Perspectives géophysiques sur la caractérisation des aquifères dans une région géologiquement complexe : étude de cas de la zone Meki–Alemtena, centre de l’Éthiopie

Pourquoi l’eau cachée sous les volcans compte

Des millions de personnes en Afrique de l’Est dépendent de l’eau souterraine — l’eau stockée dans les roches sous nos pieds — pour boire, irriguer et alimenter l’industrie. Dans la Vallée du Rift éthiopienne, cette ressource vitale est soumise à de fortes pressions liées à la croissance rapide de la population, à l’expansion de l’irrigation et à un climat souvent aride. Pourtant, des puits distants de quelques kilomètres peuvent fournir des débits et des qualités d’eau très différents. Cette étude examine les raisons de ces variations dans la zone Meki–Alemtena du centre de l’Éthiopie et montre comment des outils géophysiques modernes peuvent révéler où se cachent les meilleures réserves souterraines et comment les exploiter plus intelligemment.

Un paysage de failles, de laves et de besoins en eau qui évoluent

La zone étudiée se situe entre deux grands bassins fluviaux et lacustres du Rift éthiopien central, une région façonnée par des volcans et par l’éloignement progressif du continent africain. Le paysage est principalement constitué de terres agricoles semi-arides avec une végétation clairsemée et une empreinte urbaine en expansion. Sous la surface, la géologie est loin d’être simple : des couches de cendres volcaniques, de ponces, de coulées de lave, de sédiments lacustres et de dépôts fluviaux sont traversées par de nombreuses failles et fractures. Certaines de ces couches, comme les sédiments fluviaux et lacustres meubles ou les roches volcaniques brisées, agissent comme des éponges qui stockent et transmettent l’eau souterraine. D’autres, comme des laves denses et intactes, forment des barrières. À mesure que davantage de puits sont forés pour répondre à la demande croissante, comprendre ce labyrinthe tridimensionnel devient essentiel pour éviter de forer des puits secs ou salés et pour protéger les rares zones contenant de l’eau douce de bonne qualité.

Écouter le sous-sol avec l’électricité et le magnétisme

Pour cartographier cette structure cachée, les chercheurs ont combiné deux techniques principales. D’abord, ils ont réalisé seize sondages électriques verticaux en injectant de faibles courants électriques dans le sol et en mesurant leur facilité à circuler. Les différentes roches et sédiments présentent des résistivités électriques distinctes, notamment en présence d’eau ou de sel, si bien que les courbes obtenues peuvent être traduites en sections stratifiées sous chaque point d’étude. Ensuite, ils ont acquis des mesures magnétiques détaillées en 225 emplacements. De subtiles variations du champ magnétique terrestre révèlent des changements de lithologie et la présence de failles et de corridors fracturés enfouis. En nettoyant soigneusement les données du bruit des lignes électriques et des variations magnétiques quotidiennes, puis en inversant et interprétant les signaux, l’équipe a pu reconstruire cinq à sept couches superficielles et les principales structures qui les traversent.

Identifier les meilleurs réservoirs souterrains

Les résultats électriques montrent un motif récurrent de sols minces et de couches argile–sable mélangées au-dessus d’unités volcaniques et sédimentaires plus épaisses. Les zones de basse résistivité, en particulier dans l’ignimbrite fracturée (une cendre volcanique soudée) et les dépôts alluviaux, correspondent aux horizons aquifères confirmés par des forages proches. À l’aide d’un ensemble de grandeurs dérivées connues sous le nom de paramètres de Dar Zarrouk, l’équipe a traduit ces profils de résistivité en estimations de la facilité de circulation de l’eau dans chaque aquifère, de leur épaisseur et de leur protection contre la pollution de surface. Ils ont distingué trois principaux types d’eau souterraine : des eaux salines au nord‑ouest où dominent des couches épaisses riches en argile et en sel, des eaux saumâtres dans les zones intermédiaires, et des eaux plus fraîches dans le sud‑est en altitude où les roches volcaniques brisées et la ponce sont plus fréquentes. La plus grande transmissivité se situe dans les secteurs nord et nord‑ouest, où des couches fracturées épaisses créent des voies souterraines larges et connectées.

Les failles, à la fois autoroutes et barrières pour l’eau

Les cartes magnétiques apportent un morceau important du puzzle : elles mettent en évidence des zones longues et étroites où le signal magnétique varie brusquement, indiquant des failles et des corridors de fractures. Trois grandes directions se dégagent — nord–sud, nord‑est–sud‑ouest et est–ouest — en accord avec les structures tectoniques connues du Rift éthiopien. Là où ces zones de faille intersectent les couches volcaniques porteuses d’eau, les données électriques montrent une conductivité hydraulique et une transmissivité plus élevées, ce qui signifie que l’eau peut circuler plus facilement et que les puits sont susceptibles d’être plus productifs. En revanche, des dômes de rhyolite compacts et certains blocs faillés agissent comme des barrières qui détournent ou confinent l’eau souterraine. L’étude évalue également l’efficacité du recouvrement des matériaux superficiels pour protéger les aquifères profonds contre la contamination, trouvant globalement une protection modérée à bonne, mais des zones vulnérables au sud‑est où les couches argileuses protectrices sont fines.

Implications pour les ressources en eau futures

En combinant sondages électriques, prospections magnétiques et données de forages, cette recherche transforme une région géologiquement complexe en une carte plus claire des emplacements des eaux utiles, de leurs voies de circulation et de leur salinité ou niveau de protection probable. Les auteurs montrent que les meilleurs objectifs de forage dans la zone Meki–Alemtena sont les ignimbrites fracturées et les couches riches en ponce alignées sur des failles majeures, en particulier au nord et au nord‑ouest, tout en signalant les secteurs où la salinité ou un faible recouvrement protecteur posent des risques. Leur méthode — liant propriétés des roches, structures tectoniques et comportement hydraulique de base — offre un modèle pratique pour d’autres régions de rift pauvres en données et confrontées à un stress hydrique similaire. En termes concrets, cela aide les planificateurs à choisir de meilleurs sites de puits, à éviter de gaspiller des ressources sur de mauvais aquifères et à gérer de façon plus durable une ressource souterraine fragile.

Citation: Mehammed, E.A., Bamnew, M.S., Tafere, T.A. et al. Geophysical insights into groundwater aquifer characterization in a geologically complex region: a case study from the Meki–Alemtena area, central Ethiopia. Sci Rep 16, 13957 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44448-x

Mots-clés: eau souterraine, aquifères, rift éthiopien, prospection géophysique, écoulement contrôlé par des failles