Nom : COULIBAL Y Laboratoire : Géoscience et Environnement Président: Dr. N'GO Yao Alexis Maitre de conf érences Université Nangui Abrogoua Directeur de mémoire : Dr. SORO Gneneyougo Emile Enseignant-chercheur Université Nangui Abrogoua Examinateur : Dr. KOUASSI Kouamé Auguste Enseignant -chercheur Université Nangui Abrogoua ANNEE ACADEMIQUE 2014-2015 Mémoire présenté pour l'obtention de: La LICENCE EN SCIENCES ET TECHNIQUES DE L'EAU OPTION : Géosciences et Environnement Spécialité : Hydrologie THEME DETERMINATION DES TERMES DU BILAN HYDROLOGIQUE SUR LE BASSIN VERSANT DU GOUROU (ABIDJAN, CÔTE D'IVOIRE) Date de soutenance : 01/02/2016
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OPTION : Géosciences et Environnement Spécialité : Hydrologie
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Nom : COULIBAL Y
Laboratoire : Géoscience et Environnement
Président: Dr. N'GO Yao Alexis Maitre de conférences
Université Nangui Abrogoua
Directeur de mémoire : Dr. SORO Gneneyougo Emile
Enseignant-chercheur Université Nangui Abrogoua
Examinateur : Dr. KOUASSI Kouamé Auguste
Enseignant-chercheur Université Nangui Abrogoua
ANNEE ACADEMIQUE 2014-2015
Mémoire présenté pour l'obtention de:
La LICENCE EN SCIENCES ET TECHNIQUES DE L'EAU
OPTION : Géosciences et Environnement
Spécialité : Hydrologie
THEME
DETERMINATION DES TERMES DU BILAN
HYDROLOGIQUE SUR LE BASSIN VERSANT DU
GOUROU (ABIDJAN, CÔTE D'IVOIRE)
Date de soutenance : 01/02/2016
TABLE DES MATIERES
Dédicace u1
Remerciements iv
Liste des figures v
Liste des tableaux vi
Sigles et Abréviations vii
INTRODUCTION 1
CHAPITRE 1 : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE 3
1.1 Présentation de la zone d'étude 4
1.1.1. Localisation géographique 4
1.1.2. Caractéristiques physiques 4
1.1.3. Relief 5
1.1.4. Climat 5
1.1.4.1. Régime pluviométrique 5
1.1.4.2. Température 6
1.1.5. Réseau hydrographique 6
1.1.6. Pédologie 7
1.1.7. Géologie 8
1.1.8. Hydrogéologie 8
1.1.9. Population sur le bassin du Gourou 8
1.1.10. Occupation du bassin 9
1.2. Élément de contexte 9
1.2.1. Cycle hydrologique 9
1.2.2. Bilan hydrologique 10
1.2.3. Termes du bilan hydrologique 11
1.2.3.1. Précipitations 11
1.2.3 .2. Evaporation/Evapotranspiration 12
1.2.3.3. Interception et le stockage dans les dépressions 12
1.2.3.4. Infiltration et percolation 13
CHAPITRE 2 : DONNEES ET METHODES 14
2.1. Données d'étude 15
2.1.1. Données climatiques 15
2.1.2. Données empiriques 15
2.2. Approches méthodologiques 15
2.2.1. Justification du choix de la méthode d'estimation 15
2.2.2. Détermination du bilan hydrologique 16
CHAPITRE 3 : ANALYSE DES RESULTATS 18
3.1. Analyse des paramètres climatiques sur le bassin versant 19
3.1.1. Analyse de la pluviométrie 19
3 .1.2. Analyse de la température 19
3 .1.3. Analyse de l' évapotranspiration potentielle 20
3.2. Analyse de bilan hydrologique 20
3.3. Analyse des termes du bilan hydrologique 21
CONCLUSION 23
Références bibliographiques 25
Il
Dédicace
Je dédie ce travail à :
Mes parents
Vous nous avez donné la vie et vous nous avez orienté de façon décisive et définitive sur la
voie de la simplicité, de l'humilité et de la charité ; c'est-à-dire à une certaine connaissance de
la loi de Dieu et de la valeur qu'il convient d'accorder à l'homme ici bas.
