guide national de détermination des périmètres de

IGEBU

Guide National de Détermination des

Périmètres de Protection des

Captages d’Eau destinée à la

Consommation Humaine

Annexe au Décret N°100/189 du 25 août 2014portant modalités de détermination et d’instauration des périmètres de protection des captages d’eau destinés à la consommation humaine

Août 2014

Gitega, Août 2014

Auteur : Sara Vassolo

Avec des contributions de Prosper Bonja, Melchior Ryumeko, Christian Tiberghien et Stephan Valley

Financement : Coopération Allemande / Institut Fédéral des Géosciences et Ressources Naturelles (BGR) / GPES Gestion et Protection des Ressources en Eau Souterraine au Burundi

Table des Matières

Introduction ...................................... ......................................................................... 1

Glossaire ......................................... .......................................................................... 2

1. Types des périmètres de protection ................ ................................................. 5

1.1 Périmètre de Protection Immédiat (PPI) .................................................................. 5

1.2 Périmètre de Protection Rapproché (PPR) .............................................................. 5

1.3 Périmètre de Protection Éloigné (PPE) .................................................................... 5

2. Détermination des périmètres de protection ........ ........................................... 6

2.1 Sources ................................................................................................................... 6

2.2 Forages ..................................................................................................................12

3. Délimitation pratique des zones de protection...... ........................................ 18

4. Prescriptions particulières à l‘intérieur des périm ètres de protection ........ 20

5. Dossier de demande d’installation des périmètres de protection ............... 22

6. Normes et documents consultés ..................... ............................................... 24

Liste des Figures

Figure 1. Carte avec la distribution des aquifères poreux et fissurés au Burundi. .................. 7

Figure 2. Diagramme explicatif pour la délimitation des périmètres de protection des sources. La partie indiquée en bleu résume la méthodologie à suivre quand les données hydrogéologiques sont disponibles. ....................................................................................... 8

Figure 3. Périmètre de protection immédiat (PPI) pour une source. Il aura un minimum de 30 m vers l’amont, 5 m vers l’aval et 5 m vers la droite et la gauche de la source. Si le point de puisage est à moins de 5 m en aval de la source, il doit aussi être protégé. .......................... 9

Figure 4. Exemple de protection du lieu de puisage avec une dalle en béton (margelle), l’accès et l’évacuation de l’eau en cas ou le point de puisage est situé à une distance inférieure à 5 m de la source (longueurs en cm). ................................................................... 9

Figure 5. Périmètre de protection rapproché pour une source en cas de manque total de connaissances hydrogéologiques. ........................................................................................10

Figure 6. Délimitation du PPE dans le cas de manque absolue de connaissances hydrogéologiques. ................................................................................................................12

Figure 7. Diagramme explicatif pour la délimitation des périmètres de protection des forages. La partie indiquée en bleu résume la méthodologie à suivre quand les données hydrogéologiques sont disponibles. ......................................................................................13

Figure 8. Délimitation du périmètre de protection immédiat (PPI) pour les forages. ..............14

Figure 9. Exemple de PPI avec la dalle en béton, l’entrée et l’évacuation dans le cas d’un forage équipé d’une pompe à motricité humaine. La construction doit être entourée d’une clôture grillagée pour éviter l’entrée des animaux (longueurs en cm). ..................................15

Figure 10. Délimitation du périmètre de protection immédiat (PPI) dans le cas d’une fracture directement drainée par le forage. Le PPI sera agrandi pour inclure au moins 50 m le long de la fracture. ............................................................................................................................15

Figure 11. Délimitation pratique des zones de protection (modifié d’OFEV, 2012). ...............19

Liste des Tableaux

Tableau 1 . Activités interdites dans les périmètres de protection rapproché et éloigné. Les phrases en caractères gras indiquent des interdictions mentionnées dans l’Art. 45 du Code de l’Eau. ...............................................................................................................................20

Tableau 2 . Activités à accomplir pendant la délimitation des périmètres de protection rapproché et éloigné .............................................................................................................21

Liste des Annexes

ANNEXE 1: Recommandations pour le suivi de la qualité de l'eau

ANNEXE 2: Exemple d'une interpolation triangulaire

ANNEXE 3: Exemple d'un essai de traçage

ANNEXE 4: Formule utilisée pour le calcul de rayon de PPR et PPE sans données hydrogéologiques et description de la méthode de Wyssling

ANNEXE 5: Données de la source à protéger ANNEXE 6: Données du forage à protéger

Guide national de détermination des périmètres de protection des captages d’eau destinée à la consommation humaine

1

Introduction

La majorité de l’approvisionnement en eau potable au Burundi provient de sources aménagées ou de sources captées. Les forages existants ne sont pas encore nombreux dans le pays, ils jouent donc un rôle moins important comme source d’eau potable.

L’eau potable au Burundi est principalement obtenue à travers l’eau souterraine. Malheureusement, la protection de cette ressource est encore très peu répandue au Burundi, on pourrait même dire quasi-inexistante. Pour garantir un approvisionnement en eau potable de bonne qualité à la population burundaise, il est indispensable d’établir des périmètres de protection, comme le prévoit le Code de l’Eau.

Pour régir et standardiser la détermination des périmètres de protection des captages, il a fallu élaborer un guide, objet de ce document. Les principes adoptés se basent sur des guides conçus et appliqués dans d’autres pays, en particulier les guides suisses car la situation hydrogéologique de ce pays est comparable à celle du Burundi, à savoir la présence de nombreuses sources dans un milieu montagneux avec des bassins versants de petites tailles. Le guide béninois a aussi été utilisé afin de comprendre l’adaptation des guides européens au contexte africain.

Le présent guide fournit la définition des périmètres de protection pour les sources et les forages. Les périmètres de protection immédiats et rapprochés sont considérés comme obligatoires tandis que le périmètre de protection éloigné reste facultatif et est associé à des situations particulières.

Au vu des connaissances limitées sur la ressource en eau souterraine au Burundi, le guide propose une méthodologie simple, facile à comprendre et à mettre en œuvre, qui est basée sur des principes hydrogéologiques généraux ainsi que sur les études déjà effectuées au Burundi.

Cependant, un opérateur en charge de l’exploitation d’un captage d’eau pourra faire appel à un spécialiste (hydrogéologue) pour délimiter les périmètres d’un captage davantage adaptés aux conditions hydrogéologiques locales et qui pourraient éventuellement se révéler de moindres dimensions que les périmètres déterminés par la méthodologie simplifiée qui est proposée.

L’opérateur du captage est le seul à décider du choix de la méthode (méthode simplifiée ou réalisation d’une étude technique spécifique). Toutefois, le guide incite à élaborer des études techniques pour arriver à déterminer des périmètres de protection plus adaptés et basés sur des données hydrogéologiques locales. Le guide indique les procédures à suivre pour la réalisation de telles études.

En complément de la description de la démarche à suivre pour délimiter les différents types de périmètres de protection, le présent guide fournit la liste des activités à proscrire selon le périmètre de protection considéré.

Enfin, ce guide présente les informations qui doivent accompagner une demande d’instauration des périmètres de protection, à soumettre aux autorités compétentes.

Les analyses de la qualité de l’eau ainsi que la périodicité des mesures à faire présentées dans l’ANNEXE 1 ne sont pas obligatoires pour la délimitation des périmètres de protection mais recommandées afin d’assurer une bonne qualité de l’eau captée sur du long terme. Cependant, le guide définie les paramètres physiques, organoleptiques et bactériologiques qu’il faudrait présenter avec la demande d’installation des périmètres de protection (ANNEXE 5).


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Glossaire

Les définitions ici présentées correspondent à celles publiées par Castagny et Margat (1977).

Aire d’influence : Domaine dans lequel la surface piézométrique d’une nappe est influencée, c'est-à-dire modifiée par les rabattements ou des relèvements mesurables imposés sur l’effet d’un prélèvement ou d’une injection d’eau dans un ouvrage approprié, auquel l’aire de rapporte

Aquifère : Corps de roches perméables saturées suffisamment conducteur d’eau souterraine pour permettre l’écoulement significatif d’une nappe souterraine et le captage de quantités d’eau appréciables

Aquifère fissuré (ou milieu fissuré) : Milieu perméable hétérogène et discontinu, dans lequel l’eau peut s’écouler essentiellement à travers d’un réseau de fissures ouvertes, diversement connectées, dont les orientations sont distribuées en général de manière anisotrope. Il se caractérise par une fissuration et par la conductivité hydraulique

Aquifère poreux (ou milieu poreux) : Milieu perméable (roche, sol) comportant des vides interstitiels interconnectés, assimilables macroscopiquement à un milieu continu – à la différence d’un milieu fissuré – et caractérisable par une conductivité hydraulique

Bassin d’alimentation d’un captage : Lieu des points de la surface du sol qui contribuent à l’alimentation du captage (source : Délimitation des bassins d’alimentation des captages et cartographie de leur vulnérabilité vis-à-vis des pollutions diffuses. Guide méthodologique. BRGM/RP-55874-FR. septembre 2007)

Captage : Toute action et tout ouvrage de prise ou d’extraction d’eau souterraine à des fins d’utilisation, par gravité (captage d’une source, captage par galerie) ou par puisage (captage par puits ou forages)

Carte piézométrique : Représentation cartographique de la surface piézométrique d’une nappe, par des lignes équipotentielles – ou des hydroisohypses d’une surface libre – construites par interpolation des mesures ponctuelles, selon les valeurs de charge hydraulique équidistantes

Charge hydraulique : Altitude d’un niveau piézométrique par rapport à un plan de référence : somme de la charge hydrostatique et de la charge hydrodynamique. Elle est une mesure du potentiel de l’eau, auquel elle est proportionnelle

Charge hydrodynamique : Charge supplémentaire par rapport à la charge hydrostatique, donnée à l’eau en mouvement par son énergie cinématique, et correspondant à la pression dynamique. Elle est pratiquement négligeable dans un milieu aquifère où l’écoulement est régi par la loi de Darcy

Charge hydrostatique : Hauteur, au-dessus d’un plan de référence, de la colonne liquide équilibrant la pression hydrostatique en un point donné : somme de la charge altimétrique et de la hauteur piézométrique

Conductivité hydraulique : Aptitude d’un milieu à se laisser traverser par un fluide sous l’effet d’un gradient potentiel. Elle s’exprime quantitativement par le flux qui traverse une unité de section orthogonale à la direction d’écoulement sous l’effet d’une unité de gradient hydraulique

Coupe hydrogéologique : Représentation en plan vertical des conditions hydrogéologiques suivant une coupe donnée : coupe géologique mettant en évidence les contrastes de perméabilité de la structure des aquifères, complétée par les profils piézométriques, par les indications d’échanges entre les nappes et la surface, et éventuellement par des traces de surfaces équipotentielles et des lignes de courant schématiques


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Débit d’exploitation : il fait référence au débit maximum indiqué dans le dossier de demande de concession de prélèvement (voir l’Ordonnance Ministérielle N°770/690 du 24 avril 2014). Dans le cas de forages existants en cours de concession, le débit d’exploitation correspond au débit réel pompé.

