ce sont les plus anciens dépôts quaternaires connus et ils reposent sur la latérite fini- tertiaire. Ces sables affleurent à la base des premières coulées du volcanisme des Mamelles sur le littoral entre Mermoz et Ouakam. Ils ont été retrouvés dans les forages de la tête de la presqu île. C est un ensemble de sables et argiles à coquillages marins ainsi que sables argileux et dunaires. Cette assise est attribuée à l Inchirien inférieur dans la stratigraphie régionale et son épaisseur maximale connue est de 74 m. - Les produits volcaniques : Ils sont liés au volcanisme des Mamelles dont le centre d émission est situé à l ouest de la tête de la presqu île (Mermoz, Ouakam). Il est marqué par le dépôt de produits pyroclastiques (cinérites, tufs, ponces et bombes volcaniques) et de coulées de basanite doléritique qui se sont mis en place entre le Pléistocène inférieur (1,4 Ma) et le Pléistocène moyen. Ces produits volcaniques affleurent largement au nord-ouest de la presqu île ( de la pointe de Fann à Yoff) où ils forment des falaises littorales ainsi que les collines des Mamelles. Les dolérites de ce volcanisme se rencontrent en forage jusqu à la Patte-d Oie et sont interstratifiés avec des sables dunaires de l Inchirien inférieur. Les dernières coulées volcaniques ont été datées à Mermoz de ans (Crévola et al., 1994). - Les grès à ciment calcaire de Yoff (beach-rocks ) : Ils se retrouvent sur le littoral de Yoff au dessus du niveau marin actuel et reposent sur les basanites doléritiques du volcanisme des Mamelles par l intermédiaire du niveau ferruginisé de Tessier (Toundi Riya). Ces grès correspondent à un épisode marin transgressif de l Eemsien ( à ans BP) et sont associés d une part à des coquilles de Lamellibranches (huîtres) et de gastropodes et d autre part, renferment des foraminifères. Ils se sont déposé sur le littoral puis ont été repris par les vents (dunes à stratifications obliques) (Tessier et al ; Lappartient, 1985). - Les alluvions graveleux : Ils sont formés de sables grossiers et de graviers reposant en discordance sur des marnes, des argiles pyriteuses, de la latérite et des ables dunaires infrabasaltiques. Elles constituent un niveau lenticulaire d une épaisseur maximale de 30 m et se rencontrent essentiellement à Thiaroye. Ces alluvions correspondent à une accumulation en domaine littoral dans un contexte régressif et en climat humide qui régnait au Pleistocène supérieur ( ans BP). A la même époque, se déposent par colluvionnement et ruissellement dans les cuvettes représentant des cours d eau temporaires les limons du champ de tir de Fann et les limons de Yoff. Ce sont en fait des sables argilo-limoneux, parfois des argiles sablo-limoneuses. Ils renferment des graviers (pisolithes) ferrugineux, des restes préhistoriques (industries de l Acheuléen) et serraient issus du niveau latéritique et de l erg Ogolien I (Elouard et al., 1967). Quant au Quaternaire récent, il est caractérisé par les éléments suivants : - Les «dunes rouges» de Pikine : Elles correspondent à des sables à grain de quartz entourés d une pellicule rubéfiée d oxydes de fer et affleurent largement à Pikine où ils constituent l Erg de Pikine. Ils se rencontrent dans les sondages où ils peuvent être blanc-beiges, ou jaune-rouges. L épaisseur maximale se rencontre au nord-est de Dakar,

