FA 5.3 - Hydrologie et qualité des eaux en zone urbaine

Justificatif /Enjeux:

Depuis la conférence de Rio de Janeiro (1992),on assiste à une prise de conscience mondiale des menaces qui pèsent sur l’environnement et sur les ressources naturelles, dont l’eau et les sols. Au Sommet Mondial sur le Développement Durable de Johannesburg en 2002, s’est dégagé le constat d’un amenuisement progressif des ressources en eau mobilisables à l’échelle globale. Ce fait a été mis en relation avec le développement industriel, urbain et agricole auquel s’ajoutent une forte croissance démographique -donc une augmentation des besoins en eau- et les aléas de la variabilité ou des changements climatiques.

Parmi les préoccupations de la communauté scientifique internationale et des responsables politiques, on doit mentionner les questions relatives aux quantités d’eau disponibles, mais aussi celles concernant la qualité de ces eaux dans les décennies à venir. Ce dernier point, directement lié à la pollution de l’environnement est reconnu comme crucial dans les zones urbaines où la densité de population est particulièrement forte, générant des pollutions de diverses natures ; celles-ci , souvent mal maîtrisées, ne sont guère réglementées dans les pays en voie de développement.

La ville de Yaoundé avec sa périphérie, située dans le domaine de la forêt tropicale humide du Sud-Cameroun, est proposée comme terrain d’étude de la pollution urbaine ; sa population est aujourd’hui estimée à un million et demi d’habitants. Cette zone à fort accroissement  démographique (taux de 3,5% à 6,2% entre 1977 et 1999 d’après les statistiques de la DSCN, 1999) mais sans véritable stratégie d’urbanisation, bénéficie cependant de certaines conditions favorables pour ce qui est de la disponibilité et de la qualité des eaux : une pluviométrie assez élevée (1560 mm/an en moyenne), un substratum granitique très fracturé (permettant circulation et stockage des eaux souterraines), peu d’activités très polluantes (agro-alimentaire et hydrocarbures, en plus des rejets domestiques). Selon Tanawa et al. (2001) et Djeuda et al., (2001), la demande en eau n’est pas satisfaite (moins de la moitié des ménages ayant accès à l’ « eau du robinet»), et que la qualité des eaux dont disposent la population ne correspond pas aux normes (cause de maladies hydriques). C’est essentiellement à la pollution des eaux  (nappes, sources, ruisseaux et rivières ainsi que sédiments et sols associés) de la zone de Yaoundé que sera consacrée l’étude hydrobiogéochimique proposée ici.

Etat de l'art:

Plusieurs études fondamentales sur l’hydrologie et les transferts de matières (dissoutes et particulaires, minérales et organiques) par les cours d’eau ont été réalisées dans le Sud-Cameroun forestier ; elles portent sur le bassin du Congo (Sigha Nkamdjou, 1993) ainsi que sur le bassin du Nyong (Ndam Ngoupayou, 1997 ; Viers, 1998 ; Braun et al., 2005). Sur ce dernier, le rôle du carbone organique dissous dans la dynamique des éléments minéraux, notamment des métaux a été clairement mis en évidence. Les suivis hydrologiques et hydrochimiques sur le bassin du Nyong, qui ont débuté en 1997, sont actuellement menés dans le cadre du projet Observatoire de Recherche en Environnement/Bassins versants tropicaux (ORE/BVET).

Outre ces travaux, qui permettent d’appréhender le fonctionnement des environnements forestiers tropicaux peu anthropisés, les rapports de Dumoutier (2003) et de Nguendo Yongsi et al. (2009) sur la ville de Yaoundé établissent le risque élévé de contamination des eaux de nappes par les latrines. Dans les dernières années, plusieurs thèses ont été engagées au Département des Sciences de la Terre de l’Université de Yaoundé I sur l’hydrogéologie et la qualité des eaux en zones urbaines, comme à Bafoussam (Mpakam, 2009), à Douala (Njama, prévu 2012) et à Yaoundé. Les études entreprises sur différents sous-bassins de la Méfou qui draine la ville de Yaoundé comportent toutes les volets hydrologie avec souvent une modélisation hydrogéologique, bactériologie et hydrochimie (Fouepe Takoundjou, prévu en 2011 ; Ewodo Mboudou, prévu en 2011 ; Bon, prévu en 2012). Kuitcha (prévu en 2011) a également réalisé des enquêtes auprès des usagers et des études isotopiques (traçage des eaux). Seule Youego Sihon (prévu en 2012) a dosé les éléments traces, et a suivi les transferts de matières au-delà de la zone urbaine de Yaoundé, jusqu’à la confluence de la Méfou avec le Nyong, située à proximité de Mbalmayo ; ceci dans le but de déterminer l’évolution des concentrations le long du cours d’eau. L’implantation d’une station de captage sur le Nyong à environ 1 km en aval de la confluence de la Méfou permet de penser qu’il se produit une importante épuration naturelle des eaux entre Yaoundé et Mbalmayo.