Dureté : Propriété d’une eau, causée principalement par sa teneur en Ca et Mg, de provoquer un résidu insoluble au contact d’une liqueur de savon et un dépôt de carbonate sous l’effet de l’ébullition

Eau souterraine : Toute eau présente dans la zone saturée

Écoulement d’eau souterraine : Mouvement de l’eau souterraine dans la nappe avec perte de charge proportionnelle au débit

Étanchement : Action d’étancher – de rendre étanche – appliquée surtout aux parois d’une excavation souterraine, d’une fouille ou d’une retenue, d’un chenal naturel ou artificiel d’eau de surface, pour empêcher le passage de l’eau à travers la surface considérée

Gradient hydraulique : Différence de charge hydraulique entre deux points d’un aquifère par unité de distance, selon une direction donnée. Elle a la signification d’une différence de potentiel par unité de longueur

Hauteur piézométrique : Hauteur de la colonne d’eau statique équilibrant la pression hydrostatique au point auquel elle se rapporte

Injection : Introduction d’eau – ou d’un autre fluide – directement dans la zone saturée d’un aquifère par un ouvrage approprié (puits, forage), dans un but d’investigation (essai par injection), d’alimentation artificielle (notamment de recharge, de remisse en pression) ou encore de rejet d’effluents

Isolignes de niveau piézométrique : Lieu de points d’égal potentiel, ou charge hydraulique, dans un milieu aquifère isotrope et en régime permanent

Modèle numérique : Système logique de données et de formulations analytiques qui simule les conditions et le comportement hydrodynamique d’un système aquifère, en le schématisant et le discrétisant. Basé sur l’intégration numérique des équations différentielles qui régissent les divers phénomènes physiques à représenter, il s’appuie sur les techniques numériques de résolution programmées par ordinateur

Nappe d’eau souterraine : Ensemble des eaux comprises dans la zone saturée d’un aquifère, dont toutes les parties sont en liaison hydraulique

Niveau (d’eau) : Plan d’eau observable dans un puits, un piézomètre, dont l’altitude a la signification d’une charge hydraulique

Niveau piézométrique : Niveau supérieur de la colonne liquide statique qui équilibre la pression hydrostatique au point auquel elle se rapporte. Il est matérialisé par le niveau libre de l’eau dans un tube vertical ouvert au point considéré (piézomètre). Son élévation est définie par sa hauteur rapportée, soit au niveau de l’ouverture inférieure du tube piézométrique (hauteur piézométrique), soit à un niveau de référence (charge hydrostatique ou hydraulique)

Porosité : Propriété d’un corps, d’un milieu, de comporter des vides interconnectés ou non, exprimée quantitativement par le rapport du volume de ces vides au volume total du milieu. Elle équivaut à la teneur en eau volumique du milieu saturé

Porosité efficace : Rapport du volume d’eau gravitaire qu’un milieu poreux peut contenir en état de saturation puis libérer sous l’effet d’un drainage complet, à son volume total

Pression hydrostatique : Pression exercée par un fluide immobile sur les parois des interstices du milieu solide qui le contient, notamment sur les parois des interstices du milieu poreux, ou des surfaces de discontinuité d’un milieu fissuré


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Puisage : Action de puiser l’eau, d’extraire l’eau d’un puits, plus particulièrement par des moyens faisant appel à l’énergie humaine ou animale

Puisard : Puits servant à la collecte et à l’évacuation, en général par pompage mais parfois par absorption, des eaux d’origine superficielle ou souterraine parvenant dans une mine, ou

Puits : Toute excavation creusée à partir de la surface du sol et pénétrant un aquifère, utilisée pour puiser de l’eau ou pour agir localement sur la charge hydraulique dans l’aquifère – ou plus largement pour d’autres usages (pénétration dans le sous-sol, extraction)

Recharge : Augmentation naturelle de la charge hydraulique : différence de charge résultant d’une montée des niveaux d’une nappe pendant une période définie

Saturation (en eau) : État d’un milieu poreux ou fissuré dont les vides interstitiels sont complètement remplis d’eau

Transmissivité : Paramètre régissant le débit d’eau qui s’écoule par unité de largeur de la zone saturée d’un aquifère continu (mesurée selon une direction orthogonale à celle de l’écoulement), et par unité de gradient hydraulique. Produit de la conductivité hydraulique par l’épaisseur de l’aquifère

Traçage : Procédure expérimentale visant à rendre apparent et observable le déplacement réel de l’eau souterraine dans un aquifère suivant une – ou des – trajectoires définies entre un point d’origine et un ou plusieurs points de détection, au moyen de traceur artificiel marquant l’eau

Traceur artificiel : Toute substance (sel soluble, colorant, corps en suspension, eau marquée par un isotope radioactif, etc.), absente dans les conditions naturelles dans l’aquifère étudié et détectable, incorporée à l’eau pour l’identifier et permettre d’observer son mouvement

Vitesse d’écoulement (ou vitesse de déplacement) : Vitesse de transport de l’eau souterraine déduite des données d’expérience in situ, notamment d’un traçage, d’après un temps de parcours rapporté à une distance entre deux points déterminés, par une méthode d’interprétation de la distribution de temps de séjour observée (courbe de restitution)

Vitesse de filtration : Vitesse macroscopique fictive d’un flux d’eau en mouvement uniforme à travers un milieu aquifère saturé déduite du débit d’écoulement rapporté à la section totale de l’aquifère traversé par le flux. Elle n’a pas de signification cinématique à l’échelle particulaire ou moléculaire

Vitesse effective : Quotient de la vitesse de filtration par la porosité cinématique : vitesse macroscopique de Darcy rapportée conceptuellement à la section des pores ou interstices du milieu aquifère considérés comme effectivement traversés par l’eau en mouvement uniforme

Zone d’appel : Partie de l’aire d’influence d’où provient l’eau captée par un forage, dans laquelle les lignes de courants aboutissent au forage


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1. Types des périmètres de protection

Le périmètre de protection est une zone particulière autour d’un captage d’eau potable (source ou forage) où des prescriptions sont établies pour limiter les risques de pollution de l’eau captée.

Le Code de l’Eau dans son article 43 définit le périmètre de protection comme « … un contour délimitant le domaine géographique à l’inté rieur duquel est interdite ou réglementée toute activité susceptible de porter at teinte à la conservation qualitative des ressources en eau ».

Généralement, quand il s’agit de la protection des captages d’eau destinée à la consommation humaine, trois périmètres différents sont définis: le périmètre de protection immédiat, le périmètre de protection rapproché et l e périmètre de protection éloigné .

Les périmètres de protection immédiats et rapprochés sont obligatoire s pour tous les captages. En revanche, le périmètre de protection éloigné est nécessaire seulement dans des cas spécifiques et sur demande du Ministèr e ayant l’eau dans ses attributions .

1.1 Périmètre de Protection Immédiat (PPI)

Le périmètre de protection immédiat (PPI) a pour but la protection de l’ouvrage et son entourage le plus proche .

En effet, il vise à garantir la sécurité des installations de prélèvement contre toutes formes de détérioration et à empêcher des déversements ou des infiltrations de substances polluantes à l’intérieur ou à proximité du point de captage de l’eau.

1.2 Périmètre de Protection Rapproché (PPR)

Le Périmètre de Protection Rapproché (PPR) a comme fonction la protection de la qualité de la ressource en eau souterraine .

Il vise à la protection de la ressource contre les microorganismes pathogènes (bactéries, virus, parasites, etc.) ou toute sorte de pollution pouvant compromettre la qualité de l’eau souterraine. Le PPR doit être suffisamment large pour assurer la disparition des bactéries pendant leur migration souterraine vers le captage.

Ce périmètre de protection rapproché a donc pour but de protéger efficacement le captage des pollutions dissoutes ou en suspension dans l’eau.

1.3 Périmètre de Protection Éloigné (PPE)

Le Périmètre de Protection Éloigné (PPE), appelé aussi zone de vigilance, correspondrait théoriquement à l’ensemble du bassin d’alimentation du captage mais pour des raisons économiques et pratiques est généralement limité à une zone plus réduite. Il protège la ressource de toute pollution ponctuelle ou diffuse qui pourrait affecter la qualité de l’eau sur des longues distances comme les substances chimiques ou peu dégradables ainsi que les substances radioactives.

Ce périmètre sert à garantir, qu’en cas de danger imminent, on dispose de temps et de l’espace suffisants pour intervenir et prendre les mesures d’assainissement qui s’imposent.

Dans le présent guide, la délimitation des périmètres de protection éloignés est présentée pour chaque cas d’étude. Cependant, dans la pratique ce périmètre ne sera appliqué qu’à des cas particuliers et sur demande du Ministère ayant l’eau dans ses attributions.


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2. Détermination des périmètres de protection

Les sections suivantes débutent par la description de la détermination des périmètres de protection pour les sources, suivis par ceux des forages. Des méthodologies simples et faciles à comprendre seront présentées en premier lieu pour chaque cas. Elles exigent seulement la connaissance du débit annuel de la source ou du débit d’exploitation du forage, et se basent sur des principes généraux et sur des paramètres spécifiques au Burundi.

La détermination des périmètres de protection plus adaptés aux conditions hydrogéologiques locales – qui seront souvent de moindre dimension –, et fréquemment plus réduits en taille, est possible si des données hydrogéologiques spécifiques de l’endroit sont connues, comme l’épaisseur saturée de l’aquifère, le gradient hydraulique, la conductivité hydraulique et la porosité efficace sont connus. Ces données seront le résultat d’une étude technique qui doit être effectuée par des spécialistes en hydrogéologie. A cette fin, le guide propose la méthode de Wyssling, une méthode relativement facile, applicable à la délimitation des périmètres de protection sur base de la connaissance des propriétés hydrogéologiques.

Une méthode plus avancée pour la délimitation des périmètres de protection est la modélisation numérique où les conditions et le comportement hydrodynamique local sont simulés avec des techniques numériques programmées par ordinateurs. Son application permet de représenter les conditions locales plus précisément, mais exige l’intervention d’un expert et la disponibilité des données supplémentaires (notamment une description de la géologie de la zone, la composition lithologique de l’aquifère, et une carte des linéaments et/ou fractures entre autres).

Dans les prochaines sections, les démarches à suivre pour déterminer les périmètres de protection pour les sources et les forages seront présentés selon deux cas de figures, sans et avec données hydrogéologiques .

2.1 Sources

Cette section met l’accent sur la protection des sources, type de point d’eau le plus fréquemment rencontré au Burundi. Les sources du Burundi sont essentiellement alimentées par de l’eau provenant d’aquifères fissurés (granites, schistes et quartzites), lesquels occupent la plupart de la surface du pays (Figure 1).

La délimitation des périmètres de protection est impérative pour des sources avec un débit moyen annuel supérieur à 0,5 l/s. Les sources avec un débit inférieur à 0,5 l/s seron t protégées seulement par un périmètre de protection immédiat .

Pour délimiter les périmètres de protection d’une source, il est indispensable de connaitre le débit moyen annuel de la source. Cette détermination nécessite de procéder à une série de mesures mensuelles (au moins une mesure par mois) pendant une année. Ces mesures de débit peuvent être effectuées en utilisant :

• un seau et un chronomètre ; • un compteur ; • un débitmètre non intrusif.

La méthodologie à suivre pour la définition des paramètres de protection des sources est représentée de façon schématique à la Figure 2 (page 8).


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Figure 1. Carte avec la distribution des aquifères poreux et fissurés au Burundi.


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Figure 2. Diagramme explicatif pour la délimitation des périmètres de protection des sources. La partie indiquée en bleu résume la méthodologie à suivre quand les données hydrogéologiques sont disponibles.

SOURCE

PPI: 30 m vers l’amont topographique, 5 m vers l’aval, 5 m autour de la source. Si le point de puisage est à moins de 5 m de la

source, il faut le protéger avec une dalle en béton

Finalisation

Débit supérieur à

0,5 l/s?

oui non

PPR Parabole de 250 m de long en amont de la source et d’une

largeur déterminée en fonction du débit moyen annuel

PPE

Parabole de 500 m en amont de la source et d’une largeur

déterminée en fonction du débit moyen annuel et de façon que

la distance PPE-PPR = distance PPR-Source

PPR Aquifère protégé par de l’argile d’une

épaisseur de 2 m : isochrone de 5 jours (minimum de 50 m vers l’amont dans la

direction générale des écoulements)

PPE Distance PPE-PPR = Distance PPR-Source (vers l’amont dans la direction

générale des écoulements)

PPR Isochrone de 10 jours avec méthode de

Wyssling (minimum de 50 m vers l’amont dans la direction générale des

écoulements)

PPE Distance PPE-PPR = Distance PPR-Source (vers l’amont dans la direction

générale des écoulements)

Données hydrogéologiques

disponibles?

non oui

Source vulnérable?

oui non


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PPI

Le PPI pour toutes les sources aura un minimum de 30 m vers l’amont topographique, 5 m vers l’aval et 5 m à droite et gauche de la source (Figure 3). Cette surface doit être limitée par bornage, haie vive, arbustes à enracinement peu profond, etc.

