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Available online at http://www.ifgdg.org Int. J. Biol. Chem. Sci. 13(3): 1870-1

Available online at http://www.ifgdg.org Int. J. Biol. Chem. Sci. 13(3): 1870-1889, June 2019 ISSN 1997-342X (Online), ISSN 1991-8631 (Print) © 2019 International Formulae Group. All rights reserved. 8193-IJBCS DOI: https://dx.doi.org/10.4314/ijbcs.v13i3.54 Original Paper http://ajol.info/index.php/ijbcs http://indexmedicus.afro.who.int Application des méthodes statistiques multivariées à l’étude hydrochimique des eaux souterraines de la région des lacs (centre de la Côte d’Ivoire) Gbombélé SORO 1*, Tanina Drissa SORO 2, N’guessan Marie-Rosine FOSSOU 3, Oi Adjiri ADJIRI 2 et Nagnin SORO 1 1 Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau et de l’Environnement, UFR Sciences de la Terre et des Ressources Minières, Université Félix Houphouët-Boigny, 22 BP 582 Abidjan 22, Côte d’Ivoire 2 Laboratoire des Sciences et Technologies de l’Environnement, UFR Environnement, Université Jean Lorougnon Guédé, BP 150 Daloa Côte d’Ivoire 3 Laboratoire des Sciences de l’Environnement, UFR Sciences et Gestion de l’Environnement, Université Nangui Abrogoua, 02 BP 801 Abidjan 02 Côte d’Ivoire *Auteur correspondant ; E-mail : marc_soro@yahoo.fr, Tel : (+225) 09862685 RESUME L’approvisionnement en eau potable des populations rurales est assuré par les eaux souterraines dans la région des lacs au centre de la Côte d’Ivoire. L’objectif de cette étude est de comprendre les mécanismes qui gouvernent l’hydrochimie de ces eaux. L’Analyse en Composantes Principales (ACP) et la Classification Ascendante Hiérarchique (CAH) ont été appliquées aux données chimiques de 94 forages d’eau échantillonnés. La température moyenne des eaux est de 27,21°C avec un pH moyen de 6,6. La conductivité électrique moyenne est de 331 µS/cm avec des valeurs extrêmes comprises entre 11,2 et 1097 µS/cm. Ces eaux sont aptes à la consommation en dehors de certains points d’eau dont les concentrations en nitrates, en fer et en manganèse sont supérieures aux normes OMS. Trois composantes principales cumulent une variance totale de 75% des 13 variables. L’ACP et la CAH mettent en évidence trois processus hydrogéochimiques dans l’évolution hydrochimique des eaux souterraines. L’hydrolyse acide des silicates et des carbonates secondaires produit les ions Ca2+, Mg2+, SO4 2- et HCO3 - dans les eaux. L’oxydo-réduction semble être à l’origine du fer et du manganèse. Les concentrations de NO3 - et de Cl- sont liées aux activités anthropiques et à la décomposition de la matière organique. L’hydrochimie des eaux souterraines est régit par les facteurs naturels et anthropogéniques. © 2019 International Formulae Group. All rights reserved Mots clés: Analyse en Composantes Principales (ACP), Classification Ascendante Hiérarchique (CAH), processus, hydrochimie, eaux souterraines, Côte d’Ivoire. Application of multivariate statistical methods for hydrochemical assessment of groundwater in lakes region (centre of Côte d’Ivoire) ABSTRACT Groundwater resources supply the rural inhabitants in drinking water within Lakes region of Côte d’Ivoire. The main objective was to apply Principal Component Analysis (PCA) and Cluster analysis (CA) to G. SORO et al. / Int. J. Biol. Chem. Sci. 13(3): 1870-1889, 2019 1871 assess the main processes that are responsible for the hydrochemistry of groundwater. Ninety-four (94) boreholes were sampled for quality assessment. Overall, the water samples are suitable for drinking. Nevertheless, some boreholes have iron, manganese and nitrates higher than the World Health Organization (WHO) permissible limits. Three principal components explain 75% of the total variance of the 13 parameters. The PCA and CA revealed that the hydrochemistry evolution of groundwater was mainly controlled by the weathering and hydrolysis of silicates, redox and anthropogenic activities. The hydrolysis acid of silicates produces the major part of the ions in groundwater such as Ca2+, Mg2+, SO4 2- and HCO3 -. Besides, redox was another factor that produces Mn and Fe in groundwater. In addition, anthropogenic activities produce NO3 - and Cl- in groundwater. In fact, both natural and anthropogenic factors characterized the hydrochemistry evolution within the study area. © 2019 International Formulae Group. All rights reserved Keywords: Principal Component Analysis (PCA), Cluster Analysis (CA), processes, hydrochemistry, groundwater, Côte d’Ivoire. INTRODUCTION Dans la plupart des régions du monde, l’eau souterraine est d’une importance capitale. Elle l’est encore plus dans les zones rurales d’Afrique pour diverses raisons. L’eau souterraine est généralement moins chère et les aquifères jouissent d’une protection naturelle contre les pollutions anthropiques (Calow et al., 2010). Elle est également une source d’approvisionnement fiable et un tampon contre la sécheresse (Calow et al., 2010). En Côte d’Ivoire, et particulièrement dans la région des Lacs, les eaux souterraines sont quasiment destinées à l’alimentation en eau potable des populations rurales nonobstant la présence de nombreuses retenues d’eau et barrages qui sont réservés