Située entre les longitudes 6°13’ et 6°39’ Ouest et les latitudes 5°29’ et 5°50’ Nord, la zone d’étude (Figure 1) est une portion du Sud-Est de la région de la Nawa, région située au Sud-Ouest de la Côte d’Ivoire. Cette région est limitée au Nord par les régions du Guémon et du Haut-Sassandra, au Sud par les régions du Gbôklè et de San-pédro, à l’Ouest par la région du Cavally et à l’Est par les régions du Gôh et du Lôh Djiboua. La zone d’étude s’étend sur une superficie de 9193 km².

La Nawa est composée de quatre départements: Soubré (chef-lieu), Méagui, Guéyo, Buyo. Elle compte également six communes et dix sous-préfectures. La population de la région est estimée à 1 053 084 habitants dont 464 554 habitants pour le département de Soubré (RGPH, 2014). Cette population est composée d’autochtones (Bété, Bakwé, Kouzié et Godié), d’allochtones (Baoulé et Malinké) et d’allogènes (Burkinabè, Maliens et libanais). Plus de 70 % de la population vit en milieu rural. Les aptitudes culturales des sols de la région sont propices tant aux cultures de rente (café, cacao, palmier à huile et hévéa), qu’à une gamme variée de cultures vivrières (riz, manioc, maïs, banane plantain, igname) et maraîchères généralement exploitées dans les bas-fonds (PEMED-CI, 2015). La Nawa est la principale région productrice de cacao de la Côte d’Ivoire fournissant plus de 40% (500 000 T) de la production nationale. L’agriculture est la principale source de revenu représentant 75% des activités économiques, et contribue à 94% des revenus (Tahoux, 1993 in Kouamé et al., 2016). 93 % et 52,46% des paysans vivent respectivement du cacao et du café contre 31,2% pour les cultures vivrières (Kouadjo et al., 2002 in Kouamé et al., 2016).

La géologie de la zone d’étude (Figure 2), qui s’intègre à celle du domaine SASCA (Sassandra-Cavally), est constituée de formations archéennes (migmatites et gneiss de Grabo) et éburnéennes (granitoïdes éburnéens concordants et syénites du mont Troquoi) (Papon & Lemarchand, 1973).

Les migmatites font partie de l’ensemble granito-gneissique cartographié par Bolgarsky (1950).

Elles forment une auréole autour de la granodiorite d’anatexie et s’étend du Sud-Ouest (Kragui) jusqu’au-delà de la limite Nord-Est du département de Soubré. Les roches appartenant à ces formations sont des gneiss métamorphisés dans la catazone (niveau structural des gneiss inférieurs ou base du faciès amphibolite) et affectés par une anatexie différentielle.

Les gneiss de Grabo sont intrudés par les massifs de granites à deux micas éburnéens rencontrés au Sud-Est (zone d’Okrouyo). Ses affleurements se présentent sous forme de bancs avec une alternance de lits phylliteux et de lits quartzeux.

Les granitoïdes éburnéens concordants cartographiés sous le nom de granodiorite d’anatexie de type « rivière Bao », affleurent dans cette rivière non loin de la voie joignant Soubré à Okrouyo. Ce massif est entièrement pris dans les migmatites. Il se distingue de son encaissant par sa grande richesse en feldspath potassique et par sa texture granoblastique encore plus engrenée.

Les syénites du mont Troiquoi forment six mas sifs d’inégale importance, encaissés dans les gneiss à biotite ou dans les migmatites. Trois de ces massifs correspondent aux reliefs regroupés sous le nom de Mont Troiquoi. L’un d’eux affleure au Nord de Koziyao et à l’Est d’Okrouyo.

Du point de vue géomorphologique, la zone d’étude fait partie d’une vaste pénéplaine légèrement ondulée, dont l’altitude varie de 70 m à plus de 270 m. Les vallées (70 m à 170 m), occupent la majeure partie de la zone d’étude. Les bas plateaux (170 m-250 m) et les hauts plateaux (250 m-270 m) sont surmontés par endroit de quelques élévations comme le mont Troiquoi (444 m) à Okrouyo (PEMED-CI, 2015). D’autres élévations existent dans la région de la Nawa comme celle du mont Zatro à Grand Zattry développés sur des roches éruptives anciennes (Yao, 2009).