Figure 3. Périmètre de protection immédiat (PPI) pour une source. Il aura un minimum de 30 m vers l’amont, 5 m vers l’aval et 5 m vers la droite et la gauche de la source. Si le point de puisage est à moins de 5 m en aval de la source, il doit aussi être protégé.

Si le point de puisage est situé à moins de 5 m à l’aval de la source, il doit aussi être protégé par une dalle en béton. Ici un exemple est présenté avec une dalle en béton (margelle) de 200 cm x 200 cm et 20 cm d’épaisseur munie d’un canal d’évacuation à l’aval de la sortie d’eau (Figure 4).

Figure 4. Exemple de protection du lieu de puisage avec une dalle en béton (margelle), l’accès et l’évacuation de l’eau en cas ou le point de puisage est situé à une distance inférieure à 5 m de la source (longueurs en cm).


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PPR

a. Sans données hydrogéologiques

En cas de manque absolu de connaissances hydrogéologiques, le PPR s’étendra jusqu’à au maximum 250 mètres à l’amont géographique, 5 m vers l’aval et aura la forme d’une parabole autour de la source en fonction du débit annuel moyen (Figure 5). La longueur de 250 m en amont est basée sur une vitesse d’écoulement de l’eau souterraine mesurée au Burundi et considérée typique pour le pays. La surface de la parabole a été déterminée afin qu’au moins la moitié du débit de la source soit rechargé dans cette zone. Si cette surface s’étend au-delà de la crête, elle sera réduite jusqu’à son sommet.

Figure 5. Périmètre de protection rapproché pour une source en cas de manque total de connaissances hydrogéologiques.

La plus grande parabole (280 m pour Q > 4 l/s) peut être utilisée pour toutes les grosses sources du Burundi qui, en générale, ne dépassent pas les 5 l/s.

b. Avec données hydrogéologiques

Une détermination plus précise du PPR requiert la connaissance de paramètres hydrogéologiques additionnels de l’aquifère qui nécessite la collecte et l’analyse de données supplémentaires et généralement l’intervention d’experts en hydrogéologie. Cela implique l’étude des points suivants :

Suivi de débit(Q), température (T) et conductivité électrique (CE) lors d’événements de crue

- Une série des mesures serrés ou continues sur une ou plusieurs crues permet de mettre en évidence la présence de réseaux de fractures très perméables (vidange rapide), d’estimer grossièrement la proportion d’apport rapide lors des crues et de mieux connaitre les caractéristiques globales de l’aquifère au moyen de l’analyse des hydrogrammes.

La mesure de débit peut être effectuée par :


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• un débitmètre non intrusif ; • un compteur ; • un seau et un chronomètre.

La température et la conductivité électrique seront mesurées avec des sondes multi paramètres.

Méthode intrusive

- L’excavation d’un trou (ou réalisation d’un forage) permet de connaitre la nature des couches géologiques et le degré de protection naturelle de la nappe. Si la nappe est atteinte par les excavations et qu’au minimum trois excavations sont réalisées, positionnées aux trois sommets d’un triangle fictif en amont de la source, cela permet de déterminer le gradient hydraulique et la piézométrie locale et ainsi la direction locale d’écoulement (voir ANNEXE 2). Si ces trous montrent un écoulement vers la source, ils pourront ultérieurement être utilisés comme point d’injection pour effectuer des essais de traçages.

Essais de traçages

- Les essais de traçage permettent d’évaluer la vitesse d’écoulement de l’eau dans l’aquifère et de vérifier les hypothèses concernant les zones d’infiltration préférentielles et l’hétérogénéité de l’aquifère. Cependant, de bonnes connaissances géologiques doivent être réunies avant l’injection d’un traceur pour augmenter les chances de réussite. Un exemple d’évaluation d’un essai de traçage est présenté en ANNEXE 3.

Délimitation des PPR sur la base d’études technique s

Le PPR est définit comme l’isochrone de 10 jours, ce qui correspond au périmètre couvrant une surface dans laquelle toute goutte d’eau souterraine arrive au captage en moins de 10 jours. La distance entre la source et la limite du PPR doit être au minimum égale à 50 mètres vers l’amont dans la direction générale des écoulements.

La limite de 10 jours est justifiée par la petite taille des bassins versants qui caractérisent la géographie physique du pays et par le fait que le temps d’infiltration dans la zone non saturée n’est pas pris en compte.

Même si l’application de l’isochrone de 10 jours est moins conservative (prudente) que l’isochrone de 50 jours souvent appliquée, elle est adaptée aux conditions burundaises et le temps d’écoulement souterrain est considéré comme suffisant pour permettre l’élimination des bactéries pathogènes peuvent être transportées par l’eau. Afin de déterminer l’isochrone de 10 jours, la méthode de Wyssling peut être appliquée (voir ANNEXE 4).

Pour appliquer la formule de Wyssling, il faut connaitre :

• H : épaisseur de l’aquifère (m) ; • k : conductivité hydraulique de l’aquifère (m/s) ; • I0 : gradient hydraulique ; • ne : porosité efficace ; et • Q : débit moyen annuel de la source (m³/s = l/s * 0,001).

Une modélisation numérique basée sur des nombreuses données supplémentaires (situation géologique, présence de linéaments ou fractures, etc.) est plus appropriée, mais nécessite l’intervention d’un expert.

En cas d’une source peu vulnérable, c’est à dire d’un aquifère protégé par une couche continue d’argile d’au moins 2 m d’épaisseur, le PPR sera réduit à l’isochrone de 5 jours qui peut être calculée par la méthode de Wyssling avec toujours un minimum de 50 mètres entre la source et la limite amont du PPR dans le sens général des écoulements. Dans ce cas, il faut s’assurer de la continuité de cette couche d’argile dans tout le PPR en effectuant des forages à la tarière supplémentaires.


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PPE


En cas de manque absolu de données hydrogéologiques, le PPE s’étendra jusqu’à une limite située à 500 mètres vers l’amont géographique (la distance PPE-PPR sera la même que la distance PPR-source) et de 5 m vers l’aval et aura la forme d’une parabole autour de la source en fonction du débit annuel moyen (Figure 6). Si ce périmètre s’étend au-delà de la crête, il sera réduit jusqu’à sa cime.

Figure 6. Délimitation du PPE dans le cas de manque absolue de connaissances hydrogéologiques.


Avec des données hydrogéologiques disponibles et indépendamment de la vulnérabilité de la source, le PPE sera défini de façon à ce que la distance entre le PPE et le PPR soit la même que la distance entre le PPR et la source dans la direction générale des écoulements, vers l’amont.

2.2 Forages

Cette section met l’accent sur la protection des forages. La construction des forages n’est pas encore très répandue au Burundi, même si apparemment les ressources en eau souterraine sont suffisantes pour l’appliquer. Les méthodes de foration sont présentées dans le « Guide de bonne pratique sur la réalisation, l’entretien et le remblaiement des forages d’eau » et peuvent être appliquées tant dans les aquifères fissurés (granites, schistes et quartzites) que dans les aquifères poreux (Figure 1).

Pour délimiter les périmètres de protection des forages, il est indispensable de connaitre au moins le débit d’exploitation du forage.

La méthode à suivre pour délimiter les périmètres de protection des forages est représentée de façon schématique à la

Figure 7.


13

Figure 7. Diagramme explicatif pour la délimitation des périmètres de protection des forages. La partie indiquée en bleu résume la méthodologie à suivre quand les données hydrogéologiques sont disponibles.

PPR Cercle autour du forage. Le

rayon du cercle est déterminé en fonction du débit

d’exploitation (rayon minimum de 50 m)

PPE

Distance PPE-PPR = distance PPR-Forage

PPR Isochrone de 10 jours avec méthode de

Wyssling (minimum de 50 m vers l’amont dans la direction d‘écoulement de la

nappe)

PPE Distance PPR-PPE = distance PPR-

Forage (vers l’amont dans la direction générale des écoulements)

PPR Aquifère recouvert d’une couche continue d’argile d’au moins 2 m : isochrone de 5

jours avec méthode de Wyssling

PPE Distance PPR-PPE = distance PPR-

Forage (vers l’amont dans la direction générale des écoulements)

Données hydrogéologiques

disponibles?

non oui

FORAGE

PPI: 5 m autour du forage. Si une fracture drainante est présente, elle sera inclue

jusqu’à une distance de 50 m

Accès nécessaire au lieu de puisage?

non oui

PPI: Dalle en béton de 280 cm x 220 cm et 20 cm d’épaisseur munie d’un canal d’évacuation et entourée par une clôture de

10 m x 10 m

Aquifère vulnérable?

non oui


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PPI

Pour la détermination du PPI on distingue deux cas de figure, selon que l’aquifères est poreux ou fissurés.

a. Aquifères poreux

Au Burundi, ce type d’aquifère se trouve surtout dans la plaine de l’Imbo tout le long de la rivière Rusizi, dans la plaine du Mosso, dans les fonds des vallées et au bord du lac Tanganyika (Figure 1).

Le PPI aura un minimum de 5 m autour du forage (Figure 8) qui doit être clôturé avec un grillage muni d’une porte d’accès à maintenir fermée pour éviter l’entrée des animaux.

Figure 8. Délimitation du périmètre de protection immédiat (PPI) pour les forages.

Selon le type de pompe utilisée (à motricité humaine, solaire ou électrique actionnée par un groupe électrogène), une protection supplémentaire est nécessaire:

• Dans le cas de forages équipés de pompes à motricité humaine, il est demandé de construire une dalle en béton (margelle) comme protection de l’ouvrage contre toute pollution directe. Ci-dessous, une dalle en béton de 280 cm x 220 cm et 20 cm d’épaisseur munie d’un canal d’évacuation est proposée (voir exemple de la Figure 9). La construction doit être entourée d’un grillage afin d’éviter l’entrée des animaux.

• Dans le cas de forages équipés d’une pompe solaire, et uniquement dans le cas où le lieu de puisage se trouve dans le PPI, il est demandé de construire une dalle en béton munie d’un canal d’évacuation qui draine les eaux usées à l’extérieur du PPI (et en aval hydraulique du captage si possible). La construction doit être entourée d’une clôture grillagée. Un exemple de plan de construction n’est pas proposé car il n’existe pas de standard. Il dépend du type d’aménagement de surface, de l’aire de puisage, de son design ainsi que du nombre de robinet. L’objectif étant que l’ouvrage (à savoir la dalle en béton du lieu de puisage) protège le captage de toute infiltration d’eau.

• Dans le cas de forages équipés d’une pompe électrique actionnée par un groupe électrogène, une plateforme en béton de 20 cm d’épaisseur avec drains collecteurs et fosse étanche doit être installée pour protéger la nappe. Les hydrocarbures doivent être stockés à l’extérieur du PPI.


Figure 9. Exemple de PPI avec la dalle enpompe à motricité humaine. La construction doit être entouréanimaux (longueurs en cm).

b. Aquifères fissurés

Si le forage est situé dans un milieu fissurécaptage, le PPI sera agrandi pour inclure au moins 50 m le long de la fracture (

Figure 10. Délimitation du périmètre de protection immpar le forage. Le PPI sera agrandi pour inclure au moins 50 m

Guide national de détermination des périmètres de protection des captages d’eau destinée à la

Exemple de PPI avec la dalle en béton, l’entrée et l’évacuation dans le cas d’un forage équipé

. La construction doit être entourée d’une clôture grillagée pour éviter l’

Si le forage est situé dans un milieu fissuré, avec des discontinuités drainant les eauxgrandi pour inclure au moins 50 m le long de la fracture (

Délimitation du périmètre de protection immédiat (PPI) dans le cas d’une fracture directement drainée pour inclure au moins 50 m le long de la fracture.

Guide national de détermination des périmètres de protection des captages d’eau destinée à la

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d’un forage équipé d’une e pour éviter l’entrée des

ant les eaux vers le grandi pour inclure au moins 50 m le long de la fracture (Figure 10).

le cas d’une fracture directement drainée


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PPR


Pour déterminer le PPR d’un forage pour lequel on ne dispose pas de données hydrogéologiques, la surface sera définit comme un cercle autour du forage dont le rayon R sera fonction du débit d’exploitation Q (voir ANNEXE 4). Le cercle aura un rayon minimum de 50 mètres.

