Thème Modélisation Hydrodynamique Et Géochimique Des Écoulements D

جـــامعــــة محمد الصديق SCIENTIFIQUEبن يحيى- جيجل-

كليـ ة عـــــلوم الطـــبيعـة و الحــــــياة Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie Département des Sciences de la Terre et de l’Univers قس ــــــم علوم األرض و الكون

Mémoire de fin d’études En vue de l’obtention du diplôme : Master Académique en Géologie

Option : Eau et Environnement

Thème

Modélisation hydrodynamique et géochimique des écoulements d’eaux souterraines de la moyenne vallée

de la Soummam (Tazmalt – Sidi Aich) tests de sensibilité

hydrodynamique, suivi et prévisions des concentrations en nitrates et chlorures

Membres de Jury Présenté par : Président : Debieche T.H. Khemissa Zineb Examinateur: Kiniouar H. Bouab Noussaiba Encadrant : Kessasra F.

Année Universitaire 2015-2016

Numéro d’ordre (bibliothèque) :……………

Remerciements

Louange a Allah, le miséricordieux, sans lui rien de tout cela n’aurait pu être, je remercie le bon dieu qui nous a orienté au chemin de savoir et les portes de la science.

Nous témoignons une reconnaissance particulière pour notre encadrant MrKessasra F.,reçoive l’expression de tout notre reconnaissance pour ces conseils et orientations ainsi que son aimable disponibilité et le temps et la patience qu’il nous a accordés. Nous étions très touchés par la confiance qu’il nous a témoignée tout au long de notre travail.

Merci d’être notre encadrant.

Nous remercions aussi tous les enseignants qui ont contribué à notre formation.Nos remerciements s’adressent envers les responsables d’ONMde Bejaia pour leur orientation et aide.

Nous nous adressons également à remercier très particulièrement le directeur de l’agence des bassinsAlgérois-Hodna-Soummamde Kouba, Alger, pour son soutien et aideprécieuse àavoir des données correspondants a notre thématique.

Nous remercions aussi les membres de jurys qu’ils pu se libérer de leurs obligations pour avoir accepté de juger notre mémoire en tant que président et examinateur.

Nous remercions énormément nos collègues et copines surtout Chetibi N.H et Seraoui S., pour leur sincère conseilles et encouragements avec amour et amitié durant la réalisation de ce mémoire.

Enfin, tenant à remercier tout ce qu’ont contribuéde prés et de loin a la réalisation de ce projet de fin d’étude.

Résumé

La nappe des alluvions de la moyenne Soummam, qui s’étend de Tazmalt à Sidi Aich sur une superficie de 120 km2, présente un caractère très complexe du point de vue géologique. Elle est exposée à une forte pression anthropique, due essentiellement au développement économique prospère de l'arrière-pays kabyle.

Ce projet de recherche est subdivisé en deux axes principaux et complémentaires. Le premier axe consiste à étudier l'aspect quantitatif de la nappe mio-plio-quaternaire en améliorant son modèle hydrodynamique, établi et calé sur la piézométrie de mars 2011, et la seconde est destinée à gérer la ressource dans son aspect qualitatif par modélisation hydrogéochimique.

En effet, l’amélioration du modèle hydrodynamique sert à mieux comprendre le comportement de la nappe. Pour ce faire, une série de tests de sensibilité a été menée sur trois principaux paramètres du modèle, en l'occurrence, les perméabilités, les conditions aux limites et la recharge. Ces tests mettent en évidence l’influence de chaque paramètre sur l’hydrodynamique de la nappe et offrir plus de fiabilité et de robustesse au modèle souterrain.

Quant au modèle hydrogéochimique, il a pour objectif de suivre le comportement des chlorures et des nitrates au sein de la zone saturée de la nappe en deux régimes, l’un permanent qui consiste à caler les concentrations mesurées de chacun des solutés avec celles calculées par le modèle et l’autre transitoire qui comprend une série d’exploitation par scénarios. Ces scénarios ont été accomplis sur deux horizons : 2021 et 2031.

La modélisation hydrodynamique et hydrogéochimique de la Moyenne vallée de la Soummam est un outil qui fournit plus de paramètres d'aide à la décision afin de mieux gérer la ressource en eau de la vallée et de contribuer à la protéger.

Mots clés - Hydrogéologie, Modèle hydrodynamique, modèle hydrogéochimique, simulation, Moyenne Soummam

Abstract

The alluvial aquifer of Middle Soummam, which extends from Tazmalt to Sidi Aich, covers a surface of 120 km2, and presents a very complex character from geological point of view. It is exposed to a strong anthropological pressure, due essentially to the prosperous economic development of the Kabyle hinterland.

This research project is subdivided into two main and complementary axes. The first axis consists in studying the quantitative aspect of the mio-plio-quaternary aquifer by improving its hydrodynamic model, established and calibrated on the piezometry of March, 2011, and the second is intended to manage water resource in its qualitative aspect by using a hydrogeochemical modelling.

Indeed, the improvement of the hydrodynamic model serves to better understand the aquifer behavior. To do it, a series of sensitivity tests were accomplished on three main parameters of the model, in this particular case, permeability values, boundary conditions and recharge. These tests highlight the influence of every parameter on the hydrodynamics of the aquifer and to offer more reliability and robustness to the underground model.

The objective of the hydrogeochemical model is to follow the behavior of chlorides and nitretes within saturat zone in two regimes, steady with those calculated by the model and the other on transient state wich permit to establish and exploitation scenarios. These scenarios were carried out on two horizons: 2021 and 2031.

The hydrodynamic and hydrogeochemical modelling of the Middle valley of Soummam is a tool which supplies more parameters of decision-making support to a better manage the water resource of the valley and contribute to protect it.

Key words - Hydrogeology, Hydrodynamic Model, Hydrogeochemical Model, simulation, Middle Soummam

Sommaire

Résumé

Abstract

Remerciements

Problématique de l’Etude

Partie I - Etude de Milieu Physique de la Moyenne Vallée de la Soummam

I Présentation de la Moyenne vallée de la Soummam ...... 3

I. 1 Cadre général...... 3 I.2 Climatologie et hydrologie de la vallée ...... 5 I.2.1 Facteurs climatiques ...... 5 I.2.1.1 Précipitations ...... 5 I.2.1.2 Température ...... 6

I.2.2 Réseau hydrographique de la vallée ...... 7 I.3 Contexte géologique ...... 7 I.4 Caractérisation hydrogéologique ...... 10 I.5 Géochimie de la vallée de la Moyenne Soummam ...... 13 I.5.1 Géochimie des eaux superficielles ...... 13 I.5.2 Géochimie des eaux souterraines ...... 15 I.6 Demande et besoins en eau ...... 17

Partie II - Amélioration et Tests de Sensibilités

II.1 Introduction ...... 21

II.2 Présentation du modèle hydrodynamique de la Moyenne vallée de la Soummam ...... 22 II.3 Tests de sensibilité sur la perméabilité en régime permanent ...... 24 II.3.1 Tests et exploitation des résultats ...... 25 II.3.2 Diagrammes de corrélation ...... 27 II.4 Tests sur les conditions aux limites ...... 28 II.4.1 Tests et exploitation des résultats ...... 33

II.4.2 Diagrammes de corrélation ...... 33 II.5 Tests de recharge en régime permanent ...... 34 II.5.1 Tests et exploitation des résultats ...... 34 II.5.2 Diagrammes de corrélation ...... 40 II.6 Calage et piézométrie finals ...... 40

Partie III - Modélisation Géochimique III.1 Introduction ...... 45 III.2 Présentation du code MT3D ...... 47 III.3 Modélisation et simulation des concentrations en chlorures et nitrates dans la moyenne Soummam ...... 48 III.3.1 Simulation des chlorures ...... 49 III.3.1.1 Régime permanent ...... 49 III.3.1.1.1 Paramétrisation du modèle géochimique ...... 50 a. Concentrations initiales ...... 50 b. River ...... 51 III.3.1.1.2 Calage et validation du modèle ...... 52 III.3.1.2 Régime transitoire...... 54 III.3.1.2.1 Plan d’exploitation par scénarios ...... 55 III.3.1.2.2 Résultats et discussion ...... 57 III.3.2 Simulation des nitrates ...... 61 III.3.2.1 Régime permanent ...... 61 III.3.2.1 Paramétrisation du modèle géochimique ...... 61 a. Concentrations initiales ...... 61 b. River ...... 62 III.3.2.2 Calage et validation du modèle ...... 62 III.3.2.2 Régime transitoire...... 64 III.4 Modèles d'évolution...... 68 III.4.1 Modèle d'évolution des chlorures ...... 68 III.4.2 Modèle d'évolution des nitrates ...... 69 Conclusion Générale et Recommandations de la Recherche

Problématiquede l'étude L’eau est l’un des clés du développement, car elle est au cœur de l’économie de chaque pays. Cette ressource a plusieurs origines et elle est destinée aux différents usages. Les eaux souterraines, en particulier, sont considérées comme l’une des sources les plus importantes pour l’approvisionnement en eau potable du fait de leur grande capacité de stockage ainsi que de leur faible exposition aux polluants contrairement aux eaux de surface (US EPA, Environnemental Protection Agency, 1985). Cette richesse naturelle est la principale ressource en eau potable destinée à la consommation humaine, et source primordiale pour l’irrigation et les usages industriels mais elle demeure réellement menacée. En effet, plusieurs sommets de l'eau ont été organisés par l’Organisation des Nations Unies, le sommet du Millénaire (New York, 2000) et du Développement Durable (Rio, 2012) ou encore le 6ème Forum Mondial de l’Eau (Marseille, 2012), ont permis de souligner que pour éviter une « crise de l’eau », c’est-à-dire une pénurie et détérioration qualitative de l’eau et/ou une absence à un accès à de l’eau salubre en toute sécurité et/ou des conflits d’usages (Buchs, 2009), il est nécessaire de se tourner vers une gestion intégrée et concertée des ressources en eau (Milano M., 2012). Celle-ci se doit de s’appuyer sur une meilleure connaissance de l’état actuel des ressources et des demandes en eau ainsi que sur des tendances évolutives afin de pouvoir fournir des éléments d’aide à la décision et à la gestion. Les analyses menées par le Plan Bleu pour l’environnement et le développement de la Méditerranée, sous l’égide du Programme des Nations unies pour l’environnement, indiquent que les régions méditerranéennes, et notamment l’Algérie, seront confrontées à l’horizon 2050 à une forte diminution et à une importante pollution de la ressource en eau, liées à la fois au changement climatique et à la pression anthropique (Madani, 2011). La vallée de la Soummam dans la wilaya de Bejaia en fait partie. Elle fait face à de grands changements socio-économiques etla qualité des eaux de son Oued, en l'occurrence La Soummam, subit une dégradation notable. En effet, la Soummam parcourt une zone fortement urbanisée (400 hab. /km²) et largement industrialisée. Un volume de rejets important (environ 41200 m3/j) y est déversé, dans la plupart des cas sans traitement préalable. L'agriculture y est également présente et les usages agricoles contribuent à la détérioration des réserves en eau par l'introduction d'intrants chimiques fortement toxiques. Cette situation compromet l’avenir des réserves hydriques et empêche leur utilisation (Benhamiche1 et al, 2002). La croissance économique donc de la vallée, conjuguée à l'effet démographique ont fait accroitre de façon considérable la demande en eau. Cette hausse continue incite à recommander une exploitation

et une consommation plus rationnelle afin de réaliser une bonne adéquation entre besoins et offre. Vient par la suite l'exploitation non-contrôlée de la nappe en l'absence d'un véritable plan de gestion de la ressource en eau dans la vallée. Les pompages excessifs entrainent des rabattements importants, et menacent son état actuel. Ces pompages engendrent également des apports d’eau dont l'intrusion marine, dans sa partie proche du littoral, une réalité bien présente dans la vallée. Dans certains endroits, la couche alluvionnaire protectrice qui filtre les eaux et assure l’autoépuration est drastiquement réduite du fait de l’extraction abusive d’alluvions, ce qui fragilise davantage la nappe de la Soummam (Benamaret al, 2012). Plusieurs études ont été réalisées dans la vallée en adoptant diverses approches de recherche, de l'approche du diagnostic de l'état de la ressource en eau à l'approche basée sur la modélisation hydrodynamique et la modélisation hydrogéochimique (Bennabi, 1985, Semar et al, 2009, Kessasra, 2006, Kessasra et al, 2014, Kessasra, 2015, Lamari, 2015, Chetibi et Seraoui, 2015, Kessasra et al., 2016). Notre étude s'inscrit donc dans le but de proposer un plan de gestion qualitative de la nappe de la Moyenne Soummam, comprise entre Tazmalt et Sidi Aich par approche de modèle hydrogéochimique. Elle consiste àsuivre l'évolution de la nappe dans son aspect quantitatif et qualitatif. L’approche développée est notamment la modélisation géochimique coupléeau modèle hydrodynamique amélioré. Elle fournit des réponses de la nappe face aux multiples pollutions, en particulier deux éléments chimiques omniprésents dans les eaux de notre hydro système, les chlorures et les nitrates. D'une part, la modélisation hydrogéologique consiste à traiter l’aspect quantitatif de la vallée devant une demande, sans cesse croissante, afin d’en déduire l’impact de cette exploitation sur l'état de la nappe mio-plio-quaternaire. D'autre part et en complément, la modélisation hydrogéochimique, couplée au modèle hydrodynamique, est un outil nécessaire pour générer des connaissances qualitatives des principaux processus contrôlant la qualité des eaux souterraines (Dissolution/précipitation, échanges d’ions, réaction redox, adsorption). A partir du moment où les processus significatifs sont connus et quantifiés, la modélisation peut être utilisée pour prédire les changements futurs de qualité dus à la fois aux variations environnementales naturelles (Changements climatiques d’origine naturelle, modification de débit/écoulement induits par les secousses tectoniques, subsistance, sédimentation, érosion, etc.), et à l’impact d’activités humaines (Effet de serre, inondations, pollution, …etc.). La modélisation facilite l’étude de tendances spatiales et temporelles, et aide à mieux définir les programmes de surveillance (Quevauviller, 2010).

Dans notre étude, nous avons donc tenté de cerner la problématique de l'eau dans la moyenne vallée de la Soummam en trois parties complémentaires : - Partie 1, elle consiste a présenter l'aspect de son milieu physique à l'échelle de son bassin versant. Cette partie se résume en l'étude etsynthèse climatologique, hydrologique, géologique, hydrogéologique et la qualité géochimique de ses eaux. - Partie 2, elleconsiste à améliorer le modèle hydrodynamique établi en 2015 (Kessasra, 2015). Il conviendrait deréaliser une série de tests de sensibilité,appliquée à la perméabilité des terrains aquifères, les conditionsaux limites imposées au modèle initial et la recharge de la nappe suivant plusieurs cas de scénarios climatiques possibles (Année sèche, année humide et année moyenne). - Partie 3, ellesertà étudier et suivre l’aspect quantitatif de la vallée à l'aide dela modélisation géochimique. Le suivi des concentrations enchlorures etnitrates des eaux de la nappe des alluvions et l'établissement de trois scénarios prévisionnels retraçant l'évolution des teneurs mesurées en Cl et NO3 jusqu'à l'horizon 2030 sont inscrits dans l'objectif de ce manuscrit. Enfin, le modèle numérique sélectionné est PMWIN, une version améliorée de Processing MODFLOW (Chiang et Kinzelbach, 2001).Modflow est actuellement un des modèles les plus couramment utilisés pour simuler l'écoulement des eaux souterraines. Ce modèle est basé sur la méthode de différences finies pour la modélisation tridimensionnelle de l'écoulement en milieu saturé. Il permet de simuler l'écoulement en milieu saturé dans des systèmes hydrogéologiques où les couches aquifères peuvent être libres, captives ou une semi-captives (Mcdonald et Harbaugh, 1988). De son coté, MT3D a été appliquée dans les simulations hydrogéochimiques. MT3D est une composante intégrée dans PMWIN et est élaboré sur la base d'équitations de dispersion et de transport de contaminants en zone saturée.

