CHAPITRE II. MATERIEL ET METHODES

II.1. Présentation du milieu d’étude

Le bassin versant de la Wesha est à cheval entre la Commune de Bagira et celle de Kadutu dans la ville de Bukavu dont la rivière Wesha en est la limite naturelle, appartenant au bassin hydrographique du lac Kivu qui à son tour évacue ses eaux par la rivière Ruzizi vers le sud de la ville de Bukavu. Sa longueur, largeur et superficie sont approximativement  de 4Km, 2km et 8Km². Son point culminant est à 2197m(le point culminant de toute la ville de Bukavu) sur le sommet du mont Mbogwe. La rivière Wesha dévale les hauteurs vers le littoral lacustre  du sud-ouest à 2014 mètres d’altitude (sa source) et vers le nord-est à 1460 mètres d’altitude (son embouchure dans le lac Kivu) soit une dénivellation de 554m et une pente moyenne de 23%. Le bassin versant de la Wesha est du type allongé. Ce type favorise l’infiltration et l’évapotranspiration d’autant plus qu’à travers l’allongement du bassin, on peut arriver à déceler si les infiltrations qui sont observées dans le bassin versant  sont vraiment efficaces au point d’atteindre les nappes. (Basimike J.et Byaterana, 2014).

Ce bassin est limité :

• Au Nord, par le Lac Kivu ;
• Au Sud, par les hauts plateaux de CHOMUHINI et de  CHABARHABE ;
• A l’Est, par les plateaux du Camp TV et celui de CIRIRI;  -     A  l’Ouest, par le plateau de CIKONYI.

D’orientation générale NE-SW, presque la totalité des cours d’eau drainant la ville de Bukavu se concentrent dans la partie Ouest et sont la plupart des affluents du lac Kivu (Kawa, Bwindi,

Nyamuhinga, Tchula, Wesha,...) ; d’autres se jettent dans la rivière Ruzizi (Kamagema, Luganda, Mukukwe, …) (Ilunga 1991cité par Mushagalusa M., 2016). Les rivières qui se jettent dans le lac Kivu connaissent des débits forts variables et charrient d’importantes masses de terre provenant de l’érosion et des immondices.

Quant à ce qui concerne les contraintes qui affectent le sol, signalons que les caractéristiques pédologiques sont aussi importantes d’autant plus qu’elles influent sur la capacité d’infiltration et sur les ruissellements

Figure 1 : Délimitation du bassin versant de la Wesha (Basimike J., 2015)

II.2 CARTE D’ECHANTILLONNAGE

  

Figure 2:Carte d’échantillonnage des eaux (Basimike J., 2017)

II.3. MATERIEL UTILISE

II.3.1. Sur terrain

Au cours des travaux, les appareils et matériels ci-après ont été d’utilité capital :

• Un carnet de terrain et un crayon pour l’enregistrement des données brutes;
• Un bidon de 5 litres (pour les sources à faibles débits) et un bassin de 15 litres,  des  bidons de 10 et 20 litres (pour les sources présentant un  débit important) pour le prélèvement des débits. Le bassin était utilisé au cas où la source avait plusieurs conduites rapprochées.
• Un autocollant, marqueur et stylo pour étiqueter les échantillons
• un GPS (Global Positioning System) de marque GARMIN ; pour la prise des mesures des coordonnées géographiques des points où sont localisées les sources. Ce sont essentiellement la longitude, la latitude, et l’altitude pour chaque source.
• Un appareil photo numérique pour capturer les images pouvant servir des illustrations des faits sur terrain.
• La Sonde multi paramètres de marque PROFFESIONNAL PLUS YSI pour mesurer les

paramètres physicochimiques in situ notamment la température, le PH, l’oxygène dissout, la pression, la conductivité électrique, les solides totaux dissouts et le potentiel d’oxydoréduction.

• Des bouteilles en plastique de ½ litres de capacité et des récipients de 5litres
• Un flacon contenant de l’eau distillée pour rincer la sonde chaque fois après prise des paramètres physicochimiques à chaque station.
• Un chronomètre pour l’évaluation du temps de puisage.

II.3.2. Aux laboratoires (UERHA et Chimie-Physique) à l’I.S.P. / Bukavu 

1. Les matières en suspension

La mesure de MES par filtration repose sur le principe de la pesée différentielle: un volume d’eau est filtré sur une membrane (préalablement pesée à vide) de 1,5 microns et les résidus sur cette dernière sont pesés. Le rapport de la différence de masse sur le volume d’eau filtré donne la concentration de MES en milligramme/litre.

Le mode opératoire se résume comme suit :

• Prendre une membrane (papier filtre) et la marquer avec précaution pour ne pas l’abîmer;
• Peser la membrane sur la balance de précision et noter sa masse à vide M0;
• Placer la membrane sur la rampe de filtration;
• Bien agiter l’échantillon;
• Prélever un volume de l’échantillon et le transvider sur la membrane;
• Procéder à la filtration ;
• Récupérer la membrane après la filtration, puis la placer dans une étuve à 45°C pendant 24h pour enlever l’excès d’eau ;
• Peser de nouveau la membrane, après séchage, puis noter sa masse M1.