Pour la détermination du rayon R, les débits d’exploitation habituels au Burundi seront pris en compte, comme suivent :

• Q < 15 m³/h : 50 m ; • 15 m³/h < Q < 25 m³/h : 60 m ; • 25 m³/h < Q < 50 m³/h : 90 m ; • 50 m³/h < Q < 75 m³/h : 110 m ; • 75 m³/h < Q < 100 m³/h : 125 m ; et • Q > 100 m³/h : 150 m.


Dans le cas où des études hydrogéologiques ont été effectués et que des données hydrogéologiques spécifiques locales sont disponibles, le PPR doit être délimité de façon à permettre une durée d’écoulement des eaux dans l’aquifère, de la limite de la zone jusqu’au captage, de 10 jours minimum (isochrone de 10 jours). A cet effet, la méthode de Wyssling peut être appliquée (voir ANNEXE 4). La distance minimum entre le forage et la limite du PPR sera de 50 mètres vers l’amont dans la direction d‘écoulement de la nappe).

Pour appliquer la formule de Wyssling, il faut connaitre :

• H : épaisseur de l’aquifère (m) ; • k : conductivité hydraulique de l’aquifère (m/s) ; • I0 : gradient hydraulique initial (avant de commencer à pomper) ; • ne : porosité efficace ; et • Q : débit d’exploitation (m³/s = m³/h * 0,000278).

Une modélisation numérique de flux, basée sur des nombreuses données additionnelles (situation géologique locale, composition de l’aquifère, possible présence de linéaments ou fractures, etc.) est plus appropriée, mais exige l’intervention d’un expert.

Si l’aquifère est protégé par une couche d’argile continue d’une épaisseur minimum de 2 m, la taille du PPR se réduit à l’isochrone de 5 jours en appliquant la méthode de Wyssling. Il faudra cependant s’assurer de la continuité de cette couche d’argile dans tout le PPR par la réalisation des forages supplémentaires à la tarière. La limite de 50 mètres ne sera pas appliquée.

PPE


Si les données hydrogéologiques ne sont pas disponibles, le PPE sera déterminé afin que la distance PPE-PPR soit la même que PPR-forage, c'est-à-dire :

• Q < 15 m³/h : 100 m ; • 15 m³/h < Q < 25 m³/h : 120 m ; • 25 m³/h < Q < 50 m³/h : 180 m ; • 50 m³/h < Q < 75 m³/h : 220 m ; • 75 m³/h < Q < 100 m³/h : 250 m ; et • Q > 100 m³/h : 300 m.


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b. Avec données hydrogéologique

Avec des données hydrogéologiques disponibles et indépendamment de la vulnérabilité de l’aquifère, le PPE sera déterminé afin que la distance entre le PPE et le PPR soit la même que la distance entre le PPR et le forage dans la direction générale des écoulements, vers l’amont.

Dans certains contextes hydrogéologiques, comme par exemple dans le cas d’un forage qui exploite une nappe captive, les zones de recharge alimentant cette nappe ne se trouvent pas nécessairement directement autour du forage. Pour protéger le forage contre la contamination de substances chimiques plus persistantes comme par exemple des pesticides ou des hydrocarbures chlorés, il peut être nécessaire d’inclure ces zones de recharge éloignées dans le PPE.

Dans le cas de captages de grande importance pour l’approvisionnement en eau potable il pourrait être nécessaire d’étendre le PPE à l’ensemble du bassin d’alimentation du captage.

L’identification des zones de recharge et l’étendue du PPE dans ces cas particuliers demandent l’intervention d’experts en hydrogéologie à travers l’élaboration d’une étude hydrogéologique spécifique.


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3. Délimitation pratique des zones de protection

Dès que les distances et zones théoriques des périmètres de protection sont connus, il est vivement recommandé de suivre certaines règles pratiques de délimitation, telles que décrites dans les paragraphes suivants.

Rappel : Selon l’Art. 18 du Code de L’Eau, l’opérat eur exploitant le captage est en charge de la délimitation et de la mise en place d u périmètre.

PPI

Les terrains situés dans ce périmètre doivent être mis à la disposition de la collectivité.

Dans le cas des sources, le PPI sera délimité par b ornage, haie vive, ou plantation d’arbustes à enracinement de surface . Si le point de puisage est situé à moins de 5 m enaval de la source captée, il faut prévoir la construction d’une dalle afin de protéger la source, comme le montre la Figure 4.

Pour les forages, le PPI doit être clos par un gril lage muni d’une porte d’accès à maintenir fermée pour éviter l’entrée des animaux .

Le terrain doit être aménagé de façon à éviter la stagnation de l’eau. La végétation doit être maintenue rase en utilisant gazon ou herbes naturelles. L’entretien se fera manuellement ou mécaniquement, mais en aucun cas avec des produits phytosanitaires (Gilli et al, 2008).

PPR

Les limites de ce périmètre sont étendues aux contours des parcelles affectées qui, si possible, ne doivent pas être divisées (Figure 11). Le terrain doit être entretenu régulièrement pour éviter la stagnation de l’eau.

Seul l’agriculture sans intrants (donc sans fumier, fertilisants chimiques, pesticides) est autorisée. Des prescriptions particulières existent dans ce périmètre et sont mentionnées dans le Tableau 1. Les activités obligatoires à accomplir pendant la délimitation du périmètre sont présentées au Tableau 2.

Une délimitation physique du périmètre est recomman dée par exemple par haie vive ou arbustes à enracinement peu profond .

PPE

Les limites de ce périmètre sont étendues aux limites déjà définies, qu’elles soient naturelles, comme un cours d’eau, une lisière, ou a utre, soient établies par l’homme, telles que des voies de communication (sentiers, chemins, routes, voies ferrées, etc. (Figure 11).

L’agriculture est permise, mais sans intrants chimiques (fertilisants chimiques, pesticides). Des prescriptions particulières existent dans ce périmètre et sont mentionnées dans le Tableau 1. Les activités obligatoires à accomplir pendant la délimitation du périmètre sont présentées dans le Tableau 2.


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Figure 11. Délimitation pratique des zones de protection (modifié d’OFEV, 2012).


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4. Prescriptions particulières à l‘intérieur des pé rimètres de protection

A. PPI

Dans le PPI, toutes les activités sont interdites, à l’exception de celles liées au bon fonctionnement et à l’exploitation du captage, ainsi qu‘à l’entretien des terrains inclus dans le PPI. L’utilisation de pesticides, herbicides et engrais est explicitement interdite dans le PPI et l’entretien doit être réalisé manuellement ou mécaniquement.

Le PPI des sources sera délimité par bornage, haie vive ou plantation d’arbustes à enracinement de surface. Si le point de puisage est situé à moins de 5 m à l’aval de la source, le lieu de puisage doit être protégé par une dalle en béton munie d’un canal d’évacuation.

Le PPI des forages doit toujours être clôturé par un grillage. Si le forage est équipé par une pompe à motricité humaine, l’endroit doit être protégé avec une dalle en béton munie d’un canal d’évacuation. Dans le cas d’un forage équipé d’une pompe solaire, et uniquement si le lieu de puisage se trouve dans le PPI, une dalle en béton doit être construite et devra permettre de collecter et drainer toutes les eaux usées hors du PPI. Dans le cas d’un forage équipé d’une pompe électrique actionnée par un groupe électrogène, une plateforme cimentée avec drains collecteurs et fosse étanche devra être installée pour protéger la nappe. Les hydrocarbures doivent être stockés à l’extérieur du PPI.

La mise en place d’antennes téléphoniques et transformateurs électriques dans ce périmètre est aussi interdite.

B. PPR et PPE

Dans le Tableau 1 ci-dessous toutes les activités interdites dans les périmètres de protection rapproché et éloigné sont présentés.

Tableau 1. Activités interdites dans les périmètres de protection rapproché et éloigné. Les phrases en caractères gras indiquent des interdictions mentionnées dans l’Art. 45 du Code de l’Eau.

PPR PPE

Recyclage et dépôt d‘ordures, immondices et détritu s

Dépôt d'hydrocarbures liquides ou gazeux, produits chimiques, engrais et pesticides

Dépôt d'hydrocarbures liquides ou gazeux (stations de service)

Stockage de toute substance industrielle polluante

Stockage de substances industrielles polluantes (sauf huile pour usage résidentiel ou diesel pour opérations fermières)

Installation de transformateurs et lignes d’électricité avec fluides refroidissants ou isolants contaminants

Infiltration des eaux usées (rendre les fosses septiques étanches ou les déplacer à l’extérieur du PPR)

Infiltration des eaux usées si la nappe est à moins de 5 m de profondeur

Décharge des eaux usées dans les rivières qui s’écoulent vers le PPR

Usage du terrain en tant que « lieu d’aisance » -

Dépôt de boues de vidange des fosses septiques

Installation de systèmes de traitement d’eaux usées

Aquaculture

Développement de nouvelles zones d’habitat

Construction de bâtiments qui s’interposent dans la nappe

Construction d’aéroports


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PPR PPE

Dépôt de matériel de construction contaminant

Transport de produits polluants pour l’eau en cas d’axe de communication traversant le périmètre de protection

Épandage de fumier, fertilisant et pesticide Épanda ge de fertilisant et pesticide

Abreuvement, parcage et élevage d’animaux -

Excavations (y compris la fabrication de briques) et installation des cimetières

Excavations et installation des cimetières , selon le niveau statique de l’eau souterraine : - peu profond (< 15 m) - profond (> 15 m), si la zone non saturée a une forte perméabilité (sables)

Activités minières, production de pétrole ou gaz, production d'énergie géothermale

Exploitation de mines et carrières à ciel ouvert

Exploitation de mines et carrières à ciel ouvert , si elles réduisent la protection naturelle de la nappe de plus de 50%

Camps militaires

Création de nouveaux puits et tout autre ouvrage qui facilite l’infiltration

Création de nouveaux puits si la nappe se trouve à moins de 5 m de profondeur

Le Tableau 2, ci-dessous, présente les activités qu’il faut accomplir pendant la délimitation des périmètres de protection rapproché et éloigné pour assurer une réussite de la protection.

Tableau 2. Activités à accomplir pendant la délimitation des périmètres de protection rapproché et éloigné

PPR PPE

Captages abandonnés : les reboucher, impératif de respecter les règles de bon remblayage (voir le Guide de Bonnes Pratiques pour la Réalisation des Forages d’Eau au Burundi)

Puits ouverts et puisards existants : les reboucher en respectant les règles

Création de nouveaux forages : demande d’autorisation obligatoire, impératif de respecter les règles de bonne foration (voir le Guide de Bonnes Pratiques pour la Réalisation des Forages d’Eau au Burundi)

Forages existants : déclaration obligatoire (comme proposé pour le changement de l’Art.19 de l’Ordonnance Ministérielle N°770/1590 fixant les modalités et prescriptions techniques pour la délivrance de l’autorisation d’exercices de forage, de creusement de puits et de sondage en vue de la recherche, du captage ou de l’exploitation des eaux souterraines)

Zones imperméabilisées : elles doivent être limitées. la totalité de la zone imperméabilisée ne peut pas couvrir plus de 10% de la surface du PPR et plus de 30% de la surface du PPE


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5. Dossier de demande d’installation des périmètres de protection

Avant d’aménager un périmètre de protection de captage d’eau destinée à la consommation humaine, une demande d’autorisation doit être soumise à l’autorité compétente et approuvée par cette dernière.

Cette demande doit être accompagnée d’une étude technique et des diverses informations décrites ci-dessous. Le contenu de l’étude dépend du débit moyen annuel de la source ou du captage à protéger.

