rapport de stage - small reservoirs...

Acacia Water

Gouda, Pays-Bas

03/05/2017 – 28/07/2017

Tuteur : Koos Groen

Rapport de stage Les petits réservoirs du Burkina Faso

Perpes Thelma

Stage Pratique de l’Ingénieur

Master 1

1

Table des matières

Préambule _____________________________________________________________________ 5

PARTIE A : _______________________________________________________ 6

Principales caractéristiques des petits réservoirs, focus sur le Burkina Faso ___ 6

I. Introduction ________________________________________________________________ 7

II. Généralités ________________________________________________________________ 7 1. Répartition des réservoirs sur le territoire Burkinabé ______________________________________ 7 2. Les divers usages ___________________________________________________________________ 7 3. Réglementation ____________________________________________________________________ 7 4. Caractéristiques des petits barrages ____________________________________________________ 8

La composition des barrages ________________________________________________________ 8

La forme des réservoirs ____________________________________________________________ 9

Distribution de réservoirs en fonction de leur taille ______________________________________ 9

III. Les petits barrages à des fins agricoles ________________________________________ 10 1. Les pratiques agricoles ______________________________________________________________ 10 2. Les différents systèmes d’approvisionnement ___________________________________________ 10 3. Besoin en eau des cultures ___________________________________________________________ 11

IV. Hydrologie des réservoirs __________________________________________________ 11

1. Estimation du volume des réservoirs ___________________________________________________ 11

Corrélation Volume-Hauteur _______________________________________________________ 11

Corrélation Volume-Surface _______________________________________________________ 12 2. Pertes en eau _____________________________________________________________________ 14

Evaporation ____________________________________________________________________ 14

Consommation agricole ___________________________________________________________ 16

Consommation humaine __________________________________________________________ 16

Consommation animale ___________________________________________________________ 16

Infiltration ______________________________________________________________________ 16

V. Ressources souterraines du Burkina Faso _______________________________________ 17 1. Utilisation de la nappe phréatique ____________________________________________________ 17 2. Hydrogéologie du Burkina Faso _______________________________________________________ 17 3. Recharge de la nappe _______________________________________________________________ 17

VI. Conclusion ______________________________________________________________ 18

PARTIE B : ______________________________________________________ 19

Détermination de l’infiltration des petits réservoirs par la méthode du bilan

hydrique : Etude de cas de deux réservoirs dans la région du Yatenga ______ 19

______________________________________________________________ 19

I. Introduction _______________________________________________________________ 20

II. Description du site _________________________________________________________ 20 1. Zone d’étude ______________________________________________________________________ 20

Réservoir Goinré _________________________________________________________________ 21

Réservoir Tougou ________________________________________________________________ 21 2. Climat ___________________________________________________________________________ 22

Réservoir Goinré _________________________________________________________________ 22

2

Réservoir Tougou ________________________________________________________________ 22

III. Méthodologie ___________________________________________________________ 23 1. Bilan hydrique _____________________________________________________________________ 23

Détermination de Vfinal – Vinitial : __________________________________________________ 24

Détermination du Vprécipité : ______________________________________________________ 26

Détermination du Vruisselé : _______________________________________________________ 26

Détermination de VES : ___________________________________________________________ 26

Détermination du Vévaporation : ___________________________________________________ 26

Détermination du Vdécrue : _______________________________________________________ 27

Détermination du Vconsommé : _______________________________________________________ 27 2. Le questionnaire ___________________________________________________________________ 27

IV. Résultats _______________________________________________________________ 28 1. Réservoir de Goinré ________________________________________________________________ 28

Usages du réservoir ______________________________________________________________ 28

Vfinal-Vinitial ___________________________________________________________________ 28

Précipitation ____________________________________________________________________ 29

Evaporation ____________________________________________________________________ 29

Consommation __________________________________________________________________ 29

Résultats du bilan hydrique : _______________________________________________________ 30 2. Réservoir de Tougou ________________________________________________________________ 32

Usages du réservoir ______________________________________________________________ 32

Vfinal-Vinitial ___________________________________________________________________ 32

Précipitation ____________________________________________________________________ 33

Evaporation ____________________________________________________________________ 33

Consommation __________________________________________________________________ 33

Résultats du bilan hydrique ________________________________________________________ 34

V. Discussion ________________________________________________________________ 35

1. Comparaison infiltration réservoir Goinré et Tougou ______________________________________ 35 2. Critiques des résultats ______________________________________________________________ 35 3. Analyse sensitivité _________________________________________________________________ 36

Sur l’évaporation ________________________________________________________________ 36

Sur le volume ___________________________________________________________________ 37

VI. Conclusion ______________________________________________________________ 38

Remerciements ________________________________________________________________ 38

BIBLIOGRAPHIE ________________________________________________________________ 39

ANNEXES _____________________________________________________________________ 42 ANNEXE 1 : Réservoir Goinré _____________________________________________________________ 42

Evolution des surfaces pour chaque 15 du mois ________________________________________ 42

Evolution des volumes et surfaces en début et fin de mois (f=309) ________________________ 43

Evolution des surfaces et volumes en début et fin de mois (f=171) ________________________ 44

Bilan hydrique mensuel (f=309) _____________________________________________________ 45

Bilan hydrique mensuel (f=171) _____________________________________________________ 47 ANNEXE 2 : Réservoir de Tougou __________________________________________________________ 49

Evolution des surfaces pour chaque 15 du mois ________________________________________ 49

Evolution des surfaces et volumes en début et fin de mois _______________________________ 50

Bilan hydrique mensuel et annuel ___________________________________________________ 51

3

Table des figures

Partie A Figure 1 : Répartition des lacs et réservoir au Burkina Faso (P. Cecchi,2007) ................................................ 7

Figure 2: Barrages avec différentes positions de noyau (J. Liebe,2002) ......................................................... 8

Figure 3 : Modèle d'un réservoir (J. Liebe et al.,2005) .................................................................................... 9

Figure 4 : Répartition du nombre de réservoirs en fonction de leur volume (DGRE) ..................................... 9

Figure 5 : Répartition de la superficie de l'oignon bulbe par région (DPSAA,2011) ...................................... 10

Figure 6 : Lois volumiques moyennes obtenues pour quatre ensemble de réservoirs (Burkina Faso, Cote

d'Ivoire, Ghana et Brésil) (F. Gourbin et al.,2007). ........................................................................................ 12

Figure 7 : Modélisation 3D d'un réservoir du Ghana (J. Liebe,2002). Il est bien observé que la zone la plus

profonde du réservoir se trouve proche du barrage. ................................................................................... 13

Figure 8: Corrélation Volume-Surface pour le Ghana (J. Liebe, 2002) .......................................................... 13

Figure 9 : Evolution de l'évaporation sur lac avec la latitude pour l'Afrique de l'Ouest et du Centre (période

1955-1985) (JP. Brunel et al., 1992) .............................................................................................................. 16

Figure 10 : Géologie du Burkina Faso (MAHRH, 2003) .................................................................................. 17

Partie B Figure 1 : Région de Yatenga au Nord-Ouest du Bukina Faso (SOURCE : Wikipedia) ................................... 20

Figure 2 : Vue satellite du réservoir Goinré (SOURCE : Google Map) ........................................................... 21

Figure 3 : Vue satellite du réservoir Tougou (SOURCE : Google map) .......................................................... 21

Figure 4 : Climat au réservoir Goinré obtenu à partir des années 1961-1990 (SOURCE : Climate

Informations Tool Aquastat, CRU CL 2.0 data-set) ........................................................................................ 22

Figure 5 : Climat au réservoir Tougou, obtenue à partir des années 1961-1990 (SOURCE : Climate

Informations Tool Aquastat, CRU CL 2.0 data-set) ........................................................................................ 23

Figure 6 : Schématisation du bilan hydrique ................................................................................................. 23

Figure 7 : Schéma de détermination du volume final et initial ..................................................................... 25

Figure 8 : Comparaison des volumes obtenus pour le réservoir Goinré en fonction des formules

empiriques trouvées dans la littérature ........................................................................................................ 25

Figure 9 : Comparaison des différents types d’évaporation ......................................................................... 27

Figure 10 : Bilan hydrique mensuel pour la saison sèche 2013-2014 ........................................................... 30

Figure 11 : Bilan hydrique annuel pour la saison sèche 2013-2014 ............................................................. 30


Figure 13 : Bilan hydrique annuel pour la saison sèche 2013-2014 .............................................................. 31


Figure 15 : Bilan hydrique annuel pour la saison sèche 2013-2014 .............................................................. 34

Figure 16 : Forme réservoir (Liebe, 2002) ..................................................................................................... 36

4

Liste des tableaux

Partie A

Tableau 1 : Besoin en eau des cultures ......................................................................................................... 11

Tableau 2 : Coefficient k (JP. Brunel et al, 1992) ........................................................................................... 15

Tableau 3 : Résumé du bilan hydrique annuel pour 2014 (équivalent à l’année hydrologique 2013-2014) 35

Partie B

Tableau 1 : Groupement enquêtés ............................................................................................................... 27

Tableau 2 : Résumé du bilan hydrique annuel sur l’année hydrologique 2013-2014 en fonction du

coefficient f. .................................................................................................................................................. 32

Liste des abréviations

ASPMY : Association des Professionnelles des Maraîchers du Yatenga

CIEH : Comité Interafricain d’Etude Hydraulique

DPSSA : Direction de la Prospective et des Statistiques Agricoles et Alimentaires

FAO : Food and Agriculture Organisation

IWMI : International Water Management Institute

MAHR : Ministère de l’Agriculture de l’Hydraulique et des Ressources Halieutiques

Mm3 : Million de mètre cubes

5

Préambule

Etudiante en deuxième année à l’Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de

Strasbourg (ENGEES), école d’ingénieur spécialisée dans le domaine de l’eau et de l’environnement, j’ai

effectué mon stage pratique d’ingénieur au sein de l’entreprise Acacia Water (Gouda – Pays-Bas). Ce

stage se situe à mi-chemin entre le stage d’observation des métiers de l’ingénieur et le stage de fin

d’étude. Dans le cadre de ce stage de trois mois, j’ai pu me concentrer sur une infrastructure hydraulique

largement répandue en Afrique de l’Ouest : les petits réservoirs. Le travail a été effectué au sein d’Acacia

Water et en étroite collaboration avec l’organisation Woord en Daad (Gorinchem – Pays-Bas).

Le projet GARDEN (Groundwater based Agriculture around Reservoir Dams Enhancing Natural

recharge) consiste à estimer et peut être même à améliorer la recharge des nappes phréatiques aux alentours

des petits réservoirs afin de pouvoir exploiter davantage l’eau souterraine pour augmenter la production

agricole. Ce projet a été accepté au cours de ma période de stage. J’ai donc eu pour mission de récolter un

maximum d’informations sur les petits réservoirs puis d’estimer la quantité d’eau s’infiltrant dans le sol depuis

le réservoir pour la zone d’étude choisie.

Acacia Water m’a permis de me donner un cadre et d’apporter les connaissances techniques et

scientifiques nécessaires à la réalisation du projet. Woord en Daad a été un élément majeur au

déroulement de l’étude : il a permis de connaitre l’opinion des Burkinabés sur le projet et, tout au long de

mon stage, de récolter les informations de terrain.

Pour effectuer mon étude, j’ai tout d’abord réalisé une étude bibliographique, afin de

comprendre le mieux possible le fonctionnement socio-économique et hydraulique des petits réservoirs.

Cette étude sera résumée en partie A de ce rapport. Puis, je me suis consacrée à l’évaluation de la

quantité s’infiltrant dans le sol à l’aide d’un bilan hydrique effectué pour deux réservoirs situés dans la

province de Yatenga (Burkina Faso). Ce travail est détaillé en partie B.

6

PARTIE A : Principales caractéristiques des petits réservoirs, focus

sur le Burkina Faso

7

I. Introduction

Le Burkina Faso est un pays très aride, dans lequel la majorité des rivières s’assèche pendant la saison

sèche. Les réservoirs d’eau sont donc une solution pour répondre aux enjeux de sécheresse auxquels est

exposé le pays. Le but de cette étude sera donc de donner un aperçu global des petits réservoirs, sous son

aspect socio-économique mais aussi sous son aspect scientifique (hydrologie et hydrogéologie). L’étude

sera focalisée sur le Burkina Faso, même si, parfois, des caractéristiques des petits réservoirs d’autres pays

de l’Afrique de l’Ouest ont été exposées, jugées intéressantes pour comprendre celles du Burkina Faso.