La région est drainée par le fleuve Sassandra et ses nombreux affluents qui participent à la recharge de la nappe d’eau souterraine. La puissance du fleuve a engendré la construction du barrage de Soubré en 2017, qui produit de l’électricité en soutien à la capacité énergétique déjà disponible en Côte d’Ivoire. Il permet d’irriguer une grande partie de la Nawa, au bénéfice de l’agriculture et apporte d’importantes ressources halieutiques.

Du point de vue climatique, la zone d’étude est soumise à un climat subéquatorial ou climat attiéen (Eldin, 1971). La température a une valeur moyenne d’environ 25°C avec une amplitude annuelle de l’ordre de 3°C. La végétation de la Nawa, initialement marquée par la forêt sempervirente intermédiaire, dense et humide, s’est réduite aujourd’hui au profit des lambeaux de forêts et d’immenses plantations de cultures pérennes traditionnelles ou industrielles.

Sur le plan pédologique, la quasi-totalité de la zone d’étude est constituée de sols ferrallitiques fortement désaturés, à l’exception d’une infime portion qui comporte des sols ferrallitiques moyennement et/ou faiblement désaturés, notamment au Sud-Est de Soubré et au Sud-Ouest de Ottawa.

Plusieurs données ont été utilisées dans le cadre de cette étude. Il s’agit de:

Les différentes données ont fait l’objet de traitement à l’aide d’un certain nombre de logiciels. Le logiciel Khronostat 1.01, mis au point par l’Institut de Recherche et de Développement (IRD) (ex-ORSTOM), a permis de traiter les données pluviométriques en vue de caractériser la variabilité climatique. Le tableur Excel™ de Microsoft Office 2010 a facilité la réalisation les différents tableaux et graphiques. Le logiciel Envi 5.3 a été utilisé pour traiter les images satellitaires en vue de l’extraction des différentes structures linéamentaires. Les linéaments structuraux ont été traités avec le logiciel Linwin 2.0 pour la réalisation des rosaces directionnelles. Le logiciel Mapinfo 7.5 a permis de numériser les différentes cartes. ArcGis 10.5 a facilité le croisement de cartes thématiques pour aboutir à une carte de synthèse.

Les changements dans le régime du climat de la zone d’étude sont relevés par des dates charnières (UICN-BRAO et al., 2003) qui marquent les ruptures à l’intérieur de la série climatique. Le test de Pettitt et la segmentation de Hubert, réputés pour leur robustesse (Lubès-Niel et al., 1998; Kingumbi et al., 2000; Bigot et al., 2002; Ardoin-Bardin, 2004; Berthelot et al., 2004) sont utilisés pour la mise en évidence de ruptures au sein de la série pluviométrique annuelle de 1951 à 2017 de Soubré. Le logiciel Khronostat 1.01 (Boyer et al., 1998) a servi à la mise en œuvre de ces méthodes de détection de ruptures.

Le déficit pluviométrique de part et d’autre de l’année de rupture, permet de comprendre le comportement de l’évolution de la pluviométrie entre les périodes antérieure et postérieure à la rupture. Il est évalué à partir de la formule 1:

Où D représente le déficit pluviométrique,   x - J la moyenne de la pluviométrie après la rupture et, x - i la moyenne de la pluviométrie avant la rupture.

La fluctuation interannuelle de la pluviométrie permettant d’identifier les grandes tendances climatiques (période sèche, période normale et période humide) du département de Soubré, est déterminée à partir de l’indice pluviométrique qui correspond à une « variable centrée et réduite ». Cet indice est calculé à partir de la formule de Nicholson (1980) équation (2):

Où Ip représente l’indice pluviométrique, x_i la hauteur de pluie totale pour une station donnée pendant une année i, x - la moyenne interannuelle de la pluie à la station pendant la durée entière de l’enregistrement (période d’étude), et σ l’écart-type de la pluviométrie annuelle.

L’estimation de la quantité d’eau infiltrée dans le sol permettant d’obtenir le taux de recharge des aquifères de la zone d’étude passe par la détermination de son bilan hydrologique. Les paramètres hydrologiques (Evapotranspiration Potentielle, Evapotranspiration réelle, Excédent, Déficit, etc.) sont déterminés en suivant la méthode de Thornthwaite (1944).