14 14 dans le forage de Beer Thialane (50 m). La formation des dunes rouges s est déposée à l Ogolien II ( à BP) au cours du maximum de la régression post- Inchirienne où le niveau marin est descendu à la cote 100 m par rapport au niveau actuel (Hébrard, 1966). Le climat était désertique et un puissant massif dunaire aligné suivant la direction NE-SW s est installé depuis le sud de la Mauritanie jusqu à la Gambie. - Les plages soulevées à Anadara senilis (Linne) : Elles correspondent à un dépôt de sable vaseux riche en coquilles dont Anadara senilis est l espèce dominante. Les affleurements se présentent en étendues argilo-sableuses plates sans végétation, et montrent souvent des efflorescences salines ; ils portent localement le nom de «tann». Dans la zone de Thiaroye-sur-Mer, le forage Sasif S1 a recoupé ces sables vaseux sur une épaisseur de 11 m. Ce dépôt correspond à l épisode transgressif et humide du Nouakchottien (maximum situé autour de 5500 ans BP) au cours duquel la mer envahit les anciens golfes des lacs Mbeubeuss, Malika, Retba, Youi et Pikine dans la presqu île du Cap-Vert. Le niveau de la plage à Anadara senilis est à l altitude + 3,5 m à Pikine. - Les sables humifères interdunaires des Niayes : Ces sables affleurent dans les dépressions interdunaires de la région des Niayes entre Pikine et Saint-Louis. On les retrouve sous les sables du système dunaire de Cambérène dans les forages et les puits des jardins maraîchers de la zone de Thiaroye : leur épaisseur ne dépasse pas un mètre. Ils proviennent de l accumulation des sols marins par ruissellement dans le fond des dépressions marécageuses interdunaires depuis la période nouakchottienne (Elouard et al,1967) - Les «Dunes jaunes» de Cambérène : Elles s étirent sur une bande large de un à quatre kilomètres entre Yoff et Kayar, sur une longueur de 40 km. La direction des dunes suit généralement celle des alizés maritimes dominants (NNE-SSW). Dans la zone de Pikine, les dunes littorales s avancent par endroits et surmontent les dunes ogoliennes, la plage à Anadara senilis, et les sables humifères interdunaires. Les dunes sont constituées de sable fin orangé d une épaisseur maximale de 15 m. Elles se sont formées au cours d un épisode régressif en climat aride correspondant au Tafoliein de Mauritanie ( 4000 ans BP). - Les plages et «dunes blanches» littorales actuelles : Un épisode transgressif au cours duquel la mer s est avancée jusqu à la cote + 2 m a été enregistré autour de la presqu île de Dakar. Cet épisode appelé Dakarien (2800 à 2000 ans BP) a eu pour résultats la formation des plages à galets et coquilles abondantes (dont Patella safiana) typique des côtes rocheuses observées aux Almadies, à la Pointe de Fann, et à l Anse Bernard. La mer dakarienne a d autre part mis en mouvement d énormes masses de sable immergé à la faveur de la dérive littorale. Ce sont les sables quartzeux fins à débris coquillés (Donae notamment). L accumulation de ces sables a eu pour résultats la formation d un premier cordon littoral qui va fermer l accès à la mer des lagunes héritées du Nouakchottien et la régularisation de la côte nord qui devient plus rectiligne. L île de Dakar est par la suite définitivement reliée au continent par l isthme de Thiaroye. Des oscillations postérieures du niveau marin (entre 2000 ans BP à nos jours) ont permis la mise en place d un second cordon littoral et d aboutir à la configuration actuelle de la côte.

15 15 A l échelle du pays, les auteurs (Le Priol et Dieng, 1985; Le Priol, 1984 ;Pitaud, 1983; Michel, 1973 ) distinguent généralement deux ensembles géologiques qui contiennent les ressources en eau souterraine : un vaste bassin sédimentaire constitué de couches d épaisseurs et de caractéristiques hydrogéologiques variables et un socle ancien constitué de formations éruptives et métamorphiques qui occupent la partie sudest du territoire. Les nappes d'eau souterraines de la région de Dakar sont contenues dans des formations aquifères de nature différentes : la nappe des sables quaternaires avec une partie captive (nappe infrabasaltique - 1) et une partie libre (nappe de Thiaroye - 2), la nappe des formations paléocènes contenue dans des calcaires zoogènes karstifiés et dans des marno-calcaires (3-4 ), et la nappe des formations du Maastrischtien (5) contenue dans des sables et grès calcaires. La région de Dakar tire 80% de sa consommation en eau ( m 3 /j) des nappes souterraines suivantes: nappe infrabasaltique, nappe des sables de Thiaroye en zone périurbaine, nappe des calcaires de Sébikotane et nappe de Pout. Les 20% (39.000m 3 /j) résulte du transfert d'eaux de surface à partir du lac de Guiers situé à 250Km de la localité de Dakar (SONEES, 1986). L aquifère des sables quaternaires de la région de Dakar appartient au système aquifère superficiel général qui regroupe en plus des formations gréseuses, sabloargileuses et quelquefois graveleuses (Hébrard, 1966). Ces dernières correspondent aux formations de l Oligo-Miocène et du Continental Terminal (Tab.4). La nappe de l Oligo-Miocène qui joue un rôle économique très important (Travi, 1988) a une profondeur moyenne qui se situent autour de 15m et un débit journalier estimé à m 3 /j (Lepriol, 1983). Quant à la nappe du Continental terminal, sa bonne exploitation se heurte à la faiblesse des débits et de sa profondeur moyenne qui est de 40 à 60m, donc assez importante. Cette nappe qui assure l alimentation en eau de plusieurs villages a des réserves exploitables qui sont estimées à m 3 /j. (Travi, 1988). Tableau 4 - Principaux aquifères superficiels des formations sédimentaires (M.H/OMS, 1972) Caractérisation Aquifères Station Lithologie Perméabilité (m/s) Transmissivités (m 2 /s) Alluvions plus Delta du fleuve ou moins Sénégal et du Sine argileuses Médiocre à faible Alluvions Saloum sables, latérites remaniées Sables sables infrabasal quaternaires Cap-Vert, tiques, sables à à Littoral nord dunaires Ferlo, Thiès- sables, grès plus