II. Généralités

1. Répartition des réservoirs sur le territoire Burkinabé En Afrique de l’Ouest il est recensé quelques milliers de petits barrages (M. Andreini,[ND]). Ces barrages

se retrouvent principalement dans le Volta Bassin (P. Cecchi,2007). Le Burkina Faso est le pays comptant le

plus de barrages, il est actuellement recensé 1650 petits barrages (P. Cecchi et al.,[ND]) qui se trouvent

principalement dans trois zones (P. Cecchi,2007) (Figure 1).

Figure 1 : Répartition des lacs et réservoir au Burkina Faso (P. Cecchi,2007)

2. Les divers usages Chaque barrage constitue une réserve en eau utilisée à des fins multiples. Ils sont utilisés pour

répondre aux besoins domestiques (cuisine, lavage du linge, construction de briques…) et aux besoins en

eau potable. Ils sont aussi utilisés comme lieu de pêche, comme espace pour l’abreuvement du bétail et

comme ressource en eau pour l’irrigation. Effectivement les réservoirs du Burkina Faso permettent

d’alimenter 15% des 165 000 hectares irrigables du pays (Rivière Nakambé et Mouhoun) (P. Pavelic et

al.,2012). Au vu de ces divers usages, les petits barrages représentent un réel facteur de développement et

de lutte contre la pauvreté des zones rurales.

3. Réglementation Les barrages ont souvent été construits à l’initiative de deux entités, les villageois qui fournissent

les matériaux ainsi que la main d’œuvre (D. Gower,2009), et un co-financeur qui apporte la connaissance

et le financement (Discussion personnelle avec P. Cecchi ; D. Gower,2009). Les institutions de gouvernance

Culture

Maraîchère

Départements

centrés sur capitale

Réserve Nazinga

8

des infrastructures hydrauliques sont soit des institutions modernes, soit des institutions plus

traditionnelles. Concernant le système de gouvernance moderne, les infrastructures hydrauliques sont

gérées par des représentants qui ont été élus, ce sont des institutions extérieures aux usagers du réservoir,

comme « Water User Association » ou encore « Water and Sanitation Committees ». Le dialogue entre les

représentants et les usagers est mieux développé, ce qui permet un meilleur investissement de la part des

usagers dans la prise de décision et la gestion de la ressource. Les institutions plus traditionnelles sont

gérées pas des représentants non élus, détenant un statut. Ces différentes institutions sont les garantes de

la surveillance et de l’intendance de la ressource (A. Sullivan et al., ND)

Il est souvent observé une utilisation formelle et informelle des réservoirs. Les cultures se trouvant

en aval du réservoir sont des cultures formelles, c’est-à-dire que l’accès à l’eau des réservoirs est autorisé

alors que les cultures se trouvant sur les rives du réservoir sont dites informelles, c’est-à-dire que les

cultures se font de manière « illégales » (Discussions personnelle avec S. Abric et P. Cecchi,2017)

L’eau d’irrigation est contrôlée en temps d’extraction ou en quantité prélevée, l’eau pour le bétail

est accessible à certains points spécifiques, l’eau pour les usages domestiques doit être également prélevée

à des points spécifiques et enfin la pratique de la pêche est règlementée par le type d’équipement. Ces

réglementations d’accès et d’usage de l’eau diffèrent parfois d’un usager à un autre, ce qui est parfois la

cause de discriminations et ségrégations sociales (A. Sullivan et al., ND et conversation personnelle avec P.

Cecchi).

4. Caractéristiques des petits barrages La composition des barrages

Les barrages sont construits à partir de plusieurs couches de matériaux différents ou identiques. Ils sont

le plus souvent construits en sable, avec un noyau au milieu permettant de retenir l’eau (Figure 2). Le noyau

est protégé par des filtres afin d’éviter sa dégradation par les fourmis ou les plantes (J. Liebe,2002).

Figure 2: Barrages avec différentes positions de noyau (J. Liebe,2002)

Les barrages sont surmontés d’un déversoir permettant de contrôler les excès d’eau que ne peut

pas stocker le réservoir.

Noyau

9

La forme des réservoirs

Dû au fait que les petits réservoirs sont des ruisseaux stoppés sous l’action de l’Homme, le point le plus

profond du réservoir est attendu proche du barrage (J. Liebe et al.,2005). Les réservoirs peuvent donc être

comparés à une pyramide de base carré coupée diagonalement en deux, du haut de la pyramide vers le bas

(J. Liebe,2002) (Figure 3).

Figure 3 : Modèle d'un réservoir (J. Liebe et al.,2005)

Avec d la profondeur du réservoir, A la surface du réservoir et l la longueur caractéristique.

Distribution de réservoirs en fonction de leur taille

Les petits barrages ont une capacité de stockage (N. Van de Giesen et al.,2004 ; P. Cecchi et al.,ND)

comprise entre 104 à 107 m3.

D’après la répartition des réservoirs du Burkina Faso, plus leur capacité de stockage est importante

moins leur fréquence d’apparition est grande (P. Cecchi, ND) (Figure 4).

Figure 4 : Répartition du nombre de réservoirs en fonction de leur volume (DGRE)

De plus il est observé que les deux réservoirs présents au Burkina Faso d’une capacité de stockage

supérieure à 1000 Mm3 représentent plus de 60% de la capacité de stockage d’eau du Burkina Faso. Alors

que les 900 réservoirs d’une capacité de stockage inférieures à 1 Mm3 représentent moins de 4% de de la

capacité de stockage nationale.

10

III. Les petits barrages à des fins agricoles

1. Les pratiques agricoles Le Burkina Faso reste un pays très dépendant de l’agriculture, d’après la Direction Générale des

Prévisions et des Statistiques Agricoles de 2008, 80 % de la population active dépend du secteur agricole.

Le Burkina Faso cultive principalement du riz et des légumes (comme les tomates et les oignons) (W. Hyrkas

et al.,2007). La variabilité des ressources en eau est donc un enjeu majeur pour permettre une agriculture

durable dans le temps (N.Katian,2013).

L’oignon est la principale culture du Burkina Faso, le pays arrive en quatrième place du plus grand

producteur d’oignon d’Afrique de l’Ouest selon le Programme d’appui aux filières agro-sylvo-pastorales. La

production d’oignon permet de répondre aux besoins en oignons de la population locale et le surplus est

exporté vers les pays voisins (HI. Napo,2013). La région du Nord-Ouest est la région la plus productive

d’oignons. (Figure 5)

Figure 5 : Répartition de la superficie de l'oignon bulbe par région (DPSAA,2011)

2. Les différents systèmes d’approvisionnement L’irrigation des cultures peut se faire :

- par voie gravitaire (du barrage vers les cultures) (JM. Durand et al.,1999).

- par pompage (JM. Durand et al.,1999). L’eau est alors directement pompée dans le réservoir d’eau9 et est

acheminée par des canaux aux cultures (W. Hyrkas et al.,2007).

- lors des décrues des barrages (JM. Durand et al.,1999).

- à l’aide de sceaux remplis directement à partir du réservoir, ou à partir des puits qui sont à proximités des

cultures (W. Hyrkas et al.,2007). Par exemple les cultures à proximité du réservoir de Tango (Upper East

Region of Ghana) sont « clôturées», « encerclées » par des murs de boues. A l’intérieur de cet enclos se

trouvent des puits creusés à la main. Ces puits sont alimentés par des canaux d’eaux provenant des

réservoirs (I. van Kinderen,2006)

Seulement 15.6 % des maraichers utilisent une motopompe (DPSAA, 2011) et environ 75 % des

maraichers qui ont une culture de superficie inférieure à 0.125 ha utilisent des arrosoirs. Et il est courant

que les agriculteurs n’ayant pas de pompes, en empruntent à d’autres agriculteurs, le temps d’effectuer

l’irrigation de leurs cultures (W. Hyrkas et al.,2007).

11

3. Besoin en eau des cultures Il existe deux type de riz, un riz de saison, c’est-à-dire cultivé pendant la saison des pluies (W. Hyrkas et

al.,2007) et un riz de contre saison, lui est irrigué pendant la saison sèche, de décembre à mai (JM. Durand,

1999).

Les tomates et les oignons (oignons violets de Galmi les plus cultivés (HI. Napo, 2013)) sont irrigués

pendant la période de saison sèche, pour les tomates de novembre à avril (N. Katian,2013 ; JM. Durand et

al.,1999) et pour les oignons de octobre à avril (HI. Napo,2013).

D’après les Techniques de petits barrages et Impact of Market Gardening on Surface Water Reservoirs in

Burkina Faso :

IV. Hydrologie des réservoirs

1. Estimation du volume des réservoirs Les trois paramètres caractérisant la géométrie des petits barrages sont la Hauteur (H), le volume(V) et la

surface (S).

Corrélation Volume-Hauteur

Des études ont été faites sur plusieurs réservoirs d’Afrique de l’Ouest, ce qui a permis d’obtenir une

corrélation entre ses différents paramètres (Figure 6) (F. Gourbin et al.,2007) :

Equation 1 : 𝑽 = 𝑲 ∗ 𝑯𝜶

Avec : V volume (m3), H : hauteur d’eau dans le réservoir (m), α : coefficient de forme : varie avec la

concavité des berges, K : coefficient d’ouverture : varie avec la forme de la vallée: plus la vallée est ouverte,

plus sa pente est faible, plus grand est ce coefficient.

Type Période de croissance Quantité d’eau nécessaire (m3/ha)

Tomates

Oignons

Irrigué de Novembre –Avril

Irrigué de Octobre -Avril

15 000

15 000

Riz saison Juillet - Septembre 13 000

Riz contre saison Irrigué de Décembre-Mai 20 000

Tableau 1 : Besoin en eau des cultures

12

Figure 6 : Lois volumiques moyennes obtenues pour quatre ensemble de réservoirs (Burkina Faso, Cote d'Ivoire, Ghana et Brésil) (F. Gourbin et al.,2007).

Pour le Burkina Faso :

Equation 2 : 𝑽 = 𝟑𝟗𝟖𝟕𝟏 ∗ 𝑯𝟐.𝟎𝟖

Corrélation Volume-Surface

Une corrélation entre volume et surface est intéressante pour exprimer facilement un volume à partir

d’images satellites (J. Liebe,2002).

Comme il a été précédemment précisé, le volume d’un réservoir peut-être comparé au volume d’une

demi-pyramide (J. Liebe, 2002):

Equation 3 : 𝑽𝒓é𝒔𝒆𝒓𝒗𝒐𝒊𝒓 = 𝑽 𝒅𝒆𝒎𝒊𝒑𝒚𝒓𝒂𝒎𝒊𝒅𝒆 =𝟏

𝟔∗ 𝑨 ∗ 𝒅

Avec A surface du réservoir et d la profondeur du réservoir.

Après plusieurs étapes de calcul il est obtenu (J. Liebe 2002 ; M. Munamati,ND) :

Equation 4 : 𝑽𝒓é𝒔𝒆𝒓𝒗𝒐𝒊𝒓 = 𝑪𝒐𝒏𝒔𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆 ∗ 𝑨𝟑/𝟐

Mais en réalité la pente des réservoirs n’est pas droite comme dans une demi pyramide, mais convexe

(M. Munamati, ND).Il a donc été mené plusieurs études dans différents pays, pour obtenir une relation

entre volume et surface davantage proche de la réalité. Jusqu’à présent il n’a été prouvé qu’une relation

Volume-Surface pour le Burkina Faso, mais non vérifié. Dans cette partie il sera donc exposé les différentes

corrélations trouvées non seulement pour le Burkina Faso mais également pour d’autre pays.

Les études ont été menées pour un ensemble de réservoirs. Les surfaces des réservoirs sélectionnés

ont été mesurées sur le terrain et les volumes ont été calculés grâce à la modélisation 3D (les modèles ont

13

été créés à partir de mesure de profondeur prises sur le terrain) (Figure 7) (J. Liebe,2002 ; M. Munamati,

ND).

Figure 7 : Modélisation 3D d'un réservoir du Ghana (J. Liebe,2002). Il est bien observé que la zone la plus profonde du réservoir se trouve proche du barrage.