Le rapport entre la différence des masses et le volume filtré donne la concentration de matières en suspension dans l’échantillon. On applique la relation suivante:

CMES : concentration de MES en mg/l ;

M0 : masse de la membrane avant filtration ; 

M1 : masse de la membrane après filtration, résidu sec ; 

V : volume d’échantillon filtré.            

2. Méthodes utilisées pour le dosage des ions

• Les chlorures

Les chlorures sont dosés par la méthode de Mohr en milieu neutre par la solution titrée de nitrate d’argent en présence de chromate de potassium. La fin de la réaction est indiquée par l’apparition de la teinte rouge caractéristique du chromate d’argent. L’acide nitrique pur, carbonate de calcium pur, solution de chromate de potassium (10%) et la solution de nitrate d’argent ont été d’usage. 

Comme mode opératoire, on introduit dans un erlenmeyer 50 ml d’eau à analyser préalablement filtrée, on y ajoute 2 à 3 gouttes d’acide nitrique, une pincée de carbonate de calcium et 3 gouttes de chromate de potassium à 10%. On transvide alors au moyen d’une burette la solution de nitrate d’argent jusqu’à l’apparition d’un précipité de teinte rougeâtre. Au terme du titrage on note le volume de nitrate d’argent utilisé pour le titrage. 

• Le calcium et le magnésium

L’ion calcium a été dosé par titrage à l’aide d’une solution de Versianate de sodium 0.01N en présence de l’indicateur Mérioxyde. L’ion magnésium a été dosé par titrage à l’EDTA N/50 (Ethylène Diamine Tétra Acétique) en milieu tampon ammoniacal et en présence de l’indicateur noir d’Eriochrome T pour 100 ml d’eau à analyser à 60°C. Les réactifs utilisés sont entre autres l’EDTA (0.05M), NaOH (0.1N), Zincon (0.065g), le tetraborate de sodium (25g) + chlorure d’ammonium (3.5g) + NaOH (5.7g), Z_nSO₄, CaCO₃+Hcl dilué. 

Spécifiquement, pour le calcium, on a utilisé un tampon ammoniacal-NH₄Cl (pH=10), 142mg de NH₄OH+17.5g de NH₄Cl, l’eau desionisée. Le complexe magnésium-EDTA (0.2M) +MgSO₄.

Pour ces deux ions, la méthode de dosage est compléxométrie à l’EDTA.

• Les carbonates, bicarbonates et hydroxydes

Ces ions ont été déterminés par l’alcalinité totale. Le titrage est fait à l’aide de HCl 0.02N en présence de l’indicateur Phénolphtaléine. 

• Les sulfates

Ils sont titrés à l’aide de l’EDTA, d’une solution tampon de pH =10, d’un hydroxyde d’ammonium, d’un chlorure de magnésium, d’hydrogène et de barium. On a utilisé aussi le noir d’Eriochrome I comme indicateur coloré. 

• Sodium et potassium

Le dosage de ces ions a été fait sur base perchlorate de sodium qui donne un précipité blanc.

Comme mode opératoire, on mélange 20 g de la cobaltinitrite de sodium +56 g d’acétate de sodium + 75 ml d’eau + 25 mg d’acide acétique. Au terme du titrage on lit le volume de la solution de perchlorate de sodium sur la burette et sur base de celui-ci, on calcule les concentrations en sodium et en potassium. 

• Ammonium, nitrite, nitrate et phosphate

Ces ions ont été dosés par la méthode spectrophotométrique. 

D’autres paramètres qui ont été calculés à partir des formules empiriques sont les suivants :

Na

• SAR=
• IR= 2pHs-pH
• IS= pH-pHs
• Salinité= Ca²⁺+Mg²⁺+HCO₃^-+ Na⁺ +Cl^-+SO₄
• CTD
• THT=Ca²⁺ + Mg²⁺
• TA= CO₃^2-+ OH^- - TAC= CO₃^2-+ OH^-+HCO₃^-
• IEB=

Tableau 1 : Récapitulatif des paramètres mesurés

1. Paramètres mesurés	Méthodes	Equipements / outils
Matières en suspension	Pesé différentielle	Système de filtration et l’étuve pour le séchage
Ca2+ et Mg2+	Compléxométrie à l’EDTA	Verrerie et réactifs
HCO3-	Volumétrie à partir du titre alcalimétrique complet	Verrerie et réactifs
Cl-	Volumétrie	Verrerie et réactifs
Na+ et K+	Volumétrie	Verrerie et réactifs
NH4+, NO2- et PO43-	Spectrophotométrie	Spectrophotomètre et réactifs
OH-	Volumétrie à partir du titre alcalimétrique complet	Verrerie et réactifs
SO42-	Volumétrie      à          partir             de l’EDTA	Verrerie et réactifs
CO32-	Volumétrie à partir du titre alcalimétrique complet	Verrerie et réactifs

