Travaux de collecte des données de terrain

Détails techniques de la mise en oeuvre des travaux

Travaux de collecte de données de terrain

Le monde est actuellement confronté aux problèmes de croissance démographique rapide et des changements environnementaux, qui ont des impacts majeurs sur le cycle hydrologique global et les ressources en eau à l’échelle des bassins versants. Sur le continent africain, ces problèmes aggraveront la pénurie d’eau, affectant ainsi le développement socio-économique et les populations dont les moyens de subsistance dépendent des ressources en eau. Les stratégies pour faire face à ces défis reposent sur la capacité à comprendre la dynamique des processus hydrologiques et des systèmes des ressources en eau à différentes échelles spatiale et temporelle.

Le Bassin du Congo (Figure ci-contre) offre des potentialités énormes en ressources en eau, nécessaires au développement socio-économique de ses pays riverains et à l’ensemble du continent africain. La meilleure gestion de ces ressources en eau ainsi que leurs services passe par une quantification adéquate de disponibilité et demandes actuelles et futures, auxquelles est associée la dynamique de changement environnemental (changement climatique et occupation de terres). En absence d’informations fiables sur les ressources en eau du Bassin du Congo, toute politique ou stratégie de gestion et développement de ces ressources n’est qu’une grande illusion. C’est dans ce contexte que l’Université de Kinshasa à travers le Département de Gestion des Ressources Naturelles de la Faculté des Sciences Agronomiques, en collaboration avec les institutions partenaires des Universités de Dar es-Salaam en Tanzanie, Rhodes en Afrique du Sud, Bristol et Leeds au Royaume-Uni, ainsi que la Régie des Voies Fluviales (RVF) de la République Démocratique du Congo (RDC), avait effectué une expédition scientifique sur le Bief Moyen du Fleuve Congo et la Rivière Kasaï. Cette expédition qui s’était déroulée sur une durée de deux mois, entre Juillet et Septembre 2017, était conduite par le Docteur Raphaël TSHIMANGA MUAMBA, Expert Hydrologue du Bassin du Congo et Professeur à l’Université de Kinshasa; et avait pour but de mener des investigations détaillées sur l’hydraulique et l’hydrologie du Fleuve Congo. Ceci, en vue de remédier au déficit critique des données de base et de compréhension du fonctionnement hydrodynamique de ce deuxième grand fleuve du monde, aux multiples bénéfices économiques et environnementaux (Navigation, Energie propre, Irrigation, Pêche, Approvisionnement en eau potable et assainissement, et Régulation environnementale).

Déroulement des travaux

L’expédition scientifique s’était déroulée en deux phases. La première phase avait concerné l’exploration du bief moyen du fleuve Congo entre Kinshasa et Mbandaka pour une durée de 30 jours, et la deuxième phase était effectuée sur la rivière Kasaï au niveau du village de KutuMoke pour une durée de douze jours. La figure ci-après montre la localisation des sites où les mesures ont été réalisées.

Sites de mesure

Cette expédition scientifique avait été menée avec des équipements de la dernière technologie actuellement utilisés pour les études de grands fleuves dans le monde, tels que :

Le Profileur de Vitesse à Effet Doppler (Accoustic Doppler Current Profiler-ADCP) qui est un appareil conçu pour calculer les caractéristiques hydrauliques des cours d’eau par le traitement des ondes acoustiques,
Les Enregistreurs Automatiques des niveaux qui ont été installés à des sections spécifiques pour collecter les variations des hauteurs d’eau de façon continue et à l’intervalle de temps horaire,
Le Système Global de Navigation par Satellite et les Echosondeurs utilisés pour déterminer avec précision l’élévation de la surface des plans d’eau, les profondeurs, les niveaux d’inondation approximatifs et les gradients hydrauliques le long du canal principal du Fleuve Congo,
Les Echantillonneurs des sédiments utilisés pour comprendre le processus de sédimentation du Fleuve Congo.

Importance de mesures

La plus grande partie des mesures réalisées durant les deux phases de l’expédition scientifique ont concerné l’hydrométrie et la bathymétrie, et ont été effectuées sur 10 sites, dont : Kunzulu, l’ amont et l’aval de la cité de Kwamouth qui constitue l’exutoire de la rivière Kasaï, les constrictions hydrauliques de Bolobo, Lukolela, Clock-point, Ngombe , le site a la confluence Ruki-fleuve Congo à Mbadaka, et les sites le long du Lac Tumba dont Bompombo et Ituta.