Etude de Milieu Physique de la Moyenne Vallée de la Soummam

I Présentation de la Moyenne vallée de la Soummam I. 1 Cadre général La vallée de la Soummam est située à environ 230 km à l’Est d’Alger, à la charnière de la petite et la grande Kabylie (Figure 1). Elle est formée de la confluence d’oued Sahel et ses affluents, qui descendent des montagnes du Djurdjura et du plateau de Bouira, et d'oued Boussellam qui descend du plateau Sétifien. Après un parcours de 80 km, la Soummam se jette en Méditerranée à Bejaia. L’Oued Soummam draine un bassin versant d’une superficie totale de 9 125 km2. Son réseau hydrographique est très évolué, le relief y est extrêmement plastique avec des changements fréquents, des expositions, inclinaisons et altitudes. Il est entrecoupé par de nombreux oueds, ruisseaux et ravins secs, ce qui a largement contribué à la mise en place de terrains très accidentés (Kessasra, 2015). Le bassin est composé de trois sous bassins versants, répartir-en : - Sous bassin du Sahel, qui s’étend de Sour El-Ghozlane (Bouira) à Akbou sur une superficie de 3 755 km2 ; - Sous bassin du Boussellam, qui s’étend d'Aïn Oulmane (Sétif) à Akbou sur une superficie de 4 309 km2 ; - Sous bassin de la Soummam, au sens strict, d’Akbou à Bejaia et couvre une superficie de 1101 km2. La vallée présente une grande dissymétrie entre ses deux rives. Les affluents de la rive gauche sont courts et présentent des écoulements superficiels torrentiels en hiver en raison des fortes pentes. Cela entraîne le charriage de matériaux grossiers déposés aux piémonts, sous forme de grands cônes d’éboulis comme oued Remila et oued El Kseur. En rive droite, les pentes sont plus faibles, les écoulements sont moins importants et le matériel déposé est plus limoneux et réduit en extension comme oued Amizour et oued Amassine (Bennabi, 1985 et Benhamiche, 1997 in Bacha et Amara, 2007). La vallée de la Soummam se subdivise en deux entités hydrogéologiques qui s'individualisent à la faveur d’un seuil géologique compris entre Takrietz et Sidi Aich, sur environ 10 km, qui, de point de vue hydraulique, constitue une barrière hydrogéologique. Elle dessine un étroit sillon orienté SW-NE (Clinckx, 1973). Notre étude se limite à la moyenne Soummam, comprise entre Tazmalt au Sud-ouest et Sidi Aich au Nord-est (Figure 2).

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Elle s’étend sur un sous bassin versant d’une superficie de 120 , l'oued est d'une longueur de 45 km et d'une largeur variable, comprise entre 0.2 et 4.5 km.

Figure 1- Localisation de la Moyenne vallée de la Soummam (Bennabi, 1985)

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Figure 2 - Réseau hydrographique de sous bassin versant de la Soummam

I.2 Climatologie et hydrologie de la vallée Les conditions climatiques d'un bassin versant s’expliquent par sa situation géographique, le caractère de circulation atmosphérique, et par le relief de son territoire. La caractérisation du climat est établie en fonction des observations fournies par le réseau de mesures pluviométriques, hydrométriques et climatologiques, installé au sein du bassin (Ladjal, 2013). Les facteurs climatiques nécessaires à toute étude hydrogéologique sont les précipitations et la température, souvent mesurées d’une façon régulière au niveau des stations météorologiques. Le climat du bassin versant de la Soummam montre une série de transition entre climat humide, dans les montagnes proches de la Méditerranée, et climat semi-aride des hautes-plaines (Mouni, 2004). La pluviométrie dépend de plusieurs facteurs notamment des facteurs géographiques tels que : l’altitude, la latitude, la longitude, l’exposition, ainsi que des facteurs géomorphologiques et géologiques. Dans ce travail, nous traiterons les données de précipitations et de température allant de 1970 à 2000.

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I.2.1 Facteurs climatiques I.2.1.1 Précipitations Pour analyser la variation de la pluviométrie au sein de la vallée, nous interprétons les valeurs enregistrées au niveau de trois stations : Bejaia-Aéroport, Tazmalt et Seddouk. Nous en tirons qu'en période de crue, les valeurs mensuelles mesurées montrent un pic de 122.5 mm, enregistré en décembre à la station de Bejaia-Aéroport. A la même période, Tazmalt enregistre 55.7 mm et Seddouk présente une hauteur de 75.2 mm (Figure 3). En période d’étiage, les précipitations diminuent considérablement pour avoisiner 3 à 5 mm. La pluviométrie dans la vallée est plus élevée dans la bande littorale à Bejaia, en revanche, elle diminue en se dirigeant vers le Sud et à l’intérieur du bassin vers Tazmalt et Cheurfa.

140 120 100 Tazmalt 80

60 Seddouk 40 Béjaia 20 0 Sep Oct Nov Déc Jan Fév Mar Avr Mai Jui Juil Aou

Figure 3 - Précipitations mensuelles enregistrées dans trois stations : Tazmalt, Seddouk et Bejaia- Aéroport (1970-2000)

Le tableau ci-dessous montre l’influence du relief (gradient altimétrique, effet de blocage orographique,…etc.) mais aussi de l’éloignement de la mer sur la lame d’eau précipitée. Stations Altitude (m) Eloignement de Précipitations moy. Annuelles la mer (km) (mm) Béjaia 2 0 761.4 Seddouk 484 35 469.8 Tazmalt 350 60 373.9 Tableau 1 – Précipitations en fonction de l’altitude et de l’éloignement de la mer

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I.2.1.2 Température

La température est un paramètre important pour l’étude du climat, elle désigne l’évaluation du déficit d’écoulement du bassin qui influence par la suite le calcul du bilan hydrique (Boucenna, 2009). Nous avons récupéré des données mensuelles et annuelles enregistrées à la station de Tazmalt dans la période allant de 1975 à 1984 (Tableau 1). On dénote que les températures baissent de septembre à janvier, elles remontent ensuite de février à aout jusqu'à atteindre une valeur maximale de 28 c° en juillet et aout. La température moyenne annuelle enregistrée est de 17.9 C°.

Mois Sep Oct Nov Déc Jan Fév Mar Avr Mai Jui Juil Aou Année

Température 25 19 14 9 9 10 13 16 20 24 28 28 17.9 Moyenne (°C)

Tableau 2- Valeurs mensuelles et annuelles des températures moyennes à la station de Tazmalt, période de 1975-1984 I.2.2 Réseau hydrographique de la vallée La vallée de l’oued Soummam est drainée par un réseau hydrographique assez dense, composé de nombreux cours d’eau permanents et intermittents. L’intensité de ce réseau est le résultat de la répartition de plusieurs affluents le long de ses deux rives, sur un lit mineur de longueur de 45 km, avec une pente de 4.7 % à l’Est de la partie amont et de 2 % à Sidi Aich. L’oued Soummam représente donc le collecteur principal. Suivant les données hydrologiques recueillies entre 1961 et 1971 (Viziterv, 1987), son débit moyen est de 25 /s. Durant la période de crue de 1970, le débit maximum enregistré a atteint 115,9 /s et le débit d’étiage (juillet et août) descend à 0,6 /s. Ces débits montrent, en effet, de grandes irrégularités interannuelles, donc saisonnières. A son embouchure à Bejaia, l’oued Soummam présente un apport de 700. /an d’eau qu’il diverse en mer Méditerranée (Visiterv, 1987). L’apport principal provient des affluents de la rive gauche (Oued Beni Mellikeuch, Oued Allaghane, Oued Amokrane, …etc.), avec un total moyen de 68. /an, et les affluents de la rive droite (Oued Mahrir, Oued Boussellam, Oued Seddouk,…etc.) qui déversent un total moyen de 25. /an. Les affluents de la rive gauche étant situés sur des versants les plus arrosés en pluies et en neige,

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leur permettant de canaliser un écoulement de surface plus important que celui des versants drainés par les affluents de la rive droite.

I.3 Contexte géologique L’Algérie du Nord présente du point de vue géologique un caractère très complexe, aussi bien pour l’âge des terrains et des formations que pour les variations de leur style tectonique (Figure 4). La vallée est formée de la jonction entre le Tell septentrional au Nord et le Tell méridional au Sud (Bennabi, 1985). La série stratigraphique des formations affleurantes, de la plus ancienne à la plus récente, se représente comme suit : Trias, présente un faciès gypseux et dolomitique représentatif d'un Trias tellien et affleure à Adrar Gueldamane et au Nord d'Akbou. Jurassique, il affleure sous forme de petites klippes dans la région de Guendouze et comprend un Lias calcaire et dolomitique à cassure grise ou rouille et un Jurassique moyen formé de marnes et de calcaires oolithiques bien lités. Crétacé, on distingue le Crétacé parautochtone (en rive droite) et le Crétacé allochtone (en rive gauche). Tous deux caractérisé par les faciès ci-dessous : - Calcaires marneux et marnes à caractère noduleux ; - Schistes noirs, en plaquettes et calcaires beiges au sommet (synclinal de Djebel Gueldamane) ; - Calcaires noirs et marnes schisteuses noires (à l’aval de l’oued Seddouk). -Unité tellienne composée de marno-calcaires qui surmonte les flyschs internes, composés de gypses, grés et schistes. - Flyschs externes qui chevauchent l'unité tellienne et se rencontrent principalement au Nord d'Akbou. Ils sont constitués de pélites sombres alternant des bancs de grès verts et blanchâtres des quartzites et des marno-calcaires gris. - Nappe d'Arbala-Seddouk, constituée de marnes noires à boules de calcaire à patine jaune d'âge Sénonien (Faciès tellien). Miocène post-nappe: est une épaisse série de conglomérats jaunâtres à rouges briques où alternent des niveaux marno-gréseux. Cette série est transgressive ou en contact par failles avec les autres formations. Elle affleure en rive gauche de la Soummam au niveau d’Akbou et d’Azib Ben Ali Cherif, ainsi qu'en rive gauche du Sahel où elle affleure au Nord de Tazmalt.

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Quaternaire: occupe le fond de la cuvette creusé par l'Oued Sahel-Soummam et ses affluents. Il comprend d'importants cônes de déjection des affluents des deux rives. Les éboulis de pente sont bien développés sur le flanc du djebel Gueldamane. Les alluvions forment une série de terrasses constituées de galets, graviers, sables et argiles.

Figure 4 - Carte géologique de la région qui s’étend de Cheurfa à Akbou, au 1/50 000ème (In Lamari, 2015)

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I.4 Caractérisation hydrogéologique Du village de Cheurfa (Sud-Ouest) à Sidi Aich (Nord-Est), les alluvions forment une bande continue de 45 km de long et de largeur très variable. Cette bande est puissante au voisinage de Tazmalt et Akbou, environ 4.5 km de largeur et relativement faible à Takrietz et Sidi Aich, d’environ 150 à 200 m. La superficie couverte par les alluvions est d'environ 120 km2 (Clinckx, 1974). La prospection géophysique (CGG, 1970) et les différents sondages effectués dans la plaine alluviale ont montré la présence, sous les alluvions, d'une formation grossière constituée de galets, de graviers et de sable, attribuée au Miocène parfois séparé par des limons argileux (Clinckx, 1970). La limite entre les terrasses anciennes et le Miocène formé de poudingues argileux et difficilement distinguée en raison de leur lithologie, dans l'ensemble, identiques. Les deux formations sont considérées comme étant un seul aquifère. La coupe réalisée au Sud de Riquet (Figure 5) montre une nappe sous forme de gouttière. La profondeur moyenne est de 56 m, avec 24 m sur la rive droite et jusqu'à 72 m sur sa rive gauche où le remplissage apparait plus puissant. Le substratum argilo-schisteux affleure sur les deux cotés en dessinant une forme synclinale (Kessasra, 2015). On y distingue : - Alluvions actuelles, que l'on rencontre dans les cônes torrentiels, des dépôts limoneux mis en place par des crues de la Soummam ; - Alluvions récentes, elles occupent la majeure partie de la plaine. Ce sont des dépôts limoneux de la plaine de Bejaia qui forment les basses terrasses de la vallée ; - Alluvions anciennes, ce sont des dépôts caillouteux ou limoneux de terrasses d'oueds, éboulis de pente et terres de remplissage de fond de cuvette.

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Figure 5 - Coupe géologique orientée NNW-SEE réalisée au Sud d’ Allaghane (Kessasra, 2015) La nouvelle cartographie piézométrique de la Moyenne Soummam a été établie en 2011 (Kessasra, 2015). Les cartes piézométriques des hautes et basses eaux montrent (figure 6): - Zone à écoulement rapide et divergent où les isopièzes sont serrées, de ce fait, les gradients hydrauliques semblent plus forts. Ces écoulements se rencontrent au niveau de Tazmalt et Allaghane dans la partie amont quand la topographie favorise la vitesse d'écoulement surtout en période de pluie. - Zone à écoulement lent où les isopièzes sont plus espacés et donc les gradients hydrauliques semblent moins forts. A l'aval, en période des pluies, la nappe se transforme en une zone marécageuse où les vitesses d'écoulement sont très faibles, dues à la faible pente, et la surface de la nappe est très proche de la surface du sol d’après CGG en 1970. On en déduit également l’existence de deux axes favorables à une alimentation latérale, l’axe de Tazmalt-Akbou (environ 25 km) et l’axe Akbou-Ouzellaguen (25 km). A ce niveau les isopièzes semblent parallèles à la limite physique de la nappe, ce qui signifie l’existence d'apports d’eau provenant de la chaine de Djurdjura. Mais ces limites sont caractérisées par de faibles perméabilités (10-5m/s), ce qui aurait tendance à amortir la recharge de la nappe.

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Figure 6- Cartes piézométriques de la Moyenne vallée de la Soummam réalisées en hautes et basses eaux, Mars et Septembre 2011 (Kessasra, 2015)

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I.5 Géochimie de la vallée de la Moyenne Soummam L'eau souterraine est un élément qui conditionne beaucoup d'aspects du milieu naturel. Ainsi, toute modification sur leur régime ou leur qualité peut entraîner des conséquences sur les eaux de surface, la vie dans ces eaux, la flore, la faune (le rabattement d'une nappe peut assécher des marais et donc modifier tout l'équilibre écologique). Il en résulte que l'hydrogéologie a une place particulièrement importante, et que deux aspects doivent toujours être traités : l'aspect quantitatif et l'aspect qualitatif (Rat et Humbert, 1981). Afin de synthétiser l’aspect géochimique des eaux superficielles et souterraines de la Soummam, nous avons récupéré les résultats obtenus des deux compagnes de mesure entreprises en 2011 et 2013 (Kessasra, 2015). Seuls les chlorures et les nitrates sont interprétés car ce sont les deux paramètres qu'on modélisera. Le choix de ces éléments est justifié par leur comportement respectif. Les nitrates sont les résultats d’oxydation de l’azote, et naturellement présents dans le cycle de l’eau par la minéralisation de la matière organique azotée dans le sol, celle-ci rejoint la nappe à l'aide de la lixiviation par les pluies efficaces. D’autres origines sont de type anthropique et proviennent des eaux usées domestiques ou des engrais issus de la filière d’élevage ainsi que l’azote minéral des engrais azotés. Ils sont réputés très mobiles et se dégradent facilement. Quant aux chlorures, ils proviennent de l’urbanisation et la nature des terrains traversés. Ils sont plutôt conservatifs dans l'eau et ne subissent pas une grande dégradation donc ils migrent difficilement.

I.5.1 Géochimie des eaux superficielles Les villes, l’agriculture et l’industrie rejettent, volontairement ou accidentellement, de manière concentrée ou répartie, d’importantes quantités de matière et de chaleur dans les eaux de surface, en particulier dans les rivières (Mouni, et al 2009). Quatre stations superficielles ont été mesurées en mars 2011 (Photos 1 et 2), réparties le long de la vallée. L'on retient une augmentation des teneurs en chlorures d’amont en aval (Figure 7) avec un minimum mesuré à Aftis, de 167.7 mg/l et des concentrations assez élevées mesurées à Boussellam, Biziou et Takrietz, avec respectivement 592.6 ; 760.4 et 664.2 mg/l. Pour ce qui est des nitrates (Figure 8), de faibles concentrations ont été mesurées en février 2013 avec des valeurs comprises entre 1 et 10 mg/l, tandis qu'en mars 2013,

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une augmentation assez importante est amorcée jusqu'à atteindre 42.9 mg/l dans le Sahel à Aftis. En avril 2013, ces concentrations redescendent à 15.5 mg/l en moyenne (Figure 8).

