N°d’ordre : 26/012- M/GC REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE DES SIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE HOUARI BOUMEDIENNE FACULTE DE GENIE CIVIL
MEMOIRE Présenté pour l’obtention du diplôme de MAGISTER En : Génie civil Spécialité : Hydraulique Par ROUIGHI Mustapha
Thème Étude de la variabilité spatiale et temporelle du chimisme des eaux de la nappe libre de la région de Laghouat
Soutenu publiquement, Le 08 Juillet 2012 , Devant le jury composé de :
Mme. Doudja SOUAG MCA à l’USTHB Présidente
Mme. Souaâd BOUZID-LAGHA Professeur à L’USTHB Directrice de thèse
Mr. Abdallah AIDAOUI Professeur à L’ENSA Examinateur
Mr. Med Salah BENCHEIKH LEHOCINE MCA à L’USDB Examinateur
Remerciement
Au terme de ce travail, je tiens à remercier tous ceux qui ont contribué à la réalisation de ce mémoire et en particulier : Pr. Souaâd BOUZID-LAGHA, Professeur à l’université des sciences et de la Technologie Houari Boumedienne, qui a accepté de diriger ce travail, je lui exprime mon profond respect. Dr. Doudja SOUAG, Maitre de conférence à l’université des sciences et de la Technologie Houari Boumedienne, qui a la bienveillance d’accepter de juger ce travail et de le présider. Je tiens à lui exprimer toute ma gratitude. Pr. Abdallah AIDAOUI, Professeur à l’école nationale supérieure de l’agronomie pour sa participation de juger ce travail. Dr. Med Salah BENCHEIKH LEHOCINE, Maître de conférence à l’université de Blida, pour avoir bien voulu juger ce travail. Mes plus vifs remerciements vont plus particulièrement à mes chers parents et frères (Larbi,Mohamed,Tahar,Kouidre ).
Résumé Dans la région de Laghouat, les activités anthropiques déployées dans la région ont d’importantes répercussions sur les équilibres hydrauliques, et hydrochimiques qui conditionnent l’avenir socio-économique de la région. Face aux besoins des populations, des industries et de l’agriculture, la nappe a subi une exploitation intensive ces dernières années, cependant la demande en eau ne cesse d’augmenter. Toutefois, l’irrégularité et la diminution de la pluviosité depuis les années soixante dix entrainent une nette réduction des apports. Parallèlement, les eaux souterraines de la région de Laghouat subissent une dégradation significative. Face à cette situation, un programme de gestion et de protection s’impose. Dans ce cadre, l’étude proposée a pour objet la connaissance des caractères géologiques, hydrologiques, hydrogéologiques et leur comportement hydrochimique spatio-temporel des faciès chimiques, des teneurs absolues en éléments majeurs, avec une mise en relief des différentes sources de pollution ainsi que leurs impacts sur les eaux souterraines des différents aquifères de la région. Mots-clés : Laghouat ; nappe ; Hydrochimie ; pollution.
Abstract In the region of Laghouat, human activities deployed in the region have important implications for water balance and hydrochemical affecting the future socio-economic area. Meet the needs of people, industries and agriculture, the water has been heavily exploited in recent years, however, water demand is increasing, however, the irregularity and the decrease in rainfall since the sixties ten leads to a marked reduction of inputs. Meanwhile, underground waters in the region of Laghouat degrades significantly,Faced with this situation a program management and protection is needed. In this context, the study proposed is to the knowledge of the characters geological, hydrological, hydrogeological and hydrochemical behavior with spatial and temporal variability of the chemical profile and absolute concentrations of major elements, and the various sources of pollution and their impact on groundwater of different aquifers in the region. Keywords: Laghouat ; nappe ; Hydrochimie ; pollution. ملخص في منطقة األغواط، النمو البشري المتسارع له انعكاسات هامة على التوازن المائي، وهيدروكيميائية التي تؤثر على مستقبل المنطقة االجتماعية واالقتصادية. ان تلبية احتياجات الصناعية، و االفراد، والزراعة من الماء،وقد تم استغالل المياه بشكل كبير في السنوات األخيرة، ومع ذلك، يتزايد الطلب على المياه، فإن عدم انتظام وانخفاض في معدل هطول األمطار منذ الستينات يؤدي إلى انخفاض ملحوظ من المياه الجوفية، وفي مواجهة هذه الحالة هناك حاجة إلدارة المياه وحمايتها من التلوث. في هذا السياق، فإن الدراسة المقترحة هو معرفة الخصائص الهيدرولوجية و الجيولوجية والهيدروجيولوجية والهيدروكيميائية مع التغير المكاني والزماني و تركيز العناصر الرئيسية الكيميائية و مختلف مصادر التلوث و تأثيرها على المياه الجوفية من طبقات المياه الجوفية المختلفة في منطقة األغواط . Table des matières
Introduction générale ………………………………………………………………………………… 01
PREMIER CHAPITRE Aperçue géographique et géomorphologique I-1 Introduction………………………………………………………………………………………. 03 I-2 Cadre générale et géographique ………………………………………………………………….. 03 I-2-1Situation géographique ………………………………………………………………………. 03 I-2-1Contexte socio-économique …………………………………………………………………. 03 I-2-1La ressource en eau……………………………………………………………………………. 04 I-2-1Climat…………………………………………………………………………………………. 04 I-3Présentation du bassin versant de l’oued M’zi……………………………………………………. 06 I-4 Le couvert végétal………………………………………………………………………………… 06 I-5 Géomorphologie………………………………………………………………………………….. 08 I-5-1Analyse morphologique……………………………………………………………………… 08 I-5-1-1La superficie……………………………………………………………………………… 08 I-5-1-2 Périmètre ………………………………………………………………………………… 08 I-5-2Caractéristiques de forme……………………………………………………………………. 08 I-5-2-1Coefficient de compacité de Gravilius ( Kc) ……………………………………………. 08
I-5-2-2Le rectangle équivalent………………………………………………………………….. 09 I-5-3Caractéristiques des altitudes (le relief) ……………………………………………………… 10 I-5-3-1La courbe hypsométrique………………………………………………………………… 10 I-5-3-2Les altitudes caractéristiques…………………………………………………………….. 11 I-5-3-2-1Les altitudes maximales et minimales…………………………………………...... 11 I-5-3-2-2L'altitude médiane…………………………………………………………………… 11 I-5-4 Le système des pentes……………………………………………………………………...... 12 I-5-4-1Les indices de pente……………………………………………………………………… 12 I-5-4-2L’indice de pente globale ………………………………………………………….. 12 I-5-4-3Dénivelée spécifique Ds…………………………………………………………………. 13 I-5-4-4L’indice de pente de roche………………………………………………………………. 13 I-5-5 Les caractéristiques du réseau………………………………………………………………. 13 I-5-5-1 Densité de drainage ………………………………………………………………… 14 I-5-5-2 Coefficient de torrentialité ……………………………………………………….. 14 I-5-5-3 Temps de concentration …………………………………………………………… 14 I-6 Conclusion ………………………………………………………………………………………..