La lame d’eau infiltrée pour recharger les aquifères de 1951 à 2017 est appréciée à partir des fluctuations de l’infiltration (I) (équation 4). Celle-ci est déduite à partir de l’équation 3 du bilan hydrologique (équation 3). Elle est calculée en soustrayant de la pluviométrie (P), la lame ruisselée (R) et évapotranspirée (ETR).

Où P est la pluie, ETR l’évapotranspiration réelle, S l’excédent ou le surplus, R le ruissellement et I l’Infiltration.

L’approche de la représentation spatiale de la recharge consiste à combiner les informations spatiales relatives à différents critères susceptibles d’influencer l’infiltration.

Chaque donnée de l’étude, soumise à un traitement approprié (saisie manuelle, tri, interpolation, numérisation, digitalisation, maillage, traitement numérique), aboutit à l’obtention d’une carte thématique qui représente un critère de décision intervenant dans la réalisation de la recharge. Les critères disponibles intervenant dans la recharge des aquifères fracturés de la zone d’étude, sont au nombre de 6 en référence aux travaux de Assoma et al. (2012), Oularé et al. (2017), Aké et al. (2018) et Koudou et al. (2021).

La lame d’eau infiltrée, qui correspond au gain d’eau à la recharge des aquifères fracturées, est évaluée à partir des données pluviométriques par le calcul du bilan hydrique.

La lithologie se rapporte à la nature des roches issues des formations géologiques de la zone d’étude. L’aptitude à la recharge varie d’une formation à une autre.

L’occupation du sol décrit la couverture biophy sique de la surface des terres émergées; c’est-à-dire ce qui recouvre le sol (FAO, 1998). Les différentes catégories biophysiques, les zones de végétation (arbres, buissons, champs, pelouses), les sols nus (même s’il s’agit d’un manque de couverture), les surfaces dures (roches, bâtiments), les surfaces humides et les plans d’eau (nappes et cours d’eau, zones inondables), présentes à la surface du sol, influencent différemment (favorablement ou défavorablement) la recharge des aquifères. L’occupation du sol de la zone d’étude est élaborée à partir du logiciel Envi 5.3. Les images OLI de Landsat 8 ont fait l’objet d’un prétraitement (extraction de la zone d’étude) suivi d’un traitement numérique proprement dit (compositions colorées, ACP, etc.). Plusieurs images transformées de la zone d’étude permettent une bonne discrimination spectrale des différents types d’occupation du sol en général, et de la couverture végétale en particulier (Girard & Girard, 1999). Une classification, réalisée conjointement à l’interprétation visuelle de la composition colorée des bandes 8, 6 et 5 de qualité optimale, se base sur la connaissance de l’occupation des sols acquise sur la carte de Yao (2009). La classification, supervisée par le choix des parcelles d’entraînement, amène à la définition de 5 classes radiométriquement différentes. Cette classification est évaluée par différents tests de performances (la matrice de confusion, la précision globale et le coefficient kappa). Un filtre médian 3×3 est appliqué à la carte d’occupation du sol pour réduire l’hétérogénéité intra-classes.

La densité de fracturation ou l’intensité de la fracturation s’exprime soit en nombre de fractures, soit en longueurs cumulées de fractures par unité de surface. Sa connaissance dans un milieu traduit le degré de fracturation des roches. Les zones hautement fracturées sont les endroits perméables à travers lesquels l’eau s’infiltre. Les différentes techniques de traitement des images OLI de Landsat 8 à partir de Envi 5.3, notamment l’Analyse en composantes principales, les rapports de bandes, les compositions colorées, le filtrage directionnel de Sobel (7×7) ont facilité l’interprétation visuelle et le relevé des linéaments structuraux. Ceux-ci ont été validés à partir des débits des forages d’eau productifs, du réseau hydrographique de la zone d’étude. La carte qui en résulte est soumise à un maillage de taille régulière de 5×5 km² à partir de Linwin 2.0. Les longueurs cumulées de linéaments structuraux par maille sont interpolées selon la technique IDW pour réaliser la carte thématique de densité de fracturation.