16 16 Continental Terminal l Oligo-Miocène Tivaoune et Siné- Gambie Koungheul, Tambacounda Casamance ou moins argileux sables faiblement argileux 10-4 à à Le système aquifère des sables quaternaires de la région de Dakar est composé de deux nappes : la nappe captive des sables infrabasaltiques qui s'étend sous l extrémité occidentale de la presqu'île et la nappe libre du littoral nord qui prolonge celle des sables infrabasaltiques. Les caractéristiques hydrodynamiques varient selon la nappe (MH/OMS, 1972); dans la partie captive la transmissivité varie de 1,05 x 10-2 m 2 s -1 à 9,4 x 10-3 m 2 s -1 et le coefficient d'emmagasinement est estimé entre 1,25% et 1,5% alors que dans la partie libre, la transmissivité évolue de 1,6 x 10-2 m 2 s -1 à 6,7 x 10-2 m 2 s -1 et le coefficient d emmagasinement de 0,3% à 14%. La porosité efficace a été évaluée à 13%.Le premier aquifère, avec une épaisseur moyenne de 50m est constitué par des sables marins d'âge quaternaire recouverts par une coulée volcanique de type basaltique et le deuxième a une puissance qui varie entre 30 et 80m. Il est composé de sables hétérogènes: des sables grossiers de diamètre 2 à 10mm sont intercalés entre des sables argileux reposant sur le substratum tertiaire et des sables éoliens de diamètre 0,2 à 0,5 mm au sommet.

17 17 DEUXIEME PARTIE : Résultats des travaux réalisés dans le cadre du projet Durant la première phase du projet l équipe du Sénégal a réalisé un certain nombre de travaux dans le cadre du projet dont la digitalisation de fonds cartographiques relatives à l urbanisation (carte des agglomérations, des routes), à la géologie et à l hydrogéologie (carte topographique, cartes des points polluants, des dépressions fermées, des cours d eau temporaires et des points de suivi), à l acquisition de données climatologiques et à la caractérisation bathymétrique, physico-chimique et chimique de la nappe. Ce qui a permis d évaluer la qualité de la nappe et d élaborer la carte de vulnérabilité à la pollution par les composés azotés. Ainsi dans le but d une actualisation des données obtenues lors de la première phase du projet, un travail de terrain a été conjointement effectué par l Université de Dakar et le Ministère de l Energie, des Mines et de l Hydraulique. Cette mission a eu pour objectif de réaliser des mesures in situ et un échantillonnage sur le réseau de surveillance de Dakar. Echantillonnage L échantillonnage a concerné les ouvrages du réseau de surveillance de Dakar (fig 5). Ce réseau est constitué de forages, de piézomètres et de puits. Certains de ces ouvrages sont actuellement non fonctionnels, ce qui en effet a perturbé nos travaux. Deux bouteilles préalablement rincées à l eau distillée ont été utilisées pour l échantillonnage ; l une des bouteilles destinée à l analyse des cations et des nitrates a été acidifiée (acide sulfurique à ph 2) et l autre non acidifiée va permettre l analyse des anions. Au cours de l échantillonnage les paramètres physico-chimiques instables et susceptibles de varier avec le temps ont été mesurés in situ. Il s agit entre autres : - du ph mesuré avec un phmètre à microprocesseur de type HI 9024 C - de la conductivité mesurée avec un conductivimètre de marque HANNA HI Les autres opérations ont consisté à la mesure de la profondeur de la nappe dans les ouvrages avec une sonde piézomètrique lumineuse et à la détermination des coordonnées géographiques des ouvrages à l aide d un GPS 12 Garmin.