Photo 1 -Station de prélèvement en entrée Photo 2- Station de prélèvement en sortie de la Moyenne Soummam (Aftis) de la Moyenne Soummam (Takrietz)

Concentrations des chlorures (mars 2011)

800

700 600 500 400 300 200 mars

100 Cncentrations mg/l Cncentrations 0 Le Sahel à Le Boussellam La Soummam à Takritz Aftis près Akbou Biziou Ouvrages témoins

Figure 7- Concentrations des Cl - dans les eaux superficielles, mars 2011 (Kessasra, 2015)

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Evolution des Nitrats dans le temps (2013)

50 45 40 35 30 25 Février 20 Mars 15 10 Avril 5

Concentrations en mg/l en Concentrations 0 Le Sahel à Aftis Le Boussellam La Soummam à Takritz d'après Akbou Biziou

Ouvrages témoins

- Figure 8 - Concentrations des NO 3 dans les eaux superficielles en Février, Mars et Avril 2013 (Kessasra, 2015)

I.5.2 Géochimie des eaux souterraines D’amont en aval, on relève une hétérogénéité dans les teneurs en chlorures dans la nappe (campagne de 2011). De fortes concentrations mesurées à Ouzellaguen au forage T7 avec 4650 mg/l et au forage B5 à Takrietz avec 877 mg/l. Les eaux des autres ouvrages analysés (Aftis, Iskounen, nomade, Makhmoukh, Chillalou) sont moins concentrées en chlorures avec des teneurs qui ne dépassent pas 500 mg/l (Figure 11). Ces chlorures proviennent essentiellement de la nature des terrains traversés (formations calcaires et évaporitique), des eaux usées urbaines et des rejets industriels notamment la zone industrielle de Taharacht (Photos 3 et 4). Par ailleurs, de fortes teneurs en nitrate sont observées au sein de la nappe avec des valeurs excessivement élevées, dépassant la norme européenne de potabilité établie à 25 mg/l (Campagnes de 2011 et 2013). On signale une valeur assez élevée, mesurée au forage Boussaid avec une moyenne de 335.4 mg/l, même tendance aux forages Oulebsir, Iskounen, Makhmoukh, avec respectivement 219.8, 107.4 et 164.5 mg/l. En outre, de faibles concentrations sont constatées au niveau de trois ouvrages : Nomade, Laazib et Chillalou, avec respectivement des moyennes de 9.4, 17.5 et 1.5 mg/l (Figure 9).

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L'omniprésence des nitrates dans la nappe traduit une forte contamination des eaux souterraines. Cela induit une pollution diffuse qui peut avoir pour origine, l’utilisation des engrais chimiques et des pesticides par les agriculteurs locaux ainsi que l’apport des nitrates provenant des eaux usées urbaines et des rejets liquides industriels (Figure 10)

Photo 3- Piézomètre de surveillance Photo 4- Piézomètre de surveillance T6(Aftis) N4 (Akbou)

Concentrations des chlorures ( Mars 2011)

) ) 5000 4500 4000 3500 3000 2500 Mars 2000 1500 1000 500 Concentrations (mg/l Concentrations 0

Ouvrages témoins

Figure 9 - Concentrations en Cl- dans la Moyenne Soummam, Mars 2013 (Kessasra, 2015)

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Evolution dans le temps des Nitrats (2013 )

450 400 350 300 250 Février 200 Mars 150 100 Avril 50

0 Concentrations en mg/l en Concentrations

Ouvrages témoins - Figure 10- Concentrations en NO3 dans la Moyenne Soummam, en Février, Mars et Avril 2013 (Kessasra, 2015)

I.6 Demande et besoins en eau L'évaluation des besoins domestiques est une démarche délicate car fortement dépendante des habitudes sociales. Les caractéristiques sociodémographiques affecteraient la consommation d'eau des ménages. Mais la définition d'eau potable englobe l'eau consommée par les ménages, l'eau potable qu'utilisent les commerces, administrations, artisans et petites industries. Parmi les facteurs déterminant de la demande en eau, on cite le prix, le revenu des ménages, le type du logement, la taille des ménages et les caractéristiques climatiques (Reynaud, 2000). La répartition moyenne des consommations des eaux par usages a été estimée par le PNE en 2010 et est représentée dans la figure 11.

Figure 11 - Répartition moyenne des consommations d’eau par usage 17

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Le plan national de l’eau réactualisé en 2010 a établi une série des prévisions sur l’état des besoins et de la demande en eau dans 35 communes de Bejaia appartenant au bassin versant de la Soummam. Il s'étale de 2010 à 2030 sur un pas de temps de 5 ans et en fonction de la croissance démographique qui est en expansion continue. Les besoins en AEP en 2010 sont fixés à 29.4 Mm3, ils évoluent à 52.6 Mm3 en 2030. D’autre part la demande est de 60.4 Mm3 /an en 2010, elle baisse en 2015 avec 2 132 999 m3, en 2020 elle connaitra une stabilité mais augmentera en 2025 pour atteindre 72.2 m3 en 2030. A l’horizon 2030, plus de 50 % des besoins en AEP dans la vallée sont concentrés dans 4 villes principales : Bejaia, Akbou, Amizour et Tazmalt. Pour l’irrigation, la demande est fixée à 31.5 Mm3, la tendance générale sera à la baisse jusqu'à 2030 avec 24.2 Mm3/an. Contrairement à l’irrigation, les besoins du secteur industriel diminuent grâce au développement d’équipements de recyclage et de traitement des eaux dans les industries de la vallée (Kessasra, 2015).

Notre zone d’étude se limite entre Tazmalt et Sidi Aich, ce qui est connu par la moyenne Soummam. Elle s’étend sur un sous bassin versant d’une superficie de 120 , l'oued est d'une longueur de 45 km et d'une largeur comprise entre 0.2 et 4.5 km. Son climat est caractérisé par une transition entre un climat humide et un climat semi-aride, avec une pluviométrie moyenne annuelle de 30.4 mm à Tazmalt et une température moyenne de 17.9 °C. La vallée de la moyenne Soummam est caractérisée par un réseau hydrographique dense, avec un débit remarquable en période des hautes eaux. En revanche, la ressource en eau est confrontée à une dégradation alarmante de sa qualité suite au développement économique que connait la vallée dans deux principaux secteurs, l’agriculture et l’industrie.

Amélioration et Tests de Sensibilités

II.1 Introduction

La calibration et la validation d'un modèle hydrodynamique sont deux étapes primordiales pour une bonne simulation de l'aquifère. Cette approche vise à simuler la piézométrie mesurée au centre de chaque maille, elle tient compte naturellement des paramètres hydrodynamiques. Entre les deux se situe l’analyse de sensibilité d'un modèle, qui consiste à déterminer l’influence d’un paramètre particulier sur la réponse du modèle. Les différentes valeurs testées devraient être comprises dans la gamme des caractéristiques intrinsèques du milieu souterrain. Au cas où une forte incertitude est relevée sur les données d’entrée, en particulier vis-à-vis des paramètres les plus sensibles, il peut s’avérer nécessaire d’acquérir de nouvelles données et d’approfondir nos connaissances du milieu modélisé. Cette étape consiste à minimiser la différence entre les mesures et les résultats calculés par le modèle, par l’ajustement des données d’entrée jusqu’à ce que le modèle reproduise les conditions du champ mesuré avec un niveau de précision acceptable. Le calage peut être effectué « manuellement », par essai/erreur, ou de manière automatique par calcul inverse (Geoffrey Boissard et Fabien Decung et al, 2012). Deux propriétés essentielles caractérisent, du point de vue hydraulique, les réservoirs souterrains : la porosité et la perméabilité. Les notions fondamentales de ces deux paramètres nous aideront à mieux appréhender leur introduction dans les modèles de simulation. Ensuite, leur variation, interaction et sensibilité aux divers phénomènes seront exposées afin d’aborder la paramétrisation des modèles hydrogéologiques en pleine connaissance des phénomènes physiques en cours. Dans le cas d’un milieu poreux, l’écoulement de fluide à travers les pores s’effectue moyennant des conditions aux frontières ou conditions aux limites (Dassargues, 1995). Pour ce faire, nous avons choisi de décrire le comportement hydrodynamique de la nappe mio-plio-quaternaire de la moyenne Soummam en appliquant des tests de sensibilité sur trois paramètres essentiels, en l’occurrence, la perméabilité, les conditions aux limites et la recharge. Chaque paramètre est défini comme suit : - Le coefficient de perméabilité apparaissant dans la loi de Darcy, est un scalaire exprimant, de façon globale, l’aisance qu’a le fluide à se déplacer à travers la tortuosité des vides (Bear and Virruijt, 1987). Il va donc dépendre des propriétés de fluide (densité,

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viscosité) et du milieu poreux (répartition des vides, formes des grains, tortuosité, surface spécifique, porosité) (Dassargues, 1995). - Les conditions aux limites, désignent les limites physiques du domaine, ou le processus a lieu, et les conditions construites pour le simuler (Dassargues, 1995). - La recharge représente la frange d’eau qui s’infiltre dans le réservoir et atteint la nappe. Elle influence l’aspect hydrodynamique de la nappe et facilite le transport vertical des polluants vers les nappes. (Dibi Brou, 2013). Les objectifs escomptés dans cette partie se résume à : - Déduire l’influence de ces tests sur la piézométrie de la nappe, - Etablir les gammes de variation de chaque paramètre, - Etudier l’interaction entre ces trois paramètres, et enfin, - Améliorer la piézométrie calée en mars 2011. Mais tout d'abord, nous présenterons ici un aperçu du modèle hydrodynamique de la moyenne vallée de la Soummam, établi sur la base de la piézométrie de mars 2011 (Kessasra, 2015).

II.2 Présentation du modèle hydrodynamique de la Moyenne vallée de la Soummam Un modèle de circulation des eaux souterraines a été construit en Moyenne Soummam (Kessasra, 2015). Ses objectifs est de reproduire l'état d'équilibre des charges piézométriques, tester sa sensibilité et enfin établir un plan d'exploitation de la nappe. Le code MODFLOW via l'interface PMWIN Pro (Chiang et Kinzelbach, 2001) a été sélectionné. En première étape, la nappe a été discrétisée en des centaines de mailles à différentes géométries. Leur taille initiale était de 200 m de côté sur les bords de la grille, mais à certains endroits, le modèle requiert une plus grande précision où un maillage plus fin y a été appliqué, au centre de la vallée, sur l'axe d'écoulement principal et dans les secteurs à forts gradients hydrauliques (Tazmalt et Akbou). Par ailleurs, le réservoir souterrain est considéré comme libre, la limite du toit de l'aquifère correspond grossièrement à la surface du sol. Des hauteurs de toit ont été attribuées à chaque maille du modèle en fonction des altitudes. L'on remarque que les épaisseurs du réservoir sont assez importantes avec 62 m au Sud de Tazmalt, 70 m près de Takrietz et jusqu'à 82 m près d'Akbou.

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Ensuite, des conditions aux limites ont été attribuées. Le modèle est limité verticalement par un substratum retenu comme une limite à flux nul. En surface, la nappe est libre et sa recharge est exprimée par un taux d'infiltration, estimé à 2.10-9 m/s. Une limite à potentiel imposé est appliquée aux mailles-rivières. Par ailleurs, des conditions de flux imposé ont été appliquées par endroits. Les échanges avec le milieu extérieur sont réglés par un flux d'eau traversant une portion donnée indépendamment des hauteurs piézométriques. Nous appliquerons un flux imposé à débit non nul sur les limites nord et sud de la nappe, ces flux sont liés aux apports des versants nord (Djurdjura et Akfadou) et des versants sud (Bibans). Du reste sur les limites latérales, une condition à flux nul est attribuée sur la rive droite où les affleurements de calcaire et de marnes y prennent place. Cependant, en amont à Cheurfa, nous y avons appliqué une condition à flux nul, en raison de l'absence des données. Les perméabilités sont comprises entre 6.5.10-6 m/s à Boudjellil et 5.10-5 m/s à Akbou. Les essais de pompage ont donné des valeurs ponctuelles très spartiates, 2.8.10-4 m/s et 6.10-5 m/s respectivement aux forages I6 et D15 de Tazmalt, 6.8.10-4 m/s et 1.66.10-4 m/s respectivement aux forages de M11 et F5 d'Akbou. Elles descendent jusqu'à 4.8.10-5 m/s au forage TU2 à Akbou. On constate également que la totalité des apports d'eau provenant de la limite nord du domaine modélisé contribue à alimenter la nappe des alluvions et les champs captants d'Akbou et d'Ouzellaguen. Trois axes à partir desquels les débits d'eau atteignent le réservoir où une condition à flux imposé non nul a été appliquée : - L'axe Boudjellil-Guendouze, son débit est quantifié à 0.005 m3/s; - L'axe Allaghane-Akbou, qui fournit 0.0058 m3/s ; - L'axe Akbou-Takrietz, son débit est calculé à 0.008 m3/s. Notre calage en régime permanent a été effectué sur la piézométrie mesurée en mars 2011. Les perméabilités ont été successivement revues à la hausse. Les valeurs sont passées de 0.00003 m/s dans la zone aval (d'Akbou à Takrietz) à une moyenne de 0.000057 m/s et de 0.00005 à 0.003 m/s au centre de la plaine (Akbou). Cela trouve une justification dans la forte hétérogénéité des formations quaternaires. Au final, la carte piézométrique simulée est reportée sur la figure 11. Les niveaux piézométriques sont globalement bien représentés par le modèle. Il a été relevé un écart moyen d'1 m depuis Allaghane jusqu'à Takrietz, lequel a été jugé très satisfaisant. En

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revanche, des distorsions d'isopièzes ont été remarquées près de Tazmalt. Cette zone est très peu perméable, ce qui permet l'émergence d'un gradient hydraulique relativement fort.

Figure 12- Calage de la piézométrie mesurée et celle calculée en régime permanent, mars 2011

II.3 Tests de sensibilité sur la perméabilité en régime permanent

La détermination in-situ de la perméabilité se fait le plus souvent par des essais de pompage, d’injection, de pression ou de traçage dont les résultats sont interprétés en utilisant des résultats analytiques ou empiriques ou plus récemment numériques pouvant simuler de façon acceptable le cas étudié (Dassargues , 1995). Dans la vallée de la Soummam, les nombreuses hétérogénéités locales peuvent influencer profondément les perméabilités mesurées et interpolées car la géologie du réservoir mio-plio-quaternaire est très chahutée par la présence de nombreuses lentilles d’argile et d’horizons de sables et graviers plus ou moins argileux (Kessasra, 2015). De ce fait, 6 zones de perméabilité couvrant la plaine de la moyenne vallée de la Soummam ont été dégagées, comme le montre la figure 13 :

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- Zone 1 : zone à perméabilité moyenne, à l’Ouest d’Akbou jusqu’à la confluence avec le Boussellam, représentée par une moyenne de 3.10-3 m/s ; - Zone 2 : zone a faible perméabilité entre Boudjellil et Azaghar, sur la rive gauche de la Soummam, les valeurs calées sont équivalentes en moyenne à 1,5.10-4 m/s ; - Zone 3 : zone à faible perméabilité comprise entre 9 et 9,5.10-6 m/s ; - Zone 4 : zone a faible perméabilité allongée sur la rive gauche depuis la confluence du Boussellam jusqu’à Seddouk au Nord, la moyenne attribuée est de 4,8.10-5 m/s ; - Zone 5 : zone à très faible perméabilité entre Takrietz et Sidi Aich à proximité du verrou hydraulique, avec en moyenne 3,5.10-5 m/s ; - Zone 6 : zone à très faible perméabilité également au Sud d’Akbou prés de Djebel Gueldamane, avec 9.10-6 m/s.

Figure 13 - Perméabilités initiales de la moyenne vallée de la Soummam

II.3.1 Tests et exploitation des résultats Les tests de sensibilité consistent à faire varier les champs de perméabilité pour chacune de ces zones, en leur associant 5 piézomètres de surveillance. Ces derniers servent à

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contrôler la charge hydraulique dans l'aquifère. L'examen des variations du niveau piézométrique calculé par le modèle par rapport à celui mesuré sur terrain, en mars 2011, intervient ensuite pour valider la valeur qui convient le plus à notre modèle. Tout en gardant à l'esprit que les valeurs de recharge proposées sont au nombre de trois et sont comprises entre 3.10-9 m/s et 0 m/s (Kessasra, 2015). Ces taux de recharge sont présentés comme suit : - Recharge 1 estimée à 3.10-9 m/s; - Recharge 2 estimée à 7.10-9 m/s; - Recharge 3 estimée à 0 m/s.

Figure 14 - Localisation des 5 ouvrages témoins retenus dans les tests de perméabilité

Il en ressort, l'existence d'une inverse proportionnalité entre le champ de perméabilité et la charge hydraulique. En effet, lorsqu’on baisse les perméabilités, le niveau piézométrique calculé a tendance à augmenter par rapport à celui mesuré dans les zones 3, 4 et 5 (Tableau 3). Concernant le puits Bounssisse, situé à Cheurfa, à la limite entre la Haute et la Moyenne Soummam, quelque soit la valeur de la perméabilité, sa charge hydraulique calculée se

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montre plus élevée que celle mesurée, avec un écart de 8 m pour la recharge 2 et 7 m pour les recharges 1 et 3. Cependant, le piézomètre N4, situé prés d’Akbou, présente une charge hydraulique calculée plus faible que celle mesurée pour les trois recharges, avec un écart de 3 m. A cet endroit, la perméabilité n'a qu'une légère influence sur la piézométrie de la nappe. Quelque soit la valeur de la perméabilité, le niveau piézométrique calculé ne se rapproche pas de celui mesuré. Cette tendance est largement influencée par la proximité du piézomètre N4 à l’oued qui joue le rôle d’un potentiel imposé et vient en soutien aux charges piézométriques. Enfin pour ce qui est de T6, Zigouti et Boumansour, quelque soit la valeur de la recharge, le niveau piézométrique calculé apparait plus faible que celui mesuré, avec respectivement des écarts compris entre 0.001 et 4 m. Cela signifie que ces ouvrages représentent une certaine stabilité face aux variations des champs de perméabilité.