SOURCES

Sources qui alimentent moins de 5000 habitants

Pour la demande d’installation des périmètres de protection des sources à faible débit, l’étude technique doit contenir les informations suivantes :

1. Débit moyen annuel de la source ; 2. Une carte topographique à l’échelle 1:2.500 en système de coordonnés standard pour le

Burundi avec la position de la source et la délimitation de chaque périmètre de protection proposé ;

3. Une carte à l’échelle 1:2.500 en système de coordonnés standard pour le Burundi avec la délimitation des parcelles incluses dans le périmètre de protection proposé et les noms des propriétaires des terres (ou une copie du cadastre avec délimitation) ;

4. Un tableau avec les données de la source à protéger suivant l’exemple de l’ANNEXE 5 ; 5. Résultats des analyses bactériologiques, physiques et chimiques disponibles ; et 6. Une enquête des sources de pollution possibles dans un périmètre rectangulaire de

200 m de largeur et 500 m de longueur à l’amont de la source. Leurs positions doivent être présentées sur une carte à l’échelle 1:2.500 en coordonnés standard pour le Burundi avec l’indication du type de pollution possible (carte de vulnérabilité).

Sources à débit important (supérieur à 3 l/s) qui alimentent plus de 5000 habitants

Pour les sources à débit important, en plus des données prescrites pour les sources à faible débit, il faut présenter les suivants documents additionnels suivants :

7. Une carte piézométrique (isolignes du niveau piézométrique) à l’échelle 1:2.500 en système de coordonnés standard pour le Burundi, si des données piézométriques sont disponibles ;

8. Données météorologiques de la zone ou de la station météorologique la plus proche (moyenne mensuelle de la précipitation et de la température) ; et

9. Carte des sources et forages existants dans un périmètre sous la forme parabolique de 500 m de longueur du grand axe en l’amont de la source à l’échelle 1 :2.500 en système de coordonnés standard pour le Burundi. Elle sera accompagnée d’un tableau avec les données disponibles de ces sources et forages.

FORAGES

Forages qui alimentent moins de 5000 habitants

Pour la demande des périmètres de protection des forages de productivité faible, l’étude technique doit contenir les suivants documents :

1. Débit d’exploitation annuel ;


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2. Une carte topographique à l’échelle 1:5.000 en système de coordonnés standard pour le Burundi avec la position du forage et la délimitation de chaque périmètre de protection proposé ;

3. Une carte à l’échelle 1:5.000 en système de coordonnés standard pour le Burundi avec la délimitation des parcelles incluses dans le périmètre de protection proposé et les noms des propriétaires des terres (ou une copie du cadastre avec la délimitation) ;

4. Un tableau avec les données du forage à protéger suivant l’exemple de l’ANNEXE 6 ; 5. Fiche avec la coupe géologique et la coupe technique ; 6. Résultats des analyses bactériologiques, physiques et chimiques disponibles ; et 7. Une enquête des sources de pollution possibles dans un périmètre circulaire de 800 m

autour du forage. Les positions des points de pollution possibles doivent être présentées sur une carte à l’échelle 1:5.000 en coordonnés standard pour le Burundi avec l’indication du type de pollution possible (carte de vulnérabilité).

Forages de forte productivité (débit supérieur à 10 m³/h) qui alimentent plus de 5000 habitants

Pour les forages de forte productivité, en plus des données prescrites pour les forages de faible productivité, il faut présenter les documents additionnels suivants :

8. Une carte piézométrique (isolignes du niveau piézométrique) à l’échelle 1:5.000 en système de coordonnés standard pour le Burundi, si les données sont disponibles ;

9. Données météorologiques de la zone ou de la station météorologique la plus proche (moyenne mensuelle de la précipitation et la température) ;

10. Données brutes des essais par paliers et essais de pompage réalisés ; et 11. Carte des sources et forages existants dans un périmètre circulaire de 800 m autour du

forage à l’échelle 1 :5.000 en système de coordonnés standard pour le Burundi. Elle sera accompagnée d’un tableau avec les données disponibles de ces sources et forages.


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6. Normes et documents consultés

Les normes suivantes ont été consultées pour l’élaboration du présent guide :

Allemagne : DVGW Technische Regel Arbeitsblatt W 101.

Angleterre : Groundwater Source Protection Zones – Review of Methods. Environment Agency, 2009.

Suisse : Protection des eaux souterraines en roches meubles – OFEV 2012.

Délimitation des zones de protection des eaux souterraines en milieu fissuré – OFEV 2003.

Jordanie : Proposition pour un guide jordanien de délimitation des zones de protection des eaux souterraines (en anglais). Commissionné par le Ministère Fédéral de la Coopération Economique et du Développement (Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung, BMZ), 2002. Pas encore adopté.

Bénin Appui à la mise en place d’un dispositif de protection des zones de captages d’AEP par les communes. Guide méthodologique, 2010.

Le présent guide se base sur les documents techniques suivants :

Castany, E., 1998 : Hydrogéologie – Principes et méthodes. 2ème édition, Éditorial DUNOD, Paris. 236 pages. ISBN 2 10 004171 1.

Castagny, G. ; J. Margat, 1977 : Dictionnaire français d’hydrogéologie. Éditions du BRGM.

Gilli, E. ; Ch. Mangan ; J. Mudry, 2008 : Hydrogéologie – Objets, méthodes, applications. 339 pages, 2ème édition, Ed. Dunod, Paris. ISBN : 978-2-10-051528-8.

OMS, 2008. Guidelines for Drinking-water Quality. Third edition incorporating the first and second addenda. 3ème édition. Organisation Mondiale de la Santé. Genève, Suisse. ISBN 978 92 4 154761 1.

OFED, 2003. Délimitation des zones de protection des eaux souterraines en milieu fissuré. Office fédéral des eaux et de la géologie. Bern, Suisse.

OFEV, 2012. Zones de protection des eaux souterraines en roches meubles – Un module d’aide à l’exécution protection des eaux souterraines. Office fédéral de l’environnement. Berne, Suisse.

Wyssling, L., 1979. Eine neue Formel zur Berechnung der Zuströmungsdauer (Laufzeit) des Grundwassers zu einem Grundwasser Pumpwerk. Eclogae Geologicae Helvetiae, Vol. 72 Nr.2, 401-406. Suisse.

Annexe 1 Recommandations pour le suivi de la qualité de l’eau

ANNEXE 1

Indications pour le suivi de la qualité de l’eau

Annexe 1 Indications pour le suivi de la qualité de l’eau

1

Indications pour le suivi de la qualité de l’eau

Il est très important d’assurer une bonne qualité de l’eau distribuée à partir d’un captage. Comme indiqué dans l’Art. 114 du Code de l’Eau, « toute personne physique ou morale chargée de distribuer l’eau de c onsommation à titre onéreux ou à titre gratuit, est tenue de s’assurer que cette eau est conforme aux conditions et normes de potabilité ».

Afin d’assurer la potabilité de l’eau captée, il est demandé au responsable du captage d’effectuer les analyses de laboratoire nécessaires, de rendre officiels les résultats et les mettre à disposition des autorités.

Paramètres de l’eau à contrôler

Il y a différents paramètres de l’eau qu’il faut mesurer régulièrement pour assurer en permanence une bonne qualité de l’eau distribuée, à savoir :

1. Propriétés physiques • pH • Conductivité électrique • Température

2. Propriétés organoleptiques • Couleur • Saveur • Odeur • Turbidité

3. Paramètres chimiques • Cations et anions majeurs: Calcium (Ca), sodium (Na), potassium (K), fer (Fe),

magnésium (Mg), manganèse (Mn), chlorure (Cl), bicarbonate (HCO3), sulfate (SO4) et phosphate (PO4)

• Fluor (F), Arsenic (As), Ammonium (NH4), Nitrite (NO2), Nitrate (NO3)

4. Bactériologie • Coliformes Totaux • Escherichia-Coli (ou Coliformes Fécaux) • Entérocoques (si possible)

Périodicité des contrôles

Pour l’approbation d’un captage , il est nécessaire de prendre trois échantillons avec un intervalle de 72 heures entre chaque prélèvement pour mesurer les paramètres physiques, organoleptiques et bactériologiques. La moyenne des trois échantillons doit être conforme aux normes de qualité de l’eau potable (Tableau 1).

Tableau 1. Valeurs maximales admissibles pour les propriétés organoleptiques selon l’OMS (2008)

Propriété Maximal admissible

pH 6,5 - 9,5 (*)

Conductivité électrique 2000 µS/cm

Couleur 15 unités de couleur (TCU)

Saveur Acceptable pour la plupart des personnes

Odeur Acceptable pour la plupart des personnes

Turbidité 5 NTU Note : (*) Le guide pour la qualité de l’eau potable de la OMS (2008) indique que le pH ne pose pas

problèmes de santé. Toutefois, il propose une valeur optimale entre 6,5 et 9,5 basé sur des considérations esthétiques.

Si les analyses bactériologiques des forages ne sont pas satisfaisantes, c'est-à-dire que si toutes les analyses indiquent la présence des bactéries pathogènes, il faut alors désinfecter le forage avec une solution chlorée (hypochlorite de calcium ou autres ; la dose recommandée dépend du produit utilisé). Des nouvelles analyses seront effectuées une journée plus tard après un pompage continu d’une heure. En cas que la pollution bactérienne pathogène continuerait et s’il n’y avait pas de possibilité de chloration de l’eau avant son utilisation, le forage ne devrait pas être accepté.

Dans le cas des sources, si toutes les analyses bactériologiques montrent la présence de bactéries pathogènes, il faudra effectuer la chloration de l’eau avant sa distribution.

Par ailleurs, un échantillon d’eau sera prélevé pour y effectuer des analyses chimiques. Les résultats devront être inférieurs aux valeurs admissibles présentées dans le Tableau 2.

Tableau 2. Valeurs admissibles et maximales pour les propriétés chimiques selon l’OMS (2008)

Propriété Symbole Maximal admissible (mg/l)

Solides dissous totaux TDS 1000

Dureté totale DT 200

Sodium Na 200

Fer Fe 0,3 (*)

Manganèse Mn 0,4

Chlorure Cl 250

Sulfates SO4 250

Fluor F 1,5

Arsenic As 0,01

Ammonium NH4 0,5

Nitrite NO2 0,2

Nitrate NO3 50 Note : (*) cette valeur est recommandée à cause de la coloration des vêtements et

incrustations dans les tuyaux, mais pas pour des implications sur la santé

Pour le suivi de la qualité de l’eau captée , au cours de la première année quatre analyses chimiques seront faites en janvier, avril, juillet et octobre pour assurer une continuité du contrôle de la qualité de l’eau captée. Dans le cas de sources, en plus des quatre analyses chimiques annuelles, il est demandé de mesurer chaque fois aussi les propriétés organoleptiques, physiques ainsi que bactériologiques.

Si les paramètres restent constants après ces quatre mesures, la procédure se réduira à deux mesures annuelles, dans le cas contraire le rythme de quatre mesures annuelles continuera et une étude approfondie devrait être faite pour analyser la raison du changement de qualité et assurer que la délimitation des périmètres de protection a été correcte.

Un exemple de protocole de terrain pour l’échantillonnage de l’eau souterraine est présenté ci-dessous.

Point d’eau prélèvé

Nom du point Colline

Longitude Latitude

Altitude en m

N° carte topo

GPS

WGS84

Nom du projet

Données sur l’échantillon

ID échantillon

Nom préleveur Date

Procédure d’échantillonnage Exhaure de prélèvement

tube à clapet

(bailer) � Pompe immergée � pompe d’aspiration �

Margelle: (type de tube, diamètre)

Bon état?

Profondeur totale: en m par rapport à margelle

Démarrage du pompage: (heure)

Niveau statique: en m par rapport à la margelle

Arrêt du pompage: (heure)

Rabattement: en m

Fréquence de la pompe en Hz

Rabattement résiduel: en m

Contamination?

Profondeur de la pompe: en m par rapport à la margelle

Débit Q en l/sec

Série des bouteilles d’échantillon

Anions: 500 mL PE �

Cations: 250 mL PE, 0.45 µm filtré + 1 acidifié % HNO3ccsp �

Paramètres physico-chimiques mesurés in-situ: TempH2O en °C

Observations météo: 1 vent: 2 pression atmosphérique en mbar: 3 précipitation: 4 nuage (n/8):

Tempair en °C (à l’ombre, sec)

pH

CE en µS/cm

CE en µS/cm (démarrage pompe)

OD (O2) en % Sat.