L’objectif de ces mesures était de prélever les données en rapport avec le comportement hydrodynamique aux droits des sections identifiées. Les données prélevées telles que le tirant d’eau, la vitesse et la direction du courant, et les caractéristiques géométriques de la section sont importantes pour aider à développer des modèles hydrodynamiques nécessaires à la planification des activités d’exploitation des cours d’eau.

Matériel utilisé

Echosondeur

Les deux types de matériel utilisé sont l’échosondeur et l’ADCP.

Un échosondeur utilise un transducteur pour propager les ondes sonores dans l’eau et enregistrer le retour de ces ondes (l’écho) sur une surface solide (le lit de la rivière, le poisson ou les sédiments). Les caractéristiques de l’échosondeur sont interprétées par un dispositif pour calculer la profondeur du lit de la rivière sous la surface de l’eau (la bathymétrie) et enregistrer l’imagerie des objets en mouvement dans l’eau.

Profileur de Vitesse à Effet Doppler (ADCP)

Fixation de matériel de travail sur la pirogue

L’ADCP est un courantomètre hydroacoustique qui a beaucoup de similarités avec le sonar selon son mode de fonctionnement, nécessaire pour les mesures des vitesses du courant d’eau sur une plage d’une certaine profondeur en utilisant l’effet Doppler des ondes sonores diffusées par les particules dans la colonne d’eau. La gamme de fréquences de travail des ADCP va de 38 kHz à plusieurs mégahertz. Il contient le transducteur piézoélectrique pour transmettre et recevoir des signaux sonores. Le temps de déplacement des ondes sonores donne une estimation de la distance, le décalage de fréquence de l’écho est proportionnel à la vitesse de l’eau le long du trajet acoustique. Dans les rivières, l’ADCP est utilisé pour mesurer le débit d’un cours d’eau qui est une variable très importante dans l’exploitation d’une rivière pour le développement socioéconomique de l’homme et de son environnement.

Pour collecter les informations hydrauliques et hydrologiques attendues, l’ADCP, l’échosondeur, le récepteur GNSS et une batterie de 12 volts ont été fixés sur le canon motorisé pour travailler au même moment dans le bief moyen du fleuve Congo, entre Kinshasa et Mbandaka. Tandis que sur le Kasaï, toutes les activités étaient entreprises sur une pirogue en bois équipée d’un moteur hors-bord (Figure ci-après). L’ADCP était monté sur le côté droit du canon et le sonar sur le côté gauche, selon la procédure standard pour que les deux puissent travailler concomitamment. Les deux enregistrements de la section transversale du tronçon du fleuve effectués différemment par chaque appareil étaient vérifiés pour être sûr de leur uniformité. L’élévation du lieu où la mesure était prise avait été obtenue en utilisant le récepteur GNSS directement connecté à l’ADCP. Il y a lieu de Signaler que les données GNSS et ADCP étaient bien synchronisées.

La pirogue équipée d'un moteur hord-bord

Résultats obtenus

Le tableau ci-après présente les résultats des mesures de l’ADCP pour les différentes sections considérées. La figure 7 présente l’interface du logiciel Winriver utilisé pour l’analyse des travaux réalisés avec l’ADCP et l’échosondeur, tandis que la figure suivante montre les résultats en photo de l’échosondeur.

Résultats des mesures à l’ADCP sur l’interface Winriver

Paramètres mesurés avec l'ADCP

N°	Localisation de la section de mesure	Débit en m3/s	Largeur au miroir (m)	Vitesse d'écoulement (m/s)
01	Kunzulu	28648.588	1540.44	1.143
02	Downstream Kwamouth	29264.778	1905.12	1.205
03	Upstream Kwamouth	22442.069	1851.19	0.872
04	Kwa (Kasaï)	7322.810	598.42	0.736
05	Bolobo	22418.582	4118.91	0.817
06	Lukolela	19666.462	1756.84	0.926
07	Clock point	20955.234	5083.35	0.775
08	Ngombe	22472.494	246820	0.952
09	Lac Tumba (Bompombo)	283.552	303.58	0.111
10	Lac Tumba (Ituta)	227.717	1715.84	0.121

Il ressort de ce tableau que la section en aval de la cité de Kwamouth est mouillée par un volume d’eau plus élevé que toutes les sections mesurées dont celle de Kunzulu, laquelle est de loin en avale de Kwamouth. Ici, une question de recherche est soulevée pour comprendre la destination de près d’un millier de mettre cube d’eau qui disparaît dans ce tronçon.

Fond du lit du fleuve capté par l’échosondeur