Une fois ces mesures prises pour un ensemble de réservoirs d’une même région

géomorphologique, le logarithme de la surface a été tracé en fonction du logarithme du volume (Figure 8).

Figure 8: Corrélation Volume-Surface pour le Ghana (J. Liebe, 2002)

Il en est déduit les formules suivantes pour ces différentes régions :

Dans le Limpopo Basin, le bassin versant du Mzingwane River (T. Sawunyama et.al., 2006) :

Equation 5 : 𝑽𝒓é𝒔𝒆𝒓𝒗𝒐𝒊𝒓 = 𝟎. 𝟎𝟐𝟑𝟎𝟖𝟑 ∗ 𝑨𝒓𝒆𝒂𝟏.𝟑𝟐𝟕𝟐

Avec R2=0.95. Soit 95% de la variation des capacités de stockage est corrélée aux surfaces

14

Dans la région de l’est du bassin versant de Volta, au Ghana (J. Liebe 2002, J. Liebe et al. 2005) :

Equation 6 : 𝑽𝒓é𝒔𝒆𝒓𝒗𝒐𝒊𝒓 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟖𝟓𝟕 ∗ 𝑨𝒓𝒆𝒂𝟏.𝟒𝟑

Avec R2 = 0.975

Dans le sous bassin de Rio Preto, du bassin versant de Sao Francisco (LN. Rodrigues et al.,

2007):

Equation 7 : 𝑽𝒓é𝒔𝒆𝒓𝒗𝒐𝒊𝒓 = 𝟎. 𝟐𝟔𝟒𝟑 ∗ 𝑨𝒓𝒆𝒂𝟏.𝟏𝟔𝟑𝟐

Avec R2 = 0.92

Dans le bassin versant de Bandama au Nord de la côte d’Ivoire (F. Gourdin et al., 2007) :

Equation 8 : 𝑽𝒓é𝒔𝒆𝒓𝒗𝒐𝒊𝒓 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟒𝟎𝟓 ∗ 𝑨𝒓𝒆𝒂𝟏.𝟒𝟗𝟓𝟑

2. Pertes en eau Les pertes en eau sont la cause de la baisse du niveau d’eau dans les réservoirs durant la saison seche. Elles

sont de plusieurs sortes :

Evaporation

L’évaporation est le passage de l’était liquide à l’état gazeux. Ce processus implique des pertes

majeures au niveau des grandes surfaces d’eau libres (JP. Brunel et al., 1992). C’est la plus grande cause de

perte, elle peut réduire jusqu’à 50% le volume d’eau d’un petit réservoir dans une région aride et semi –

aride (T. Fowe et al., 2015) .

Elle peut être mesurée à partir de différentes méthodes. Les méthodes directes (Bac Classe A, Bac

Colorado, Bac Flottant) permettent d’obtenir l’évaporation sur bac, mais pas réellement sur les nappes

d’eau libres. Il est donc utilisé un coefficient pour passer de l’évaporation sur bac à l’évaporation sur nappes

libres (JP. Brunel et al, 1992). Ces coefficients ont été déterminés en comparant les évaporations sur bac et

les évaporations réellement observées sur lac dans plusieurs lieux en Afrique centrale et en Afrique de

l’Ouest (P. Pouyaud,1985 ; JP. Brunel et al., 1992). Les méthodes indirectes (bilan hydrologique, formule

de Penman, formule de Priestley et Taylor) ne donnent également pas une valeur précise de l’évaporation

qui se produit sur les nappes libres car elles font appel à des approximations. Par exemple dans la méthode

du bilan hydrologique il est très difficile de connaitre la valeur de l’infiltration.

Dans l’ouvrage de Brunel & Bouron (1992) il est recensé les sites expérimentaux (125 sites en total ;

sites de mesure de l’évaporation, sites d’étude de l’évaporation, sites d’estimation de l’évaporation à partir

d’autres sites) ainsi que les stations climatologiques. Ces sites ont permis d’obtenir des relations entre

évaporation sur lac et évaporation sur bac, et évaporation sur lac et latitude pour l’Afrique Centrale et de

l’Ouest :

A partir de 73 couples de mesures obtenus à partir de ces sites expérimentaux de 1955 à 1985 il a été

déterminé une relation entre latitude et évaporation sur bac Colorado (JP. Brunel et al, 1992) :

Equation 9 : 𝑬𝑩𝑨𝑪 = 𝟏𝟕𝟓. 𝟗 ∗ 𝑳𝒂𝒕𝒊𝒕𝒖𝒅𝒆 + 𝟒𝟔𝟑. 𝟎𝟕

Avec R² = 0.77

Avec Latitude latitude Nord (degré) , EBAC évaporation sur bac Colorado (mm/an)

15

Pour passer de l’évaporation sur bac Colorado (EBAC) à l’évaporation sur lac (ELAC), un coefficient

(k = ELAC/ECOL) est nécessaire. Les coefficients reliant évaporation sur bac Colorado et évaporation sur

nappes libres sont recensés ci-dessus pour 33 sites de mesures (Tableau 2).

Tableau 2 : Coefficient k (JP. Brunel et al, 1992)

16

Il a été de même trouvé une corrélation directe entre la latitude et l’évaporation à partir des 66

mesures faites auprès des stations expérimentales (Figure 9) :

Figure 9 : Evolution de l'évaporation sur lac avec la latitude pour l'Afrique de l'Ouest et du Centre (période

1955-1985) (JP. Brunel et al., 1992)

Equation 10 : 𝐸𝐿𝐴𝐶 = 122.94 ∗ 𝐿𝑎𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑𝑒 + 619.36 R² = 0.82 Avec ELAC évaporation sur lac (mm), Latitude latitude Nord (degré)

Il est donc possible de déterminer l’évaporation pour un lac d’Afrique de l’Ouest ou du Centre dont

la latitude est connue.

Consommation agricole

Voir la consommation des cultures évaluée en Partie A. III. 3)

Consommation humaine

En zone rurale, les besoins en eau par habitant sont de 40 L/jour (JM. Durand et al.,1999). Il faudra

néanmoins être attentif à la réelle consommation d’eau que font les habitants du réservoir.

Consommation animale

Un bovin consomme environ 40 L par jour (Ministère de l’Environnement et de l’Eau,2000)

Un ovin (mouton) consomme environ 4L/j (Ministère de l’Environnement et de l’Eau,2000)

Un asin (âne) consomme environ 30L/j (Ministère de l’Environnement et de l’Eau,2000)

Infiltration

L’infiltration est une grandeur extrêmement difficile à estimer, peu de travaux y ont été consacrés

(Echange personnelle avec N. Van de Giesen et K. Groen). Selon le rapport de Technique des petits barrages

(1999), l’infiltration peut être estimée à 10% de la hauteur utile d’un réservoir. Enfin un outil a été

développé pour mesurer de manière expérimentale l’infiltration de l’eau du réservoir dans le sol (LN.

Rodrigues et al. ,ND).

17

V. Ressources souterraines du Burkina Faso

1. Utilisation de la nappe phréatique Les besoins en eau domestique, agricole et industrielle sont couvert par les eaux de surface (réservoirs,

lacs, collecte d’eau de pluie…) et les eaux souterraines (puits creusés à la main, forages…) (E. Obuobie et

al., 2012). D’après la Direction Générale de l’Hydraulique (2001), 60% des besoins domestiques du Burkina

Faso sont couverts par une eau provenant des nappes d’eau souterraines. Il reste cependant difficile

d’évaluer le pourcentage des eaux souterraines utiliser pour les besoins agricoles (P. Pavelic et al.,2012).

2. Hydrogéologie du Burkina Faso Le Burkina Faso est majoritairement composé de roche cristalline Précambrienne, constitué de roches

ignées, roches métamorphiques, schistes et granites (Figure 10) (P. Pavelic et al.,2012).

Figure 10 : Géologie du Burkina Faso (MAHRH, 2003)

La province de Yatenga (Nord-Ouest du Burkina Faso) est composée sur sa partie supérieure de

roche sédimentaire et le reste est composé majoritairement de roche cristalline. Le Burkina Faso a deux

types d’aquifères principaux : un aquifère continu et l’autre est discontinu (P. Pavelic et al.,2012)..

3. Recharge de la nappe La détermination de la recharge des eaux souterraines dépend de plusieurs paramètres : le type de sol,

l’utilisation qui est faite du sol, le climat et la physiographie (E. Obuobie et al., 2012). La recharge de la

nappe se fait majoritairement pendant la saison des pluies, l’eau de pluie s’infiltre directement dans le sol.

La recharge peut aussi s’effectuée de manière indirecte : l’eau de pluie s’infiltre dans des zones de points

bas où l’eau a été stockée lors des pluies précédentes, comme les bas-fonds naturels ou les réservoirs des

barrages (E. Obuobie et al., 2012 ; Pavelic et al., 2012).

L’étude de N. Martin et N. Van de Giesen (2005) a montré que la nappe d’eau ne se recharge pas si

la pluie annuelle est inférieure à 170 mm pour une aquifère en grés (sandstone). De même pour une pluie

annuelle de 380 mm avec une aquifère de roche érodée (N. Martin et al,2005). D’après l’étude réalisée

pour le bassin se situant à la frontière entre le Ghana et le Burkina Faso, les précipitations moyennes sont

de 340 million de mètre cube (MCM)/an, ce qui implique une recharge de la nappe de 12.6 MCM/an, soit

3.7% des précipitations annuelles. L’étude d’ E. Obuobie et al. (2012) a elle montré que la valeur moyenne

18

annuelle de recharge de la nappe du Volta Bassin, estimée à partir de la méthode des polygones de

Thiessen, est de 70 mm pour 2006 et 92 mm pour 2007, ce qui représente respectivement 8 % et 7% des

précipitation annuelles (E. Obuobie et al., 2012). Pour le Nord du Burkina Faso, la recharge se fait au niveau

des plaines et elle est estimée à 5 mm par an (P. Pavelic et al, 2012). Enfin pour le Burkina Faso entier, la

recharge est estimée à 9.5 milliard de m3 par an (FAO, 1995).

VI. Conclusion

Les petits réservoirs sont des infrastructures hydrauliques répandues en Afrique de l’Ouest, et

majoritairement retrouvées au Burkina Faso. Ces réservoirs se remplissent pendant la saison des pluies. La

population locale peut donc utiliser cette eau stockée pour répondre à divers besoins (besoins domestiques,

eau potable, pêche, construction, bétails et irrigation). Cependant le niveau d’eau stockée diminue, dû aux

multiples usages explicités précédemment, mais aussi dû à des phénomènes physiques comme

l’évaporation qui est une des pertes majeures, et l’infiltration. Parfois le réservoir s’assèche complètement

avant même la fin de la saison sèche, ce qui provoque une insécurité d’approvisionnement en eau potable

ou une insécurité alimentaire pour les populations. L’infiltration de l’eau depuis le réservoir vers le sol

permet de recharger la nappe phréatique. Cette ressource joue donc un rôle crucial dans

l’approvisionnement hydraulique pour répondre aux besoins vitaux des Burkinabés. L’eau souterraine

pourrait assurer une agriculture pérenne ou même permettre d’augmenter considérablement la

production agricole des Burkinabés ; et ainsi améliorer leur qualité de vie (P. Pavelic et al., 2012). Il devient

alors pertinent d’évaluer la quantité s’infiltrant dans le sol, ceci sera évalué en partie B.

19

PARTIE B : Détermination de

l’infiltration des petits réservoirs par la méthode du bilan hydrique : Etude de cas

de deux réservoirs dans la région du Yatenga

20

I. Introduction

Comme il a été étudié précédemment, les réservoirs assurent une hygiène de vie, réduisent

l’insécurité alimentaire et sont une source de revenus pour certains Burkinabés. Cependant, certains

réservoirs ne sont pas capables d’assurer un stockage en eau pérenne et l’expansion démographique

augmente la demande en eau. Face à ses problématiques, les réserves en eau ne sont plus

satisfaisantes pour répondre aux multiples usages qui sont réalisés.

Notre étude s’est donc portée sur l’évaluation d’une des pertes : l’infiltration. Effectivement la

quantité infiltrée depuis le réservoir vers la nappe phréatique n’est pas réellement une perte effective,

elle est une perte pour le réservoir mais néanmoins elle permet de recharger la nappe phréatique.