Objectifs:

Objectif principal : déterminer l’impact des modifications climatiques et des perturbations anthropiques sur l’hydrologie et la qualité des eaux (bactériologie, transferts de matières dont polluants) dans la zone urbaine de Yaoundé, à partir d’un suivi allant du petit bassin du Mfoundi (en ville) jusqu’à la Méfou (au sortir de la ville) et au fleuve Nyong (dans lequel se jette la Méfou, près de Mbalmayo).

Objectifs spécifiques :

  • Comprendre le fonctionnement hydrogéologique des hydrologique du bassin de la Méfou, en relation avec les contraintes induites par les activités anthropiques et les variations climatiques ;
  • Appréhender la dynamique des transfert des matières par les eaux (modifications des paramètres physico-chimiques et biologiques des eaux) et les quantifier entre le Mfoundi, la Méfou et le fleuve Nyong ;
  • Estimer le stockage des polluants (essentiellement métaux) dans les sédiments et les sols, en particulier dans les zones marécageuses souvent mises en culture ;
  • Évaluer l’impact des activités anthropiques sur les ressources et la qualité des eaux superficielles et  souterraines dans le bassin versant du Nyong et ses sous-bassins situés dans la zone urbaine de Yaoundé;
  • Déterminer l’incidence des pénuries d’eau et de la mauvaise qualité de ces eaux sur les habitudes et la santé des populations habitant les quartiers non reliés au réseau de distribution de la ville ;
  • Estimer l’épuration naturelle des eaux de la Méfou lors de leur transfert entre la sortie de la ville et la confluence avec le Nyong ; proposer des stratégies d’abattement, dans la ville et en aval, pour les paramètres  physico-chimiques et bactériologiques.

Démarches/méthodes:

Il est prévu de travailler sur des bassins emboîtés, depuis les sous-bassins de la zone urbanisée du Mfoundi (Yaoundé), puis la Méfou jusqu'au fleuve Nyong à Mbalmayo.

Les mesures et les prélèvements porteront sur les 4 secteurs retenus par Youego Sihon : secteur 1, correspondant aux différents tributaires du Mfoundi ; secteur 2, pour le drain principal du Mfoundi (environ 100 km2) jusqu’à sa confluence ; secteur 3, pour le cours de la Méfou (960 km2) jusqu’à sa confluence avec le Nyong ; secteur 4, pour le Nyong à la station de Mbalmayo (13555 km2). La présente étude portera sur les eaux souterraines (sources, puits) et les eaux de surface (ruisseau, rivières) dans des zones très diverses : partie amont de la ville, quartiers à habitat spontané à forte densité de population, quartiers à habitat planifié et réglementé, zones de forts rejets de déchets solides et liquides, quartiers périurbains et peu peuplés, périmètres périurbains de cultures maraîchères, zones en aval de l’agglomération).

Pour ce qui concerne le cycle de l’eau, un bilan pourra être établi à partir de mesures pluviométriques, piézométriques et limnimétriques sur chacun des bassins retenus.

Les analyses bactériologiques et hydrochimiques des eaux seront réalisées à partir de prélèvements périodiques aux stations implantées dans ces différents bassins.

Quelques points seront choisis, notamment dans les zones de bas-fonds, pour le prélèvement de sols et de sédiments, dans lesquels on recherchera la présence de polluants.

On propose par ailleurs d’effectuer une série d’enquêtes auprès des habitants de certains de nos bassins ; celles-ci concerneront les modes d’approvisionnement en eau et l’état sanitaire de la population dans ces quartiers.

Sites, instruments

Dans un premier temps, collecte ou réactualisation des données pluviométriques / climatologiques (Direction de la Météorologie Nationale), et hydrologiques (Centre de Recherche Hydrologique/Institut des Recherches Géologiques et Minières) correspondant à notre zone d’étude sur les 20 dernières années.

Dans la mesure du possible, nous choisirons nos stations de mesures et de prélèvements parmi celles déjà suivies dans les études antérieures ou en cours, de façon à pouvoir utiliser les données déjà obtenues. Ainsi, pour le  Nyong à Mbalmayo, nous disposerons des données de débit et de chimie des eaux collectées depuis 1998 dans le cadre  du projet ORE-BVET Cameroun. Il sera nécessaire d’équiper certaines des stations en piézomètres, pluviomètres ou échelles limnimétriques.

Le Laboratoire des Biotechnologies végétales et Environnement de l’Université de Yaoundé I sera chargé des analyses bactériologiques (identification, comptages) ainsi que des mesures de Demande Chimique et de Demande Biologique en Oxygène (DCO et DBO5). Les analyses physicochimiques des eaux seront confiées au Laboratoire d’Analyse Géochimique des Eaux de Nkolbisson-Yaoundé (cations et anions majeurs, alcalinité, matières en suspension) et au service chimie de Geosciences Environnement Toulouse (carbone organique, silice dissoute, éléments traces). Pour les analyses des sols et sédiments, le GET sera également sollicité.