18 18 N PIB3 Bad4 %[ %[ %[ Bad3H Point N bis Y P2-1 Bad2H %[ %[ PIB2 %[ Bad6 %[ Frt de Terre Y %[ PIB1 P1-1 %[ Km5 $T P3-4 %[ $T %[ P19 Mbeubeuss P2-5 %[ P2-3 %[ F22 F19 Y P2-6 Y F21 F17 %[ Y P3-2 %[ PSQ1 %[ %[ P3-1 %[ P2-7 Puits109 $T Miles Ouvrages %[ Piézomètre Y Forage $T Puits Limite Dakar Figure 5 : Réseau de surveillance de Dakar Mesures au laboratoire : détermination des ions majeurs Une fois prélevés, les échantillons ont été acheminés au laboratoire d Hydrochimie du Département de Géologie de l UCAD pour leur analyse. Les teneurs en anions (Cl -, NO 3 -, SO 4 2- ) et en cations (Na +, K +, Mg 2+, Ca 2+ ) ont été déterminées par chromatographie ionique à l aide d un appareil DIONEX DX 120. La chromatographie ionique allie un échange d ions et une détection conductivimétrique. A chaque ion correspond un pic dont l aire est proportionnelle à la concentration. L appareil est contrôlé par la station PEAKNET qui comprend un ordinateur avec une carte interface DXLAN et le logiciel PEAKNET installé. Chaque ion est déterminé avec des colonnes spécifiques (anioniques ou cationiques).

19 19-2- Les ions HCO 3 et CO 3 sont déterminés par dosage volumétrique en présence d indicateurs (phénol phtaléine et hélianthine). Traitement des données Les données obtenues ont été traitées à l aide de l outil informatique qui nous a permis de faire une caractérisation spatiale des paramètres physico-chimiques et chimiques de la nappe et de réaliser la carte de vulnérabilité à la pollution par les composés azotés (Arc View 3.2 ; Hamver). Les résultas sont consignés dans les tableaux 5 et 6 et ils ont permis l élaboration des cartes de distribution spatiale de la profondeur, des paramètres physico-chimiques et chimiques. Parallèlement un suivi hebdomadaire de la nappe est en cours. Ceci concerne quatre points et permettra l élaboration de bulletins d alerte rapide. Tableau 5 : Mesures physico-chimiques et profondeur de la nappe phréatique de Dakar (juillet 2003) Ouvrages Longitude Latitude Profondeur margelle (m) Profondeur Margelle(m) sol (m) Cond (µs/cm) ph Km F Bad 2H P F P Mbeubeuss P P P F P Nbis Bad P F P PIB PIB PIB Front de te P P

20 20 Tableau 6 : Analyses chimiques (mg/l) de la nappe phréatique de la région de Dakar Echantillons 2- CO 3 - HCO 3 Cl - - NO 3 2- SO 4 Na + K + Mg 2+ Ca 2+ Zone P NA P NA P NA P NA P NA P NA P NA P NA P NA F NA F NA F NA F NA Front de terre A Km A Bad2H A Mbeubeuss NA PNbis A NA : Non Assainie A : Assainie 1. La profondeur de la nappe La profondeur qui est un paramètre déterminant dans l étude de vulnérabilité à la pollution par les nitrates varie dans la nappe phréatique de Dakar entre 1,12 et 25,67 m. Les faibles profondeurs sont enregistrées à l Est de la région dans la zone périurbaine (Thiaroye Pikine) où la nappe est parfois sub affleurante (fig 6). La nappe est libre et sous couvert sableux à cet endroit. A l Ouest, la profondeur augmente pour atteindre 25 m au niveau de Ouakam. Dans cette partie la nappe est recouverte par les formations basaltiques du Quaternaire.