Cette eau est donc nouvellement stockée et pourra être extraite grâce à des puits pour répondre aux

besoins agricoles pendant la saison sèche. Pour évaluer ce terme, la méthode du bilan hydraulique a

été adaptée. Elle a été appliquée pour deux réservoirs de la province de Yatenga, au Nord-Ouest du

Burkina Faso.

II. Description du site

1. Zone d’étude L’étude s’est portée sur deux réservoirs se situant dans la province du Yatenga, région du Nord-

Ouest du Burkina Faso (Figure 1).

Figure 1 : Province du Yatenga au Nord-Ouest du Burkina Faso (SOURCE : Wikipedia)

Les deux réservoirs étudiés se situent proches de la capitale de la région : Ouahigouya.

21

Réservoir Goinré

Le réservoir de Goinré (Latitude : 13.624 ; Longitude : -2.442) se situe au Nord de Ouahigouya,

dans la Province de Ouahigouya (Figure 2),

Et il ne s’assèche jamais pendant l’année (observation terrain). Le réservoir a été créé par

l’état et il a une capacité totale estimée à 11.02 millions de m3 (Mm3) lorsque le réservoir est plein

(Donnée terrain). La capacité de stockage s’approche donc de la limite supérieure des petits réservoirs

recensés au Burkina Faso.

Plusieurs groupes de personnes exploitent ce réservoir pour des usages domestiques, agricoles

et pour répondre aux besoins en eau des bêtes. Les agriculteurs possédant des terres, les ont

majoritairement obtenues grâce à un héritage, et l’eau du réservoir est accessible à tous et

gratuitement (Résultats questionnaire).

Réservoir Tougou

Le réservoir de Tougou (Latitude : 13.68 ; Longitude : -2.215) se situe au Nord Est de

Ouahigouya, dans la Province de Namissiguima (Figure 3). Il s’assèche toujours avant la fin de la saison

sèche. Ce réservoir a été construit par les villageois et un co-financeur.

Il a une capacité totale estimée à 4.27 millions de m3 lorsque le réservoir est plein (Donnée

terrain).

Yatenga

Ouahigouya

Figure 2 : Vue satellite du réservoir Goinré (SOURCE : Google Map)

Yatenga

Ouahigouya

Figure 3 : Vue satellite du réservoir Tougou (SOURCE : Google map)

22

Ce réservoir est utilisé à des fins agricoles et il est également une réserve en eau pour la pêche et

pour les animaux. Les agriculteurs ont hérité de ces terres, ou une personne du village (maire,

docteur, professeur…) leur a attribué. L’accès à l’eau du réservoir est payant (Résultat

questionnaire).

2. Climat Le climat de la région du Yatenga est un climat semi-aride.

Réservoir Goinré

Le réservoir de Goinré reçoit annuellement en moyenne des précipitations (obtenue sur le période

de 1984 à 2015) de 629 mm (Données Climate Informations Tool Aquastat, CRU CL 2.0 data-set).

L’évapotranspiration de référence pour la surface d’eau libre (obtenue sur la période de 1961 à 1990)

moyenne annuelle est de 1879 mm (Données Climate Informations Tool Aquastat, CRU CL 2.0 data-

set) et la température moyenne annuelle (obtenue de 1961-1990) est de 29°C (Données Climate

Informations Tool Aquastat, CRU CL 2.0 data-set). L’année est partagée en deux saisons, la saison des

pluies qui a lieu de juin à septembre et la saison sèche qui se déroule d’octobre à mai. La majorité des

précipitations se retrouvent concentrée sur 4 mois, de juin à septembre, alors que le reste de l’année

les pluies sont très faibles voire nulle (Figure 4).

Figure 4 : Climat au réservoir Goinré obtenu à partir des années 1961-1990 (SOURCE : Climate Informations Tool Aquastat, CRU CL 2.0 data-set)

Réservoir Tougou

Le réservoir Tougou reçoit annuellement en moyenne des précipitations (obtenue sur le période

de 1984 à 2015) de 585 mm (Données Climate Informations Tool Aquastat, CRU CL 2.0 data-set).

L’évapotranspiration de référence (obtenue sur la période de 1961 à 1990) est de 1909 mm en

moyenne sur l’année (Données Climate Informations Tool Aquastat, CRU CL 2.0 data-set) et la

température moyenne annuelle (obtenue de 1961-1990) est de 29°C (Données Climate Informations

Tool Aquastat, CRU CL 2.0 data-set). L’année est elle aussi partagée en deux saisons, la saison des pluies

qui a lieu de juin à septembre et la saison sèche qui se déroule d’octobre à mai (Figure 5).

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

50

100

150

200

250

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

(°C

)

(mm

)

Station de Gouinré (Latitude:13.624° Longitude:-2.442°)

Précipitation Evapotranspiration de référence Température

23

Figure 5 : Climat au réservoir Tougou, obtenue à partir des années 1961-1990 (SOURCE : Climate Informations Tool Aquastat, CRU CL 2.0 data-set)

III. Méthodologie

1. Bilan hydrique Le bilan hydrique (Equation 1, Figure 6) est effectué sur le réservoir pour chaque mois de la période

de saison sèche (d’octobre à mai) de l’année hydrologique 2013-2014. Il est supposé qu’à la fin de la

saison des pluies (début octobre) le réservoir est plein et qu’il diminue au cours de la saison sèche dû

aux pertes.

Équation 1

𝑽𝒇𝒊𝒏𝒂𝒍 − 𝑽𝒊𝒏𝒊𝒕𝒊𝒂𝒍 = 𝑽𝒑𝒓é𝒄 + 𝑽𝒓𝒖𝒊𝒔 + 𝑽𝒆𝒔 − 𝑽𝒆𝒗𝒂𝒑 − 𝑽𝒊𝒏𝒇 − 𝑽𝒅𝒆𝒄𝒓𝒖𝒆 − 𝑽𝒄𝒐𝒏𝒔𝒐

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

50

100

150

200

250

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

(°C

)

(mm

)Station de Tougou (Latitude : 13.68° Longitude : -2.215°)

Précipitation Evapotranspiration de référence Température

Vdécrue

Vruis

Ves

Vinf

Vevap

Vfinal-Vinitial

Vpréc

Vconso

Figure 6 : Schématisation du bilan hydrique

24

Avec :

Vfinal : Volume du réservoir à la fin du mois considéré (m3)

Vjnitial : Volume du réservoir au début du mois considéré (m3)

Vpréc: Volume d’eau précipité pendant le mois considéré (m3)

Vruis : Volume d’eau qui ruisselle vers le réservoir pendant le mois considéré (m3)

VES : Volume d’eau des eaux souterraines s’infiltrant dans le réservoir (m3)

Vévap : Volume d’eau qui s’évapore depuis la surface du réservoir pendant le mois considéré (m3)

Vinf : Volume d’eau qui s’infiltre depuis le réservoir vers les eaux souterraines pendant le mois considéré

(m3)

Vdécrue : Volume d’eau qui se déverse depuis le déversoir (m3)

Vconso : Volume d’eau consommé pour les différents usages (m3)

Détermination de Vfinal – Vinitial :

Ce terme correspond à la variation du volume d’eau entre, le début et la fin du mois.

D’après la partie I)-4) le volume d’un réservoir peut s’écrire selon l’équation 2 :

Équation 2 𝑽𝒓é𝒔𝒆𝒓𝒗𝒐𝒊𝒓 = 𝑽 𝒅𝒆𝒎𝒊𝒑𝒚𝒓𝒂𝒎𝒊𝒅𝒆 =𝟏

𝟔∗ 𝑨 ∗ 𝒅

Avec Vréservoir : volume réservoir (m3), d : profondeur du réservoir (m), A : surface du réservoir (m²).

La profondeur d peut être exprimée comme une certaine proportion de la longueur

caractéristique (l) du réservoir : 𝑑 =1

𝑓∗ 𝑙 .

La surface A peut être exprimé comme le carré de la longueur caractéristique (l) :

𝐴 = 𝑙²

Il est donc obtenu (Liebe, 2002) :

Équation 3 𝑽𝒓é𝒔𝒆𝒓𝒗𝒐𝒊𝒓 =𝟏

𝟔𝒇∗ 𝑨𝟏.𝟓

Le coefficient f est déterminé avec le volume maximal (donné par les constructeurs du barrage)

et la surface maximale (European Commission, 2016). Une fois cette valeur trouvée, il est possible de

calculer le volume pour chaque surface d’eau de réservoir correspondant. Pour déterminer ces

surfaces l’outil Water Monthly History (Google Earth Engine) est utilisé. Il permet d’accéder à des

images satellites de surface en eau pour chaque mois, de l’année 1984 à l’année 2015. A partir de ces

images il est donc possible de mesurer à partir du logiciel QGis les surfaces en eau.

Pour déterminer le volume initial et final de chaque mois il est supposé que les images

satellitaires ont été prises le 15 du mois. Ses images satellites ont été importées sur QGis afin de

mesurer la surface en eau pour chaque 15 du mois de la saison sèche des années 2013 et 2014. A partir

de ces surfaces il en déduit le volume de chaque 15 du mois, grâce à l’équation 3. Afin d’obtenir les

volumes en début et fin de mois (Vinitial et Vfinal), la moyenne entre le volume du quinze du mois

précèdent et du quinze du mois suivant donnera le volume initial, ou final (exemple en Figure 7, pour

déterminer Vinitial et Vfinal du mois de novembre). Le même raisonnement est suivi pour les surfaces.

25

La relation choisie était comparée avec d’autres relations volume-surface empiriques qui ont

pu être trouvées pour d’autre régions de l’Afrique de l’Ouest (Ghana (J. Liebe,2002), Côte d’Ivoire (F.

Gourdin et al., 2007), Zimbabwe (T. Sawunyama et.al., 2006)) ou du Brésil (LN. Rodrigues et al., 2007)

(Figure 8). Les volumes obtenus sont beaucoup plus importants que les volumes maximaux mesurés sur

le terrain. Une relation entre volume-surface a été aussi démontrée pour le Burkina Faso (D. Amitrano

et al., 2014), mais cette relation empirique n’a pas été retenue pour faire les calculs de volume.

Effectivement, même si elle est très proche de l’équation du volume d’une demi-pyramide, elle donne

une variation de volumes moindre au court du temps (Figure 8). C’est donc la formule de la demi-

pyramide, avec le coefficient f qui a été retenue.

Figure 8 : Comparaison des volumes obtenus pour le réservoir Goinré en fonction des formules empiriques

trouvées dans la littérature

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1000000 2000000 3000000 4000000 5000000 6000000 7000000 8000000

Vo

lum

e (

Mm

3)

Surface (m²)

Comparaison des volumes obtenus en fonction des régions

Formule Burkina Faso (V = 0.1012*A^1.167) Formule demi-pyramide V = 1/(6f)*A^1.5

Formule Ghana 0.00857*A*1.4367 Formule Zimbabwe V =0.023083*A^1.3272

Formule Nord Cote Ivoire V = 0.023083*A^1.3272 Formule Brésil V=0.2643*A^1.1632

Vinitial = V1nov =

Moyenne(V15octobre ;V15nov)=10 Mm3

15 oct 15 nov 15 déc

6 Mm3

9 Mm3

11 Mm3

Vfinal = V30nov = 7.5Mm3

Figure 7 : Schéma de détermination du volume final et initial

26

Détermination du Vprécipité :

Le volume d’eau qui précipite dans le réservoir dépend de la surface du réservoir qui varie

pendant la saison des pluies. Le volume d’eau précipité dépend donc de la surface du réservoir.

Équation 4 𝑽𝒑𝒓é𝒄𝒊𝒑𝒊𝒕é = 𝟏𝟎 ∗ 𝑷 ∗ 𝑨

Avec P : Précipitation (mm/mois), A : Surface d’eau mensuelle (ha/mois)

Ce volume précipité sera donc un volume en m3/mois.

Les valeurs de précipitation pour chaque mois sont obtenues à partir des données d’African Rainfall

Climatology (combinaison de 23 années de pluie journalière et de données infra rouge).

Détermination du Vruisselé :

Il est supposé qu’il n’y a plus de volume ruisselé pendant la saison sèche arrivant jusqu’au

réservoir.

Détermination de VES :

Ce terme est négligé.