La densité de drainage résulte du réseau hydrographique de la zone d’étude qui est numérisé à partir de la carte topographique. Elle est réalisée à partir de l’interpolation selon IDW des longueurs cumulées des drains par maille.

La pente est destinée à faciliter l’écoulement des eaux. Les pentes faibles sont favorables à l’infiltration donc à la recharge des aquifères, alors que les pentes fortes favorisent le ruissellement, et donc constituent un caractère défavorable à la recharge d’un aquifère. La réalisation de la carte thématique est faite automatiquement sous ArcGis 10.5 à partir du Modèle Numérique d’Elévation (MNE). Celui-ci est obtenu à partir des données SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) avec une résolution de 30 m.

Les différents critères de décision sont structurés au sein d’une base de données géospatiales. Les plans d’informations qui en résultent sont mis en conformité géométrique dans le système de référence cartographique longitude / latitude WGS 1984.

Chaque critère considéré est subdivisé en classes qui représente soit un milieu particulier, soit un intervalle de valeurs. Les différentes classes sont standardisés pour une bonne analyse multicritère. A cet effet, ces classes sont attribuées d’une note variant de 1 à 10 en fonction de leur influence particulière (défavorable ou favorable) sur la recharge des aquifères. Chaque critère considéré est aussi pondéré sur la base de son importance relative sur la recharge des aquifères. La procédure mise en œuvre pour déterminer les poids à attribuer à chaque critère se décompose en quatre (4) étapes:

Les poids attribués à chaque critère varient entre 0 et 1 et leur somme est égale à 1. Le développement théorique de la détermination des poids de chaque critère peut être consulté auprès de Koudou (2013). Le tableau 3 présente les classes des critères influençant la recharge qui sont classifiés, standardisés et pondérés.

Les différents critères classés, standardisés et pondérés sont aussi agrégés.

La méthode d’agrégation complète émet l’hypothèse que tous les critères considérés sont parfaitement comparables, et le résultat de la fonction objective qu’elle conçoit et qui intègre tous les critères considérés, peut être cartographié. Ainsi, l’agrégation complète des critères par pondération (Joerin, 1995; Martin et al., 2004) est appliquée dans la zone d’étude et consiste à la sommation des valeurs standardisées et pondérées de chaque critère intervenant dans la réalisation de la recharge. Elle est résumée par l’équation 4:

Où S est le résultat, W_i est le poids du critère i, et, X_i est la valeur standardisée du critère i.

Cette procédure aboutit à l’obtention d’un indice d’aptitude situé sur une échelle de 0 à 10. Cet indice est reporté dans l’espace et reclassifié en quatre classes qualifiées de Faible, Moyenne, Forte et Très forte, pour une meilleure lisibilité et une bonne interprétation de la carte de synthèse.

La validation de la carte des zones de recharge est effectuée à partir de la mesure de l’activité en carbone 14. L’activité en carbone 14 est un outil très efficace pour mettre en évidence les zones de recharge. Lorsque l’activité en carbone 14 est élevée (autour de 100% pMC), la recharge de la nappe au point d’échantillonnage est récente. En revanche, lorsqu’elle est basse (bien loin de 100% pMC dans le sens de la diminution), la recharge est dite ancienne (Oga, 1998; Adiaffi, 2008; Adiaffi et al., 2009; Adiaffi et al., 2021). Les âges des eaux sont déterminés à partir des activités en carbone 14.

C’est une méthode fréquemment utilisée en géochimie des eaux pour apprécier le taux de renouvellement des aquifères étudiés (Girard, 1993; Oga, 1998; Adiaffi, 2008). Dans cette étude, le mode de validation consiste à superposer l’ensemble des forages où les données des A¹⁴C sont connues à la carte des zones de recharge, puis à établir une relation entre les classes de recharge et les A¹⁴C des eaux de forages.

La figure 3 illustre la méthodologie élaborée pour la cartographie des zones potentielles de recharge par analyse multicritère.

La cartographie des zones de recharge des aquifères fracturés en contexte de variabilité climatique par analyse multicritère a certes donné des résultats satisfaisants, mais soulève des constatations, des incertitudes et quelques difficultés.