Figure 3: Matériels utilisés sur terrain et au laboratoire II.4. METHODES DE TRAVAIL

Pour atteindre les objectifs assignés à ce travail, la méthodologie suivante a été poursuivie tout au long de nos études :

• La documentation

Elle a reposé sur la compilation des documents provenant des diverses sources et ayant trait à ce  sujet de recherche tels que des travaux de fin de cycle,  mémoires de licence, des diverses publications, des mémoires online sur internet et divers  ouvrages afin que nous ayons une vue d’ensemble sur la zone d’étude et sur l’objet nous assigné

• Les descentes sur terrain

Nous avons mené une campagne de terrain en septembre (saison sèche) 2017 pour mesurer les paramètres physico-chimiques in situ et recueillir les échantillons afin d’en faire les analyses au laboratoire pour aboutir ainsi à nos objectifs.

La descente a consisté à la mesure des paramètres physico-chimiques et la récolte des échantillons des eaux de sources et celles de la rivière pour l’analyse au laboratoire. 

De l’amont à l’aval, notre zone d’étude comprend  19 points de résurgence (sources). Toutefois, pour ce travail, nos investigations ont concerné seulement 10 sites (dont 8 sources et 2 sites à l’occurrence l’amont et l’aval).Au total, 10 échantillons ont fait l’objet  de nos analyses au laboratoire à l’I.S.P/Bukavu.

Les critères ci-après nous ont guidés dans le choix de sélection des sites d’échantillonnage :

• L’importance de la source, c’est-à-dire son débit (constant et permanent)
• La localisation de la source au regard de l’occupation du sol et des agglomérations des ménages.

• Méthodes de prélèvement et d’échantillonnage in situ

Lors de la descente sur terrain, la température, la conductivité, le potentiel d’hydrogène, l’oxygène dissous, et les solides totaux dissous ont été mesurés in situ à l’aide  d’une sonde multi paramètre type PROFFESIONNAL PLUS YSI.

Comme procédure, la sonde multi-paramètre est d’abord rincée avec de l’eau distillée avant tout usage ou encore avec de l’eau de la source. Celle-ci est  plongée dans un bassin rempli de l’eau qui a été puisée à la source. Et puis on l’allume  et on attend sa stabilisation après un temps et on lit toutes les valeurs des paramètres préalablement calibrés au bureau qui s’affichent à  l’écran de la sonde tout en les transcrivant dans le carnet de terrain.

Ces paramètres ont été couplés sur terrain avec les prélèvements des débits des eaux des sources. . Les débits des eaux des sources ont été évalués par les méthodes cinématiques qui prennent en compte essentiellement la vitesse d’écoulement et consiste à mesurer le temps de remplissage d’un contenant de volume donné à l’aide d’un chronomètre. 

Pour les sources à faibles débits, nous utilisions le bidon de 5 litres  et un bassin de 15 litres,  des  bidons de 10 et 20 litres pour les sources présentant un  débit important pour le prélèvement des débits. Le bassin était utilisé au cas où la source avait plusieurs conduites rapprochées.

Quant à l’échantillonnage, un échantillon d’eau par site est prélevé dans une bouteille en plastique de ½ litre et des récipients de 5litres de volume lavés et rincés au préalable à l’eau distillée et/ou à l’eau de la source à échantillonner pour éliminer les éventuelles impuretés pouvant biaiser les résultats. Après  récolte de l’échantillon de l’eau  à chaque site, l’échantillon est mis à l’abri de l’oxygène de l’air en fermant la bouteille  à l’immédiat hermétiquement sans laisser les bulles d’air dans le flacon. Les échantillons ont été acheminés aux laboratoires de chimie de l’ISP afin de caractériser les paramètres qui ne pourraient pas être mesurées sur terrain Sur chaque site, les coordonnées géographiques ont été prises sur base d’un GPS.

Ø Traitement numérique de données.

Le traitement des données se rapporte aux divers calculs des indices hydrochimiques, aux graphiques, aux diagrammes hydrogéochimiques qui nous ont servi d’interprétation des données obtenues. 

Nous avions fait usage des logiciels ci-après : 

• Xlstat pour l’Analyse en Composante Principale (ACP) qui a abouti à une matrice de corrélation entre les variables (indépendantes et dépendantes),
• LHA (Logiciel d’Hydrochimie d’Avignon), Diagramme qui nous a servi à extraire les diagrammes hydrogéochimiques pour l’interprétation de nos données. Ces diagrammes sont les suivants : diagramme de PIPER, diagramme de shoeller Berkaloff, diagramme de WILCOX, le diagramme de WILCOX LOG et le Diagramme de Stabler ou Collins - QGIS pour la carte d’échantillonnage