Détermination du Vévaporation :

L’évaporation est le passage de l’état liquide à l’état gazeux. Le volume évaporé depuis la

surface d’eau du réservoir est l’une des plus grandes pertes du réservoir (T. Fowe et al, 2015). Celle-ci

peut être calculée de plusieurs manières, en fonction des données disponibles (JP. Brunel et al., 1992).

Dans notre cas, les données d’évaporation calculée à partir de la formule de Penman Montheith pour

le réservoir spécifique, en libre accès (disponible de 2010 à 2015) ont été utilisées (FAO, 2016). Les

valeurs d’évapotranspiration actuelle peuvent être utilisées car elles sont très proches de l’évaporation

des grandes nappes d’eau libre (JP. Brunel et al., 1992).

Équation 5 𝑽 é𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓é = 𝟏𝟎 ∗ 𝑬𝒗𝒂𝒑 ∗ 𝑨

Avec Evap : Evapotranspiration actuelle de Penman Montheith pour une surface d’eau libre

(mm/mois), A : Surface d’eau mensuelle (ha/mois)

L’évapotranspiration actuelle choisie a été comparé avec un ensemble d’autres valeurs

d’évaporation (Figure 9). Elle a été comparée avec des valeurs d’évaporation du lac de Balm situé dans

la même région que le réservoir Goinré et Tougou (calculées à partir de l’évaporation sur bac (Classe

A et Colorado) et convertit en évaporation réelle de surface d’eau grâce à des coefficients (Partie A.

IV. 2. Tableau 2) (JP. Brunel et al., 1992)). L’évapotranspiration actuelle a été aussi comparée avec

l’évapotranspiration de référence de Penman Montheith (1961-1990) (Modèle IWMI) et l’évaporation

potentielle de Penman Montheit (1961-1990) (Données Climate Informations Tool Aquastat, CRU CL

2.0 data-set). L’évaporation actuelle (courbe bleu clair) est proche des autres évaporations calculées,

hormis pour le mois de juillet, mais comme le bilan hydrique est fait pendant la saison sèche cela n’a

pas d’incidence. L’évapotranspiration actuelle est donc gardée pour continuer l’étude.

27

Figure 9 : Comparaison des différents types d’évaporation

Détermination du Vdécrue :

Il est supposé que ce volume est nul car, au début de la saison sèche le réservoir est plein, le

surplus d’eau est donc déjà déversé.

Détermination du Vconsommé :

Le volume consommé correspond aux différents usages du réservoir. Chaque besoin en eau

est donc évalué grâce à l’enquête qui a été menée sur le terrain.

2. Le questionnaire Autour de ces barrages plusieurs groupements d’agriculteurs, ou agriculteurs individuels

exploitent les réserves en eau du réservoir. Dans le cadre de notre étude, des groupements, membres

de l’Association Professionnelle des Maraichers du Yatenga (ASPMY) ont été enquêtés. Pour le

réservoir Goinré, six groupements (sur neuf) membres de l’ASPMY ont été questionnés (Tableau 1),

pour le réservoir Tougou, un groupement, membre de l’ASPMY a été interrogé (Tableau 1).

Réservoir Groupement Nombre de membres Nombres de personnes enquêtés

Superficie totale du groupement (ha)

Goinré Laafi labombou 45 3 12

Goinré Lagtaaba 6 1 1.5

Goinré Nabonswendé 75 8 11

Goinré Sougrinoma feminin 85 16 12

Goinré Sougrinoma mixte 75 3 5

Goinré Wendpanga 12 1 2.5

Tougou Sindimgporé 56 4 7 Tableau 1 : Groupement enquêtés

Ce questionnaire a permis d’identifier les pratiques agricoles mises en œuvre autour de ces

réservoirs et de déterminer les volumes consommés en fonction des usages. Comme le Tableau 1 le

montre, et du fait que l’association ASPMY ne représente qu’une petite partie des exploitants des

réservoirs, il sera supposé que les personnes questionnées sont un échantillon représentatif des

exploitants des réservoirs.

0

100

200

300

400

mm

Comparaison des différents types d'évaporation

Evapotranspiration actuelle 2010-2015 Evaporation-Bac Colorado - Coeff =0.8

Evaporation-Bac Classe A-Coeff = 0.68 Evapotranspiration Penman Montheith 1961-1990

Evapotranspiration de référence- 1961-1990

Janv Fév Mars Avril Mai Juin Juil Aout Sept Oct Nov Déc

28

IV. Résultats

1. Réservoir de Goinré Usages du réservoir

Le réservoir Goinré est un réservoir utilisé pour répondre aux besoins domestiques et

agricoles, il est également utilisé comme une réserve en eau pour les animaux et les pêcheurs. Au total,

265 ha de cultures sont cultivées autour du réservoir, et en aval du barrage. Les personnes sondées

(tout groupements confondus), cultivent au total 42.5 ha. Ce qui représente 1/6 de la superficie totale

des cultures. Il est donc supposé que les usages fait pour ce groupe de personnes sont identiques aux

usages de l’ensemble du réservoir.

Les cultures sont irriguées en pompant l’eau directement dans le réservoir à l’aide de moto-

pompe. Puis, cette eau est acheminer grâce à des rigoles vers leur cultures (68% des sondés), ou grâce

à un système de gouttes à gouttes (16%) ou encore lors des décrues de barrage (4%). D’après le

questionnaire les agriculteurs préféreraient pouvoir puisez l’eau à partir de pompe solaire (68%). La

majorité des agriculteurs ont commencé à cultiver pour répondre à leurs besoins vitaux (60%) ou pour

pouvoir assurer des dépenses familiales (20%) ou encore pour améliorer leur vie du quotidien (bien

être…) (20%).

Vfinal-Vinitial

D’après la méthodologie précédente il est déterminé les surfaces en eau pour chaque 15 du

mois (Annexe 1-Tableau 1). Les surfaces en eau diminuent bien au cours du temps pendant la saison

sèche, elles passent de 723 ha à 233 ha pour la saison sèche de 2013-2014 (Annexe 1 - Tableau 2). Le

réservoir n’est jamais vide ce qui corresponds bien avec les constatations des Burkinabé (Annexe 1-

Tableau 2). Le bilan hydrique de l’année hydrologique 2013-2014 sera donc fait d’octobre 2013 à mai

2014.

Le coefficient f de l’équation 3 est ensuite déterminé grâce à la surface et au volume maximal.

D’après le site Global Water Surface Explorer, Smax= 7 474 175 m². Pour le volume maximal, il a été

recensé deux volumes maximaux. Un a été recensé par les enquêtes effectuées sur le terrain lors du

choix des réservoirs : évalué à 11.02 millions de m3. L’autre volume maximal a été recensé par la FAO

lors de l’inventaire des petits réservoirs fait pour l’Afrique de l’Ouest. Le volume maximal a été estimé

à 19.88 millions de m3. En fonction du volume choisi, la valeur de f est différente.

Pour Vmax = 11 000 000 m3, f = 309.

Pour Vmax = 19 880 000 m3, f = 171.

Liebe (2002), d’après ces mesures sur le terrain pour la région de l’est du Ghana, avait trouvé un f égal

à 20, mais les réservoirs choisis pour obtenir ce f était des réservoirs d’une surface inférieure à 30 ha.

Chaque volume est donc calculé pour le début et la fin du mois (Annexe 1-Tableau 2 et Tableau 3).

Il est donc déterminé la variation volumique entre le début et la fin du mois, pour les deux coefficients

f trouvés.

Pour Vmax = 11 000 000 m3 avec f = 309

Pour l’année hydrologique 2013-2014 le volume décroît de 10.5 Mm3 (octobre 2013) à 5.8 Mm3 (mai

2014) (Annexe 1-Tableau 2).

29

Pour Vmax = 19 880 000 m3 avec f = 171

Pour l’année hydrologique 2013-2014 le volume décroît de 18.9 Mm3 (octobre 2013) à 3.5 Mm3 (mai

2014) (Annexe 1-Tableau 3).

Précipitation

Durant la période sèche des années civiles 2013 et 2014, il est tombé au total 46 mm et 184 mm

respectivement. Ces précipitations cumulées représentent 242 500 m3 et 1.8 Mm3 d’eau

respectivement qui précipitent dans le réservoir.

Evaporation

Durant la période sèche des années 2013 et 2014, il s’est évaporé 1756 mm et 1835 mm

respectivement. Cette évaporation représente 8.7 Mm3 et 8.2 Mm3 respectivement.

Consommation

Irrigation

Toutes les semences cultivées sont des oignons. Cependant toutes les cultures ne sont pas

irriguées directement à partir du réservoir, des puits sont utilisés. Effectivement 80% des sondés

utilisent directement le réservoir (les autres utilisent des puits), il est donc supposé que 80% des

cultures totales sont irriguées à partir du réservoir.

𝑆𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒 𝑖𝑟𝑟𝑖𝑔𝑢é𝑒 à 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑟 𝑟é𝑠𝑒𝑟𝑣𝑜𝑖𝑟 = 0.8 ∗ 𝑆𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒 = 0.8 ∗ 265 = 212 ℎ𝑎

212 hectares d’oignons sont donc irrigués à partir du réservoir d’octobre à avril. Or les cultures

d’oignons ont une demande en eau de 15 000 m3/ha (W. Hyrkas et al.,2007 ; JM. Durand et al.,1999)

Ce qui représente 3.18 Mm3 d’eau d’octobre à avril.

Consommation domestique

D’après le questionnaire, 200 L sont prélevés pour chaque prélèvement à partir du réservoir,

à une fréquence de 2 fois par jour, pour le groupe de sondés.

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑜 𝐸𝑎𝑢 𝐷𝑜𝑚𝑒𝑠𝑡𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑜𝑢𝑟 𝑠𝑜𝑛𝑑é𝑠 = 200 𝑙 ∗ 2 ∗ 30.5 𝑗𝑜𝑢𝑟𝑠 ∗ 8 𝑚𝑜𝑖𝑠 = 97 600 𝐿

97.6 m3 sont donc prélevés pendant la saison sèche pour les sondés à partir du réservoir. Pour tout le

réservoir, il y a donc :

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑜 𝐸𝑎𝑢 𝐷𝑜𝑚𝑒𝑠𝑡𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑜𝑢𝑟 𝑙′𝑒𝑛𝑠𝑒𝑚𝑏𝑙𝑒𝑑𝑢 𝑟é𝑠𝑒𝑟𝑣𝑜𝑖𝑟 = 6 ∗ 97 600 = 583 000 𝐿

Le chiffre 6 permet d’effectuer le passage des sondés (représente 1/6 du réservoir) à l’ensemble du

réservoir. La consommation domestique est donc estimée à 583 m3 pour tout le réservoir, pendant la

saison sèche.

Consommation bétail

D’après le questionnaire, il est recensé environ 100 moutons, ânes et vaches s’abreuvant au

réservoir. Or, d’après précédemment, il y a 6 fois plus d’animaux qui viennent s’abreuver sur

l’ensemble du réservoir, soit 200 moutons, 200 ânes et 200 vaches au total. Or un bovin consomme

environ 40 L par jour, un mouton consomme environ 4L/j, et un âne consomme environ 30L/j

(Ministère de l’Environnement et de l’Eau,2000). Cela correspond donc à 3611 m3 d’eau consommé

pendant la saison sèche, à partir du réservoir.

30

Résultats du bilan hydrique :

Pour Vmax = 11 000 000 m3 avec f = 309 :

Le bilan hydrique mensuel de la saison sèche 2013-2014 (Figure 10) présente une infiltration

négative la plupart des mois, hormis le mois d’avril et mai 2014, en moyenne égale -1.58 mm/j (Annexe

1-Tableau 4 et 5). Pour ces mois considérés l’évaporation est plus importante que la variation

volumique (Annexe 1-Tableau 4 et 5), or, il ne peut pas avoir plus d’eau qui s’évapore que d’eau

disponible entre le début et la fin du mois. En considérant de même un bilan hydrique annuel sur la

saison sèche 2013-2014 (Figure 11), il est également obtenu une infiltration négative, de l’ordre de -

2.54 mm/jour.