Que ce modeste travail soit pour vous, l'hommage à vos immenses sacrifices, la récompense
à vos lourdes privations, la consolation à vos profondes angoisses.
lll
Remerciements
Je ne saurais commencer sans toutefois exprimer ma reconnaissance à DIEU qui m'a donné
la santé, la force, le courage, et la volonté de réaliser ce travail.
Je tiens à exprimer ma profonde reconnaissance aux personnes qui ont contribué de près ou
de loin à sa réalisation. Qu'elles trouvent ici l'expression de ma profonde gratitude !
- Le Professeur ISSIAKA Savane, Doyen de l'UFR SGE de l'Université Nangui Abrogoua.
- Le Professeur GOULA Bi Tié Albert, Enseignant-chercheur à l'UFR SGE de l'Université
Nangui Abrogoua. Je vous exprime ma reconnaissance pour tous les enseignements
dispensés.
- Le Docteur SORO Gneneyougo Emile que je remercie tout particulièrement; il m'a
encadrée et suivi mon travail de près avec sa rigueur scientifique et ses précieux conseils et
suggestions qui ont permis à ce mémoire de progresser et d'aboutir à une fin utile.
- Monsieur W A YOU Pacôme, doctorant pour ses conseils et aides.
- Tous les étudiants, plus particulièrement à mes amis de la Licence 3 STE promotion
2014-2015.
- Mes remerciements vont à l'endroit de toutes les personnes qui m'ont apporté leurs soutiens
et dont les noms ne sont pas mentionnés; sachez qu'une place plus grande vous est réservée
dans mon cœur.
iv
Liste des figures
Figure 1 : Situation géographique de la zone d'étude (Akossi, 2011 modifié 4
Figure 2 : Evolution mensuelle de la pluviométrie à la station d'Abidjan-Aéroport 6
Figure 3 : Carte du réseau hydrographique 7
Figure 4 : Le cycle hydrologique (Tristan, 2006) 10
Figure 5 : Le bilan hydrique (M'Po, 2009) 11
Figure 6: Organigramme de calcul du bilan mensuel de l'eau selon Thomthwaite (1954) .. 17
Figure 7 : Evolution mensuelle de la précipitation année 2014 19
Figure 8 : Courbe de variation des températures mensuelles 20
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1
1.1.5. Réseau hydrographique
Le réseau hydrographique est dense du fait de la régularité des pluies et de l'immensité de la
lagune (Coulibaly, 2014). Dans la zone d'influence directe du bassin versant, il n'existe pas
de cours d'eau (Figure 3). Par ailleurs, dans la zone d'influence indirecte du bassin versant, on
rencontre de nombreux cours d'eau de directions variables :
le Banco, le Gbangbo et I' Anguédédou sont de petites rivières de direction Nord-Sud;
la Djibi et la Bété, qui se jettent dans la lagune Adjin, sont de direction Nord Ouest
Sud Est.
396 3S s
,.,., ':;
+ V-,
0 8 8 cr,
+
81 1~ 8 1 1 1-~ 5:,396000 3SSOOO 390000 §
c=J Limite du Gourou
/\ I / \./ Talweg
Figure 2: Carte du réseau hydrographique
1.1.6. Pédologie
La pédologie de la région d'Abidjan au 1/200000 ème fait apparaître des ferralsols, des sols
hydromorphes et des sols récents (Perraud, 1971).
Les ferralsols rencontrés sur les bas et hauts plateaux présentent une structure dans laquelle
l'altération des minéraux est complète. La mise en place de cette texture pédologique provient
du processus de ferralisation sous l'influence des facteurs paléo climatiques et des types très
anciens de végétation.
L'abondance des pluies et les températures élevées entraînent la constitution d'un profil étagé
avec:
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1
un premier horizon peu épais, pauvre en humus et riche en matière organique ;
un deuxième horizon, très épais avec prédominance de teinte rouge ou brune et
abondance de fer et d'alumine ;
un troisième horizon argileux, compact et quelque peu perméable;
un horizon de base très épais de teinte variable liée à la nature de la roche mère.