Résultats attendus:

  • Réactualisation des données pluviométriques et hydrométriques du bassin de la Méfou ; création d’une banque de données.
  • Quantification de l’impact de la variabilité climatique et des activités anthropiques sur les ressources en eau dans la zone de Yaoundé (modification des régimes hydrologiques, aide à la prévention des inondations, sécheresses).
  • Détermination de l’impact des activités humaines sur les transferts de matières (pollution des eaux et des sols) dans la zone urbaine de Yaoundé et en aval.
  • Proposition de stratégies d’abattement (autorégulation, autoépuration, adsorption…).
  • Aide à la prise de conscience des bons comportements à adopter par les populations concernées.
Références fiche:

Bon, F. Fonctionnement hydrodynamique et vulnérabilité d’une nappe de socle cristallin fracturé et altéré : cas du bassin-versant de l’Olézoa à Yaoundé (Cameroun). Thèse doctorat PHD, Univ. Yaoundé I, Départ. Sciences de la Terre  (soutenance prévue en 2012).

Braun J.-J., Ndam Ngoupayou J. R., Viers J., Dupre B., Bedimo Bedimo J. P., Boeglin J. L., Robain H., Nyeck B., Freydier R. Sigha Nkamdjou L., Rouiller J., & Muller J. P. (2005) Present weathering rates in a humid tropical watershed: Nsimi, South Cameroon. Geochim. Cosmochim. Acta , 69, 2, 357-387.

Djeuda Tchapnga H.B., Tanawa E. et Ngikam E. (2001) L’eau au Cameroun : Tome 1 : Approvisionnement en eau. Éd. Press. Univ. Yaoundé  I, 356 p.

Dumoutier S. (2003) Sources of contamination in springs and wellsused for drinking waterin low-income communities of Yaoundé, Cameroon. Mast. Sc. Thesis, Univ. Cranfiels, Silsoe , 46p.

Ewodo Mboudou G. Caractérisation et fonctionnement des aquifèresde sub-surface en zone de socle cristallin sous climat tropical humide : cas des bassins-versants de la Mingosso et de l’Abiergué (zone de Yaoundé, Cameroun). Thèse doctorat PHD, Univ. Yaoundé I, Départ. Sciences de la Terre  (soutenance prévue en2011).

Fouépé Takoundjou A.L. Ground water flow and mass-transport modelling of a shallow aquifer on crystallinebasement: the case of the Anga river watershed in Yaoundé (Cameroon). Thèse doctorat PHD, Univ Yaoundé I, Départ. Sciences de la Terre  (soutenance prévue en 2011).

Kuitcha, D. Caractérisation bactériologique, physico-chimique et isotopique des ressources en eau de la ville de Yaoundé : cas du bassin-versant du Mfoundi à Yaoundé (Cameroun). Thèse doctorat PHD, Univ. Yaoundé I,Départ. Sciences de la Terre (soutenance prévue en 2011).

 Mpakam H.G. (2009) Vulnérabilité à la pollution des ressources en eau à Bafoussam (Ouest Cameroun) et incidences socio-économiques et sanitaires : modalités d’assainissement. Thèse doctorat PhD, Université de Yaoundé I, Départ. Sc. de la Terre.

Ndam Ngoupayou J-R. (1997) Bilans hydrogéochimiques sous forêt tropicale humide en Afrique: du bassin versant expérimental de Nsimi-Zoétélé aux réseaux hydrographiques du Nyong et de la Sanaga (Sud- Cameroun). Thèse Doctorat Ph.D UPMC, Paris VI , 214 p + annexes.

Ndjama J. Pollution des eaux des grandes agglomérations et impacts environnementaux : cas du bassin-versant de Ngoua à Douala (Cameroun). Thèse doctorat PHD, Univ. Yaoundé I, Départ. Sciences de la Terre  (soutenance prévue en 2012)

Nguendo Yongsi H.B., Ntetu Lutumba A., Bryant R.C., Oguku Tiafack and Hermann Thora M. (2009)

Uncontroled draining of rainwater and health consequences in Yaoundé, Cameroon. Acta Universitaria, Univ. Guanajuato , 19(2), p. 20-30.

Sigha Nkamdjou. L. (1994) Fonctionnement hydrochimique d’un écosystème forestier de l’Afrique Centrale : la Ngoko à Moloundou (Sud-Est Cameroun). Thèse doctorat, Univ. Paris XI (Orsay) , Coll. TDM, 111 Edit. ORSTOM, Paris, 380 p.

Tanawa E., Djeuda Tchapnga H.B., Ngnikam E., Temgoua E. et Siakeu J., (2001) Habit and protection of water resources in suburban areas in African cities. Building and Environment , 545; pp 1– 7.

Youego Sihon J. R. Impacts des facteurs lithologiques et anthropiques sur la qualité des eaux en zone tropicale urbanisée : cas des bassins du Mfoundi et de la Méfou dans la ville de Yaoundé et ses environs (Cameroun). Thèse doctorat PHD, Univ. Yaoundé I, Départ. Sciences de la Terre  (soutenance prévue en 2012).