Figure 10 : Bilan hydrique mensuel pour la saison sèche 2013-2014

Figure 11 : Bilan hydrique annuel pour la saison sèche 2013-2014

-2000000

-1000000

0

1000000

2000000

Octobre Novembre Décembre Janvier Février Mars Avril Mai

m3

Bilan hydrique mensuel 2013-2014

Precipitation (m3) Evaporation (m3)Variation volume (m3) Infiltration (m3)Consommation irrigation (m3) Consommation domestique (m3)Consommation bétail (m3)

-10000000

-5000000

0

5000000

10000000

m3

Bilan hydrique annuel 2013-2014

Précipitation (m3) Evaporation (m3)Variation volume (m3) Infiltration (m3)Consommation irrigation (m3) Consommation domestique (m3)

31

Pour V = 19 880 000 m3, f=171 :

Avec Vmax = 19.88 Mm3, les bilans donnent des résultats plus cohérents. Même si les bilans

hydriques mensuels de la saison sèche 2013-2014 donnent des mois où l’infiltration est négative

(octobre, novembre, décembre) (Figure 12 et Annexe 1 - Tableau 7 et 8) ; le bilan hydrique annuel

(Figure 13) lui donne une valeur d’infiltration positive, de l’ordre de 2.8 mm/jour. Ces valeurs sont

similaires à celles (respectivement 2.1 mm/jour et 2 à 5mm/jour) trouvées par Fowe et al. (2015)

pour le réservoir de Boura, et par Sander (2010) pour le réservoir de Léo tous les deux situés au

Sud du Burkina Faso.



-4000000

-3000000

-2000000

-1000000

0

1000000

2000000

3000000

Oct Novembre Décembre Janvier Février Mars Avril Maim3


Precipitation (m3) Evapotranspiration (m3) Variation volume (m3)

Infiltration (m3) Consommation irrigation (m3) Consommation domestique (m3)

Consommation bétail (m3)

-20000000

-15000000

-10000000

-5000000

0

5000000

10000000

15000000

m3


Précipitation (m3) Evaporation (m3)Variation volume (m3) Infiltration (m3)Consommation irrigation (m3) Consommation domestique (m3)Consommation bétail (m3)

32

Résumé du bilan hydrique annuel sur l’année hydrologique 2013-2014 :

2013-2014 avec f = 309 2013-2014 avec f=171

Variation volume (Mm3) -8.6 -15.5

Précipitation (Mm3) 0.44 0.44

Evaporation (Mm3) 9.1 9.1

Consommation irrigation (Mm3) 3.2 3.2

Consommation domestiques (Mm3)

0.59*10-3 0.59*10-3

Consommation bétail (Mm3) 3.6*10-3 3.6*10-3

Infiltration (Mm3) -3.2 3.6 Tableau 2 : Résumé du bilan hydrique annuel sur l’année hydrologique 2013-2014 en fonction du coefficient f.

Ces résultats montrent bien qu’il faut être prudent dans le calcul de f, si le volume maximal ou la

surface maximale sont erronés, les résultats sont complétements différents. Il faudrait donc remesurer

la capacité maximale du barrage, pour pouvoir être plus confiant sur les résultats d’infiltration.

2. Réservoir de Tougou Usages du réservoir

Le réservoir Tougou répond aux besoins agricoles et il est utilisé comme réserve d’eau pour les

animaux et les pêcheurs. Il compte approximativement 193 ha de cultures autours du réservoir, et en

aval du barrage. Les personnes sondées cultivent au total 7 ha. Ce qui représente 1/27 de la superficie

totale des cultures. Il est supposé que les usages réalisés pour ce groupe de personnes sont identiques

pour le reste du réservoir.

Les cultures sont irriguées en pompant l’eau directement dans le réservoir à l’aide de moto-

pompe. Puis, cette eau est acheminée grâce à des rigoles vers leurs cultures. La totalité des agriculteurs

sondés préféreraient pouvoir puiser l’eau à partir de pompe solaire. La majorité des agriculteurs ont

commencé à cultiver pour répondre à leurs besoins vitaux (60%) ou pour pouvoir assurer des dépenses

familiales (40%).

Vfinal-Vinitial

Comme précédemment, il est déterminé les surfaces en eau pour chaque 15 du mois (Annexe 2-

Tableau 1). Les images satellitaires de surface en eau montrent l’absence d’eau avant la fin de la saison

sèche, pendant le mois d’avril et le mois de mai, ce qui corresponds bien aux observations faites sur le

terrain par les Burkinabés (Annexe 2 – Tableau 2).

De plus, il est remarqué que les images des surfaces d’eau ne diminuent pas d’octobre à mai,

comme ce qui est attendu lors de la saison sèche. Effectivement elles ne commencent à diminuer qu’à

partir de du 1er janvier pour l’année 2013 et 1er février pour l’année 2014 (Annexe 2 – Tableau 2). Cela

signifie que des entrées d’eau, autre que les précipitations (proche de 0mm/jour), comme le

ruissellement, alimentent le réservoir. Le bilan hydrique sera donc fait sur un nombre de mois plus

restreint, où il est quasiment certain qu’il n’y a plus de ruissellement. Le bilan hydrique de l’année

hydrologique 2013-2014 s’effectue donc de février 2014 à mai 2014 (Figure 14 et Figure 15). Le bilan

hydrique de l’année hydrologique 2012-2013 s’effectue donc de janvier 2013 à avril 2013 (les résultats

de ce bilan hydrique sont visibles en Annexe 2-Tableau 3 et Figure 1).

Le coefficient f est ensuite déterminé. Le volume maximal mesuré sur le terrain est égal à 4 270 000

m3, ce qui corresponds aussi au volume obtenue par l’enquête mené pas la FAO. La surface maximale

33

est égale à 3 089 437 m² (Global Water Surface Explorer). Il est donc obtenu d’après l’équation 3 : f =

212

Comme pour le réservoir de Goinré il est calculé le volume en début et fin de mois (Annexe 2-

Tableau 2) et donc les variations volumiques entre chaque début et fin de mois des années 2013 et

2014 sont déduites.

Pour l’année hydrologique 2013-2014, le volume décroit de 3.7 Mm3 (février 2014) à 0 Mm3 (avril

2014) (Annexe 2-Tableau2).

Précipitation

Durant la période sèche (janvier à mai) de l’année 2013 au total 43 mm ont précipité, en cumulé

ceci représente 17 280 m3. Pour la période sèche (février à avril) de l’année 2014 au total 8.84 mm

ont précipité, en cumulé ceci représente 9 313 m3 d’eau qui précipite dans le réservoir.

Evaporation

Durant la période sèche des années 2013 et 2014, il s’est évaporé 1002 mm et 618 mm

respectivement. Cette évaporation représente 1.35 Mm3 et 0.86 Mm3 respectivement.

Consommation

Irrigation

Les cultures cultivées autour du réservoir sont des oignons, tomates et patates. Comme pour

le réservoir de Goinré il est supposé que 80% des cultures totales sont irriguées à partir du réservoir.

𝑆𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒 𝑖𝑟𝑟𝑖𝑔𝑢é𝑒 à 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑟 𝑟é𝑠𝑒𝑟𝑣𝑜𝑖𝑟 = 0.8 ∗ 𝑆𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒 = 0.8 ∗ 193 = 154 ℎ𝑎

154 hectares sont donc irrigués à partir du réservoir, de novembre à avril pour les oignons et

d’octobre à avril pour les tomates. Or les cultures d’oignons, tomates et patates ont une demande en

eau de 15 000 m3/ha (W. Hyrkas et al.,2007 ; JM. Durand et al.,1999) Ce qui représente 2.12 Mm3

d’eau de octobre à avril et 193 000 m3 en mai.

Consommation bétail

D’après le questionnaire, il est recensé environ 10 moutons, ânes et vaches s’abreuvant au

réservoir. Il y a donc 27 fois plus d’animaux qui viennent s’abreuver sur l’ensemble du réservoir, soit

275 moutons, 275 ânes et 275 vaches au total.

Les valeurs de consommation par type d’animaux étant les mêmes que pour le réservoir de

Gouinré, cela correspond donc à 4 965 m3 d’eau consommée pendant la saison sèche, à partir du

réservoir.

34

Résultats du bilan hydrique

D’après le bilan hydrique mensuel l’infiltration est en moyenne égale à 17.4 mm/jour pour la

saison sèche 2012-2013 (Annexe 2-Tableau 3 et Figure 1) et 21 mm/jour pour la saison sèche 2013-

2014 (Figure 14 et Annexe 2 – Tableau 4). D’après le bilan hydrique annuel l’infiltration est estimée à

6.4 mm/jour pour la saison sèche 2012-2013 (Annexe 2) et 12 mm/jour pour la saison sèche 2013-2014

(Figure 15).



-2000000

-1500000

-1000000

-500000

0

500000

1000000

1500000

Feb Mar Apr

m3


Precipitation (m3) Evaporation(m3) Variation volume (m3)

Infiltration (m3) Consomation irrigation (m3) Consommation bête (m3)

-4000000

-3000000

-2000000

-1000000

0

1000000

2000000

3000000

m3


Precipitation (m3) Evaporation(m3)Consomation irrigation (m3) Consommation bête (m3)Variation volume (m3) Infiltration (m3)

35

Résumé du bilan hydrique annuel sur l’année hydrologique 2013-2014 :

2013-2014

Variation volume (Mm3) -3.68

Précipitation (Mm3) 9.3*10-3

Evaporation (Mm3) 0.86

Consommation irrigation (Mm3) 0.9

Consommation bétail (Mm3) 1.8*10-3

Infiltration (Mm3) 1.92 Tableau 3 : Résumé du bilan hydrique annuel pour 2014 (équivalent à l’année hydrologique 2013-2014)

V. Discussion

1. Comparaison infiltration réservoir Goinré et Tougou Les résultats donnent des infiltrations assez différentes pour le réservoir de Goinré (2.8mm/jour

pour f=171) et réservoir Tougou (12 mm/jour). Ceci peut être dû à la géologie du sol, car l’évaporation

et les précipitations sont quasiment identiques et seule la variation volumique change. L’infiltration

plus élevée dans le cas du réservoir Tougou peut être aussi due à l’état du fond du réservoir (présence

de fissures, failles, état de la couche de protection du fond du réservoir) ou encore dû à l’état du

barrage (détérioration du cœur du barrage pas les fourmis ou plantes (J. Liebe,2002)). Effectivement

sur les images satellite, juste en aval du barrage Tougou, il est remarqué la présence d’eau, ce qui

prouve que l’eau a pu s’infiltrer depuis le réservoir vers l’extérieur, en passant par le barrage. Ceci

expliquerait l’infiltration plus élevé pour le réservoir Tougou, et donc aussi le fait que le réservoir

Tougou s’assèche avant la fin de la saison sèche.

2. Critiques des résultats Les résultats trouvés pour les bilans hydriques mensuels et annuels des deux réservoirs peuvent

être critiqués et doivent être considérés avec prudence.

Premièrement, il peut être remarqué que de regarder l’infiltration mois par mois n’est peut-être pas judicieux car la variation de volume entre le début et la fin du mois n’est pas suffisante, ce qui donne des valeurs d’infiltration négatives (réservoir Goinré année 2013 et 2014 pour f=309 ou réservoir Tougou pour année 2013). Il est donc peut être plus juste de regarder les résultats pour un bilan annuel.

Deuxièmement, une des raisons pouvant expliquer l’infiltration négative concerne

l’évaporation. Elle est la plus grande perte des réservoirs (T. Fowe et al.,2015 ; conversation

personnelle avec N. Van de Giesen,2017) et elle est souvent surestimée. L’évaporation de Penman

surestime parfois de deux à quatre fois l’évaporation réelle (conversation personnelle avec N. Van de

Giesen au sujet des réservoirs du Ghana). Elle peut être donc une des principales causes des valeurs

négatives.

Une autre hypothèse peut être une mauvaise estimation des volumes du réservoir. Il a été

supposé que les surfaces observées étaient prises le 15 du mois alors qu’en réalité elles peuvent avoir

été prises en fin de mois ou début de mois, ce qui provoque une erreur dans les calculs de variations

de volume. De plus, les volumes ont été calculés à partir du volume maximal et surface maximale du

réservoir observé (mesure faite sur le terrain pour le volume maximal et mesure satellitaire pour la

surface) il peut y avoir des erreurs (peut être dû à l’envasement du réservoir lors des mesures) dans

ces deux mesures ce qui fausse la valeur de f, ceci provoque de même une erreur sur le calcul de

variation de volume. Les résultats du réservoir Goinré souligne l’importance d’être certain du volume

36

maximal pour pouvoir utiliser la méthode du volume de la demi-pyramide. Effectivement en fonction

du coefficient f, les résultats différent totalement. Enfin la dernière mauvaise estimation des volumes

peut être due à l’approximation faite entre le volume d’un réservoir et le volume d’une demi-pyramide.