II.3.2 Diagrammes de corrélation

D’après les diagrammes de dispersion (ou scatter-diagrammes), les nuages des points présentent une structure bien définie, traduisant une bonne corrélation entre le niveau piézométrique mesuré et celui calculé dans les cinq ouvrages. La moyenne de variance est de 4949 pour la recharge 1, 77.9 pour la recharge 2 et enfin 93.6 pour la recharge 34 Les diagrammes qui fournissent la valeur de variance la plus faible présente une bonne corrélation. La recharge 2 présente, dès lors, la bonne corrélation que l'on retiendra pour la suite de notre travail.

Boumansour Zigouti

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N4 Bounssisse M.

T6-Aftis Figure 15 - Diagrammes de dispersion issus des tests de perméabilité dans la Moyenne Soummam, recharge 2

II.4 Tests sur les conditions aux limites Les conditions aux limites sont l’un des paramètres qui caractérise et influence considérablement la piézométrie d'une nappe. Elles concernent les règles d’échange entre le domaine modélisé et le milieu extérieur. Leur rôle dépend des apports d’eau souterraine rejoignant la nappe aquifère au niveau des frontières. En s'inspirant de la cartographie piézométrique réalisée en 2011, la moyenne Soummam est alimentée par 3 axes principaux. Il s'agit de l'axe Boudjellil-Guendouze, situé sur la rive droite et de deux autres axes sur la rive gauche, en l'occurrence, ceux d’Allaghane-Akbou et d’Akbou-Takrietz. Ce dernier incarne l’axe le plus important en termes de débit entrant, qui est évalué à environ 0.0085 m3/s.

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Dans l'objectif de déterminer l’influence des conditions aux limites, représentées par des flux imposés non-nuls, nous avons entrepris une série de tests de sensibilité. Les fluctuations des charges hydrauliques calculés par rapport à celles mesurées sont également surveillées sur les même 5 ouvrages témoins. La figure 16 est représentative des 3 axes définissant les conditions aux limites latérales de la nappe.

Figure 16 - Conditions aux limites de la moyenne vallée de la Soummam (Kessasra, 2015)

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Zones et Nom de perméabilités Piézométrie Perméabilité Piézométrie Différance (m) Variance piézomètre initiales (m/s) mesurée (m) calculée (m/s) calculée (m)

0.0004 166.311 3.909 94.076 Zone 1 : 0.00004 166.294 3.926 91.69 N4 0.0003 170.22 0.0002 166.319 3.901 93.256 0.0009 166.285 3.935 95.442 0.0001 166.280 3.94 95.642 0.0002 252.5 7.95 93.938 Zone 2 : 0.00035 252.31 7.76 93.948 Bounssisse M. 0.00015 244.55 0.00055 252.22 7.67 94.573 0.0007 252.19 7.64 95.026 0.001 252.16 7.61 95.752 0.000097 191.994 1.866 94.932 Zone 3 : 0.00009 192.015 1.845 94.244 T6 0.000095 193.86 0.000055 192.261 1.599 93.102 0.000086 192.03 1.83 94.152 0.00096 193.097 0.763 94.372 0.00005 124.56 4.74 93.854 Zone 4 : 0.000032 125.546 3.754 93.95 Zigouti 0.000048 129.3 0.00002 127.146 2.154 94.104 0.000014 128.92 0.38 94.368 0.000013 129.36 0.06 94.462 0.000089 129.848 0.152 93.299 Zone 5 : 0.00008 129.96 0.04 94.121 Boumansour 0.00009 130 0.000078 129.986 0.014 94.314 0.000076 130.014 0.014 94.511 0.000075 130.028 0.028 94.61 Recharge 1 : 3.10-9 m/s

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Nom de Zone et Piézométrie Perméabilité Piézométrie Différance (m) Variance piézomètre perméabilité mesurée (m) calculée (m/s) calculée (m) initiales (m/s) V

0.00035 166.394 3.826 84.448 0.0002 166.451 3.769 83.809 Zone 1 : N4 170.22 0.00009 166.575 3.645 83.122 0.0003 0.00005 166.722 3.498 82.54 0.000012 167.407 2.813 78.81 0.0003 252.55 8 78.227 0.00014 253.07 8.25 77.849 Zone 2 : Bounssisse M. 244.55 0.00022 252.72 8.17 77.89 0.00015 0.005 252.1 7.55 83.33 0.009 252.09 7.54 83.77 0.00009 192.099 1.761 83.165 0.000075 192.184 1.676 82.427 Zone 3 : T6 193.86 0.00005 192.481 1.379 80.811 0.000095 0.00003 193.13 0.73 78.981 0.000045 192.586 1.274 80.386 0.00004 125.758 3.542 77.893 0.00003 126.625 2.675 77.881 Zone 4 : Zigouti 129.3 0.00002 128.304 0.996 77.875 0.000048 0.000019 128.563 0.737 77.881 0.000018 128.85 0.45 77.89 0.0009 127.162 2.838 64.07 0.00015 129.828 0.172 76.759 Zone 5 : Boumansour 130 0.0001 130.34 0.34 79.97 0.00009 0.00012 130.156 0.156 78.541 0.00011 130.28 0.28 79.227 Recharge 2 : 7.10-9 m/s

Amélioration et Tests de Sensibilités

Recharge 3 : 0 m/s

Zone et Nom de perméabilité Piézométrie Perméabilité Piézométrie calculée Différance (m) Variance piézomètre initiales (m/s) mesurée (m) calculée (m/s) (m)

0.0002 166.325 3.895 91.636 Zone 1 : 0.0001 166.326 3894 91.839 N4 0.0003 170.22 0.0005 166.30 3.92 92.27 0.000085 166.324 3.896 91.973 0.000075 166.322 3.898 92.099 0.00016 252.127 7.577 91.65 Zone 2 : 0.00045 252.091 7.541 93.365 Bounssisse M. 0.00015 244.55 0.00025 252.105 7.555 92.129 0.00039 252.095 7.545 93.045 0.0005 252.089 7.539 93.61 0.000085 191.75 2.11 98.02 Zone 3 : 0.00006 191.95 1.91 96.935 T6 0.000095 193.86 0.000035 192.34 1.52 95.01 0.00002 193.28 0.58 92.611 0.00003 192.62 1.24 94.79 0.00004 125.31 3.99 93.76 Zone 4 : 0.00003 126.066 3.234 93.65 Zigouti 0.000048 129.3 0.00002 127.52 1.78 93.53 0.000017 128.26 1.04 93.53 0.000015 128.91 0.39 93.57 0.000009 129.89 0.11 93.21 Zone 5 : 0.000003 129.07 0.93 93.60 Boumansour 0.00009 130 0.0000025 129.994 0.006 93.61 0.0000022 129.999 0.001 93.21 0.000002 130.03 0.002 93.60

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II.4.1 Tests et exploitation des résultats D’après les résultats obtenus (tableau 4), on constate que quelque soit la valeur de la recharge, la piézométrie calculée au niveau des puits d’observation est invariante par rapport aux charges piézométriques initiales. A l’exception du piézomètre N4, légèrement influencé où le niveau piézométrique calculé est inférieur au niveau piézométrique mesuré au niveau de l’axe 2. On dénote des écarts globalement insignifiants de 0.08 m pour la recharge 1, de 0.06 à 0.13 m pour la recharge 2 et de 0.04 à 0.1 m pour la recharge 3. Ceci est valable pour un niveau piézométrique entré dans le modèle qui sert à calculer le débit d'entrée par l'axe considéré, diminué de 5 m par rapport à sa valeur initiale qui était de 175.5 m. Cependant pour le même niveau piézométrique augmenté de 5 m, la valeur calculée est plus élevée que celle mesurée avec des écarts de 0.22 m pour la recharge 1, 0.14 et 0.08 m pour la recharge 2 et 0.25 pour la recharge 3. Concernant le puits Boumansour, situé près d'Ouzellaghane, quelque soit la valeur de sa recharge, le puits n’est influencé qu’au niveau de l’axe le plus proche, soit l'axe 3 (Akbou-Takrietz). La charge hydraulique augmente quand on diminue de 5 m le niveau piézométrique à la limite du modèle, en notant une différence de 5 m pour la recharge 1, 4 m pour la recharge 2 et jusqu'à 6 m pour la recharge 3. En revanche, quand on l'augmente de 10 m, les écarts semblent plus importants. On dénote des écarts de 10 m pour la recharge 1, 8 m pour la recharge 2 et 12 m pour la recharge 3. Ces variations confirment l’existence d'apports supplémentaires provenant de l’axe 2 qui ont pour origine la fente des neiges des massifs appartenant à la chaine du Djurdjura.

II.4.2 Diagrammes de corrélation Les diagrammes de dispersion obtenus (Figure 17) montrent une bonne corrélation entre les valeurs piézométriques calculées par le modèle et celles observées sur terrain. Il existe une relation d’interdépendance entre ces derniers avec une variance de 58.7 pour l’axe 1 (Boudjellil-Gendouz), 56.5 sur l’axe 2 (Allaghane-Akbou) et 77.9 sur l’axe 3 (Akbou-Takrietz). La plus petite différence entre le niveau piézométrique calculé et mesuré est observée pour la recharge 2 lorsque le niveau piézométrique entré dans le modèle est augmenté de 5 m.

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Axe1 Axe 2 (Boudjellil-Gendouz) (Allaghane-Akbou)

Axe 3 (Akbou-Takrietz) Figure 17- Diagrammes de corrélation correspondants aux 3 axes des conditions aux limites

II.5 Tests de recharge en régime permanent La recharge de la nappe est constituée par le flux d’infiltration des pluies efficaces, déterminées à l’aide des bilans hydrologiques et par les flux imposés aux limites latéraux du domaine modélisé. II.5.1 Tests et exploitation des résultats Le calage du modèle hydrodynamique en régime permanent permet de sélectionner la recharge qui conviendrait le mieux au comportement réel de la nappe. Le modèle réalisé par Kessasra en 2015 montre une recharge uniforme et homogène le long de la

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nappe, elle est de l’ordre de 2.10-9 m/s. Afin d’obtenir un modèle de plus en plus représentatif, nous nous sommes tachés à mieux représenter la recharge de la nappe à l’aide de deux bilans hydrologiques, établis à Bouira et Akbou. La recharge a été calculée sur la base d'une RFU de 50 mm, en raison des tendances semi-arides du climat de la région. Par définition, la recharge est le taux d’infiltration représenté dans la formule de Thornthwaite, qui s'écrit comme suit : P = ETR + R + I + W P : Précipitation moyenne annuelle en mm ETR : Evapotranspiration Réelle en mm R : Ruissellement en mm I : Infiltration en mm W : Variation des réserves en mm (souvent négligeable) Afin d'en déduire l'infiltration, il est d’abord primordial de calculer le ruissellement par la 3 2 formule de T’ixeront-Berkallof : R = P / 3(ETPC) . A partir du tableau des bilans hydrologiques (voir annexes), les résultats obtenus sont représentés dans le tableau 5.

Zones Ruissellement (mm/an) Recharge (m/s)

Zone 1 : Tazmalt-Akbou 18.2 2.6.10-9

Zone 2 : Akbou-Takrietz 21.06 1.9.10-9

Tableau 5- Valeurs de la recharge attribuée pour chaque zone climatique Les résultats obtenus montrent l’existence de deux zones (figure 16) : la première zone s’étend de Tazmalt à Akbou avec une recharge moyenne de 2.6.10-9 m/s et la seconde zone s’étend d’Akbou à Takrietz avec une recharge de 1.9.10-9 m/s.

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Recharge 1: 3.10-9 m/s

Recharge1 NP mesuré Ouvrages Type NP initial NP entré NP calculé NP entré dans NP calculé Différence Différence 3.10-9 selon les d’observatio d’ouvrage mesurés dans le (m) le modèle + (m) Pour NP Pour NP m/s axes (m) n (m) modèle 5m - 5m + 5m – 5m

Bon1 Puits 252.24 252.24 252.24 Axe 1 : T6 Piézomètre 192.07 192.04 192.07 0.03 Boudjellil- 258 N4 Piézomètre 166.30 253 166.22 263 166.30 0.08 Gendouz Zig Puits 129.41 129.41 129.41 Man puits 130.02 130.02 130.02

Bon1 Puits 252.24 252.24 252.24 Axe 2 : T6 Piézomètre 192.07 192.04 192.09 0.03 0.02 Allaghane- 175.5 N4 Piézomètre 166.30 170.5 166.22 180.5 166.52 0.08 0.22 Akbou Zig Puits 129.41 129.41 129.41 Man puits 130.02 130.02 130.02

Bon1 Puits 252.24 252.24 252.24 Axe 3 : T6 Piézomètre 192.07 192.07 192.07 Akbou- 155 N4 Piézomètre 166.30 150 166.29 160 166.30 0.01 0.01 Takrietz Zig Puits 129.41 129.41 129.41 Man puits 130.02 135.02 140.12 5 10.1

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Recharge2: 7.10-9 m/s

Recharge2 NP mesuré Ouvrages Type NP initial NP entré NP calculé NP entré dans NP calculé Différence Différence selon les d’observati d’ouvrage mesurés dans le (m) le modèle + (m) 7.10-9 Pour NP Pour NP axes (m) on modèle 5m (m) m/s -5m +5m – 5m

Bon1 Puits 252.50 252.50 252.50

Axe 1 : T6 Piézomètre 193.54 193.54 193.54 Boudjellil- 258 N4 Piézomètre 166.24 253 166.24 263 166.24 0 0 Gendouz Zig Puits 128.05 128.05 128.05 Man puits 129.48 129.48 129.48

Bon1 Puits 252.50 252.50 252.50

Axe 2 : T6 Piézomètre 193.54 193.48 193.57 0.06 0.03 Allaghane- 175.5 N4 Piézomètre 166.24 170.5 166.18 180.5 166.38 0.06 0.14 Akbou Zig Puits 128.05 128.05 128.05 Man puits 129.48 129.48 129.48

Bon1 Puits 252.50 252.50 252.50

Axe 3 : T6 Piézomètre 193.54 193.54 193.54 Akbou- 155 N4 Piézomètre 166.24 150 166.11 160 166.16 0.13 0.08 Takrietz Zig Puits 128.05 128.05 128.05 Man puits 129.48 134.04 138.80 4.56 8.56

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Recharge 3 : 0 m/s

Recharge3 NP mesuré Ouvrages Type NP initial NP entré NP calculé NP entré dans NP calculé Différence Différence selon les d’observation d’ouvrage mesurés dans le (m) le modèle + (m) 0 Pour NP Pour NP axes (m) modèle 5m (m) +5m m/s -5m - 5m

Bon1 Puits 252.10 252.10 252.10

Axe 1 : T6 Piézomètre 193.83 193.83 193.83 253 263 Boudjellil- 258 Piézomètre 166.12 166.12 166.12 0 N4 0 Gendouz Zig Puits 129.31 129.31 129.31 Man puits 130 130 130

Bon1 Puits 252.10 252.10 252.10

Axe 2 : T6 Piézomètre 193.83 193.78 193.88 0.05 0.05 175.5 170.5 180.5 Allaghane N4 Piézomètre 166.12 166.02 166.37 0.1 0.25 -Akbou Zig Puits 129.31 129.31 129.31 Man puits 130 130 130

Bon1 Puits 252.10 252.10 252.10

Axe 3 : T6 Piézomètre 193.83 193.83 193.83 155 150 160 Akbou- N4 Piézomètre 166.12 166.08 166.10 0.04 0.02 Takrietz Zig Puits 129.31 129.31 129.31 Man puits 130 136.18 142.22 6.18 12.22

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Figure 18 - Zones de recharge dans la moyenne vallée de la Soummam D'après nos tests, on constate que les variations incluses dans les champs de recharge ont une influence sur la piézométrie mesurée. En effet, le niveau piézométrique calculé est plus élevé que celui mesuré pour le puits Bounssisse où l'on observe un écart de 7.5 m. Cela est du à l'effet de l'exploitation de la nappe surtout que le puits est situé dans une zone d'exploitation agricole. Cependant pour les ouvrages T6, N4, Zigouti et Boumansour, la hauteur piézométrique mesurée apparait plus élevée que celle calculée, avec respectivement des différences de 1.8, 4.08, 4.86 et 0.67 m.