21 21 N 14 YOFF OUAKAM CAMBERENE 12 6 PIKINE 6 4 THIAROYE 4 6 RUFISQUE DAKAR Miles LEGENDE Courbe d'isovaleurs Limite Dakar Figure 6: Carte de profondeurs de la nappe phréatique de Dakar (juillet 2003) 2. Hydrochimie 2.1. Faciès chimique des eaux La représentation des échantillons sur le diagramme de Piper permet de distinguer trois familles de faciès chimiques (fig 7): - le faciès chloruré calcique - le faciès chloruré sodique - le faciès bicarbonaté calcique

22 22 le faciès des eaux de la nappe phréatique de Dakar est dans l ensemble chloruré sodique. Il devient très souvent à l Est chloruré calcique dû à l influence du substratum marnocalcaire qui est y est peu profond. Le faciès chloruré montre l influence de la mer et anthropique sur la minéralisation de la nappe. Faciès chimique Chloruré-sodique Chloruré-calcique Bicarbonaté-calcique SO4 + Cl + NO Ca + Mg = Km5 7 = P = Front de Terre 2 = Bad2H 8 = P = F17 3 = P2-2 9 = P = F19 4 = P = P = F21 5 = P = P = F22 6 = P = PNbis 18 = Mbeubeus Mg Na + K Ca CO3 + HCO3 Cl + NO3 SO Figure 7 : Faciès chimique des eaux de la nappe phréatique de Dakar 2.2. Paramètres physico-chimiques Conductivité La conductivité qui est un indicateur de la minéralisation d une nappe varie dans la nappe phréatique de la région de Dakar entre 249 µs/cm et 3250 µs/cm. Les fortes valeurs de conductivité sont enregistrées à l Ouest de la région en bordure océanique et au niveau de la zone périurbaine de Thiaroye-Pikine (fig 8). Au niveau de la tête de la presqu île cette forte minéralisation est due à une intrusion saline alors qu au niveau de la zone périurbaine elle est essentiellement d origine anthropique (pollution par les déchets organiques). A cela s ajoute une forte évaporation liée à la faible profondeur de la nappe et qui favorise la concentration des éléments chimiques. La comparaison de la conductivité entre 2001 et 2003 sur quelques ouvrages choisis (fig 9) montre une augmentation très nette de la minéralisation de la nappe durant ces deux

23 23 dernières années. Cette observation montre la gravité de la contamination tant naturelle (intrusion saline) qu anthropique (pollution par les déchets organiques). N PIKINE OUAKAM YOFF CAMBERENE THIAROYE RUFISQUE 2000 DAKAR LEGENDE Miles Courbes d'isovaleurs Limite Dakar Figure 8 : carte de conductivité de la nappe phréatique de Dakar (juillet 2003)

24 Figure 9 : Conductivité (µs/cm) de la nappe phréatique de Dakar en 2001 et 2002 Conductivité (µs/cm) Km5 Bad2H Front de terre PNbis F17 F19 F21 F22 Ouvrages P2-3 P2-5 P2-6 P2-7 P3-1 P3-2 Mbeubeuss Conductivité (2001) Conductivité (2003) ph de la nappe Le ph de la nappe varie entre 4,93 et 10,06. les ph acides s observent au niveau de Pikine-Thiaroye alors que les ph alcalins sont localisées à Cambérène. A l Ouest de la région le ph est légèrement acide à neutre (fig 10).

25 25 N PIKINE 8.5 OUAKAM YOFF 8.5 CAMBERENE THIAROYE RUFISQUE 7.0 DAKAR LEGENDE Miles Courbes d'isovaleurs Limite Dakar Figure 10: Carte de ph de la nappe phréatique de Dakar (juillet 2003) Température de la nappe Les températures varient dans la nappe entre 28,2 et 32,8 C. A l Ouest où la nappe est captive les températures moyennes sont autour de 32 C alors qu à l Est où elle est libre elles sont autour de 30 C. Dans cette dernière zone, les valeurs de températures sont comparables à celles de l atmosphère ambiante indiquant l ouverture du système aquifère, donc de sa vulnérabilité vis à vis de la pollution de surface Répartition des ions majeurs dans la nappe phréatique de la région de Dakar Les nitrates Les ions nitrates qui représentent le degré d oxydation le plus élevé dans le cycle de l azote varient dans la nappe entre 0,55 mg/l et 616,74 mg/l. Les teneurs les moins