Cette approximation suppose que la pente du réservoir est droite or, en réalité, la pente du réservoir

est plutôt convexe (J. Liebe, 2002 ; M. Munamati et al., ND) (Figure 16). La puissance de l’aire dans

l’équation : 𝑉 =1

6𝑓∗ 𝐴1.5 serait donc en réalité inférieur à 1,5.

Figure 16 : Forme réservoir (Liebe, 2002)

Enfin, il a été supposé dans le bilan hydrique qu’il n’y avait plus de ruissellement durant la saison

sèche, mais il se peut que les précipitations aux extrémités du bassin versant mettent du temps à

parvenir jusqu’au réservoir, et donc que pendant les premiers mois suivant la saison des pluies

(octobre, novembre, décembre…) l’eau ruissele vers le réservoir, faussant donc la variation

volumique : l’eau de ruissellement alimente donc le réservoir et la baisse du niveau d’eau au cours des

mois n’est pas suffisante.

3. Analyse sensitivité Il est donc proposé de faire une analyse de sensitivité pour quelques hypothèses qui ont été

précédemment exposées.

Sur l’évaporation

Dans le cas du projet, l’évapotranspiration actuelle de Penman Montheit a été choisie (Figure 9).

Cependant, l’évaporation de Penman Montheit surestime souvent l’évaporation réelle. D’après une

conversation personnelle avec Nick Van de Giesen, il a observé une surestimation de

l’évapotranspiration de Penman Montheit de 2 à 4 fois l’évaporation réelle observée sur les lacs du

Ghana. D’après Motz et al. (2001) et Lowe et al. (2009) l’évaporation calculée à partir des bacs

d’évaporation a une incertitude de +/- 20%.

Dans notre cas, l’évaporation ne peut pas être supérieure, Il sera donc décidé de regarder

l’impact sur le bilan hydrique lorsque 75% et 50% de l’évaporation est prise en compte.

Réservoir Goinré

Pour le réservoir Goinré, avec Vmax = 11.02 Mm3 les bilans hydriques mensuels donnent

toujours des mois où l’infiltration est négative que ce soit avec l’évaporation réduite de 25 % ou de 50

%. Cependant pour les bilans hydriques annuels l’infiltration devient positive et égale à 0.98 mm/j si

l’évaporation est réduite de 50 % (elle reste négative si l’évaporation est réduite de 25%). Avec Vmax =

19.8 Mm3 les bilans hydriques mensuels donnent des valeurs d’infiltration positive (lorsque

l’évaporation est réduite de 50%) en moyenne égale à 3.65 mm/jour pour 2013 et 8.7mm/jour pour

2014. Pour le bilan hydrique annuel (avec une évaporation réduite de 50%) l’infiltration passe de

2.8mm/jour à 6.3 mm/jour. Les bilans hydriques mensuels (lorsque l’évaporation est réduite de 25%)

37

donnent une infiltration positive pour l’ensemble des mois hormis pour les mois d’Octobre et

Novembre des années 2013 et 2014. Pour le bilan hydrique annuel (avec une évaporation réduite de

25%) l’infiltration passe de 2.8mm/jour à 3.2 mm/jour.

Réservoir Tougou

Pour Tougou l’infiltration était la majorité du temps positive, hormis en janvier 2013. Pour

janvier 2013, l’infiltration diminue donc, mais reste toujours négative, elle passe de -7 mm/jour à -4

mm/jour lorsque l’évapotranspiration est réduit de 50%, et à -5.6 mm/jour lorsque l’évaporation est

réduit de 25%. Les bilans hydriques mensuels donnent des valeurs d’infiltration positive (lorsque

l’évaporation est réduite de 50%) en moyenne égale à 19.3 mm/jour pour 2013 et 21 mm/jour pour

2014. Les bilans hydriques mensuels donnent des valeurs d’infiltration positive (lorsque l’évaporation

est réduite de 25%) en moyenne égale à 17.5 mm/jour pour 2013 et 17.6 mm/jour pour 2014

Sur le volume

Il est décidé de faire une analyse de sensitivité sur les paramètres de l’équation 3 : pour le

terme devant la surface (a= 1/(6f)) et pour la puissance (b = 3/2), afin de pouvoir s’approcher d’une

pente plus convexe que droite et pour pouvoir voire l’influence de ces paramètre sur l’infiltration.

Chaque terme est modifié un par un.

Si a est fixé, et b diminue : En essayant de diminuer la puissance pour se rapprocher plus de la

réalité, les volumes diminuent énormément et de façon très rapide. Ce qui donne donc une variation

de volume plus petite et donc une infiltration plus petite pour chaque mois (les valeurs d’infiltrations

sont encore plus négatives). Le paramètre b n’a donc pas été modifié car il est sûr que b doit diminuer

et cela implique des résultats d’infiltration encore plus négatifs.

Si a varie, et b est fixé à 1.5 : Plus a augmente plus les volumes sont grands ce qui implique des

infiltrations plus positives. Et inversement. Le coefficient a été augmenté tant que les volumes d’eau

des réservoirs n’étaient pas deux fois supérieurs aux volumes calculés avec le paramètre a initial (pour

éviter de s’éloigner trop de la réalité).

Réservoir Goinré

Pour le réservoir Goinré avec a=0.00108 au lieu de a=0.0005394 (lorsque f=309) les infiltrations

des bilans hydriques mensuels restent encore négatives pour quelques mois, alors que les volumes

sont deux fois supérieurs à ceux calculés avec a=0.0005394. Mais d’après le bilan hydrique annuel pour

l’année hydrologique 2013-2014 l’infiltration devient positive et s’élève à 4.1 mm/jour.

Réservoir Tougou

Pour le réservoir Tougou avec a=0.0016 au lieu de a= 0.0007869, toutes les infiltrations sont

positives. Janvier 2013 a une infiltration de 0.09 mm/j. Mais les autres infiltrations des autres mois

donnent des résultats extrêmement élevé, jusqu’à 96 mm/jour pour avril 2014.

Comme il est quasiment sûr que la puissance de la surface est inférieure à 1.5 pour représenter

au mieux la réalité, il faudrait donc diminuer b, mais augmenter à la fois a, pour compenser la baisse

de volume provoquée par l’abaissement de puissance. Ceci permettrait d’avoir une relation plus

proche de la réalité, et donc d’avoir une variation volumique entre fin et début du mois plus correcte.

Il n’a pas été trouvé de couple (a,b) idéal, pouvant représenter au mieux la réalité car les volumes des

réservoirs ne sont pas connus, hormis le volume maximal. Il n’y avait donc pas de points de références.

Pour avoir des volumes plus proches de la réalité, il faudrait pouvoir recalculer les volumes avec des

mesures de terrain ; en mesurant les profondeurs chaque mois et les surfaces associées et en déduire

le volume grâce à un modèle 3D. Ou sinon trouver une corrélation volume surface pour les petits

réservoirs du Burkina Faso pour la région spécifique du Yatenga, avec un large nombre de réservoirs

38

pris en compte pour être sûr de la relation volume-surface, comme cela a été réalisé dans d’autres

régions de l’Afrique de l’Ouest

.

VI. Conclusion

En raison des multiples usages des petits réservoirs, ces derniers sont un réel facteur de

développement pour les zones rurales de l’Afrique de l’Ouest. Nous nous sommes intéressés ici à la

quantité d’eau qui s’infiltrait depuis les réservoirs vers la nappe phréatique. Il ne s’agit pas d’une perte

effective mais d’une réelle ressource en eau exploitable pour les populations, que nous avons cherché

à évaluer dans ce rapport. La méthode du bilan hydrique adoptée dans cette étude est simple en

théorie mais a présenté quelques difficultés en pratique. En effet, les résultats obtenus sont

critiquables en raison des diverses hypothèses qui ont été faites pour les calculs. Il faudrait donc, pour

être le plus juste possible, s’assurer qu’il n’y ait pas de ruissellement, connaitre la relation volume-

surface pour le réservoir considéré et mesurer l’évaporation réelle depuis le réservoir. De plus, d’après

les résultats de l’enquête les usages domestiques et les besoins en eau du bétail sont négligeables face

aux besoins en eau de l’agriculture. Si les résultats de l’enquête sont justes, la consommation

domestique et le bétail n’impacte pas sur la consommation agricole, mais étant une perte majeure,

comparativement aux autres, elle peut mener à un assechement précoce du réservoir et donc

provoquer un impact néfaste sur les populations. Enfin, contrairement à nos attentes, les résultats

sont différents entre les réservoirs Goinré (2.8mm/j) et Tougou (12 mm/j). Cela peut être dû à une

différence de géologie des sols, à l’état du fond du réservoir ou encore à l’état du barrage. L’infiltration

plus importante dans le cas du réservoir Tougou, explique peut être l’asséchement de ce réservoir

avant la fin de la saison sèche. En somme, si l’infiltration s’avère être autant importante que les

résultats obtenus, le nouvel enjeu sera d’extraire l’eau de la nappe phréatique tout en assurant sa

recharge, de manière durable.

Remerciements

En préambule, je souhaite adresser tous mes remerciements aux personnes avec lesquelles j’ai pu échanger et qui m’ont aidé durant ce stage.

Je voudrais tout d’abord remercier mon tuteur de stage Koos Groen qui m’a permis de travailler sur ce sujet tant passionnant et pour son aide. Je voudrais également remercier sincèrement Mieke Hulshof, pour sa disponibilité, pour son aide tant sur le plan scientifique que personnel tout au long de mon stage. Mes remerciements s’adressent aussi à Wim Simonse qui a offert un intermédiaire entre le Burkina Faso et mon étude. Un grand merci à toute l’équipe du Bukina Faso et aux agriculteurs de l’ASPMY qui se sont investis dans la réalisation du questionnaire. Je souhaite sincèrement remercier Philippe Cecchi et Nick van de Giesen pour leur contribution essentielle au rapport.

Enfin je remercie toute l’équipe d’Acacia Water pour leur bonne humeur et leur accueil, c’est eux aussi qui ont rendu ce stage particulièrement enrichissant.