Zone NP initial NP calculé NP mesuré Différence Variance calculé (m) (m) (m) (m) Zone1 Bounssisse 252.10 252.32 244.55 7.55 73.80 T6 193.83 192.05 193.86 1.81 Zone2 N4 166.12 166.14 170.22 4.08 Zigouti 129.31 124.44 129.3 4.86 73.80 Boumansour 130 129.33 130 0.67

Tableau 6 - Variance de corrélation par zone de recharge dans la moyenne Soummam

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II.5.2 Diagrammes de corrélation Le nuage des points entre valeurs calculées et valeurs observées montre une variance moyenne de 73.8, donc il existe une dépendance entre ces variables.

Figure 19 - Diagramme de corrélation issu des tests de la recharge dans la moyenne vallée de la Soummam II.6 Calage et piézométrie finals A l'issue de ces tests de sensibilité, et après avoir retenu les différents paramètres améliorés qui confirment mieux le calage de notre modèle, la carte piézométrique calée est représentée dans la figure 18. Nous signalons que la piézométrie de la zone de Tazmalt, située à l'amont, est la plus sensible aux variations des trois paramètres testés. Elle représente, de ce fait, une portion bien sensible que nous devrions surveiller davantage dans nos prochaines simulations en géochimie (cf. Partie III).

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Figure 20 - Carte piézométrique de la moyenne vallée calée en régime permanent, en 2016

Les tests de sensibilité effectués nous ont permis de mieux comprendre le comportement de la nappe. L'objectif était d'identifier les meilleures conditions pour que notre modèle hydrodynamique soit le plus fiable possible. Nous en déduisons: - Tests de sensibilité à la perméabilité : après avoir établi plus de 80 essais ; ils ont montré que les niveaux piézométriques peuvent être sensibles ou pas aux variations des champs de perméabilité. Les ouvrages T6, Boumansour et Zigouti sont les plus sensibles, tandis que Bounssisse M. et N4 se montrent les moins sensibles. La charge hydraulique calculée est plus élevée que celle mesurée avec une différence allant de 0.001 à 8 m. Pour N4 et Bounssisse, quelque soit la valeur de la perméabilité et sous les différentes recharges, la différence de charge hydraulique est la même, cette différence est de 3 m en moyenne par rapport au N4 et 7 m par rapport au Bounssisse. - Tests de sensibilité aux conditions aux limites : la sensibilité de la nappe aux conditions aux limites n'est remarquée qu'après 20 tests. On en dénote que l’ouvrage le plus affecté par l’augmentation de son niveau piézométrique est celui de Boumansour,

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situé à Ouzellaghane, proche des bordures et à proximité de l’axe 3 (Akbou-Takrietz). En revanche, au niveau des axes 1 (Boudjellil-Guendouze) et 2 (Allaghane-Akbou), une légère diminution de 0.8 m (inférieure à 1 m) du niveau piézométrique est observé au N4, ce qui est considéré insignifiant. - Tests de sensibilité à la recharge : l’introduction de deux zones de recharge dans notre modèle n’apporte, en gros, aucune influence significative sur le comportement de la nappe. Hormis, une légère variation du niveau piézométrique observée au niveau des ouvrages témoins. On dénote une charge hydraulique calculée assez élevée (7.55 m) par rapport à celle mesurée pour le puits Bounssisse. Concernant T6, N4, Zigouti et Boumansour, leur charge hydraulique mesurée est plus élevée que celle calculée avec des écarts allant de 0.67 m à 4.86 m.

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III.1 Introduction La contamination de l’eau souterraine peut se produire en conséquence directe d’accidents divers tels que les accidents de manipulation ou de transport. Ils provoquent des arrivées de polluants et contaminants qui peuvent être subites et courtes, ou le résultat d’une lente et insidieuse infiltration. Il existe plusieurs types de polluants qui peuvent être répandus, montrant par la suite des comportements différents du point de vue des processus de transport en milieux poreux et produisent ainsi un nuage de pollution dans la nappe (Dassargues ,1995). Le comportement de ces polluants dans les milieux souterrains est très complexe et les modèles numériques sont de plus en plus utilisés pour mieux comprendre le déplacement des substances, prédire l’évolution de la pollution et tester des scénarios de réhabilitation des sols et des aquifères (Olivier, 2011). Le transport d’un polluant est indissociable de l’écoulement du fluide qui le véhicule, le devenir d’une pollution est donc sous la dépendance des lois et des paramètres descriptifs de l’écoulement de la phase fluide. Ces lois, variables et paramètres, en particulier la loi de Darcy et la perméabilité, revêtent des formes différentes, selon le nombre de phases et la zone étudiée.Plusieurs mécanismes régissent la propagation de polluants au sein de la nappe (Lemière et al. 2001) ; - La convection ; qui est l’entrainement de l’élément à la vitesse moyenne de l’eau. - La dispersion ; qui provoque l’étalement du nuage de pollution sous l’effet de l’hétérogénéité du milieu. - Les échanges avec la phase solide et la phase eau immobile ; ces échanges induisent un retard à l’avancement du polluant et atténuent ses teneurs. - La dégradation et la biodégradation pour certains éléments et pour les radionucléides, la décroissance radioactive. L’aspect qualitatif des eaux de la nappe des alluvions de la moyenne Soummam ne cesse de subir des dégradations surtout que la zone est d'un intérêt économique crucial pour la population. La vallée est caractérisée par ses multiples vocations, agricole et industrielle, ce qui influe directement sur le régime d’exploitation de la nappe et par la suite sur la qualité de ces eaux. Son réseau hydrographique, constitué des oueds Sahel et Boussellam, subit une pollution continuelle causée par les rejets issus des activités industrielles et des réseaux d’assainissement défaillants. De ce fait, la réalisation de stations d'épuration est d'intérêt

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multiple, non seulement pour la protection de la ressource en eau (oueds, nappes,barrages,..) mais aussi la possibilité de réutiliser ces eaux usées épurées pour satisfaire les divers usages tels que l'irrigation ou l’industrie (Lamari, 2015).Quant à l'agriculture, la pollution induite est diffuse et découle de l'utilisation de divers amendements chimiques par les agriculteurs de la région. Les analyses effectuées sur les eaux souterraines de la vallée entre 2011 et 2013 montrent des teneurs alarmantes surtout pour les chlorures et les nitrates. Ces deux éléments feront l'objet d'une modélisation de leur comportement dans l'aquifère mio-plio-quaternaire. Cinq ouvrages parmi huit ont des concentrations en chlorures qui dépassent largement la norme de potabilité des eaux, fixée à 250 mg/l. L'on dénote une moyenne de 949.3 mg/l mesurée en mars 2011, ce qui représente une vulnérabilité de ces eaux et un risque pour l’alimentation en eau potable et même pour les cultures. Néanmoins, on observe une diminution en septembre 2011 jusqu’à atteindre une moyenne admissible de 193.6 mg/l. Ces fortes teneurs ont pour origine la nature des terrains traversés qui sont généralement des formations de calcaire, formations gypseuses et évaporitique, l'utilisation non-contrôlée des pesticides et des engrais chimiques dans les sols et la présence d'une grande zone industrielle, celle de Taharacht près d'Akbou, en y ajoutant l’apport des eaux d’assainissement urbains. Il en est de même pour les nitrates où une moyenne de 112.3 mg/l est mesurée en février 2013 au niveau de 9 ouvrages. Ces concentrations baissent à 90.7 mg/l en mars 2013 et remontent de nouveau à 143 mg/l en avril 2013. Elles dépassent largement la norme européenne fixée à 25 mg/l, ce qui confirme la dégradation de la qualité des eaux souterraines de la moyenne Soummam. Sur la base de ces concentrations et du modèle hydrodynamique,nous allons modéliser le comportement de ces deux éléments chimiques au sein de la nappe afin de suivre leur variation spatio-temporelle. Cette partie consiste à achever un calage des chlorures et nitrates en régime permanent, suivie de leur simulation dans le temps en régime transitoire. La simulation est effectuée sur trois scénarios, à partir de 2011 jusqu’au 2031, soit une durée de 20 ans. Le choix de ces éléments, bien qu'ils soient des éléments très solubles, est justifié par la différence de leur comportement dans la zone saturée, en l’occurrence, les chlorures sont des éléments conservatifs qui ne subissent pas une grande dégradation alors que les nitrates sont facilement dégradables est migrent aisément dans la zone saturée,

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Le modèle de transport de soluté MTD, qui est un module intégré dans le logiciel PMWIN (Modflow) réalisé par Zheng, a été sélectionné. Il a pour objectif de simuler l’aspect géochimique de la nappe par le suivi du transport des polluants, d’estimer le temps de migration du panache (Wels et al, 2012).

III.2 Présentation du code MT3D Le code MT3D est un modèle numérique à trois dimensions pour la simulation du transport de soluté. Il a une conception modulaire qui permet une simulation des processus de transport indépendamment ou conjointement. Ce logiciel est capable de modéliser l’advection en domaines complexes d’écoulement à l’état stationnaire et transitoire de la nappe et la dispersion anisotrope. Le MT3D est mis en œuvre avec une formulation à double domaine en option pour la modélisation du transport de masse en milieux hétérogènes poreux ou milieux fracturés avec un domaine mobile, soit une migration de solutés avec l’écoulement des eaux souterraines et un domaine immobile, soit l'absence d’écoulement des eaux souterraines donc stagnation des solutés et déplacement du panache régituniquement par les phénomènes de diffusion (Wels et al, 2012). Les différents paramètres qui le caractérisentsont représentés dans le tableau 7.

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Tableau 7 - Principaux paramètres d'entrée et de sortie du MT3D

Etape Aperçu

Initial concentration Concentrations initiales mesurées, c’est un paramètre d’entrée qui joue un rôle très important dans la modélisation géochimique.

Ce menu est utilisé pour spécifier la concentration associée à un point ou spatialement distribué des sources ;

Flag : Une valeur non nulle indique que la cellule est spécifiée Sink/Source comme une cellule de concentration constante. Dans une Concentration simulation de période de stress multiples, une cellule de constante concentration, une fois définie, restera une cellule de concentration constante pour la durée de la simulation, mais sa valeur peut être spécifiée en fonction des périodes de stress.

Concentration Spécifier les emplacements des forages d'observation associés à observations des valeurs observées dans des forages.

Utilisez Output control (MT3D / MT3DMS) pour définir les options de sortie du MT3D. Les options de cette boîte de

dialogue sont regroupées sous trois étiquettes :

MT3D : génère toujours une sortie de fichier de liste. Output control MT3 : qui documente les détails de chaque étape de simulation. Times : La valeur de la fréquence de la production, NPRS, indique si la production est produite au terme de temps de simulation de transport de soluté.

III.3 Modélisation et simulation des concentrations en chlorures et nitrates dans la Moyenne Soummam - - Nous allons tenterde suivre l’évolution des concentrations de Cl et NO3 au sein de la nappe des alluvions. Les objectifs sont multiples, suivre l'évolution des teneurs dans le temps et en fonction des taux de pompage appliqués à la nappe et estimer la période, durant laquelle, ces concentrations baisseront à un niveau admissible de potabilité. La simulation est entreprise en deux régimes: permanent et transitoire. Pour se faire, 25 ouvrages témoins, essentiellement issus de l'étude de Kessasra en 2015, ont été définis. Ces ouvragessont complétés par d'autres puits analysés et issus d'autres travaux scientifiques, ADE, 2012 et Lamari, 2014. Les résultats sont consignés dans le tableau 8.

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Nom de Auteur et Type Teneurs en Teneurs en l’ouvrage date de d’ouvrage chlorures nitrates prélèvement mg/l mg/l Aftis Forage 229.9 52.18 Oulebsir Forage / 243.82 Iskounen Puits 294.7 116.64 Nomade Forage 26.3 12.71 Makhmoukh.S Kessasra, Forage 129.7 167.09 Makhmoukh.H 2011 Forage / 142.95 Laazib et 2013 Forage 349 / Chillalou Forage 285.1 0.708 Boussaid Forage / 253.48 B5 Forage 877 8.2 T7 Forage 1137 15.59 UT11 forage 4615 9.38 Azaghar Forage 397 9.26 Bouzerouel3 ADE, 2012 forage 169 11.3 Bouzerouel4 Forage 159 11.21 Taharacht forage 417 17.9 HS09 Forage 165.9 22.3 HS10 Puits 74.8 19.1 HS13 Forage 132.3 16 HS14 Lamari, Forage 77.2 13.8 HS15 2014 Forage 22 9.9 HS16 Forage 27.3 10.6 HS17 Forage 43.8 16.8 HS18 puits 108.3 18.7 HS26 puits 457.1 25.4

- Tableau 8- Ouvrages témoins retenus pour la simulation de Cl- et NO3 dans la nappe de la Moyenne vallée de la Soummam III.3.1 Simulation des chlorures III.3.1.1 Régime permanent Le régime permanent est une condition qui caractérise un aquifère avant qu'une variation ne lui soit introduite (Bandani et al.2011). Pour simuler les chlorures, 22 ouvrages témoins ont été identifiés, réparties le long de la vallée d’amont en aval (figure21). Leurs concentrations sont comprises entre 22 mg/l mesurée au forage HS15 et 4615 mg/l au forage UT11.

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Figure21-Stations des prélèvement des eaux souterraines dans la moyenne vallée de la Soummam ; 1- HS18, 2- Oulebsir, 3- HS17, 4- HS15, 5- HS13, 6-HS16, 7- HS14, 8- Aftis, 9- HS10, 10- HS09 , 11- Azaghar, 12- HS26, 13- Iskounen, 14- bouzerouel4, 15- bouzerouel3, 19- nomade, 17- Taharacht, 18- Laazib, 19- T7, 20- Makhmoukh H., 21- UT11, 22- Makhmoukh S., 23- Chillalou, 24- B5, 25- Boussaid

III.3.1.1.1 Paramétrisation du modèle géochimique a. Concentrations initiales Les concentrations initiales des chlorures sont considérées comme un paramètre d’entrée primordial pour notre modèle géochimique. L’injection de ces teneurs mesuréesdans le MT3D consiste a réaliséune spatialisation des chlorures couvrant la nappe. La configuration du zonage dépend du nombre de points de mesures et la valeur Cl- de chacun. En effet, chaque zone comporte une valeur moyenne de plusieurs ouvrages témoins mais à condition que les valeurs mesurées regroupées dans la même zone soient assez proches. Cependant, si les valeurs mesurées sont assez disparates, leur configuration est modifiée de manière à ce qu'ils soient regroupés dans des zones différentes. La figure 22 représente les différentes zones retenues. Au total, 9 zones avec des teneurs variant de 31.03 mg/l à 4615 mg/l.

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Figure 22- zones de concentration initiales en Cl dans le modèle de la moyenne Soummam

b. River Le paramètre River dans le code MT3D désigne le processus d’échanges oued-nappe qui influence la composition chimique des eaux de la nappe.Les données disponibles pour les eaux superficielles nous ont permis de dégager quatre zones. Ces zones comportent des valeurs moyennes mesurées au niveau de 4 stations superficielles : Aftis (Sahel), Boussellam, Biziou (Soummam), Takrietz (Soummam) (figure 23). On constate une augmentation des concentrations d’amont en aval avec respectivement des moyennes de 167.7 mg/l et 712 mg/l. Ces teneurs ressortent essentiellement du lessivage des terrains évaporitique et salins traversés par le réseau hydrographique du bassin versant étudié, l'apport des rejets en eaux usées domestiques, et industrielles et les eauxagricoles retournées dans la nappe appelées return- flow. Il est admis que la fiabilité d'un modèle dépend largement de la disponibilité d’un certain nombre de paramètres, qu'ils soient hydrodynamiques ou géochimiques. Néanmoins,le manque de données ainsi que les contraintes naturelles (terrain) et techniques (logiciels)

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empêchent leur détermination. Tel était le cas pour la recharge qui représente la teneur en chlorures des eaux de pluie, elle a été considérée comme étant nulle dans notre modèle.

Figure 23- zones des concentrations en chlorures dans les eaux superficielles

III.1.1.2. Calage et validation du modèle La phase du calage a été aboutie à l'aide d'une série d'ajustements, nécessaire pour pouvoir valider le modèle dans les conditions stationnaires et avant toute exploitation dans des conditions différentes.Ces ajustements ont été appliqués sur les concentrations initiales des chlorures et la configuration des zones de concentration. Elle a permis de réduire significativement les écarts entre les concentrations observées et celles simulées (Kessasra, 2016). Le modèle géochimique en régime permanent représente une bonne similitude entre les teneurs observées et les teneurs calculées, à l'exception du forage Makhmoukh.S qui observe une baisse en passant de 581.05 mg/l à 478.7 mg/l (tableau9).