Les sols hydromorphes constituent le deuxième élément pédologique important du secteur
d'Abidjan. Cette hydromorphie a été provoquée par une évolution pédologique dominée par
un excès d'eau. Les sols récents et très peu évolués, bien que spatialement plus réduits que les
deux autres, se sont développés dans le secteur littoral, en présentant un faciès assez grossier
où dominent les éléments sableux. Ce sont les dunes littorales.
1.1.7. Géologie
La Côte d'Ivoire est occupée dans sa partie sud par le bassin sédimentaire d'âge Crétacée -
Quartenaire qui s'étend de Fresco à la frontière sud du pays. Il s'étend sur environ 400 km. Le
district d'Abidjan appartient à ce bassin sédimentaire qui présente une géologie simple :
sables et vases quaternaires, des sables argileux avec quelques niveaux d'argiles bariolées du
Continental Terminal et des calcaires gréseux du crétacée (Tastet, 1979).
1.1.8. Hydrogéologie
Les aquifères du bassin sédimentaire côtier sont des aquifères assez homogènes et très
perméables. On distingue principalement trois (3) catégories de nappes : la nappe du
Quaternaire, la nappe du Continental Terminal, encore appelée « nappe d'Abidjan », et la nappe fossile du Crétacé Supérieur ou Maestrichtien. Seule la nappe du Continental Terminal
est exploitée par les différents champs captant. Toutefois, elle est intensément exploitée et,
surtout, elle est fortement sujette à des risques de pollution par les importants rejets de déchets
industriels et domestiques dans l'environnement urbain, les déversements intempestifs, le
manque ou l'inefficacité des réseaux d'assainissement, les accidents de transport des produits
polluants de tout genre.
1.1.9. Population sur le bassin du Gourou
Le District d'Abidjan connaît depuis plusieurs décennies une démographie galopante et cela
s'est accentué du fait de la crise socio politique des dix dernières années. Cette évolution
fulgurante de la population touche aussi les quatre (4) communes constituant le bassin versant
du Gourou. En effet, la population est estimée à près de 500000 habitants (Anonyme, 2010).
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Il
Aussi, les communes regorgent d'importantes infrastructures tant économiques, que socio
éducatives, administratives et politiques. Cette situation suscite l'intérêt de résider à proximité
des lieux de travail. li en résulte une concentration de la population dans les quartiers
précaires zone souvent à risque d'inondation.
1.1.10. Occupation du bassin
Géographiquement, ce sont les communes d' Abobo, Adjarné, Cocody et Plateau qui
constituent le bassin du Gourou. Chacune de ces communes à des spécificités et des réalités
socio-économiques qui lui sont propres, soit du fait de sa démographie, soit du fait de son
poids économique :
Abobo : Essentiellement constituée d'habitats populaires, Abobo est la commune la
plus peuplée de Côte d'Ivoire. La forte densité démographique et l'insuffisance de
réseau de drainage entraînent un écoulement permanent des eaux pluviales et usées
dans les rues ; créant ainsi des sillons plus ou moins considérables à la surface du sol
(Koffi, 2013).
Adjamé : Bien que petite par sa superficie, cette commune est très importante pour
l'économie ivoirienne vu le nombre d'activités commerciales qui s'y déroulent. La
commune d'Adjamé n'est pas en marge de cette situation alarmante d'insalubrité liée
aux systèmes d'assainissement (Tuo, 2009).
Cocody : Réputée pour ses quartiers résidentiels haut standing ( ex : II Plateaux,
Riviera), Cocody possède un réseau d'assainissement beaucoup fonctionnel. Cela est
surtout favorisé par la présence de bitume et de nombreux espaces couverts.
Plateau : Considéré comme le centre des affaires de la capitale économique, cette
commune est le siège de la quasi-totalité des activités administratives. Comme son
nom l'indique, sa surface est relativement plane, mais présente un versant qui va,
croissant dans les deux sens, de la place de la République à l'ONUCl et à l'échangeur
de l'Indénié.
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1.2. Élément de contexte
1.2.1. Cycle hydrologique
Sur terre, l'eau coexiste en trois phases : vapeur, liquide et solide. Le mouvement continuel
de l'eau sur, au-dessus et en-dessous de la surface de la terre décrit le cycle de l'eau (figure
4).
