République Tunisienne Ecole Doctorale Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la recherche scientifique Thèse de DOCTORAT En Génie de l’Environnement et de Université de Sfax l’aménagement Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax N° d’ordre:280/13 Département de Génie Géologique THÈSE Présentée à: L’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax En vue de l’obtention de: DOCTORAT En Sciences Géologiques Thèse de Doctorat en Génie de l’Environnement et de l’Aménagement Par: Narjess BEN CHEIKH ETUDE DES RELATIONS HYDRODYNAMIQUES ENTRE LA NAPPE PROFONDE DE SFAX ET LES SYSTEMES AQUIFERES MERIDIONAUX ( Menzel Habib et Gabès Nord ): ORIGINE(S) ET MECANISMES DE MINERALISATION DES EAUX SOUTERRAINES Soutenue le 13 Mars 2013, devant le jury composé de : M. Jamel OUALI Président M. Kamel ZOUARI Directeur de thèse M. Abdallah BEN MAMOU Rapporteur M. Monem KALLEL Rapporteur M. Habib ABIDA Examinateur M. Brahim ABIDI Invité REMERCIEMENTS Je tiens tout d’abord à remercier Dieu de m’avoir donné la force et la foi d’arriver à terme de ce travail. J’aimerais remercier mon directeur de thèse, M. Kamel ZOUARI, Professeur et directeur du Laboratoire de Radio-Analyses et Environnement de l’ENIS pour m’avoir accueilli dans son laboratoire et pour m’avoir appris à être plus autonome tout au long de ce travail de recherche. Je remercie vivement messieurs Abdallah BEN MAMOU, Professeur à la faculté des Sciences de Tunis et Monem KALLEL, Professeur à l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax, pour l’intérêt qu’ils ont porté à mon travail, pour leur disponibilité et leur compréhension. Je voudrais également remercier monsieur Jamel OUALI, Maitre de conférence à l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax, pour l’honneur qu’il m’a fait en acceptant de présider le jury. Je remercie monsieur Brahim LAABIDI, chef d’Arrondissement des Ressources en Eau de Gabès, pour ses conseils avisés et son écoute qui ont été prépondérants pour la bonne réussite de cette thèse. Je remercie également monsieur Hafedh KHANFIR , chef d’Arrondissement des Ressources en Eau de Sfax, pour son soutien. Ma gratitude va également à monsieur Ahmed MAMOU, Conseiller Scientifique à l’Observatoire du Sahara et du Sahel, qui par sa compétence et ses rationnelles discussions d’hydrogéologue a pu mener à bien ce travail. Qu’il trouve ici le témoignage de mon profond respect. J’adresse mes remerciements les plus sincères à messieurs Mohamed OUAJA, directeur de département des Sciences de la terre à la Faculté des Sciences de Gabès, et Nouri HTIRA, notre aimable ex-doyen de la FSG, pour le soutien qu’ils m’ont prodigués. Je dois un hommage très particulier qu’il m’est agréable de rendre à monsieur Ouaja pour son amitié, ses encouragements et pour l’accueil chaleureux qu’il m’a toujours réservé notamment dans les moments les plus difficiles. Mes vifs remerciements vont également à Monsieur Moncef SAFI, pour son accueil chaleureux à chaque fois que j’ai sollicité ses conseils ainsi que pour son soutien paternel et sa disponibilité malgré ses innombrables obligations. Je remercie tous mes amis et collègues au département des Sciences de la Terre à la FSG, je site particulièrement Wissem, Dhaou, Hakim, Amna, Balsem et Amira pour leur soutien. Ainsi que mes amis et collègues de l’Association de jeunes chercheurs pour m’avoir supporté et soutenu. Je remercie également monsieur Abderrazag JDAY, ex-recteur de l’Université de Gafsa, pour m’avoir favorisé les conditions nécessaires pour effectuer un stage de recherche à l’UMR G-EAU à Montpellier. J’adresse ma gratitude à monsieur Christian LEDUC, hydrogéologue DR2 de l’IRD, pour m’avoir aidé et soutenu. Je remercie également messieurs Jean Denis Taupin, chercheur et responsable du laboratoire d’Analyse des isotopes de l’eau, et Jean Luc Seidel, chercheur et responsable du laboratoire de chimie des eaux à la maison des Sciences de l’Eau (Montpellier) pour leurs conseils et pour le temps conséquent qu’ils m’ont accordé. Je remercie tout le personnel du CRDA de Gabés et de Sfax et du Laboratoire de Radio-Analyses et Environnement. J’adresse mes remerciements les plus distingués à mes parents pour leur soutien sans faille tout au long de ces années. C’est d’abord et avant tout grâce à eux que ce travail a pu être mené à son terme. Je joins mes profonds sentiments à mon frère Nidhal, ma sœur Souheir, mon beau frère Ahmed et ma nièce yakeen pour leur soutien. Je pense également à tous mes oncles, mes tantes, mes cousins, mes cousines et à tous mes proches. Une pensée très particulière à ma belle