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Ouvrages X Y Teneur observée Teneur calculée témoins mg/l mg/l

Aftis 631001.8 4029123 156.86 156.86 Iskounen 634813.4 4032916.3 799.8 799.79 Nomade 637223.1 4033619.9 118.1 118.1 Lazib 640881.1 640881.1 478.7 478.69 Makhmoukh.S 643174.8 4042371.9 581.05 478.7 Chillalou 646349.5 4045310.4 581.05 581.05 B5 649232.4 4049466 581.05 581.05 T7 642482.3 4040918 777 776.99 UT11 643999.3 4041276 4615 4615 Azaghar 634219.2 4032113 799.8 799.79 Bouzerouel 3 636304.9 4033201 118.1 118.1 Bouzerouel 4 636056.5 4033913 118.1 118.1 Taharacht 640000.3 4036013 777 777.00 HS09 632984.9 4031608 156.86 156.86 HS10 631174.6 4029799 156.86 156.86 HS13 625574.1 4025618 105.93 105.93 HS14 627025.8 4026549 105.93 105.93 HS15 625686.5 4029288 31.03 31.03 HS16 627092.1 4027805 31.03 31.03 HS17 629245.4 4028076 31.03 31.03 HS18 624526 4025433 105.33 105.93 HS26 636118.4 4032150 799.8 799.79

Tableau 9 - Teneurs calculées et mesurées en Cl- issues du calage en régime permanent.

Il en ressort que 13 ouvrages parmi 22 ont des concentrations conformes aux normes de potabilité (250 mg/l), cependant, les autres ouvrages ont des concentrations qui la dépassent largement. On dénote que de faibles concentrations oscillant entre 26.3 mg/l et 294.7 mg/l ont été observées tout à fait à l’amont sur l’oued Sahel, au niveau de Cheurfa et Tazmalt. En revanche, plus on se dirige vers le Nord (Biziou, Ouzellaghane et Takrietz) et sur l’oued Boussellam, plus les concentrations en Cl- augmentent exponentiellement. Le diagramme de dispersion présente un nuage de points étiré le long d’une droite, il s'agit d'une linéarité positive carles concentrations calculées tendent à augmenter en même temps que les concentrations observées (Popier, 2010).De ce fait, le calage est régit par une

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bonne corrélation entre les valeurs calculées et celles observées avec une variance nulle (figure 24) qui permet, dès lors, sa validation.

Figure24-Diagramme de dispersion de simulation des chlorures en régime permanent

III.1.2 Régime transitoire Le régime transitoire désigne un régime d’écoulement lorsqu’au moins l’un de ses paramètres est fonction du temps (Chapuis, 2007). La modélisation en régime transitoire est un outil de prédiction qui se montre efficace quant au suivi des panaches de pollution qui affectent les nappes d’eau mais peut servir à évaluer l’impact des pratiques exercées sur la composition chimique des eaux souterraines. Les issues en transitoire apporteront des réponses sur le degré de vulnérabilité de la nappe face aux pollutions en chlorures (Seraoui et Chetibi, 2015). La modélisation en régime transitoire simule des problèmes dépendant du temps, tels que l'impact des contraintes au cours du temps. Une simulation transitoire doit commencer par les conditions initiales représentatives et se termine à un temps écoulé de modèle spécifié, qui dépend de l'ampleur du problème des objectifs et du temps de modélisation. Le temps est divisé en pas de temps, et la charge hydraulique est calculée à la fin de chaque intervalle de temps. Les modèles transitoires sont intrinsèquement plus compliqués que les modèles en conditions stables (Elango, 2005).

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III.1.2.1 Plan d’exploitation par scénarios Selon la direction de l’hydraulique de la wilaya de Bouira, la vallée de la moyenne Soummam, compte 68 points d’eau destinés à l’AEP, l’irrigation et l'AEI. Ilsse répartissent en 32 forages, 11 puits et 25 sources. Ce nombre est insignifiant par rapport à la basse Soummam (DHW de Bejaia, 2010) qui en dispose officiellement de 193, dont 145 foragesdestinés à l’AEP, 21 forages à l’AEI et 27 forages à l’irrigation(Lamari, 2015). Mais il est claire que ces chiffres ne reflètent aucunement la réalité du terrain car la multiplication de centaines de puits et forages illicites et non déclarés par leurs propriétaires et par conséquent non répertoriés par les autorités de l'eau, peuvent conduire à une sous-estimation detoute projection future. D'autant plus que le barrage de Tichy Haf, implanté sur l'oued Boussellam, amortit l’évolution des pompages dans la moyenne Soummam, comme le montre le tableau 9.On dénote, que face à la croissance de la demande en eau, le taux de pompage et d’exploitation de la nappe augmente d’une année à une autre ainsi que d’un secteur à un autre (PNE, 2010, Kessasra, 2015). On y observe une hausse de l’ordre de 14.55 Mm3/an entre 2010 et 2015. Le plan de gestion de la ressource en eau de la zone d’étude consiste à augmenter progressivement le débit d’exploitation jusqu'à atteindre 39.69 Mm3/an à l’horizon 2030. Par secteur, la figure 25 montre que le taux de pompage en AEP est en libre d’augmentation, jusqu'à atteindre 22.22 Mm3/an en 2030. Pour l’irrigation, on dénote une augmentation assez importante entre 2010 et 2015 de13 Mm3/an, ensuite le taux a tendance à se stabiliser à partir de 2015. Enfin, la demande en AEI montre une hausse continue de 2010 à 2030 mais elle reste insignifiante par rapport aux deux autres secteurs car elle est de l’ordre de 1 Mm3/an. Par ailleurs, s'il l'on compare ces estimations à celles établies dans la basse Soummam, elles sont beaucoup moinsimportantes. Entre Sidi Aich et Bejaia, le pompage avoisine 47.65 Mm3/an en 2010, 54.04 Mm3/an en 2015, 45.8 Mm3/an en 2020 et 49.19 Mm3/an en 2030 (in Seraoui et Chetibi, 2015), ce qui nous renseigne sur une forte exploitation dans la basse plaine. Cette comparaison fait apparaitre également l'apport considérable du barrage de Tichy Haf, qui alimente en priorité, et dans une première tranche, les villes de Tazmalt, Akbou, Ouzellaguen et Sidi Aich. A partir de ces données et constats, le suivi de l’évolution des chlorures en régime transitoire a été élaboré sur la base de trois scénarios d’exploitation :

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- Scénario 1(2010-2016): ilsert à décrire la réaction de la nappe face une perturbation sur 6 ans, afin de circonscrire la robustesse du modèle ; - Scénario 2(2016-2021) :il consiste à suivre l’évolution des teneurs en Cl à l’horizon 2021 ; -Scénario 3(2021-2031) : il consiste à prévoirle devenir de Cl dans la nappe après une période de 20 ans d'exploitation. Horizon Débit pompé (Mm3/an) Total (Mm3/an) AEP : 6.36 2010 Irrigation : 1.44 10.16 AEI: 2.36 AEP : 7.11 2015 Irrigation: 14.91 24.71 AEI : 2.69 AEP: 14.66 2020 Irrigation : 14.43 32.15 AEI : 3.06 AEP : 22.22 2030 Irrigation : 13.48 39.69 AEI : 3.99

Tableau 10-Taux de pompages et scénarios d'exploitation en transitoire

25 20

15 AEP AEI 10 Irrigation 5

0 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035

Figure 25- Evolution du taux de pompage par secteur dans la moyenne Soummam

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III.1.2.2 Résultats et discussion Les résultats sont consignés dans le tableau 11. Aucune variation n’est observée dans le scénario 1, à l'échelle de tous les ouvrages testés. Seul le forage B5 réagit avec une baisse de 120.45 mg/l en 2015. Tandis qu’en 2021 et 2031, un autre forage, celui de la Sarl Nomade, réagit avec une baisse de l'ordre de 33.09 mg/l, il diminue, en effet, de 118.1 mg/l à 85.01 mg/l. Ces résultats montrent l'existence d'une sorte de stabilité numérique du modèle hydrogéochimique surtout que les chlorures sont considérés comme un élément conservatif, maiscela ne s’avère pas judicieux du moment où un certain nombre de variation en entrée, introduites initialement dans le modèle, ne peut générer que plus de variation en sortie, ce qui n’était pas le cas. Pour confirmer ou infirmer cette hypothèse, nous avons convenu de situer, d'une part, le problème au niveau du taux de pompage en augmentant le degré de sollicitationde la nappe. Il évoluera en deux paliers, de 39.6 Mm3/an à 50 Mm3/an et enfin à 100 Mm3/an. D’autre part, nous avons modifié la spatialisation des concentrations initiales en intégrant dans le même polygone les puits dont les teneurs se rapprochent et cela dans une gamme bien définie. A l’issue de ces tentatives, aucune variation significative n’est relevée. Une deuxième série de tests de simulation a été entreprise, elle comporte deux paramètres essentiels qui peuvent avoir une influence sur le modèle des Chlorures. Ce sont le taux de pompage et le temps de simulation. En effet, le temps de simulation est défini en deux approches ; temps continu et temps discret. En temps continu, à chaque réel t compris entre les dates de début et la fin de la simulation correspond un état du modèle. En temps discret par contre, on calcule les états du modèle à certains moments séparés par un pas de temps éventuellement variable. Dans notre cas, nous retenons pour nos simulations le type de temps continu. Tout d’abord, au taux de pompage est associée qu'une timide variation, observée au forage Nomade avec une baisse de 33.09 mg/l. Ensuite au temps de simulation, qui a été allongé en deux horizons, 2040 et 2050, aucune variation n'a été apportéesur la totalité des ouvrages témoins. On déduira, dès lors, que l’effet de pompage est prépondérant que celui engendré par le temps de simulation.

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La dernière série de tests consiste à simuler les concentrations des chlorures en variant simultanément le taux de pompage à 100 Mm3/an et le temps de simulation jusqu'à 2050. Il en demeure que seul le forage Nomade réagit avec une baisse constante de 33.09 mg/l, par rapport à la teneur observée en mars 2011, mais par contre, il ne varie nullement par rapport au précédent test (Série de test N°02). La figure 26 montre l’évolution des concentrations des chlorures en fonction de taux de pompage et de temps de simulation.

Aftis Iskounen 5000 Nomade 4500 Makhmoukh,S Chillalou

4000 B5 T7

3500 ( ( mg/l)

UT11 s 3000 Azaghar Bouzerouel,3 2500 Bouzerouel,4 Taharacht

Concentration 2000 HS13

1500 HS14 Laazib 1000 HS09 HS10 500 HS15

0 HS16 2012 2015 2016 2021 2031 HS17 HS18 Années HS26 Figure26- Evolution des concentrations des chlorures en fonction du temps et du taux de pompages

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Série de tests N°1 Série de tests N°2 Série de tests N°3 Ouvrages Concentratio Pompage et témoins ns observées Scénario 1 Scénario 2 Scénario3 Temps de simulation Taux de pompage temps de Cl (mg/l) simulation Teneur Teneur Teneur Teneur Teneur 50 100 100Mm3/a calculée calculée calculé calculée calculée 2040 2050 Mm3/an Mm3 /an n 2050 2012 2015 2016 2021 2031 Aftis 156.86 156.86 156.85 156.85 156.85 156.85 156.85 156.85 156.85 156.85 156.85 Iskounen 799.8 799.99 799.79 799.79 799.799 799.798 799.79 / / / / Nomade 118.1 118.1 118.1 118.09 85.010 85.010 118.09 118.09 85.01 85.01 85.01 Makhmoukh.S 478.7 478.69 478.69 478.69 478.69 478.69 478.69 478.69 478.69 478.69 478.69 Chillalou 581.05 581.05 580.99 581.04 581.04 581.04 581.04 581.04 581.04 581.04 581.04 B5 581.05 581.05 460.60 581.04 581.04 581.04 581.04 581.04 581.04 581.04 581.04 T7 777 776.99 776.99 776.99 776.99 776.99 776.99 776.99 776.99 776.99 776.99 UT11 4615 4615 4614.99 4614.99 4614.99 4614.99 4614.98 4614.98 4614.99 4614.99 4614.98 Azaghar 799.8 799.79 799.79 799.79 799.79 799.79 799.97 / 799.79 799.79 799.79 Bouzerouel.3 118.1 118.1 118.09 118.1 118.09 118.09 118.09 118.09 118.09 118.09 118.09 Bouzerouel.4 118.1 118.1 118.1 118.1 118.09 118.09 118.09 118.09 118.09 118.09 118.09 Taharacht 777 777 776.99 776.99 776.99 776.99 776.99 776.99 776.99 776.99 776.99 HS13 105.93 105.93 105.93 105.93 105.92 105.92 105.92 105.92 105.92 105.92 105.99 HS14 105.93 105.93 105.93 105.93 105.92 105.92 105.92 105.92 105.92 105.92 105.92 Laazib 478.7 478.69 478.66 478.65 478.60 478.50 478.42 478.331 478.69 478.69 478.69 HS09 156.86 156.85 156.85 156.85 156.84 156.82 156.85 156.80 156.80 156.80 156.74 HS10 156.86 156.86 156.86 156.85 156.85 156.85 156.85 156.85 156.80 156.80 156.85 HS15 31.03 31.03 31.02 31.02 31.02 31.02 31.02 31.02 31.02 31.02 31.02 HS16 31.03 31.03 31.02 31.02 31.02 31.02 31.02 31.02 31.02 31.02 31.02 HS17 31.03 31.03 31.02 31.02 31.02 31.02 31.02 31.02 31.02 31.02 31.02 HS18 105.33 105.93 105.93 105.93 105.92 105.92 105.92 105.92 105.92 105.92 105.92 HS26 799.8 799.79 799.79 799.79 799.79 799 799.79 799.79 799.79 799.79 799.79 Tableau 11- Scénarios et tests de simulation des chlorures en régime transitoire 59

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Les diagrammes de dispersion des concentrations simulées en chlorures montrent une bonne corrélation entre les valeurs calculées et observées pour tous les scénarios d’exploitation (Figure 27).

2012 2015

2016 2021

2031 Figure 27- Diagrammes de dispersion des chlorures en régime transitoire

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III.3.2 Simulation des nitrates III.3.2.1 Régime permanent Les teneurs en nitrates ont été récupérés de 25 ouvrages témoins, situés le long de la moyenne vallée, entre Tazmalt et Takrietz (figure 28). Leur simulation en régime permanent consiste à vérifier les concentrations calculées par le modèle et les comparer à celles mesurées, en les ajustant dansles conditions stationnaires de la nappe. III.3.2.1.1 Paramétrisation du modèle géochimique a. Concentrations initiales Les concentrations initiales des eaux souterrainesen nitrates ont été introduites dans le MT3D sous forme de zones. Au total, 8 zones ont été identifiées. De la même manière que les chlorures, les ouvrages les plus proches et qui présentent des teneurs dans des gammes assez proches sont regroupées dans une même zone, à laquelle est attribuée une moyenne arithmétique. La figure 25 est représentative des 8 zones établies dans la moyenne Soummam, - elle montre une hétérogénéité assez remarquable en NO3 , due à la variabilité de ses sources. Les eaux souterraines de la nappe représentent un minimum de teneur de 0.708 mg/l, mesuré au forage Chillalou et un maximum de 253.48 mg/l au forage Boussaid, près de Takrietz. Les usages agricoles et les eaux usées sont derrière ces fortes concentrations.

Figure 28-Zonesdes concentrations initialesen nitrates dans la nappe introduites dans le modèle de la Moyenne Soummam

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b. River Les teneurs en nitrates dans les eaux superficielles ont été spatialisées en 4 zones. Ces dernières dépendent du nombre desstations de mesure superficielles disponibles (figure 29) On observe que les eaux de surface sont moins concentrées que les eaux souterraines avec des teneursmoyennes oscillant entre 5.4 et 24 mg/l.

Figure 29 - Zones de concentrationinitiale en nitrates dans les eaux superficielles introduites dans le modèle de la moyenne Soummam

III.3.2.1.2 Calage et validation du modèle Un calage a été établi en régime permanent. Les résultats sont consignés dans le tableau 12. Le diagramme de dispersion, inséré dans la figure 30, montre une bonne corrélation pour les différents ouvrages. Il est à signaler que ces diagrammes sont établis à partir des concentrations initiales propres à chaque ouvrage témoin.