Le cycle de l'eau est un système en boucle fermée sans point de départ spécifique, schématisé
par le chemin que les molécules d'eau parcourent entre les différents réservoirs (atmosphère,
hydrosphère, biosphère, lithosphère), grâce aux processus d'évaporation, de condensation, de
précipitation et d'écoulement. Globalement environ 61 % de l'eau des précipitations
s'évaporent, 16% s'écoulent en surface et rejoignent les cours d'eau et 23% s'infiltrent et
alimentent les nappes phréatiques.
EAU DANS l"ATM.OSPHtRE
, . ' PréclplC.tlon
CondenHtlon
!!
Figure 4 : Le cycle hydrologique (Tristan, 2006)
1.2.2. Bilan hydrologique
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Le bilan hydrologique se définit par rapport à une surface ou un bassin versant et sur une
période donnée comme étant la différence entre les entrées d'eau existante sur le domaine et
les sorties d'eau ou perte d'eau de ladite surface.
Il est caractérisé par la résolution de son équation bilan qui consiste à écrire que durant un
intervalle de temps écoulé on a :
Variation du stock= entrée (précipitation) - sortie (interception, évaporation,
évapotranspiration, infiltration, ruissellement).
L'équation du bilan hydrologique au cours d'une période peut s'écrire de la façon suivante (Le
Barbé et al. 1993) :
P = E + L + I + (Sl- SO) (1)
Avec : P = précipitation, en mm
E = évaporation, en mm
L = écoulement (ruissellement de surface), en mm
I = recharge (infiltration), en mm
S 1 - SO variation du stock d'eau présent dans le bassin, en mm. Des cinq termes de cette
équation, deux (I et Sl-SO) ne sont pas quantifiables par des mesures directes. Pour diminuer
le nombre d'inconnues, (S 1-SO) est supposé négligeable (M'Po, 2009). L'infiltration constitue
l'élément fondamental de la recharge de la nappe, elle ne peut donc être négligée.
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Précipitation . , . •
·~--- -- --- -- - -- Recharge
Figure 5 : Le bilan hydrique (M'Po, 2009).
1.2.3. Termes du bilan hydrologique
1.2.3.1. Précipitations
Sont dénommées précipitations toutes les eaux météoriques qui tombent sur la surface de la
terre, tant sous forme liquide (bruine, pluie, averse) que sous forme solide (neige, grésil,
grêle) et les précipitations déposées ou occultes (rosée, gelée blanche, givre, ... ).
Elles sont provoquées par un changement de température ou de pression. La vapeur d'eau de
l'atmosphère se transforme en liquide lorsqu'elle atteint le point de rosée par refroidissement
ou augmentation de pression. Le déclenchement des précipitations est favorisé par la
coalescence des gouttes d'eau. L'accroissement de poids leur confère une force de gravité
suffisante pour vaincre les courants ascendants et la turbulence de l'air, et atteindre le sol.
Enfin, le parcours des gouttes d'eau ou des flocons de neige doit être assez court pour éviter
l'évaporation totale de la masse. Les précipitations sont exprimées en intensité (mm/h) ou en
lame d'eau précipitée (mm) (rapport de la quantité d'eau précipitée uniformément répartie sur
une surface) (Musy, 2005).
1.2.3.2. Evaporation/Evapotranspiration
L'évaporation se définit comme étant le passage de la phase liquide à la phase vapeur, il s'agit
de l'évaporation physique. Les plans d'eau et la couverture végétale sont les principales
sources de vapeur d'eau. On parle de sublimation lors du passage direct de l'eau sous forme
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1 solide (glace) en vapeur. Le principal facteur régissant l'évaporation est la radiation solaire.
Le terme évapotranspiration englobe l'évaporation et la transpiration des plantes. On
distingue:
• l'évapotranspiration réelle (ETR) : somme des quantités de vapeur d'eau évaporées par
le sol et par les plantes quand Je sol est à une certaine humidité et les plantes à un stade
de développement physiologique et sanitaire spécifique.