Chaima qui était ma source de joie et d’énergie et qui a toujours était près de moi dans mes moments de détresse. Narjess le 28/02/2013 SOMMAIRE Page INTRODUCTION 2 Chapitre I CADRES GEOGRAPHIQUE, CLIMATIQUE ET HYDROLOGIQUE 6 I. Cadre géographique 6 II. Cadre climatique 7 1. La pluviométrie 7 1.1. La pluviométrie annuelle 7 1.2. La pluviométrie mensuelle 9 1.3. La pluviométrie saisonnière 9 2. La température 10 3. L’évaporation 12 4. Le vent 12 III. Cadre hydrologique 13 1. Caractéristiques des bassins versants 13 2. Estimation du ruissellement 16 3. Estimation de l’infiltration 16 IV. Conclusion 18 Chapitre II CADRES GEOLOGIQUE ET STRUCTURAL 20 I. Cadre géologique 20 1. Le Trias 20 2. Le Jurassique 23 3. Le Crétacé 23 3.1. Le Crétacé Inférieur 24 3.1.1. La Formation Bouhedma (Hauterivien-Barrémien) 24 3.1.2. Les grès et sables de Fatnassa (Barrémien supérieur) 24 3.1.3. Le membre Berrani (Barrémien supérieur-Aptien) 25 3.2. Le Crétacé supérieur 26 3.2.1. L’Albien et le Cénomanien 27 3.2.2. Cénomanien supérieur à Turonien basal 27 3.2.3. Turonien à Campanien inférieur 30 3.2.4. Campanien à Maastrichtien inférieur 30 4. Le Tertiaire 31 II. Cadre structural 36 III. Conclusion 44 Chapitre III CADRE HYDROGEOLOGIQUE 47 I. Introduction 47 II. Les formations aquifères 47 1. Le système aquifère de Sfax 47 1.1. La nappe du Miocène 47 1.2. La nappe intermédiaire 48 1.3. La nappe phréatique 48 2. Les systèmes aquifères méridionaux 48 2.1. La Djeffara de Gabès Nord 48 2.1.1. La nappe du Continental Intercalaire 48 2.1.2. La nappe du Turonien 48 2.1.3. La nappe du Sénonien 48 2.1.4 La nappe du Miocène 49 2.1.5. La nappe phréatique 49 2.2. Le système aquifère de Menzel Habib 49 2.2.1. La nappe du Cénomanien-Turonien 49 2.2.2. La nappe du Sénonien 49 2.2.3. La nappe phréatique 49 III. Géométrie et extension des formations réservoirs 50 1. Corrélations hydrogéologiques C1 (SW-NE) et C’1 (N-S)-(Région de Sfax) 50 2. Corrélation hydrogéologique C2 (Région de Menzel Habib) 52 3. Corrélation hydrogéologique C3 (Région de Gabès Nord) 53 4. Corrélation hydrogéologique C4 (SW-NE) Menzel Habib-Sfax 54 5. Corrélation hydrogéologique C5 (S-N) Matmata-Menzel Habib 57 6. Corrélation hydrogéologique C6 (S-N puis SW-NE) Gabès Nord-Skhira 57 IV. Comportement piézométrique des aquifères de la zone d’étude 58 1. Piézométrie des systèmes aquifères profonds 58 1.1. Les systèmes aquifères côtiers (Les horizons miocènes) 58 1.2. La nappe du Cénomanien-Turonien 61 2. Piézométrie des nappes phréatiques 63 2.1. La nappe phréatique de Skhira 63 2.2. La nappe phréatique de Gabès Nord 65 2.3. La nappe phréatique de Menzel Habib 66 V. Les paramètres hydrodynamiques des systèmes aquifères profonds 68 1. Le débit spécifique (Qsp) 68 2. La Transmissivité (T) 68 3. Le coefficient d’emmagasinement (S) 68 VI. Ressources et Exploitation des systèmes aquifères de la zone d’étude 70 1. Le système aquifère profond 70 1.1. La nappe profonde de Sfax 70 1.2. La nappe profonde de Gabès Nord 70 2. Les nappes phréatiques 72 2.1. La nappe phréatique de Skhira 72 2.2. La nappe phréatique de Gabès Nord 72 2.3. La nappe phréatique de Menzel Habib 72 VII. Conclusion 72 MECANISMES DE SALINISATION DES EAUX SOUTERRAINES 75 I. Terminologie des eaux salines 75 II. Mécanismes de salinisation des eaux souterraines 75 1. Intrusion marine 75 2. Mélange avec des saumures anciennes 77 3. Dissolution des formations évaporitiques 77 4. Autres sources de contamination des eaux souterraines 78 78 III. Conclusion Chapitre IV ETUDE HYDROCHIMIQUE DES EAUX SOUTERRAINES 79 I. Introduction 79 II. Méthodes d’analyse et fiabilité des résultats 79 III. Discussion des paramètres physico-chimiques 80 1. Les aquifères profonds 80 1.1. La température 80 1.2. La conductivité électrique 80 1.3. Le pH 81 2. Les nappes phréatiques 81 2.1. La température 81 2.2. La conductivité électrique 82 2.3. Le pH 82 IV. Etude hydrochimique des eaux souterraines de la zone d’étude 83 1. Etude hydrochimique des aquifères profonds 83 1.1. Répartition spatiale de la minéralisation des eaux 83 1.2. Contribution des ions dans la minéralisation des eaux 84 1.3. Faciès chimiques des eaux souterraines de la zone d’étude 86 1.4. Mécanismes de minéralisation des eaux souterraines 87 1.4.1. Etude de quelques rapports ioniques 87 1.4.2. Etude de la saturation des eaux souterraines vis-à-vis des minéraux 93 2. Etude hydrochimique des eaux des nappes phréatiques 104 2.1. La nappe phréatique de Skhira 2.1.1 Etude de la minéralisation des eaux 104 104 2.1.2. Etude de quelques rapports ioniques 105 2.2. La nappe phréatique de Menzel Habib 109 2.2.1.