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Ouvrages X Y Teneurs Teneurs témoins observées(mg/l) calculées (mg/l) Aftis 631104.8 4029123 29 .36 29.36 Oulebsir 624243.1 4025990 52.13 52.13 Iskounen 634813.4 4032916 43.33 43.33 Nomade 637223.2 4033620 11.74 11.74 Laazib 640881.1 4040226 15.91 15.91 Makhmoukh.S 643174.9 4042372 155.02 155.02 Makhmoukh.H 643173.1 4042483 155.02 155.02 Chillalou 646349.6 4045311 4.45 4.45 Boussaid 648773.6 4050124 253.48 253.48 B5 649232.4 4049466 4.45 4.44 T7 642482.3 40401918 15.91 15.91 UT11 643999.3 4041276 15.91 15.19 HS10 631174.6 4029799 29.36 29.36 Azaghar 634219.2 4032113 43.33 43.33 Bouzerouel.3 636304.9 4033201 11.74 11.74 Bouzerouel.4 636056.5 4033913 11.74 11.74 Taharacht 640187.5 4035908 15.91 15.91 HS13 625574.1 4025618 52.13 52.13 HS14 627025.8 4025549 52.13 52.13 HS15 625686.5 4029288 52.13 52.13 HS16 627092.1 4027805 52.13 52.13 HS17 629245.4 4028076 29.36 29.36 HS18 624526 4025433 52.13 52.13 HS09 632984.9 4031608 43.33 43.33 HS26 636118.4 4032150 43.33 43.33 Tableau 12- Résultats du calage des nitrates en régime permanent

Figure 30- Diagramme de dispersion pour les teneurs en nitrates en régime permanent

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III.3.2.2 Régime transitoire L'outil géochimique calé, dont les capacités à représenter les concentrations initiales en nitrates de la nappe ont été jugées satisfaisantes, est désormais utilisé pour simuler l'état futur de la qualité des eaux souterraines en fonction de trois scénarios tendanciels. Ces scénarios sont menés jusqu'en 2031. En effet, vingt cinq ouvrages témoins ont été suivis sur 3 scénarios dont les caractéristiques sont développéesprécédemment. La simulation des nitrates en régime transitoire consiste en un suivi des concentrations calculées sur différents horizons avec plusieurs variables (Temps, taux de pompage).L’exploitation des chroniques des concentrations simulées par scénarios montre une sorte d'inertie numérique dans les prévisions des nitrates dans lamajorité des ouvrages, exceptés deux ouvrages, le puits Boussaid et le forage Nomade (tableau12). En effet : - Scénario 1 (2010-2016) : une seule variation est observée au niveau du puits Boussaid en 2016 avec une baisse assez remarquable de l'ordre de 130.25 mg/l. Les nitrates dans ce puits, très fortement concentré, diminuent de 253.48 à 123.23 mg/l en 2016. -Scénario 2(2016-2021) : deux ouvrages réagissent dans ces nouvelles conditions de pompage. Il s'agit du puits Boussaid qui marque une chutevertigineuseet baissede253.47 mg/l à 9.18 mg/l et le forage Nomade avec une timide baisse de 3 mg/l. Les nitrates au Nomade baissent de 11.74 à 8.45 mg/l. - Scénario 3 (2021-2031) : aucun forage ne réagit, même le forage Nomade qui demeure à sa concentration calculée en 2021, soit 8.45 mg/l. En revanche, le puits Boussaid amorce une hausse jusqu'à retourner à sa concentration initiale,qui est de 253.47 mg/l.Chaque scénario établi fournit un diagramme de dispersion, comme le montre la figure 31.

2012 2015

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2021

20 20

2016 2021

2031

Figue 31 - Digrammes de dispersion des différents scénarios testés pour les nitrates La figure 32 montre l’évolution des concentrations des nitrates en fonction de temps de simulation et du taux de pompage.

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300 Aftis Oulebsir Iskounen 250 Nomade Laazib Makhmoukh,S

Makhmoukh,H 200 Chillalou Boussaid B5 T7 150 UT11 HS10 Azaghar Bouzerouel,3 100

Concentrations (mg/l (mg/l ) Concentrations Bouzerouel,4 Taharacht HS13 HS14 50 HS15 HS16 HS17 HS18 0 HS26 2012 2015 2016 2021 2031 HS09 Années

Figure 32- Evolution des concentrations des nitrates en fonction du temps et du taux de pompages

Après avoir établi les deux autres séries de tests (tableau 13), nous vérifions respectivement leurs issues. Il en ressort qu'une timide évolution constatée au niveau de trois ouvrages parmi les 25. D’abord, au taux de pompage qui a été augmenté à 50 Mm3/an et ensuite à 100 Mm3/ an, une baisse de 3 mg/l lui est associée, elle est observée au forage Nomade. A ce taux également, une baisse plus conséquente d'environ 10 mg/l est associée au forage UT11. Lorsque le taux de pompage progresse à 100 Mm3/an, deux variations sont circonscrites. D'abord, la concentration en nitrates s’annule au niveau des deux forages : Nomade et Azaghar, accompagnée d'une baisse de 10 mg/l amorcée au forage UT11.

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Série de tests N° 1 Série de tests N° 2 Série de tests N° 3 Ouvrages Concentrat Scénario 1 (2010-2016) Scénario 2 Scénario3 Taux de pompage Temps de simulation Pompage et témoins ions temps de observées simulation NO3 (mg/l) Teneur Calculée Calculée Calculée Calculée 50 100 2040 2050 100 Mm3/an Calculée2012 2015 2016 2021 2031 Mm3 /an Mm3/an 2050 Aftis 29 .36 29.36 29.35 29.35 29.35 29.35 29.35 29.35 29.35 29.35 29.35 Oulebsir 52.13 52.13 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 Iskounen 43.33 43.33 43.32 43.32 43.32 43.32 / / 43.32 43.32 / Nomade 11.74 11.74 11.74 11.73 8.45 8.45 8.45 0 8.45 8.45 0 Laazib 15.91 15.90 15.90 15.90 15.90 15.90 15.90 15.90 15.90 15.89 15.90 Makhmoukh.S 155.02 155.02 155.01 155.01 155.01 155.01 155.01 155.01 155.01 155.01 155.01 Makhmoukh.H 155.02 155.02 155.01 155.01 155.01 155.01 155.01 / 155.01 155.01 / Chillalou 4.45 4 .45 4.44 4.44 4.44 4.44 4.44 4.44 4.44 4.44 4.44 Boussaid 253.48 253.48 253.47 123.23 9.18 253.47 253.47 253.47 253.47 253.47 253.47 B5 4.45 4.45 4.44 4.44 4.44 4.44 4.44 4.44 4.44 4.44 4.44 T7 15.91 15.91 15.90 15.90 15.90 15.90 15.90 15.90 15.90 15.90 15.90 UT11 15.91 15.91 15.90 15.90 15.90 15.90 5.38 5.38 15.90 15.90 5.38 HS10 29.36 29.36 29.35 29.35 29.35 29.35 29.35 29.35 29.35 29.35 29.35 Azaghar 43.33 43.33 43.32 43.32 43.32 43.32 43.32 0 43.32 43.32 0 Bouzerouel 3 11.74 11.74 11.73 11.74 11.73 11.73 11.73 11.73 11.73 11.73 11.73 Bouzerouel 4 11.74 11.74 11.74 11.74 11.74 11.73 11.73 11.73 11.73 11.73 11.73 Taharacht 15.91 15.91 15.91 15.91 15.90 15.90 15.90 / 15.90 15.90 15.90 HS13 52.13 52.13 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 / 52.12 52.12 / HS14 52.13 52.13 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 HS15 52.13 52.13 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 HS16 52.13 52.13 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 HS17 29.36 29.36 29.35 29.35 29.35 29.35 29.35 29.35 29.35 29.35 29.35 HS18 52.13 52.13 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 52.12 HS26 43.33 43.33 43.32 43.32 43.32 43.32 43.32 43.32 43.32 43.32 43.32 HS09 43.33 43.32 43.32 43.32 43.32 43.32 43.32 43.32 43.31 43.31 43.31 Tableau 13-Différents scénarios et tests de simulation des nitrates en régime transitoire 67

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Vient ensuite le temps de simulation qui a été allongé en deux paliers, en 2040 et 2050, tout en maintenant un taux de pompage invariable, de 39.6 Mm3/an. Seul, le forage Nomade réagit à la perturbation avec une baisse dans sa concentration simulée, évaluée à 3 mg/l. On peut déduire, dans le cas de la plaine de la moyenne Soummam, que l’effet de pompage sur les concentrations des nitrates simulées est encore prépondérant que le paramètre temps de simulation. Suite à cela, nous avons jugé nécessaire d’accomplir un dernier test qui consiste à conjuguer l’effet cumulatif de pompage et le temps de simulation pour surveiller les concentrations étudiées. Deux ouvrages parmi les 25 ont répondu à ces changements, en l’occurrence Nomade et Azaghar, prés d’Akbou. Donc pour un taux de pompage de 100 Mm3/ an et un temps de 20 ans simulé, le modèle des nitrates offre des valeurs nulles. Le reste des ouvrages testés demeurent invariables.

III.4 Modèles d'évolution III.4.1 Modèle d'évolution des chlorures Le comportement des chlorures à travers nos séries de simulation et de prédiction ne démontre aucune variation notable.Il existe que deux forages parmi vingt deux analysés qui réagissent à fur et à mesure que les conditions imposées propre à chaque scénario évoluent. Ce sont les forages Nomade et B5. Tout d'abord Nomade, il marque une baisse notable évaluée à 33.09 mg/l, etobservée à l'entame du scénario 2 (2016-2021). Elle ne peut être tributaire qu'à une hausse dans le taux de pompage imposée dans ce scénario, cette hausse est évaluée à 14,98 Mm3/an par rapport au scénario 1. Une réaction inattendue car à une hausse de pompage, généralement, une baisse des concentrations dans l'eau est associée. Le même forage est soumis à d'autres conditions d'exploitation dans la série de test N°2. Cette série se subdivise en deux paliers : d'abord un taux pompage qui progresse de 50 Mm3/an à 100 Mm3/an, les chlorures continuent à baisserdepuis le scénario 1 (118.1 mg/l) mais se stabilisent aux scénarios 2 et 3 (85.01 mg/l). Ensuite, le temps de simulation qui a été prolongé jusqu'à 2050, les concentrations en chlorures remontent pour atteindre leur valeur initiale qui est de 118,1 mg/l. On dénote clairement l'effet de pompage sur les valeurs restituées par le modèle.

L'inverse proportionnalité que l'on décèle entre le taux de pompage et la variation des chlorures à Nomade est justifié par uneforte épaisseur de la nappe à cet endroit (d'environ 85

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m au Sud-Ouest d'Akbou) qui permet un stock d'eau plus important et donc un effet de dilution. Les échanges oued-nappe apportentégalement de l'eau moyennement concentrée en chlorures. La station superficielle la plus proche enregistre une teneur de 592.6 mg/l. Nous en détaillerons amplement les causes dans le modèle des nitrates puisqueces réponses concernent les mêmes ouvrages. Le forage B5 ne montre qu'une seule réponse en 2015, les chlorures diminuent de 580.05 mg/l à 460.60 mg/l, soit une baisse de 119.45 mg/l. Ils se stabilisent ensuite à 580.05 mg/l tout au long des tests réalisés.

III.4.2 Modèle d'évolution des nitrates Avant toute simulation, nous revenons sur les teneurs en nitrates dans la nappe. Parmi les vingt cinq ouvrages sélectionnés, sept possèdent des teneurs élevées, franchissant la limite de potabilité établie par l'union européenne. Cette norme est fixée à 25 mg/l. Deux puits offrent des teneurs extrêmement élevées, puits Boussaid près de Takrietz avec 253.48 mg/l et puits Oulebsir, près de Tazmalt, avec 243.82 mg/l, tout les deux analysés en février 2013. D'autre part, quatre ouvrages uniquement sur vingt cinq réagissent face aux conditions imposées dans chaque scénario simulé. Ce sont les forages Nomade, UT11 et Azaghar et le puits Boussaid, ce qui nous amène à considérer le modèle des nitrates comme se caractérisant par une forme d'inertie de la pollution. Nous tentons d'expliquer cette inertie à travers deux aspects essentiels: l'aspect hydrodynamique lié aux caractéristiques intrinsèques de la nappe (Gradients hydrauliques et perméabilités) et l'aspect climatique lié à la recharge par les pluies efficaces. En effet : -Aspect hydrodynamique: d'après l'interprétation des cartes piézométriques (Partie 1), il se dégage que la zone à écoulement lent s'étend de Riquet à Takrietz, sur une large portionde la nappe qui représente environ les deux tiers. Les isopièzes se dessinent assez espacés et l'écoulement possède une vitesse et un gradient hydraulique plus ou moins faible. Ce qui conforte éventuellement notre hypothèse que l'inertie de la pollution observée dans la nappe mio-plio-quaternaire est tributaire de son hydrodynamique amortie. D'autant plus que dans cette même partie, les conditions aux frontières latérales imposéesles plus proches ne semblent pas suffisamment grands pour influencer la vitesse d'écoulement et par conséquent les gradients hydrauliques. L'axe d'Ouzellaguen s'étend sur 25 km environ et la majorité des puits sont assez éloignés et situés dans l'axe de la vallée. Quant aux perméabilités, comme elles réagissent inversement aux gradients hydrauliques, et même en présence d'une

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alimentation latérale, qui elle, aurait tendance à augmenter les gradients et diminuer les perméabilités, elles demeurent assez faibles. En cas de présence de contaminants dans la nappe, leur transport ne peut être que faible voire nul d'où cette inertie constatée et restituée explicitement par le modèle hydrogéochimique. - Aspect climatique : comme la nappe est entièrement libre, contrairement à la basse Soummam, l'effet de la recharge par la pluie est important. L'eau de pluie et la fonte des neigesatteignentla nappe et de ce fait la pollution, dans les conditions d'une hydrodynamique de la nappe au ralenti,peut se maintenirgrâce à cet apport en eau. Mais nous resterons très vigilants par rapport à cette hypothèse, d'autant que les concentrations en nitrates dans la pluie nous font défaut pour l'approfondir. Néanmoins, la réponse des quatre ouvrages peut être liée à d'autres paramètres, comme nous la détaillerons ci-dessous : -Forage Nomade: il réagit inversement à l'effet de pompage en 2021. Nomade diminue de 3.29 mg/l quand le pompage augmente de 21.99 Mm3/an entre 2010 et 2021.Nous admettons que lorsque le pompage augmente, les cônes de dépression se forment dans la nappe et seraient caractérisés par de fortes concentrations. Or dans la série de test N°2, lorsque le pompage passe à 100 Mm3/an, les nitrates s'annulent au lieu d'augmenter. Donc, on peut déduire que l'effet de pompage n'a pas d'influence sur le Nomade. Pour expliquer cela, nous penserons à un soutien en eau à partir de l'ouedqui contribue à diluer la concentration. - D'autant plus que l'oued ne contient que très peu de NO3 , de l'ordre de 5.38 mg/l comme moyenne attribuée à la zone d'Akbou. Par ailleurs, si l'on examine les épaisseurs de la nappe, les paramètres Top et Bottom introduits dans le modèle indiquent l'épaisseur dans chaque maille modélisée et PMWIN la calcule automatiquement à l'aide de son algorithme de calcul. On constate que les quatre ouvrages réactionnaires sont localisés dans les parties où la nappe est assez puissante. Nous citerons, forage Nomade où la nappe est épaisse de 85 m, Azaghar où les alluvions aquifères cumuléessont puissantes de 77.5 m et UT11 avec 65 m d'alluvions et sables perméables. En effet, quand la nappe est assez puissante, le stock d'eau du réservoir est important et devrait conduire à un effet de dilution en cas de présence de solutés. Il en est tout à fait l'inverse pour les forages où les concentrations ne varient pas, la nappe est moins puissante, à titre d'exemple, les forages Makhmoukh qui sont creusés dans une épaisseur de la nappe de seulement 32.5 m d'alluvions perméables, il en est de même pour T7 se trouvant dans une

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épaisseur de 37 m. Néanmoins, ceci n'est pas valable pour le puits Oulebsir où la nappe est de 62.5 m mais ne manifestant aucune variation notable. - Forage UT11 : il est situé sur la rive droite en face d'Ouzellaguen, une baisse de 9.81 mg/l est observée qu'à partir de la série de test N° 2, où le taux de pompage est augmenté à 50 et ensuite à 100 Mm3/an. L'on dénote que ce forage est directement influencé par l'effet de pompage, alors qu'il demeure invariant dans les 3 scénarios et les tests relatifs au temps de simulation. On signale encore que l'effet de pompage provoque ici une baisse au lieu d'une hausse par effet de concentration. Le même forage se trouve dans une épaisseur aquifère de la nappe de 65 m, ce qui confirme l'effet de stock d'eau et de dilution favorisant un mélange d'eau et de contaminants. - Forage Azaghar : il ne réagit qu'à partir d'un seuil de pompage assez élevé. En fait, à partir de 100 Mm3/an dans le test relatif au taux de pompage et le test N°3 avec 100 Mm3/an en 2050, il s'annule complètement, soit une baisse de 43.33 mg/l. L'épaisseur de la nappe des alluvions est importante, elle est de 77.5 m, ce qui fait intervenir légitimement l'effet de dilution. - Puits Boussaid: il marque une série de baisse, tout d'abord, quand le pompage progresse de 10.16 à 24.71 Mm3/an en 2016, soit une hausse d'exploitation de 14.55 Mm3/an, il réagit en amorçant une première baissede 130.25 mg/l, ce qui est considérée comme la plus importante des baisses enregistrés dans ce modèle. Ensuite en 2021, quand le pompage est de 32.15 Mm3/an, les nitrates continuent leur baisse jusqu'à atteindre un niveau admissible, conforme à la norme européenne. La teneur devient égale à 9.18 mg/l. D'autant plus que l'épaisseur de la nappe est de 47.5 m, ce qui est considéré comme une épaisseur correcte pour déclencher modérément la dilution du soluté. A partir du scénario 3 (2021-2031), les nitrates reviennent à leur concentration initiale (253.48 mg/l) et demeurent invariants tout le long de nos tests expérimentés. Nous ne pouvons penser qu'à une sorte d'instabilité numérique du logiciel que l'on pourrait associer au fait que le puits se trouve à l'extrémité Nord du modèle. Nous admettons que l'effet de bordure influe sur la fiabilité des résultats de chaque modèle. Que se soit les bordures latérales ou alors les limites d'entrée et de sortie du système aquifère, soit l'entrée à Tazmalt et la sortie à Takrietz. A cet endroit, le puits Oulebsir situé à Tazmalt se montre invariant par rapport à sa concentration initiale.