26 26 élevées sont observées à l Ouest de la région où la nappe est captive (recouverte par les coulées basaltiques) et profonde, et à Cambérène où on a un dôme piézomètrique impliquant des phénomènes de dilution (fig 11). Les fortes teneurs se rencontrent dans la zone périurbaine (Thiaroye-Pikine) où les valeurs sont largement supérieures à la concentration maximale admissible de 50 mg/l définie par l OMS. Il faut rappeler qu une eau contenant des teneurs excessives en nitrates peut provoquer chez les consommateurs (enfants) la méthémoglobinémie qui correspond à l oxydation de l hémoglobine sanguin en méthémoglobine incapable d assurer le transport de l oxygène sanguin vers les tissus. Par ailleurs, les nitrates constituent un bon indicateur de pollution organique car la minéralisation de l azote organique peut aboutir à la formation d ions nitrates (par oxydation) en passant par des étapes intermédiaires (ammonium et nitrites). Dans la zone périurbaine cette pollution azotée est essentiellement d origine anthropique. N YOFF CAMBERENE PIKINE THIAROYE 150 OUAKAM 150 RUFISQUE 50 DAKAR Km LEGENDE Courbe d'isoteneurs Limite zone d'étude Figure 11 : carte de répartition des ions NO 3 - de la nappe phréatique de la région de Dakar

27 Les chlorures Les ions chlorures varient dans la nappe entre 48,33 mg/l et 347,06 mg/l. Les concentrations les plus élevées sont enregistrées sur la bordure océanique et seraient liées à une influence marine (fig 12). Par contre dans la zone périurbaine (Thiaroye- Pikine) les fortes teneurs en chlorures sont essentiellement d origine organique car cet ion accompagne l ion nitrate dans le cas d une pollution de la nappe par les latrines et les ordures ménagères. Une fois dans la nappe l évaporation des eaux dues à la faible profondeur de la nappe contribue à leur concentration. Les faibles teneurs sont observées à Cambérène (dôme piézométrique) où l effet de dilution prédomine. N 100 PIKINE 350 YOFF CAMBERENE THIAROYE OUAKAM 300 RUFISQUE 250 DAKAR Km LEGENDE Courbe d'isoteneurs Limite zone d'étude Figure 12 : carte de répartition des ions chlorures dans la nappe phréatique de la région de Dakar Les sulfates

28 Ces ions varient dans la nappe entre 3,84 mg/l et 135,1 mg/l. la concentration en ions SO 4 2- de la nappe est influencée par l environnement marin (teneurs élevées au niveau de la tête de la Presqu île) mais également par le phénomène d évaporation au niveau de la zone périurbaine (fig 13). N PIKINE YOFF CAMBERENE THIAROYE OUAKAM RUFISQUE DAKAR Km LEGENDE Courbe d'isoteneurs Limite zone d'étude Figure 13 : carte de répartition des ions sulfates dans la nappe phréatique de la région de Dakar Les bicarbonates et carbonates Pour les ions bicarbonates les valeurs les plus élevées se rencontrent en bordure océanique (influence marine) (fig 14). Les ions carbonates ne sont présents que dans le piézomètre P 2-5. Ceci n est pas en conformité avec les valeurs de ph basiques mesurés dans certains ouvrages de Cambérène.

29 50 29 N PIKINE YOFF CAMBERENE 25 OUAKAM THIAROYE 50 RUFISQUE 425 DAKAR Km LEGENDE Courbe d'isoteneurs Limite zone d'étude Figure 14 : carte de répartition des bicarbonates dans la nappe phréatique de la région de Dakar Le calcium Les ions calcium varient dans la nappe entre 1,65 mg/l et 95,55 mg/l. La carte de répartition des ions Ca 2+ (fig 15) montre que les teneurs sont plus élevées à l Ouest de la région (influence marine) et dans la zone de Thiaroye Pikine où la nappe est de faible profondeur.