ALK4.3 en mmol/L 50 mL avec 0.05 M HCL

Redox en mV(AgCl)

Analyse bactériologique: Coliformes Totaux (CFU/100ml)

Escherichia-Coli (CFU/100ml)

Coliformes Fécaux (CFU/100ml)

Entérocoques (CFU/100ml)

Analyse organoleptique/observation: odeur gout H2S couleur turbidité

Commentaires sur le point d’eau / procédure d’échantillonnage / échantillon Préparation d‘échantillon: Envoyé au laboratoire par: Date/heure: Signature:

Paramètres pendant pompage (≥ 1,5 x le volume du forage à prélever avant échantillonnage): Heure Niveau.

in m p.r.M TempH2O en°C

CE en µS/cm

pH Redox en mV

OD (O2) en % Sat.

Q en L/sec

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ANNEXE 2

Exemple d’une interpolation triangulaire

Annexe 2 Exemple d’une interpolation triangulaire

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Exemple d’une interpolation triangulaire pour défin ir les courbes piézométriques

L’interpolation triangulaire est une méthode graphique pour déterminer les lignes piézométriques (isolignes, isopièzes) quand les points de mesures sont très rares. Ci-dessous un exemple est proposé avec les données des niveaux piézométriques mesurées en trois points d’observation dans des trous excavés en amont d’une source. Un quatrième point est défini par la source même.

Figure 1. Interpolation triangulaire pour définir les lignes piézométriques avec l’aide de trois mesures de niveau piézométrique à l’amont d’une source. Les points noirs indiquent les excavations à l’amont de la source. Le cercle montre la position de la source.

La méthode à suivre est la suivante :

1. Dessiner les points excavés et la source sur une carte topographique à l’échelle 1 :10000 ;

2. Tracer une ligne qui joint deux points du triangle (prenons par exemple les excavations A et B) ;

3. Mesurer la distance entre les deux points sur la carte ; 4. Noter la différence entre les niveaux piézométriques de ces deux points (dans le cas

d’étude c’est la différence des niveaux entre l’excavation A et B, c'est-à-dire 1710 m – 1680 m = 30 m) ;

5. Calculer la distance pour chaque unité de niveau piézométrique en divisant la distance mesuré sur la carte par la différence de niveau piézométrique ;

6. Marquer les incréments le long de la ligne connectant les deux points (correspondant aux niveaux 1690 m et 1700 m. Il faut choisir les incréments de niveau de façon à obtenir des lignes piézométriques convenables (1 m, 5 m, 10 m,…) ;

7. La procédure entre 3 et 6 se répète pour les autres deux cotés du triangle, c'est-à-dire entre les excavations B et C et entre les excavations A et C ; et

8. Créer les lignes piézométriques en joignant les points avec le même niveau (lignes en bleu dans la figure).

Dans l’exemple proposé, la méthode se répète pour intégrer la source dans l’interpolation et ainsi déterminer les lignes piézométriques pour toute la zone autour de la source. Cette interpolation est représentée par le triangle en rouge dans la Figure 2 suivante.


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Figure 2. Interpolation triangulaire incluant la source. Les courbes piézométriques occupent toute la zone autour de la source.

Une fois que les courbes piézométriques sont représentées, il est possible d’évaluer le gradient hydraulique et la direction d’écoulement de l’eau souterraine.

Figure 3. Représentation des courbes piézométriques avec direction d’écoulement (flèches). Seule l’eau souterraine de la surface en jaune arrive à la source.

Dans l’exemple présenté, l’écoulement de l’eau souterraine vers la source est montré avec des flèches grasses. Evidemment, la source ne reçoit de l’eau que de la partie située directement au nord (indiquée en jaune). Cette représentation permet aussi de déterminer quels seraient les endroits où un essai de traçage serait réussi. La Figure 3 montre que les


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traceurs injectés dans les excavations A ou C n’arriveront jamais à la source. Dans le cas où ces excavations seraient utilisées pour des essais de traçage, il faut choisir l’excavation B.

Le gradient hydraulique peut être calculé par exemple comme la différence de niveau piézométrique entre l’excavation B (1680 m) et la source (1620 m) divisée par la distance entre ces deux points dans le terrain. Si on suppose qu’ils se trouvent à 600 m l’un de l’autre, le gradient serait :

� = ∆ℎ� = �� é��. ��. � − �� é��. �� = 1680 − 1620600 = 60�600� = 0,1

ANNEXE 3

Exemple d’un essai de traçage

Annexe 3 Exemple d’un essai de traçage

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Contenu Sommaire .................................................................................................................. 3 Caractéristiques du bassin versant ............................................................................ 3 Objectif des essais de traçage .................................................................................. 5 Premier essai ............................................................................................................ 5 Deuxième essai ......................................................................................................... 7 Résultats ................................................................................................................... 9 Évaluation des résultats .......................................................................................... 10 Résumé et conclusions ........................................................................................... 14 Références .............................................................................................................. 14

Liste de Figures Fig. 1 Carte du champ de captage à Birohe, position des sources (points C) et des chambres collectrices (points R). SP indique le tank collecteur final. Les points d’injection et les sources où le traçage a été trouvé sont indiqués par des flèches (en bleue pour le premier essai entre IP25 et C25 ; en marron pour le deuxième de la carrière principalement vers C26+C119 et moins de masse vers C25) ..................... 3

Fig. 2 Vision de la vallée de Birohe vers le NE .......................................................... 4

Fig. 3 Section verticale schématique de la situation hydrogéologique des sources à Birohe (préparé par Barrat & Vassolo, 2013) ............................................................. 4

Fig. 4 Courbe de calibration: conductivité électrique vs. concentration du sel traceur 5

Fig. 5 Injection du sel traceur à IP25 ......................................................................... 6

Fig. 6 Représentation schématique du captage des eaux des sources à Birohe ....... 6

Fig. 7 Courbe de concentration et récupération relative du traceur mesurée à la source C25 ................................................................................................................ 7

Fig. 8 Préparation de l’injection de 300 kg NaCl et 1500 l d’eau dans QUARRY INJ . 8

Fig. 9 Courbe de concentration et récupération relative de traceur aux sources C26 et C119 dans la chambre R105 ................................................................................. 8

Fig. 10 Comparaison des valeurs de conductivité électrique mesurés à la sortie des sources C26 et C199 (courbe en noir), C25 (courbe en bleu) et collecteur 123 (courbe en vert). Une augmentation légère de la conductivité électrique a été mesurée dans la source C25 et le collecteur 123 après le commencement du deuxième essai ......................................................................................................... 9

Fig. 11 Comparaison du développement des courbes de traceur et la précipitation journalière mesurée à l’aéroport de Gitega .............................................................. 10

Fig. 12 Estimation des temps pic et moyen pour le premier (en haut) et le deuxième essai (en bas).......................................................................................................... 12

Liste de Tables Table 1 Coordonnés et élévations pour les points d’injection et des sources où le traceur a été récupéré ............................................................................................... 9

Table 2 Résumé des vitesses calculées à partir des courbes de concentration ....... 11


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Abréviations

ADCP Acoustic Doppler Currentmeter Profiler BGR Institut Fédéral de Géosciences et Ressources Naturelles

∆h différence de niveau statique entre le point d’injection du traçage et la source en m EC conductivité électrique (µS/cm) IGEBU Institut Géographique du Burundi I gradient hydraulique K conductivité hydraulique en m/s kg kilogramme l litre m snm mètre sur le niveau de la mer NaCl chlorure de sodium (sel commun) ne porosité effective (-) t temps d’écoulement en h v vitesse d’écoulement en m/h x distance entre le point d’injection et la source en m


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Sommaire

Un des buts du projet “Gestion et Protection des Eaux Souterraines” est la délimitation des périmètres de protection pour sources et forages utilisés pour la provision d’eau des villes, dont la REGIDESO s’en occupe.

Pour y commencer, il a été décidé de définir le périmètre de protection des sources situées dans le bassin versant de Birohe. La zone se caractérise par la présence de plusieurs sources. La REGIDESO capte l’eau des 10 sources plus puissantes. Le volume d’eau donné par ces sources représente 10% à 15% du volume total offert à la ville de Gitega.

Pour se conformer avec cette définition de périmètre de protection des captages à Birohe, le BGR en partenariat avec l’IGEBU et un collègue de la REGIDESO ont effectué deux essais de traçage (Fig. 1). Leurs but étaient d’évaluer la vitesse d’écoulement et, indirectement, l’estimation de la conductivité hydraulique de l’aquifère. Les essais ont été faits en utilisant le sel commun (NaCl) comme traceur.

Les résultats ont montré une haute vitesse d’écoulement entre 1,8 m/h et 2 m/h à cause de la pente très abrupte du terrain. En conséquence, la conductivité hydraulique estimée varie entre 1.5E-4 m/s et 3E-4 m/s.

Fig. 1 Carte du champ de captage à Birohe, position des sources (points C) et des chambres collectrices (points R). SP indique le tank collecteur final. Les points d’injection et les sources où le traçage a été trouvé sont indiqués par des flèches (en bleue pour le premier essai entre IP25 et C25 ; en marron pour le deuxième de la carrière principalement vers C26+C119 et moins de masse vers C25)

Caractéristiques du bassin versant

Le bassin versant de Birohe est situé au SE de Gitega. Il s’agit d’un petit bassin versant en forme de fer à cheval avec une direction NE dans un environnement vallonné avec une pente moyenne de 18% (Fig. 2). La précipitation dans la région est très abondante avec une moyenne annuelle à long terme de 1197 mm pour la période 1979-2009 et une température moyenne journalière à long terme de 21°C pour la période 1985-2012.


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Fig. 2 Vision de la vallée de Birohe vers le NE

Du point de vue géologique, le bassin versant est composé de quartzite diaclasée avec intercalation des bancs de schiste et couverte par alluvions grossiers. La partie inférieure du bassin versant est occupée par argiles, produit des schistes décomposées. La présence des dépôts latéritiques est une indication claire d’altération.

Une section transversale le long de l’axe central du bassin versant est présentée dans la Fig. 3. Elle montre que au SW le terrain descend de 1702 m sur le niveau de la mer (snm) à 1670 m snm (en total 32 m) dans une distance de 40 m. De plus, les couches d’argile au fond de la vallée agissent comme barrière d’écoulement et sont de ce fait originaires des sources.

Fig. 3 Section verticale schématique de la situation hydrogéologique des sources à Birohe (préparé par Barrat & Vassolo, 2013)


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Objectif des essais de traçage

Les essais de traçage ont été effectués afin de déterminer la vitesse d’écoulement des eaux souterraines. Le but de ce paramètre est la délimitation des périmètres de protection.

Le sel commun (NaCl) a été utilisé comme traceur. Cette élection a été adoptée afin d’éviter le long processus nécessaire pour obtenir la permission d’utilisation des traceurs colorants. Une concentration de 200 g/l a été adoptée pour assurer que la conductivité à la source ne serait pas supérieure à 2000 µS/cm, même si toute l’eau injectée arrive par la source. Le long du passage souterrain, l’eau traceur extrêmement concentrée (2,000 µS/cm) est diluée par l’eau souterraine de très basse conductivité (environ 29 µS/cm) conduisant à des concentrations de Na et Cl à la source qui sont beaucoup plus inférieures à celles permises par la norme de l’OMS (200 mg/l et 250 mg/l, respectivement).

Premier essai

Avant l’injection du traceur, il a fallu déterminer la relation entre la conductivité électrique et la masse de sel traceur dans la solution (Fig. 4). Pour faire la calibration, des quantités variables de sel ont été dissoutes avec l’eau de la source où la sortie du traceur été attendue, suivi par la mesure de la conductivité correspondante. La relation obtenue résulte en:

CNaCl (mg/l) = 0,5363 * E.C. (µS/cm) – 14,621

Fig. 4 Courbe de calibration: conductivité électrique vs. concentration du sel traceur

Le premier essai a commencé le 16 avril à 15 heures. Pour cet essai un trou (IP25) a été spécialement excavé pour arriver à injecter le matériel traceur dans le sous-sol (Fig. 5). L’eau souterraine a été trouvée à une profondeur de 1,7 m. Avant d’injecter le traceur, le trou a été vidé afin d’assurer une bonne infiltration.