à l’agriculture et à l’hydroélectricité. En effet, elle est douce et de bonne qualité comparée à celle de surface. Malgré cette importance, la qualité de l’eau souterraine peut se détériorer du fait de nombreux facteurs influençant sa composition chimique et par conséquent ses multiples usages. Parmi ces facteurs, on peut citer entre autres la lithologie, le temps de résidence de l’eau au contact des roches, la température ambiante et le pH, la composition chimique de l’aquifère, les conditions climatiques qui prévalent durant la formation, la quantité de l’eau disponible dans l’aquifère et son taux de circulation (Akoteyon, 2013). En plus de ces processus naturels, les activités anthropiques peuvent aussi influencer les caractéristiques hydrogéochimiques des eaux souterraines (Yuan et al., 2017). La combinaison de tous ces facteurs dans un système complexe crée plusieurs types d’eau qui évoluent aussi bien dans l’espace que dans le temps. L’hydrochimie constitue donc un excellent outil d’investigation de la structure et du fonctionnement des aquifères. Dans ce cas, les paramètres physico-chimiques et chimiques sont alors utilisés comme des traceurs naturels. L’utilisation des traceurs naturels chimiques constitue à la fois un moyen d’investigation indirect précieux et une alternative pour mieux appréhender la dynamique des systèmes aquifères complexes (Alaya et al., 2014). Les processus influençant l’hydrochimie des eaux souterraines étant très variés, leurs études requièrent donc nécessairement l’application des méthodes multivariées. Les techniques statistiques multivariées ont été utilisées dans la littérature pour faciliter la résolution des problèmes géo- environnementaux. Ces techniques ont été utilisées avec succès pour permettre de comprendre les systèmes d’écoulement des eaux souterraines (Cloutier et al., 2008 ; Yidana et al., 2011) et les processus influençant l’hydrochimie des eaux souterraines à l’échelle du bassin et à l’échelle régionale (Cloutier et al., 2008, Yidana et al., 2010 ; Soro et al., 2013 ; Amadou et al., 2014 ; Yuan et al., 2017). Les méthodes statistiques multivariées ont été aussi utilisées pour identifier et mettre en lumière les sources G. SORO et al. / Int. J. Biol. Chem. Sci. 13(3): 1870-1889, 2019 1872 majeures d’effets anthropogéniques sur la qualité des eaux souterraines et de surface (Jiang et al., 2009 ; Kim et al., 2009 ; Yidana et al., 2011). La compréhension des propriétés hydrauliques des couches aquifères et la caractérisation hydrochimique de l'eau qu’elles contiennent sont nécessaires pour la planification et la gestion des ressources en eau souterraine. En effet, le rejet de certains points d’eau par les populations est souvent dû aux propriétés physico-chimiques de l’eau. Ainsi un excès de minéralisation naturelle peut donner à l’eau un gout salé. De même, une coloration rougeâtre de l’eau est observée dans certains cas où le fer est en excès. A cette minéralisation naturelle intrinsèque à la nature des roches traversées par les forages, il convient d’y adjoindre la minéralisation acquise liée à l’impact des activités anthropiques telle que l’agriculture. La qualité des eaux souterraines est donc sous l’influence de nombreux facteurs géologiques et anthropogéniques. L’objectif de cette étude est d’utiliser les techniques statistiques multivariées telles que l’Analyse en Composantes Principales (ACP) et la Classification Hiérarchique Ascendante (CHA) afin de comprendre les processus hydrogéochimiques qui gouvernent les eaux souterraines dans la région des Lacs (Centre de la Côte d’Ivoire). C’est dans cette optique que s’inscrit la présente étude. Elle se base sur l’utilisation des techniques d’analyses statistiques multivariées à savoir l’Analyse en Composantes Principales (ACP) et la Classification Ascendante Hiérarchique (CAH) pour comprendre les processus qui gouvernent les eaux souterraines de la région des Lacs (Centre de la Côte d’Ivoire). MATERIEL ET METHODES Présentation de la zone d’étude La zone d’étude se situe dans la région des Lacs, Centre de la Côte d’Ivoire, entre les latitudes 6°30 et 7°35 Nord et les longitudes 4°40 et 5°40 Ouest (Figure 1). Au plan administratif, la région des Lacs a pour principale ville, Yamoussoukro, capitale politique du pays. Elle couvre une superficie d’environ 6000 km2 pour une population estimée en 2014 à 502 489 habitants (Institut National de la Statistique, 2014). La zone est drainée par le fleuve Bandama et les affluents du N’zi et est dotée de nombreuses retenues d’eau destinées à l’agriculture. C’est une large pénéplaine entourée par les monts du Yaouré au Nord-Ouest et la chaîne de Fétékro au Sud- Est, qui culminent respectivement à 623 m à l’Ouest du barrage de Kossou et à 646 m au Sud-Est de Yamoussoukro (Leblond, 1984). L’altitude moyenne de la région comprise entre ces deux massifs est de 200 m, la plaçant ainsi à la limite méridionale de la zone dite des plateaux (200 et 500 m). Les altitudes les plus élevées sont voisines de 240 m. Le climat est de type équatorial de transition atténué (climat baouléen), entre les climats uploads/Geographie/ 189719-article-text-481681-1-10-20190913.pdf