39

BIBLIOGRAPHIE

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21/07/2017)



42

ANNEXES

ANNEXE 1 : Réservoir Goinré Evolution des surfaces pour chaque 15 du mois

Surface (km²) Surface (ha)

15-janv 2013 5 525

15-févr 2013 4 455

15-mars 2013 4 410

15-avr 2013 3 366

15-mai 2013 3 323

15-juin 2013 2 211

15-sept 2013 7 742

15-oct 2013 7 704

15-nov 2013 6 683

15-déc 2013 6 641

15-janv 2014 6 600

15-févr 2014 5 533

15-mars 2014 5 479

15-avr 2014 3 342

15-mai 2014 2 240

15-juin 2014 2 226

15-sept 2014 5 479

15-oct 2014 5 503

15-nov 2014 5 484

15-déc 2014 5 470 Tableau 1 : Surface d'eau pour le réservoir Goinré pour chaque 15 du mois des années 2013 et 2014

43

Evolution des volumes et surfaces en début et fin de mois (f=309)

Jour Volume (m3) Surface (m²)

01/01/2013 7949412 5988683

31/01/2013 5863312 4900861

01/02/2013 5863312 4900861

28/02/2013 4858656 4326461

01/03/2013 4858656 4326461

31/03/2013 4128855 3880887

01/04/2013 4128855 3880887

30/04/2013 3451189 3443248

01/05/2013 3451189 3443248

31/05/2013 2394029 2671659

01/10/2013 10496728 7233843

31/10/2013 9861322 6939654

01/11/2013 9861322 6939654

30/11/2013 9197611 6623394

01/12/2013 9197611 6623394

31/12/2013 8342254 6205940

01/01/2014 8342254 6205940

31/01/2014 7281845 5664881

01/02/2014 7281845 5664881

28/02/2014 6150497 5062611

01/03/2014 6150497 5062611

31/03/2014 4537158 4107449

01/04/2014 4537158 4107449

30/04/2014 2709318 2910651

01/05/2014 2709318 2910651

31/05/2014 1921420 2331996

01/10/2014 5876914 4914073

31/10/2014 5915043 4935548

01/11/2014 5915043 4935548

30/11/2014 5621176 4770936

01/12/2014 5621176 4770936

31/12/2014 5126645 4484358 Tableau 2 : Surface d'eau pour le réservoir de Goinré en début et fin de chaque mois des années 2013 et

2014

44

Evolution des surfaces et volumes en début et fin de mois (f=171)

Jour Volume (m3) Surface (m²)

01/01/2013 14338913 5988683

31/01/2013 10576068 4900861

01/02/2013 10576068 4900861

28/02/2013 8763898 4326461

01/03/2013 8763898 4326461

31/03/2013 7447505 3880887

01/04/2013 7447505 3880887

30/04/2013 6225153 3443248

01/05/2013 6225153 3443248

31/05/2013 4318279 2671659

01/10/2013 18933685 7233843

31/10/2013 17787558 6939654

01/11/2013 17787558 6939654

30/11/2013 16590377 6623394

01/12/2013 16590377 6623394

31/12/2013 15047510 6205940

01/01/2014 15047510 6205940

31/01/2014 13134776 5664881

01/02/2014 13134776 5664881

28/02/2014 11094083 5062611

01/03/2014 11094083 5062611

31/03/2014 8183990 4107449

01/04/2014 8183990 4107449

30/04/2014 4886988 2910651

01/05/2014 4886988 2910651

31/05/2014 3465800 2331996

01/10/2014 10600602 4914073

31/10/2014 10669379 4935548

01/11/2014 10669379 4935548

30/11/2014 10139310 4770936

01/12/2014 10139310 4770936

31/12/2014 9247290 4484358 Tableau 3 : Volume et surface en début et fin de mois du réservoir de Goinré des années 2013-2014

45

Bilan hydrique mensuel (f=309)

Année 2013

Precipitation (m3)

Evaporation (m3)

Consommation irrigation (m3)

Consommation domestique (m3)


Variation volume (m3)

Infiltration (m3)

Infiltration (m/jour)

Infiltration (mm/jour)

Janvier 0 1094399 454286 73.2 451.4 -2086100 536964 0.003287 3.3

Février 0 1019619 454286 73.2 451.4 -1004656 -469700 -0.003394 -3.4

Mars 0 1064083 454286 73.2 451.4 -729801 -789019 -0.006409 -6.4

Avril 7329 911855 454286 73.2 451.4 -677665 -681598 -0.006204 -6.2

Mai 58102 786989 0 73.2 451.4 -1057160 327822 0.003574 3.6

Octobre 177124 1268528 454286 73.2 451.4 -635406 -910735 -0.004284 -4.3

Novembre 0 1274927 454286 73.2 451.4 -663711 -1065953 -0.005239 -5.2

Décembre 0 1289990 454286 73.2 451.4 -855357 -889370 -0.004622 -4.6 Tableau 4 : Bilan hydrique année 2013

Figure 1 : Bilan hydrique mensuel année 2013 avec f = 309

-2500000

-2000000

-1500000

-1000000

-500000

0

500000

1000000

1500000

m3

Bilan hydrique mensuel 2013

Precipitation (m3) Evaporation (m3)

Variation volume (m3) Infiltration (m3)

Consommation irrigation (m3) Consommation domestique (m3)


46

Année 2014

Precipitation (m3)

Evaporation (m3)





Infiltration (m3)



Janvier 11872 1223882 454286 73.2 451.4 -1060409 -606338 -0.003405 -3.4

Février 5363 1249753 454286 73.2 451.4 -1131348 -567779 -0.003528 -3.5

Mars 0 1203570 454286 73.2 451.4 -1613339 -44968 -0.000327 -0.3

Avril 0 898317 454286 73.2 451.4 -1827839 474785 0.004510 4.5

Mai 241972 694126 0 73.2 451.4 -787899 335293 0.004264 4.3

Octobre 182140 940639 454286 73.2 451.4 38129 -1251365 -0.008470 -8.5

Novembre 639867 1038594 454286 73.2 451.4 -293867 -559597 -0.003843 -3.8

Décembre 721027 964402 454286 73.2 451.4 -494531 -203581 -0.001466 -1.5 Tableau 5 : Bilan hydrique année2014

Figure 2 : Bilan hydrique mensuel année 2014 avec f =309

-2000000

-1500000

-1000000

-500000

0

500000

1000000

1500000

Janvier Février Mars Avril Mai Octobre Novembre Décembrem3


Précipitation Evaporation (m3)

Consommation irrigation (m3) Infiltration (m3)

Variation volume (m3) Consommation bétail (m3)


47

Bilan hydrique mensuel (f=171)

Année 2013

Precipitation (m3)

Evaporation (m3)





Infiltration (m3)



Janvier 0 1094399 454286 73.2 451.4 -3762845 2213709 0.0136 13.6

Février 0 1019619 454286 73.2 451.4 -1812169 337813 0.0024 2.4

Mars 0 1064083 454286 73.2 451.4 -1316393 -202427 -0.0016 -1.6

Avril 7329 911855 454286 73.2 451.4 -1222353 -136910 -0.0012 -1.2

Mai 58102 786989 0 73.2 451.4 -1906874 1177536 0.0128 12.8

Oct 177124 1268528 454286 73.2 451.4 -1146127 -400015 -0.0019 -1.9

Novembre 0 1274927 454286 73.2 451.4 -1197182 -532482 -0.0026 -2.6

Décembre 0 1289990 454286 73.2 451.4 -1542867 -201860 -0.0010 -1.0 Tableau 6 : Bilan hydrique année 2013

Figure 3 : Bilan hydrique mensuel année 2013 avec f=171

-5000000

-4000000

-3000000

-2000000

-1000000

0

1000000

2000000

3000000

Janvier Février Mars Avril Mai Oct Novembre Décembre

m3


Precipitation (m3) Evapotranspiration (m3) Variation volume (m3)

Infiltration (m3) Consommation irrigation (m3) Consommation domestique (m3)

48

Année 2014

Précipitation (m3)

Evapotranspiration (m3)





Infiltration (m3)



Janvier 11872 1223882 454286 73.2 451.4 -1912734 245987 0.00138 1.38

Février 5363 1249753 454286 73.2 451.4 -2040693 341565 0.00212 2.12

Mars 0 1203570 454286 73.2 451.4 -2910093 1251786 0.00910 9.10

Avril 0 898317 454286 73.2 451.4 -3297002 1943948 0.01847 18.47

Mai 241972 694126 0 73.2 451.4 -1421188 968582 0.01232 12.32

Oct 182140 940639 454286 73.2 451.4 68777 -1282012 -0.00868 -8.68

Novembre 639867 1038594 454286 73.2 451.4 -530069 -323395 -0.00222 -2.22

Décembre 721027 964402 454286 73.2 451.4 -892020 193908 0.00140 1.40 Tableau 7 : Bilan hydrique année 2014

Figure 4 : Bilan hydrique mensuel de l’année 2014

-4000000

-3000000

-2000000

-1000000

0

1000000

2000000

3000000

m3


Précipitation Evapotranspiration (m3)

Consommation irrigation (m3) Infiltration (m3)

Variation volume (m3) Consommation domestique (m3)

49

ANNEXE 2 : Réservoir de Tougou

Evolution des surfaces pour chaque 15 du mois

Surface (km²) Surface (ha)

15-déc-12 3 291

15-janv-2013 3 340

15-févr-2013 2 246

15-mars-2013 1 136

15-avr-2013 0 21

15-mai-2013 0 0

15-juin-2013 0 0

15-sept-2013 2 181

15-oct-2013 2 178

15-nov-2013 2 196

15-déc-2013 2 240

15-janv-2014 3.1 307.6

15-févr-2014 2.5 251.2

15-mars-2014 1.7 168.6

15-avr-2014 0.0 3.7

15-mai-2014 0.0 0.0

15-juin-2014 0.1 14.6

15-sept-2014 1.9 192.5

15-oct-2014 1.9 191.2

15-nov-2014 2.0 195.8

15-déc-2014 2.4 244.8

janv-15-2015 3.4 337.2 Tableau 1 : Surface d'eau pour le réservoir Tougou pour chaque 15 du mois des années 2013 et 2014

50

Evolution des surfaces et volumes en début et fin de mois

Jour Volume (m3) Surface (m2)

01/01/2013 4422639 3157841

31/01/2013 3984030 2930831

01/02/2013 3984030 2930831

28/02/2013 2142024 1911430

01/03/2013 2142024 1911430

31/03/2013 665283 788305

01/04/2013 665283 788305

30/04/2013 38274 105809

01/05/2013 38274 105809

31/05/2013 0 0

01/10/2013 1890188 1794399

31/10/2013 2009956 1868327

01/11/2013 2009956 1868327

30/11/2013 2541351 2180403

01/12/2013 2541351 2180403

31/12/2013 3583196 2738140

01/01/2014 3583196 2738140

31/01/2014 3686236 2793886

01/02/2014 3686236 2793886

28/02/2014 2425360 2098590

01/03/2014 2425360 2098590

31/03/2014 863215 861175

01/04/2014 863215 861175

30/04/2014 2766 18356

01/05/2014 2766 18356

31/05/2014 21836 72783

01/10/2014 2089400 1918406

31/10/2014 2116710 1935024

01/11/2014 2116710 1935024

30/11/2014 2582670 2202766

01/12/2014 2582670 2202766

31/12/2014 3939512 2909553 Tableau 2 : Volume et surface en début et fin de mois du réservoir Tougou des années 2013 et 2014

51

Bilan hydrique mensuel et annuel

Année 2013

Precipitation (m3)

Evaporation (m3)


Consommation bête (m3)


Infiltration (m3)

Infiltration (m)

Infiltration (mm/j)

Janvier 6555 510566 303286 620.7 -438609 -369307 -0.121 -3.91

Février 0 431264 303286 620.7 -1842006 1106836 0.457 14.75

Mars 6249 294177 303286 620.7 -1476740 884906 0.656 21.15

Avril 2873 99515 303286 620.7 -627009 226461 0.507 16.34

Mai 1602 11415 193000 620.7 -38274 -165159 -3.122 -100.70

Octobre 67502 299758 303286 620.7 73927 -610089 -0.333 -10.75

Novembre 0 304869 303286 620.7 531394 -1140170 -0.563 -18.17

Décembre 2783 366702 303286 620.7 1041846 -1709671 -0.695 -22.43 Tableau 3 : Bilan hydrique 2013

Figure 1 : Bilan hydrique mensuel année 2013, et bilan hydrique annuel année hydrologique 2013-2014 équivalent à l’année 2013

-2000000

-1500000

-1000000

-500000

0

500000

1000000

1500000

Jan Feb Mar Apr Maym3


Precipitation (m3) Evaporation(m3)

Variation volume (m3) Infiltration (m3)

Consomation irrigation (m3) Consommation bête (m3)

-5000000

-4000000

-3000000

-2000000

-1000000

0

1000000

2000000

1

m3

Bilan hydrique annuel 2013

Precipitation (m3) Evaporation (m3)Consomation irrigation (m3) Consommation bête (m3)Variation volume (m3) Infiltration (m3)

52

Année 2014

Precipitation (m3)

Evaporation (m3)


Consommation bête (m3)


Infiltration (m3)

Infiltration (m)

Infiltration (mm/j)

Janvier 18892 463888 303286 620.7 103040 -851942 -0.308 -9.94

Février 1672 435736 303286 620.7 -1260876 522906 0.214 7.63

Mars 5764 322511 303286 620.7 -1562145 941492 0.636 20.52

Avril 1878 97892 303286 620.7 -860449 460529 1.047 34.91

Mai 3985 9832 193000 620.7 19070 -218538 -4.796 -154.70

Octobre 144007 315365 303286 620.7 27311 -502574 -0.261 -8.41

Novembre 0 311576 303286 620.7 465959 -1081441 -0.523 -17.42

Décembre 0 381149 303286 620.7 1356843 -2041898 -0.799 -25.77 Tableau 4 : Bilan hydrique année 2014

Les graphes sont disponibles dans le corps principal du rapport

rapport de stage - small reservoirs...

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