Contribution d’un modèle hydrogéologique à fractures discrètes à l’étude des aquifères fracturés du socle Archéen de Touba (Nord-Ouest, Côte d’Ivoire) Using a discrete fractures model for studying fractured aquifers of the Achaean basement of Touba (Northwestern, Côte d’Ivoire)

Résumé

La modélisation des écoulements d’eau souterraine dans les réseaux fracturés est réalisée au moyen d’une approche théorique basée sur les caractéristiques géométriques des fractures du socle archéen de la région de Touba (Côte d’Ivoire). L’étude est basée sur l’exploitation de données structurales (réseau de fractures) déduites d’images satellitaires et validées par des investigations de terrain. La caractérisation des paramètres géométriques (étude des lois d’échelles) et l’étude de la connectivité du réseau sont suivies d’une évaluation du flux et de la perméabilité équivalente du réseau établie au moyen de simulations réalisées avec un modèle hydrogéologique à fractures discrètes, moyennant un certain nombre d’hypothèses (seules les fractures sont perméables, toutes les fractures sont verticales et présentent la même perméabilité, le gradient hydraulique est imposé aux limites d’un domaine carré indépendant de la topographie, etc.). Le réseau de fractures de la région de Touba est un réseau mature (distribution des longueurs de fractures en loi puissance) et fractal (auto-similaire). Les flux ainsi simulés sont fortement chenalisés dans les fractures de taille régionale qui contrôlent largement la connectivité du réseau dans ces conditions (hypothèses en matière de caractéristiques du milieu et de gradient hydraulique imposé). Les axes d’écoulement des eaux souterraines, déterminés à partir du modèle hydrogéologique, semblent concorder avec les zones de forages à débits moyens et forts. Ainsi, dans le centre et à l’ouest de la zone d’étude, le modèle testé donne des résultats satisfaisants (concordance partielle entre les chemins de l’eau simulés et les forages à débits moyens et forts). Ce résultat est prometteur dans l’identification des meilleurs sites d’implantation de forages à gros débits.

Mots clés:

• réseau fracturé,
• télédétection,
• lois d’échelle,
• connectivité,
• modèle à fractures discrètes,
• Côte d’Ivoire

Abstract

The modelling of groundwater flow in a fractured network was carried out using a theoretical approach based on the geometric characteristics of the fractures in the Achaean basement of the Touba region (Ivory Coast). This study is based on structural data (fracture network) interpreted from satellite imagery, and confirmed by field surveys. The characterization of the geometric parameters (study of scale laws) and the study of network connectivity were followed by calculations of flows and equivalent induced permeability using a discrete fractures model based on several hypotheses (e.g., only fractures and fault zones are conducting and permeable; all the fractures are vertical and have the same permeability; the hydraulic gradient is applied on a square domain independent of the topography). The Touba region fractures network is a mature (fracture length distribution follows a power law) and fractal (self-similar) network. The simulated flows are strongly channelled in fractures of regional size which largely control the connectivity of the network under the above assumptions regarding the physiographic characteristics of the area and the imposed hydraulic gradient. The groundwater pathways, determined by the hydrogeologic model, seem to agree with the zones of mean and high yield. In central and western Touba, the model produced satisfactory results (partial conformability between the simulated groundwater pathways and boreholes that have mean and high yields). This result is promising with respect to the identification of the best sites for drilling high yield boreholes.

Key words:

• fractured network,
• remote sensing,
• law scale,
• connectivity,
• discrete fractures model,
• Ivory Coast