30 30 N PIKINE YOFF CAMBERENE THIAROYE OUAKAM 80 RUFISQUE DAKAR Km LEGENDE Courbe d'isoteneurs Limite zone d'étude Figure 15 : carte de répartition des ions Ca 2+ dans la nappe phréatique de la région de Dakar Le magnésium Les ions Mg 2+ varient dans la nappe entre 10,08 mg/l et 130,71 mg/l. Les fortes teneurs sont localisées au niveau de la tête de la Presqu île (fig 16). En effet à cet endroit la nappe est couverte par les formations basaltiques dont l altération des silicates contribue en plus de l influence marine à la production de Mg 2+. Les teneurs sont également élevées dans la zone périurbaine.

31 20 31 N YOFF CAMBERENE PIKINE OUAKAM THIAROYE RUFISQUE DAKAR Km LEGENDE Courbe d'isoteneurs Limite zone d'étude Figure 16 : carte de répartition des ions Mg 2+ dans la nappe phréatique de la région de Dakar Le sodium Lion Na + varie dans la nappe entre 39,33 mg/l et 368,33 mg/l. Les fortes concentrations sont observées à l Ouest de la région au niveau de la nappe infrabasaltique (influence marine) et dans la zone périurbaine (Thiaroye-Pikine) (fig 17).

32 32 N YOFF CAMBERENE PIKINE THIAROYE OUAKAM RUFISQUE 220 DAKAR Km LEGENDE Courbe d'isoteneurs Limite zone d'étude Figure 17 : carte de répartition des ions Na + dans la nappe phréatique de la région de Dakar Le potassium L ion k+ varie dans la nappe entre 2,15 mg/l et 31,03 mg/l, les concentrations les plus élevées étant observées au niveau des forages de la zone périurbaine (Thiaroye-Pikine) (fig 18).

33 33 N PIKINE YOFF CAMBERENE THIAROYE OUAKAM RUFISQUE 10 DAKAR Km LEGENDE Courbe d'isoteneurs Limite zone d'étude Figure 18 : carte de répartition des ions K + dans la nappe phréatique de la région de Dakar 3. Etat actuel et suivi de la pollution 3.1. sources de pollution L identification des sources de contamination est la première étape importante pour une maîtrise de la pollution des eaux souterraines. Dans la région de Dakar la pollution azotée est essentiellement d origine domestique. En effet l absence ou l insuffisance d assainissement est la principale cause de contamination de la nappe par les nitrates. Les déchets organiques issus des latrines défectueuses et des dépôts sauvages d ordures sont transformés par minéralisation en nitrates qui peuvent atteindre facilement la nappe phréatique car non adsorbés par les particules fines du sol. A coté de ces sources actives, d autres sources potentielles de contamination ont été identifiées.

34 34 Numérisation de points polluants Au mois de mai 2001, l équipe du Sénégal a entrepris une mission qui avait pour objectif d identifier des sources potentielles de pollution ponctuelle complémentaires (en plus des habitants informels) et de déterminer leurs localisations à partir des mesures de coordonnées avec un GPS. Chaque source a été circonscrite par un certain nombre de points. Le choix des points est basé sur leur susceptibilité à polluer la nappe phréatique depuis la surface (surtout la pollution organique). Les quatre sites qui ont été cartographiés (Fig. 20) sont tous situés à la banlieue et correspondent aux zones suivantes : - la dépression des HLM Maristes : Située au croisement de la route de Cambérène et la Nationale 1, cette zone est une dépression qui reçoit les eaux d écoulement en cas de fortes pluies. Elle a été de plus abondamment inondée par les eaux usées lors d une défaillance du canal d évacuation des eaux usées de la station Cambérène. - le cimetière de Thiaroye : c est un lieu d accumulation de matières organiques mortes, donc un milieu privilégié pour l étude de la pollution des nappes sous jacentes par les nitrates compte tenu du processus de la transformation de la matière organique en nitrates (NO 3 - ) par minéralisation. - la décharge de Mbeubeussé : c est un lieu de décharge publique qui reçoit depuis 1970 la quasi totalité des déchets urbains collectés dans l agglomération dakaroise. La diversité des ordures et leur quantité énorme font planer un certain risque sur la qualité de la nappe phréatique de Thiaroye. - le foirail de Thiaroye: Il se localise sur la route de Rufisque au Km 16.5 entre Mbao et Thiaroye. c est un lieu de vente de bétail (moutons, bœufs), où les déjections des animaux peuvent constituer des polluants ponctuels.