• l'évapotranspiration de référence (ET0) (anciennement évapotranspiration potentielle) :
quantité maximale d'eau susceptible d'être perdue en phase vapeur, sous un climat
donné, par un couvert végétal continu spécifié (gazon) bien alimenté en eau et pour un
végétal sain en pleine croissance. Elle comprend donc l'évaporation de l'eau du sol et
la transpiration du couvert végétal pendant le temps considéré pour un terrain donné.
L'évaporation est une des composantes fondamentales du cycle hydrologique et son étude est
essentielle pour connaître le potentiel hydrique d'une région ou d'un bassin versant. En
général, des analyses spécifiques d'évaporation devront être faites pour des études de bilan et
de gestion de l'eau par les plantes.
Cependant, ces analyses approfondies sont moins nécessaires pour les études de projets
d'aménagement où l'eau est plutôt considérée sous un aspect d'agent dynamique (Musy,
2005).
1.2.3.3. Interception et le stockage dans les dépressions
La pluie (ou dans certains cas la neige) peut être retenue par la végétation, puis redistribuée en
une partie qui parvient au sol et une autre qui s'évapore. La partie n'atteignant jamais le sol
forme l'interception. Son importance est difficile à évaluer et souvent marginale sous nos
climats, donc souvent négligée dans la pratique.
Le stockage dans les dépressions est, tout comme l'interception, souvent associé aux pertes.
On définit l'eau de stockage comme l'eau retenue dans les creux et les dépressions du sol
pendant et après une averse. La quantité d'eau susceptible d'être interceptée varie
considérablement. Si la végétation offre une grande surface basale ou foliaire, donc un
important degré de couverture, la rétention d'eau peut atteindre jusqu'à 30% de la précipitation
totale pour une forêt mixte, 25% pour les prairies et 15% pour les cultures. L'effet respectif de
l'interception et du stockage dans les dépressions est très variable et diminue au cours de
l'averse. Il provoque en générale un retard dans le démarrage et la réaction hydrologique qui
peut être perçue à l'exutoire du bassin (Musy, 2005).
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1.2.3.4. Infiltration et percolation
L'infiltration désigne le mouvement de l'eau pénétrant dans les couches superficielles du sol et
l'écoulement de cette eau dans le sol et le sous-sol, sous l'action de la gravité et des effets de
pression Quant à la percolation, elle représente plutôt l'infiltration profonde dans le sol en
direction de la nappe phréatique. Le taux d'infiltration est donné par la tranche ou le volume
d'eau qui s'infiltre par unité de temps (mm/h ou m3 /s). La capacité d'infiltration ou
l'infiltrabilité est la tranche d'eau maximale qui peut s'infiltrer par unité de temps dans le sol et
dans des conditions données. L'infiltration est nécessaire pour renouveler le stock d'eau du
sol, alimenter les eaux souterraines et reconstituer les réserves aquifères. De plus, en
absorbant une partie des eaux de précipitation, l'infiltration peut réduire les débits de
ruissellement (Musy, 2005).
La formule de calcul de l'infiltration peut être définie comme suit :
I = P - (L + E) (2)
I : infiltration (mm) ; P : précipitation (mm) ; L : écoulement (mm) ; E : évaporation (mm).
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CHAPITRE 2 : DONNEES ET METHODES
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2.1. Données d'étude
2.1.1. Données climatiques
Les données climatiques retenues dans le cadre de cette étude sont les hauteurs de pluies et les
températures de l'année 2014. Le pas de temps mensuel a été retenu. Ces données proviennent
de la station météorologique de l'Université Nangui Abrogoua.
Les caractéristiques de cette station sont consignées dans le tableau 2.
Tableau 2: Caractéristiques de la station météorologique
Station Latitude Longitude Altitude Date (0) (0) (m) d'ouverture
Nangui 5°23'N 4°01 ·w 129 2014 Abrogoua
2.1.2. Données empiriques
Les données empiriques concernent le facteur de correction selon la latitude de la station
d'étude et le coefficient fonction de la température. Le tableau 3 présente les facteurs de
corrections utilisés dans cette étude.
Tableau 3 : Facteur de correction pour l'estimation de l'ETP
Mois Janv Fev Mars Avril Mai Juin Juillet Aout Sept Oct Nov Dec