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Fig. 5 Injection du sel traceur à IP25

Le matériel traceur a été préparé en dissolvant 40 kg de NaCl avec 200 l d’eau. La récupération du traceur à été suivi avec des multimètres WTW modèles 340i et 3430 avec des sondes conductivimètres attachées. Ils ont été installés dans la chambre 105 (Fig. 6) qui reçoit l’eau de deux branches, l’une à partir de la source C25 et l’autre qui collecte l’eau des sources C26 et C119.

Fig. 6 Représentation schématique du captage des eaux des sources à Birohe


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La seule source dont on a détecté du traceur a été la source C25 (Fig. 1; Fig. 6). Aucun traceur a été détecté aux sources C26 et C119 pendant le premier essai.

La première indication du traceur a été détectée 4 heures après l’injection, ce que semble être une réponse très rapide. Cette forte vitesse serait le résultat soit de la pente abrupte de la région (moyenne 18%) ou d’une conductivité hydraulique élevée. La maximale concentration a été mesurée 28 heures après l’injection (Fig. 7).

Une masse du traceur totale de 56% a été récupérée à la source C25 (Fig. 7) jusqu’à la finalisation de mesures le 24 avril, après 8 jours de suivi continu. Selon SSH (2002), ce taux de récupération peut être qualifié comme une haute récupération.

Fig. 7 Courbe de concentration et récupération relative du traceur mesurée à la source C25

Deuxième essai

Pour le deuxième essai, une masse de 300 kg de NaCl dissoute dans 1500 l d’eau a été injectée dans le trou “QUARRY INJ” qui a été excavé pour cette fin dans une carrière abandonnée (Fig. 1). Ici il a été impossible d’arriver à l’eau souterraine à cause de la dureté du sous-sol (Fig. 8) et le traceur a été injecté dans la zone non-saturée à une profondeur de 1 m.

L’essai a commencé le 24 avril à 10:00 heures. Les mesures ont été prises dans la chambre 105 qui collecte les eaux de la source C25 à travers une branche et celles des sources C26 et C119 à travers une autre (Fig. 6). Malheureusement ce n’est pas possible d’accéder aux sources C26 et C119 de façon séparée. Le traceur a été récupéré surtout de ces deux sources, mais une petite masse de traceur à été aussi trouvée dans la source C25 (Fig. 1).


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Fig. 8 Préparation de l’injection de 300 kg NaCl et 1500 l d’eau dans QUARRY INJ

La première indication de traceur aux sources C26 + C119 a été détectée 5.5 heures après l’injection. La vitesse d’écoulement semble très forte, probablement à cause de la forte pente de la zone (environ 18%) ou à une conductivité hydraulique élevée. La concentration maximale a été mesurée 30 heures après le début de l’essai (Fig. 9).

La dernière mesure du 28 mai montre une récupération de masse de 14%. Selon SSH (2202), il s’agit d’une récupération moyenne. La récupération de masse à la source C25 est très basse et c’est impossible de différencier entre le premier et le deuxième essai.

Fig. 9 Courbe de concentration et récupération relative de traceur aux sources C26 et C119 dans la chambre R105

Annexe 3

Comme déjà mentionné, la source C25 réagit légèrement à l’injectiCeci est indiqué par une légère augmentation de la conductivité électrique mesuré à la sortie de la source après le début du deuxième essai

La courbe verte dans la Fig. chambre 123 qui collecte les eaux des sources Comme il s’agit d’un collecteur, il n’est pas clair si les pics de conductivité sont causés par le matériel traceur des sources C26 réaction. Parce que la courbe verte sources C26 et C119, il est probable qudissout avec de l’eau des sources traceur de la source C25.

Fig. 10 Comparaison des valeurs de conductivité électrique mesurés à la sortie des sources C26 et C199 (courbe en noir), C25 (courbe en bleu) et collecteur 123 (courbe en vert). Une augmentation légère de la conductivité électrique a été mesurée dans la source C

Résultats

Les coordonnés et élévations pour les points d’injection et les sources où le traceur a été récupéré sont présentées dans la

Table 1 Coordonnés et élévations pour les points d’injection et des sources où le traceur a été récupéré

Point Lat

IP25 3°25'50.72"S

QUARRY INJ 3°25'50.02"S

C25 3°25'50.25"S

C26 3°25'47.85"S

C119 3°25'47.64"S

En comparaison avec la précipitation journalière mesurée à l’aéroport de évident que les courbes de conductivité électrique réagissent aux événements importants de


la source C25 réagit légèrement à l’injection dans Ceci est indiqué par une légère augmentation de la conductivité électrique mesuré à la sortie de la source après le début du deuxième essai (courbe en bleue dans la Fig.

Fig. 10 montre la mesure d’un conductivimètre installé dans la qui collecte les eaux des sources C25, C26, C119, C121

Comme il s’agit d’un collecteur, il n’est pas clair si les pics de conductivité sont causés par le sources C26 et C119 ou si d’autres sources comptent aussi dans la

. Parce que la courbe verte suit les maxima et minima de la cosources C26 et C119, il est probable qu’elle montre le sel traceur des sources dissout avec de l’eau des sources C121 et C122 et une quantité extrêmement petite de sel

Comparaison des valeurs de conductivité électrique mesurés à la sortie des sources C26 et C199 (courbe en noir), C25 (courbe en bleu) et collecteur 123 (courbe en vert). Une augmentation légère de la conductivité électrique a été mesurée dans la source C25 et le collecteur 123 après le commencement du deuxième essai

Les coordonnés et élévations pour les points d’injection et les sources où le traceur a été récupéré sont présentées dans la Table 1.

Coordonnés et élévations pour les points d’injection et des sources où le traceur a été récupéré

Long Élévation (m

3°25'50.72"S 29°56'47.94"E 1675.87

3°25'50.02"S 29°56'46.54"E 1687.24

3°25'50.25"S 29°56'49.06"E 1667.38

3°25'47.85"S 29°56'47.78"E 1668.22

3°25'47.64"S 29°56'48.19"E 1665.85

En comparaison avec la précipitation journalière mesurée à l’aéroport de évident que les courbes de conductivité électrique réagissent aux événements importants de


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on dans QUARRY INJ. Ceci est indiqué par une légère augmentation de la conductivité électrique mesuré à la sortie

Fig. 10).

ivimètre installé dans la C25, C26, C119, C121 et C122 (Fig. 6).

Comme il s’agit d’un collecteur, il n’est pas clair si les pics de conductivité sont causés par le ou si d’autres sources comptent aussi dans la

la courbe en noir des lle montre le sel traceur des sources C26 et C119

et une quantité extrêmement petite de sel

Comparaison des valeurs de conductivité électrique mesurés à la sortie des sources C26 et C199 (courbe

en noir), C25 (courbe en bleu) et collecteur 123 (courbe en vert). Une augmentation légère de la conductivité 25 et le collecteur 123 après le commencement du deuxième essai

Les coordonnés et élévations pour les points d’injection et les sources où le traceur a été

Coordonnés et élévations pour les points d’injection et des sources où le traceur a été récupéré

vation (m snm)

En comparaison avec la précipitation journalière mesurée à l’aéroport de Gitega, il est évident que les courbes de conductivité électrique réagissent aux événements importants de

Annexe 3

précipitation (Fig. 11). Un premier pic appableue) après l’événement de précipitation du répondent clairement à l’événement sources C26 + C119 (courbe noire) ependant que C 25 répond avec un délai d’environ une demiC199 répond rapidement à l’événement du 6 demi-journée.

Le manque de réponse apparent de la courbe C25 à l’événement du 20 et 21 être l’effet d’une précipitation locale qui n’est pas arrivé jusqu’au bassin versant de Birohe. Les données de précipitation appartiennent à la station de l’aéroport de quelques 4 km à l’WNW du site d’essai

Fig. 11 Comparaison du développement des courbes de traceur et la précipitation journalière mesurée à l’aéroport de Gitega

Le débit des sources augmentet ne reflètent pas les variations de conductivité électrique. du matériel traceur après l’injection. augmentations de conductivité électrique aprèssont causées par un nouveau rinçage du sel traceur qui reste adhéré au matériel de l’aquifère.

Évaluation des résultats

Le but principal des essais de traçage est lêtre calculé en considérant que

avec:

v: vitesse d’écoulement moyenne

x: distance entre le point d’injection

t: temps d’écoulement du traceur (h)


Un premier pic apparait dans la courbe de la source C25 (après l’événement de précipitation du 23 avril de 15 mm. Plus tard, toutes les courbes

répondent clairement à l’événement majeur du 28 avril de 35,4 mm. Les courbes des sources C26 + C119 (courbe noire) et 123 (courbe verte) montrent un pic rapide et

avec un délai d’environ une demi-journée. Encore une foi, C26 + C199 répond rapidement à l’événement du 6 mai avec 6,7 mm et C25 avec un retard d’une

rent de la courbe C25 à l’événement du 20 et 21 être l’effet d’une précipitation locale qui n’est pas arrivé jusqu’au bassin versant de Birohe. Les données de précipitation appartiennent à la station de l’aéroport de Gitega qui est

du site d’essai.

Comparaison du développement des courbes de traceur et la précipitation journalière mesurée à

Le débit des sources augmente lentement après des événements de précipitation importants et ne reflètent pas les variations de conductivité électrique. En plus, il n’y a eu pas

après l’injection. Par conséquent, on peut concluconductivité électrique après des importants événements de précipitation

sont causées par un nouveau rinçage du sel traceur qui reste adhéré au matériel de

Le but principal des essais de traçage est l’évaluation de la vitesse d’écoulement. être calculé en considérant que

= ��

vitesse d’écoulement moyenne (m/h)

injection et la source (m)

t: temps d’écoulement du traceur (h)


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rait dans la courbe de la source C25 (courbe Plus tard, toutes les courbes

mm. Les courbes des t 123 (courbe verte) montrent un pic rapide et large

. Encore une foi, C26 + avec un retard d’une

rent de la courbe C25 à l’événement du 20 et 21 avril pourrait être l’effet d’une précipitation locale qui n’est pas arrivé jusqu’au bassin versant de Birohe.

Gitega qui est situé à

Comparaison du développement des courbes de traceur et la précipitation journalière mesurée à

ts de précipitation importants En plus, il n’y a eu pas du rinçage

peut conclure que les des importants événements de précipitation

sont causées par un nouveau rinçage du sel traceur qui reste adhéré au matériel de

’évaluation de la vitesse d’écoulement. Ceci peut


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La courbe de concentration mesurée à la source permet d’estimer différents vitesses d’écoulement comme suit:

• Vitesse effective d’écoulement maximale pour le plus court temps nécessaire pour que le matériel traceur arrive à la source (vitesse du début de la courbe)

• Vitesse effective d’écoulement pic pour le temps dont le pic est mesuré • Vitesse effective d’écoulement moyenne pour le temps d’écoulement moyen. Ce

temps est calculé comme le temps pour lequel la concentration maximale est réduite à 2/3 (SSH, 2002):

Les temps d’écoulement de début, pic et moyen sont calculés à partir des courbes de concentration respectives (Fig. 12). Les résultats des vitesses d’écoulement sont résumés dans la

Table 2.

Table 2 Résumé des vitesses calculées à partir des courbes de concentration

Premier essai (C25) Deuxième essai (C26+C119)

Distance injection-source (m)

39 88

t_début (h) 4.00 5.50

t_pic (h) 28.33 30.48

t_moyen (h) 40.33 42.98

v_début (m/h) 9.64 16.02

v_pic (m/h) 1.36 2.89

vav_moyenne (m/h) 0.96 2.05

La vitesse d’écoulement moyenne pour le deuxième essai parait être double de celle calculée pour le premier essai. Comme l’aquifère dans les deux cas semble similaire, on peut conclure que la différence est le résultat d’une pente plus forte pour l’écoulement.