Conclusion générale La vallée de la moyenne Soummam est l’une des vallées les plus riches en ressources en eau superficielles et souterraines en Algérie du Nord. Face à cette grande disponibilité des ressources, une forte demande, sans cesse croissante, la caractérise. Les besoins en AEP représentent 29.4 Mm3 en 2010 et évolueront à 52.6 Mm3 en 2030 et la demande est de 60.4 Mm3 /an en 2010 et atteindra 72.2 m3 en 2030 (PNE, 2010). La moyenne vallée de la Soummam, comprise entre Tazmalt au Sud-ouest et Sidi Aich au Nord-est, s’étend sur un sous-bassin versant d’une superficie de 120 km2. L'oued est d'une longueur de 45 km et d'une largeur comprise entre 0.2 et 4.5 km. La vallée est caractérisée par une transition entre un climat humide et un climat semi-aride, avec une pluviométrie moyenne annuelle de 30.4 mm à Tazmalt et une température moyenne de 17.9 °C. La méthodologie de recherche choisie a été appliquée pour étudier deux aspects de la ressource en eau : l’aspect qualitatif et quantitatif. L’objectif principal de cette étude se scinde en deux principale parties ; 1. L'amélioration du modèle hydrodynamique de la moyenne Soummam, déjà réalisé en 2011 et dont trois paramètres ont été sélectionnés. Ces tests consistent à consolider sa robustesse. Ces paramètres sont la perméabilité, les conditions aux limites et la recharge. Pour les perméabilités, T6, Boumansour et Zigouti sont les plus sensibles, tandis que Bounssisse et N4 se montrent les moins sensibles. La charge hydraulique calculée est plus élevée que celle mesurée avec une différence allant de 0.001 à 8 m. La sensibilité de la nappe aux conditions aux limites n'est remarquée qu'après 20 tests. On en dénote que l’ouvrage le plus affecté par l’augmentation de son niveau piézométrique est celui de Boumansour. Enfin, l’introduction de deux zones de recharge dans notre modèle n’apporte, en gros, aucune influence significative sur le comportement de la nappe. 2. La modélisation géochimique de la nappe nous a permis de suivre les teneurs des nitrates et des chlorures afin de déterminer l’évolution de la pollution de ces deux solutés. Il en ressort que la vallée est confrontée à une forte dégradation dans la qualité de ses eaux. La simulation des ces deux solutés en régime transitoire montre une forme d'inertie de la pollution, confirmée après trois séries de tests. Nous avons tenté de relier cette inertie à quelques paramètres essentiels qui peuvent avoir une influence sur le transport de soluté au sein de notre aquifère, ce sont : - L’influence des gradients hydrauliques et des perméabilités, en premier lieu des faibles gradients hydrauliques ont été observés sur l’axe Riquet- Takrietz (deux tiers de la nappe)

Où une vitesse d’écoulement assez lente en découle donc une inertie du polluant est inévitable. Par ailleurs, les perméabilités réagissent inversement aux gradients hydrauliques, comme on observe de faibles perméabilités au sein de la nappe, le transport de ses polluants se trouve amorti du point de vue hydrodynamique d’où l'inertie dans la dispersion. - La recharge, comme la nappe est entièrement libre, l'effet de la recharge par la pluie est important. L'eau de pluie atteint la nappe et la pollution, dans les conditions d'une hydrodynamique de la nappe au ralenti, peut se maintenir.

Recommandations de la recherche A l’issue de ce travail, quelques recommandations sont proposées afin de pouvoir continuer à améliorer nos connaissances sur la plaine du mio-plio-quaternaire de la vallée de la Soummam, il serait question de : - Réaliser une nouvelle campagne de prospection géophysique qui permettra de dessiner la géométrie de l'aquifère ; - Etudier l’effet de la recharge par la réalisation d'un véritable modèle météorologique, qui pourrait fournir une prévision future sur le climat (précipitations surtout); - Intégrer des modèles agronomes dans nos modèles de transport, afin de mettre en évidence les interactions qui existent entre le sol, la plante et l’eau; - Intégrer le facteur de biodégradation dans nos modèles qualitatifs surtout pour le suivi des nitrates.

Figure 1- Localisation de la Moyenne vallée de la Soummam ...... 4 Figure 2- Réseau hydrographique de sous bassin versant de la Soummam ...... 5 Figure 3- précipitations mensuelles enregistrées dans trois stations : Tazmalt, Seddouk et Bejaia – Aéroport (1970-2000) ...... 6 Figure 4- Carte géologique de la région qui s’étend de Cheurfa à Akbou, au 1/50 000ème (In Lamari, 2015) ...... 9 Figure 5- Coupe géologique orientée NNW-SEE réalisée au Sud de Riquet (Kessasra, 2015) ...... 11

Figure 6- Cartes piézométriques de la moyenne vallée de la Soummam réalisées en hautes et basses eaux, Mars et Septembre 2011 (Kessasra, 2015) ...... 12 Figure 7- Concentration des chlorures dans les eaux superficielles (Mars 2011) ...... 14 Figure 8- Concentrations des nitrates dans les eaux superficielles (Février, Mars, Avril 2013) ...... 15 Figure 9- Concentrations en Cl dans la Moyenne Soummam (Mars 2013) ...... 16 Figure 10- Concentrations en NO3 dans la Moyenne Soummam (Février, Mars, Avril 2013) ...... 17 Figure 11- Répartition moyenne des consommations d’eau par usage ...... 17 Figure 12- Calage de la piézométrie mesurée et celle calculée en régime permanent, Mars 2011 ...... 24 Figure 13- Perméabilités initiales de la Moyenne vallée de la Soummam ...... 25 Figure 14- Localisation des 5 ouvrages témoins retenus dans les tests de perméabilité .... 26 Figure 15- Diagrammes de dispersion issus des tests de perméabilité dans la Moyenne Soummam, recharge 2 ...... 28 Figure 16- Conditions aux limites de la Moyenne vallée de la Soummam (Kessasra, 2015) ...... 29 Figure 17- Diagrammes de corrélation correspondants aux 3 axes des conditions aux Limites ...... 34 Figure 18- Zones de recharge dans la Moyenne vallée de la Soummam ...... 39 Figure 19- Diagramme de corrélation issu des tests de la recharge dans la Moyenne vallée de la Soummam ...... 40 Figure 20- Carte piézométrique de la Moyenne vallée calée en régime permanent en 2016 ...... 41

Figure 21- Stations des prélèvements des eaux souterrains dans la Moyenne vallée de la Soummam ; 1-HS18, 2- Oulebsir, 3- HS17, 4- HS15, 5- HS13, 6-HS16, 7-HS14, 8- Aftis, 9- HS10, 10- HS09 , 11- Azaghar, 12- HS26, 13- Iskounen, 14- bouzerouel4, 15- bouzerouel3, 19- nomade, 17- Taharacht, 18- Laazib, 19- T7, 20- Makhmoukh H., 21- UT11, 22- Makhmoukh S., 23- Chillalou, 24- B5, 25- Boussaid ...... 50 Figure 22- Zones de concentration initiales en Cl dans le modèle de la moyenne Soummam ...... 51 Figure 23- Zones des concentrations en chlorures dans les eaux superficielles...... 52 Figure 24- Diagramme de dispersion de simulation des chlorures en régime permanent. .54 Figure 25- Evolution du taux de pompage par secteur dans la Moyenne Soummam ...... 56 Figure 26- Evolution des concentrations des chlorures en fonction du temps et du taux de pompages ...... 58 Figure 27- Diagrammes de dispersion des chlorures en régime transitoire ...... 60 Figure 28- Zones des concentrations initiales en nitrates dans la nappe introduites dans le modèle de la Moyenne Soummam ...... 61 Figure 29- Zones de concentration initiale en nitrates dans les eaux superficielles introduites dans le modèle de la Moyenne Soummam ...... 62 Figure 30- Diagramme de dispersion pour les teneurs en nitrates en régime permanent.. 63 Figue 31- Digrammes de dispersion des différents scénarios testés pour les nitrates ...... 65 Figure 32- Evolution des concentrations des nitrates en fonction du temps et du taux de pompage ...... 66

Tableau 1- Précipitations en fonction de l’altitude et de l’éloignement de la mer...... 6

Tableau 2-Valeurs mensuelles et annuelles des températures moyennes à la station de

Tazmalt, période de 1975-1984...... 7

Tableau 3- Tests de perméabilité et les 5 ouvrages témoins ...... 30

Tableau 4- Tests des conditions aux limites et les 5 ouvrages témoins ...... 36

Tableau 5- Valeurs de la recharge attribuée pour chaque zone climatique ...... 35

Tableau 6-Variance de corrélation par zone de recharge dans la moyenne

Soummam ...... 39

Tableau 7- Principaux paramètres d'entrée et de sortie du MT3D ...... 48

Tableau 8- Ouvrage témoins retenus pour la simulation des Cl et NO 3 dans la nappe de

La moyenne de la vallée Soummam ...... 49

Tableau 9- Teneurs calculées et mesurées en Cl issues du calage en régime

permanent ...... 53

Tableau 10- Taux de pompages et scénarios d'exploitation en transitoire ...... 56

Tableau 11- Scénarios et tests de simulation des chlorures en régime transitoire ...... 59

Tableau 12- Résultats du calage des nitrates en régime permanent ...... 63

Tableau 13- Différents scénarios et tests de simulation des nitrates en régime transitoire ...... 67

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Bilan hydrique : Akbou

Mois Sept Oct Nov Déc Jan Fév Mars Avril Mais Juin Juillet Aout P 36,03 34,82 42,61 68,97 51,428 40,33 33,74 25,47 18,31 8,83 3,741 2,8 (mm) T 23,76 20,345 16,375 12,73 11,505 12,66 14,37 15,565 19,065 21,4 25,005 25,38 (C°) 10,55 8,34 5,98 4,1 3,53 4,05 4,91 5,55 7,55 9,04 11,44 11,99 i ETP 106,78 79,63 52,83 32,83 27,11 32,48 41,27 48 70,43 87,62 117,6 120,95 (mm) 1,03 0,97 0,86 0,84 0,87 0,85 1,03 1,1 1,21 1,22 1,24 1,16 k ETPc 109,98 77,24 45,43 27,57 23,58 27,6 42,5 52,8 85,22 106,89 145,82 140,03 (mm) ETR 36,03 34,82 42,61 27,57 23,58 27,6 33,74 25,47 18,31 8,83 3,741 2,8 (mm) Da 73,95 42,42 2,82 0 0 0 8,76 27,33 53 98,06 142,07 137,23 (mm) Ws 0 0 0 0 19,24 12,73 0 0 0 0 0 0 (mm) RFU 0 0 0 41,4 50 50 41,24 13,91 0 0 0 0 (mm)

Bilan hydrique : Bouira

Mois Sept Oct Nov Déc Jan Fév Mars Avril Mai Juin Juill Aout P 6,4 61,4 25,0 43,9 58,6 42,5 30,5 6,4 78,9 1,3 0,7 0,6 (mm) T (°C) 23,3 19,3 12,6 9 8,6 9,7 11,2 15,4 19,6 24 28,2 27,6

i 10,28 7,73 4,05 2,44 2,27 2,73 3,39 5,49 7,91 10,75 13,72 13,28 ETP (mm) 104,63 73,87 33,7 18,14 16,69 20,83 27,14 48,76 76 110,32 148 142,76

k 1,03 0,97 0,86 0,84 0,87 0,85 1,03 1,1 1,21 1,22 1,24 1,16 ETPc (mm) 107,7 71,6 28,98 15,23 14,52 17,7 27,95 50,22 91,96 134,59 183,52 165,6 ETR (mm) 6,4 61,4 25 15,23 14,52 17,7 27,95 6,4 78,9 1,3 0,7 0,6 Da (mm) 101,3 10,2 3,98 0 0 0 0 43,82 6,88 133,22 182,82 165 Ws (mm) 0 0 0 0 21,33 24,8 2,55 0 0 0 0 0 RFU (mm) 0 0 0 28,67 50 50 50 6,18 0 0 0 0

Résumé La nappe des alluvions de la moyenne Soummam, qui s’étend de Tazmalt à Sidi Aich sur une superficie de 120 km2, présente un caractère très complexe du point de vue géologique. Elle est exposée à une forte pression anthropique, due essentiellement au développement économique prospère de l'arrière-pays kabyle. Ce projet de recherche est subdivisé en deux axes principaux et complémentaires. Le premier axe consiste à étudier l'aspect quantitatif de la nappe mio-plio-quaternaire en améliorant son modèle hydrodynamique, établi et calé sur la piézométrie de mars 2011, et la seconde est destinée à gérer la ressource dans son aspect qualitatif par modélisation hydrogéochimique. En effet, l’amélioration du modèle hydrodynamique sert à mieux comprendre le comportement de la nappe. Pour ce faire, une série de tests de sensibilité a été menée sur trois principaux paramètres du modèle, en l'occurrence, les perméabilités, les conditions aux limites et la recharge. Ces tests mettent en évidence l’influence de chaque paramètre sur l’hydrodynamique de la nappe et offrir plus de fiabilité et de robustesse au modèle souterrain. Quant au modèle hydrogéochimique, il a pour objectif de suivre le comportement des chlorures et des nitrates au sein de la zone saturée de la nappe en deux régimes, l’un permanent qui consiste à caler les concentrations mesurées de chacun des solutés avec celles calculées par le modèle et l’autre transitoire qui comprend une série d’exploitation par scénarios. Ces scénarios ont été accomplis sur deux horizons : 2021 et 2031. La modélisation hydrodynamique et hydrogéochimique de la Moyenne vallée de la Soummam est un outil qui fournit plus de paramètres d'aide à la décision afin de mieux gérer la ressource en eau de la vallée et de contribuer à la protéger. Mots clés - Hydrogéologie, Modèle hydrodynamique, modèle hydrogéochimique, simulation, Moyenne Soummam

Abstract The alluvial aquifer of Middle Soummam, which extends from Tazmalt to Sidi Aich, covers a surface of 120 km2, and presents a very complex character from geological point of view. It is exposed to a strong anthropological pressure, due essentially to the prosperous economic development of the Kabyle hinterland. This research project is subdivided into two main and complementary axes. The first axis consists in studying the quantitative aspect of the mio-plio-quaternary aquifer by improving its hydrodynamic model, established and calibrated on the piezometry of March, 2011, and the second is intended to manage water resource in its qualitative aspect by using a hydrogeochemical modelling. Indeed, the improvement of the hydrodynamic model serves to better understand the aquifer behavior. To do it, a series of sensitivity tests were accomplished on three main parameters of the model, in this particular case, permeability values, boundary conditions and recharge. These tests highlight the influence of every parameter on the hydrodynamics of the aquifer and to offer more reliability and robustness to the underground model. The objective of the hydrogeochemical model is to follow the behavior of chlorides and nitretes within saturat zone in two regimes, steady with those calculated by the model and the other on transient state wich permit to established and exploitation scenarios. These scenarios were carried out on two horizons: 2021 and 2031. The hydrodynamic and hydrogeochemical modelling of the Middle valley of Soummam is a tool which supplies more parameters of decision-making support to a better manage the water resource of the valley and contribute to protect it. Key words - Hydrogeology , Hydrodynamic Model , Hydrogeochemical Model , simulation, Middle Soummam