Multifrequency electromagnetic method for the hydrogeophysical characterization of hard-rock aquifers: the case of the upstream watershed of White Bandama (northern Ivory Coast)

Caractérisation hydrogéophysique des aquifères de socle par méthode électromagnétique multifréquentielle : cas du bassin versant du Bandama blanc amont (Nord de la Côte d’Ivoire)

¹ Université Paris-Saclay, CNRS, UMR 8148 GEOPS, 91405 Orsay cedex, France
² UFR Sciences Géologiques et Minières, Université de Man, BP 20, Man, Côte d’Ivoire
³ Laboratoire de Géosciences et Environnement (LGE), Université Nangui Abrogoua, 02 BP 801, Abidjan 02, Côte d’Ivoire

^* Corresponding author: moussa.ouedraogo@univ-man.edu.ci

Received: 15 May 2021
Accepted: 3 June 2022

Abstract

In West Africa, the drinking water supply relies on the hard-rock aquifers. In Ivory Coast, the population growth along with the climate changes make drinking water resources highly vulnerable. The White Bandama upstream watershed in northern Ivory Coast is located on a fissured hard-rock aquifer and is poorly known, both in the geometry of the reservoirs and in the hydrogeological potential of the reserves it contains. Indeed, the heterogeneous subsurface in this region shows high variability in the hydraulic conductivity inducing difficulties in the hydrogeological exploration. The determination of the geometry and hydrodynamic properties of the aquifer are required for a sustainable management of this water resource and for a better choice of future well locations. This study presents a hydrogeophysical approach using the multifrequency electromagnetic device PROMIS^®, as well as lithology logs and geological information of a 30 × 30 km zone in the northwestern part of the White Bandama catchment. Our geophysical data are interpreted with 1D multi-layer models consistent with the discontinuities observed in lithology logs and the geology of the site. Results allow to precise the local thicknesses of the 3 main units of our study area down to 50 m, being from top to down, saprolite (which is often indured close to the surface), fissured-rock zone and rock substratum. Between the saprolite and the fissured zone, the main aquifer unit constitutes the interesting target for productive water wells. Its thickness ranges from 15 to 30 m. A detailed knowledge of the local aquifer geometry constitutes the first and crucial step before going further into a complete hydrogeological study.

Résumé

En Afrique de l’Ouest, l’on a recours aux aquifères de socle pour l’approvisionnement en eau potable. En Côte d’Ivoire, la croissance démographique et les changements climatiques rendent les ressources en eau potable très vulnérables. Le bassin versant du Bandama blanc amont, au Nord de la Côte d’Ivoire, est situé sur un aquifère de socle fissuré est mal connu, tant dans la géométrie des réservoirs que dans le potentiel hydrogéologique des réserves qu’il contient. En effet, le sous-sol hétérogène de cette région montre une forte variabilité de la conductivité hydraulique induisant des difficultés dans l’exploration hydrogéologique. La connaissance de la géométrie et des propriétés hydrodynamiques de l’aquifère est nécessaire pour une gestion durable de cette ressource en eau et pour un meilleur choix d’implantation des futurs forages d’eau potable. Cette étude présente une approche hydrogéophysique employant le dispositif électromagnétique multifréquenciel PROMIS®, ainsi que des logs de forages et des informations géologiques d’une zone de 30 x 30 km dans la partie Nord-ouest du bassin versant du Bandama blanc amont. Les données géophysiques sont interprétées avec des modèles multicouches 1D cohérents avec les discontinuités observées dans les coupes lithologiques et la géologie du site. Les résultats permettent de préciser les épaisseurs des 3 unités principales de notre zone d’étude jusqu’à 50 m, avec de haut en bas, la saprolite, une zone fissurée et le substratum rocheux. Entre la saprolite et la zone fissurée, la principale unité aquifère constitue la cible intéressante pour les forages d’eau productifs. Son épaisseur varie de 15 à 30 m. Une connaissance détaillée de la géométrie locale de l’aquifère constitue la première étape cruciale avant d’aller plus loin dans une étude hydrogéologique complète.