Selon OFEG (2003), un aquifère hétérogène composé des fractures interconnectées bien perméables peut être caractérisé par

• Temps d’écoulement qui n’augmentent pas significativement avec la distance d’injection • Fortes vitesses d’écoulement de dizaines ou centaines de mètres par jour • L’isochrone à la limite du bassin versant montre des temps d’écoulement plus courts que

10 jours • Une haute récupération de masse et des courbes avec un pic de traceur court

Les essais de traçage effectués à Birohe montrent toutes ces caractéristiques. Pourtant, on peut conclure que l’aquifère est hétérogène et composé des fractures interconnectées bien perméables.


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Fig. 12 Estimation des temps pic et moyen pour le premier (en haut) et le deuxième essai (en bas)

La conductivité hydraulique sera estimée à travers la loi de Darcy avec la vitesse moyenne d’écoulement déjà calculée, comme suit:

" = #$ ∙ �&�

avec:

vav: vitesse effective d’écoulement moyenne (m/s)


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ne: porosité effective (-), qui a été estimée à 0.1 à cause des quartzites diaclasées recouvertes par des alluvions grossiers

I: gradient hydraulique (-)

Le gradient hydraulique sera calculé à partir de:

� = ∆ℎ�

pour lequel:

x: distance entre le point d’injection et la source (m)

∆h: différence de niveau piézométrique entre le point d’injection et la source (m)

Comme l’eau souterraine a été trouvée seulement dans le premier point d’injection (IP25), le gradient hydraulique ne peut être estimé que pour cet endroit.

• La distance entre le point d’injection (IP25) et la source (C25) a été mesurée à 39 m (Table 2).

• En supposant que le niveau statique à la source coïncide avec la surface du terrain à C25, il serait de 1667,38 m snm (Table 1)

• Le niveau statique au point d’injection peut être calculé par abstraction de 1,7 m (profondeur de la nappe) à la hauteur du terrain. Ca veut dire 1675,87 m snm – 1,7 m = 1674,17 m snm. La différence entre les niveaux statiques est ∆h = 1674,17 – 1667,38 = 6,79 m.

Pourtant, le gradient hydraulique résulte en:

� = 6.7938.56 = 0.176��17.6%

Par conséquence, la conductivité hydraulique pour le premier essai résulte:

" = 0.96 ∙ 0.10.176 = 0.55�ℎ = 1.5, − 4�/�

Dans le deuxième essai, le matériel traceur a été injecté dans la zone non saturée à cause de la difficulté d’excaver plus profond. En conséquence, la conductivité hydraulique pour cet essai peut être calculée seulement si on considère que le gradient hydraulique est le même que pour le premier essai. Prenant en considération que le bassin versant est très petit et que les deux sources se trouvent dans le même environnement, cette hypothèse semble être correcte. Alors :

" = 2.05 ∙ 0.10.176 = 1.2�ℎ = 3.2, − 4�/�

Les deux conductivités hydrauliques calculées sont habituelles pour des quartzites diaclasées couvertes par des alluvions grossiers, comme on trouve à la proximité des sources. On peut alors conclure que la réponse rapide des essais est due à la forte pente du terrain (18% en moyen).


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Résumé et conclusions

Deux essais de traçage ont été effectués dans le bassin versant de Birohe afin d’estimer la vitesse d’écoulement.

Les résultats peuvent être résumés comme suit:

• Le premier essai montre une haute récupération de traceur (56%), mais seulement une récupération moyenne a été obtenue dans le deuxième essai (14%)

• Les deux courbes de conductivité électrique réagissent aux événements de précipitation. Chaque fois il s’agit d’un rinçage de matériel traceur qui a resté adhéré au matériel du sol par l’eau de pluie

• Les vitesses effectives d’écoulement moyennes calculées sont de 0,96 m/h pour le premier essai et de 2,05 m/h pour le deuxième. La différence est due à une pente d’écoulement plus abrupte dans le deuxième essai qui conduit à un écoulement plus rapide

• En supposant une porosité effective de 0,1, la conductivité hydraulique pour quartzite diaclasée couverte par des alluvions grossiers peut être estimée entre 1,5E-4 m/s et 3,2E-4 m/s. Elles sont habituelles pour cette sorte de matériel

• La réponse apparemment rapide de l’essai (première indication de récupération du matériel traceur après 4 heures pour le premier essai et 5,5 heures pour le deuxième) est due à la pente abrupte du terrain dans la zone que résulte dans une forte vitesse d’écoulement

Les résultats des essais montrent une vitesse effective d’écoulement moyenne très forte à cause d’une pente élevée. Ces vitesses peuvent être utilisées pour estimer un périmètre de protection afin d’améliorer la qualité de l’eau souterraine.

Références

Barrat, J.-M. and S. Vassolo, 2013. Section vertical schématique pour expliquer la situation hydrogéologique des sources à Birohe. IGEBU, Burundi.

OFEG, 2003. Délimitation des zones de protection des eaux souterraines en milieu fissuré. Office fédéral des eaux et de la géologie. Bern, Suisse.

SSH, 2002. Einsatz künstlicher Tracer in der Hydrogeologie – Praxishilfe. Groupe de Travail de la Société Suisse d’Hydrogéologie, Office Fédéral des Eaux et de la Géologie. Bern, Suisse.

ANNEXE 4

Formule utilisée pour le calcul de rayon de PPR et PPE sans données

hydrogéologiques et description de la méthode de Wyssling

Annexe 4 Description de la méthode de Wyssling

1

Formule utilisée pour le calcul de rayon de PPR et PPE sans données hydrogéologiques

Les tailles de rayons se basent sur le calcul proposé pour la mise en place des périmètres de protection des captages AEP au Bénin :

/ = 0 1 ∙ �2 ∙ �& ∙ ℎ

avec :

Q : débit d’exploitation (m³/h) ; t : temps de prélèvement. On considère un prélèvement constant sur 10 jours (ou 240 h) ; ne : porosité efficace estimée à ne = 0,05. Cette valeur correspond au sable argileux, qui est le matériel de l’aquifère poreux dans la plaine de l’Imbo. Si le type d’aquifère est connu, les porosités efficaces correspondantes peuvent être appliquées (voir Tableau 1) ; et h : longueur moyenne de crépine installée au Burundi (10 m).

Figure 1. Schéma de la situation considéré pour le calcul du rayon R en fonction du débit d’exploitation Q.

Tableau 1. Valeurs de la porosité efficace moyenne pour les principaux réservoirs (Castany, 1998).

Type d’aquifère Porosité efficace n e

Gravier gros 0,30

Gravier moyen 0,25

Gravier fin 0,20

Gravier et sable 0,15 à 0,25

Alluvions 0,08 à 0,10

Sable gros 0,20


2

Type d’aquifère Porosité efficace n e

Sable moyen 0,15

Sable fin 0,10

Sable très fin 0,05

Sable argileux 0,05

Argile 0,02

Vases 0,001

Calcaire fissuré 0,02 à 0,15

Craie 0,02 à 0,05

Grès fissuré 0,02 à 0,15

Granite fissuré 0,001 à 0,02

Basalte fissuré 0,08 à 0,10

Schistes 0,001 à 0,02

Description de la méthode de Wyssling (données hydr ogéologiques spécifiques locales disponibles)

La méthode de Wyssling (1979) est généralement appliquée pour la délimitation des périmètres de protection. À travers une formule mathématique, elle permet de calculer le temps d’écoulement (t) d’une goutte d’eau souterraine située sur un point quelconque de l’aquifère jusqu’au captage et ainsi délimiter les isochrones nécessaires pour la définition des périmètres de protection. L’application de la méthode suppose que l’aquifère est homogène et illimité.

Pour appliquer la formule de Wyssling, il faut d’abord connaitre :

- H : épaisseur de l’aquifère saturé (m) - k : conductivité hydraulique de l’aquifère (m/s) - I0 : gradient hydraulique (dans le cas de forage, il s’agit du gradient initial, c'est-à-dire

avant l’installation de la pompe) - ne : porosité efficace de l’aquifère - Q : débit moyen annuel pour les sources et débit d’exploitation pour les forages (m³/s)

Avec ces valeurs, il faut calculer les dimensions suivantes nécessaires pour la délimitation des zones de protection (Figure 1) :

� = 13 ∙ " ∙ �4 largeur du front d’appel en amont du forage ou de la source pour un débit Q (en m)

54 = �22

distance en aval concernée par le pompage ou le débit de la source (en m). Dans le cas ou le X0 calculé est inférieure au Su calculé, il sera alors égal à Su

6 = �2 Largeur du front d’appel à l’hauteur du forage ou de la source (en m)


3

4 = " ∙ �4 ∙ 86400�& vitesse effective d’écoulement (ou de transfert) de l’eau souterraine (m/jour)

74 = 4 ∙ 10 + 9(4 ∙ 10 ∙ (4 ∙ 10 + 8 ∙ 542

Distance en amont sur l’axe d’écoulement pour l’isochrone de 10 jours. Pour calculer cette distance dans le cas de l’isochrone de 5 jours, il faut remplacer 10 par 5 dans cette formule

7; = −4 ∙ 10 + 9(4 ∙ 10 ∙ (4 ∙ 10 + 8 ∙ 542

Distance en aval sur l’axe d’écoulement pour l’isochrone de 10 jours. Pour calculer cette distance dans le cas de l’isochrone de 5 jours, il faut remplacer 10 par 5 dans cette formule

<� = 2� = 2 (7= + 7;)2 Longueur de l’ellipse qui représente l’isochrone calculé

<� = 2 ∙ 9�?−(� − 7;)? Largeur de l’ellipse qui représente l’isochrone calculé

Une fois que les grandeurs B, X0, b, So et Su sont connues, il faut dessiner les périmètres de protection. Le PPR, qui est défini comme l’isochrone de 10 jours (ou 5 jours), portera une forme d’ellipse. Le PPE prendra une forme parabolique avec une longueur du grand axe équivalente à X0 + 2*So.

Figure 2: Schéma d’écoulement avec les grandeurs estimées par la formule de Wyssling et dimensionnement des périmètres de protection

ANNEXE 5

Données de la source à protéger

Annexe 5 Données de la source à protéger

1

Données de la source à protéger

Identification

Nom de la source

Colline

Commune

Province

Coordonné X (longitude GPS)

Coordonné Y (latitude GPS)

Altitude (GPS) en m

Débit moyen annuel estimé en l/sec

Température de l’eau en °C

pH

Conductivité électrique en µS/cm

Couleur

Odeur

Coliformes Totaux en CFU/100 ml

E. Coli (ou Coliformes Fécaux) en CFU/100 ml

Vitesse d’écoulement en m/s (*)

Type d’aquifère (*)

Porosité efficace (*)

Estimation du gradient hydraulique (*)

Estimation de la conductivité hydraulique en m/s (*)

Note :

(*) Ces données sont recommandées pour les grandes sources qui alimentent plus de 5000 habitants et/ou dont le débit et supérieur à 3 l/s.

ANNEXE 6

Données du forage à protéger

Annexe 6 Données du forage à protéger

1

Données du forage à protéger

Identification

Nom du forage

Colline

Commune

Province

Coordonné X (long GPS)

Coordonné Y (lat GPS)

Altitude (GPS) en m

Date de foration

Profondeur finale du forage en m

Diamètre final équipé en cm

Niveau statique par rapport au repère en m

Hauteur du repère en cm

Débit estimé en m³/h

Température de l’eau en °C

pH

Conductivité électrique en µS/cm

Couleur

Odeur

Coliformes Totaux en CFU/100 ml

E. Coli (ou Coliformes Fécaux) en CFU/100 ml

Aquifère (*)

Porosité efficace (*)

Estimation du gradient hydraulique (*)

Estimation de la transmissivité en m²/s (*)

Épaisseur de l’aquifère en m (*)

Note :

(*) Ces données sont recommandées pour les grands forages qui alimentent plus de 5000 habitants et possèdent un débit supérieur à 10 m³/h.

guide national de détermination des périmètres de

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