DEUXIEME CHAPITRE Etude hydroclimatologique II-1 Introduction……………………………………………………………………………..………... 15 II-2 Etude des paramètres climatiques……………………………………………………..…...... 15 II- 2-1Les précipitations ……………………………………………………………………………. 15 II-2-1-1 Réseau pluviométrique …………………………………………………………………. 17 II-2-1-2 Répartition interannuelle des précipitations……………………………………….. ….. 19 II-2-1-3 Répartition moyenne mensuelle………………………………………………………… 20 II-2-1-4 Répartition saisonnière des précipitations…………………………………………….... 21 II-2-1-5 répartition spatial de la pluviométrie.…………… …………….……………………… 23 II- 2-2 Température de l’air………………………………………………………………………… 24 II- 2-3Humidité relative……………………………………………………………………………. 24 II- 2-4Vents…………………………………………………………………………………………. 25 II- 2-5Evaporation………………………………………………………………………………….. 25 II- 2-6 Evapotranspiration ou Déficit d’écoulement……………………………………………….. 26 II- 2-7 Calcul de l’évapotranspiration réelle (ETR) ……………………………………… ………. 27 II- 3 Estimation du bilan d’eau……………………………………………………………………….. 30 II- 4 Identification de climat Classification bioclimatique de L.EMBERGER………………………. 30 II- 4-2 Indice de De. Martonne …………………………………………………………………….. 30 II- 5 Conclusion …………………………………………………………………………… 31 TROISIEME CHAPITRE Géologie III-1 Introduction……………………………………………………………………………………… 32 III-2 Aperçu sur la géologie régionale et locale……………………………………………………….. 32 III-3- La stratigraphie de l’Atlas saharien…………………………………………………………….. 33 III-3-1-1Le Trias………………………………………………………………………………………. 33 III-3-1-2Le Jurassique ………………………………………………………………………………… 33 III-3-1-2-1Le Lias …………………………………………………………………………………… 33 III-3-1-2-2Le Dogger …………………………………………………………………………………. 33 III-3-1-2-3Le Malm ………………………………………………………………………………….. 33 III-3-1-2-4Le kimmeridgien…………………………………………………………………………... 33 III-3-1-2-4-1Le kimmeridgien inferieur ……………………………………………………………… 3 3 III-3-1-2-4-2Le kimméridgien Superiuer …………………………………………………………….. 34 III-3-1-3Le crétacé…………………………………………………………………………………….. 35 III-4-1Le Néocomien-barrémien ……………………………………………………………………… 35 III-4-1L'Albien Inférieur ……………………………………………………………………………… 35 III-4-L’Albien Supérieur ………………………………………………………………………..…….. 35 III-4-1Le Cénomanien ………………………………………………………………………………… 35 III-3-1-5Le Turonien ………………………………………………………………………………….. 35 III-3-1-6Le Sénonien…………………………………………………………………………………... 36 III-3-2Le Tertiaire Continental …………………………………………….…………………………. 36 III-3-3Le Quaternaire …………………………………………………………………………………. 36 III-6 Conclusion ……………………………………………………………………………… 39
QUATERIEME CHAPITRE
Hydrogéologie III-1 Introduction …………………………………………………………………………………….. 40 III-2 Description des aquifères………………………………………………………………………... 40 III-3 Inventaire et reconnaissance des points d’eau………………………………………………….. 42 III-4 Les mécanismes d’alimentation de la nappe Baremo-Albo-Aptien……………………………... 44 III-5 Etude piézométrique ……………………………………………………………………………. 44 III-5-1Interprétation des cartes piézométriques ………………………………………………….. 44 III-5-2Gradient hydraulique ……………………………………………………………………… 47 III-6 Caractéristiques hydrodynamiques de la nappe Baremo-Albo-Aptien….……………………… 48 III-6-1Définition des paramètres hydrodynamiques ……………………………………………… 48 III-6-2Détermination des caractéristiques hydrodynamiques…..…………………………… …… 48 III-6-3 Interprétation des valeurs de transmissivité ……… ………………………………………. 48 III-7 Exploitation de la nappe…………………………………………………………………………. 51 III-8 Conclusion……………………………………………………………………………………..... 52 Cinquième chapitre 53
HYDROCHIMIE V-1 Introduction ………………………………………………………………………………………
V-2Prélèvements …………………………………………..………………………………………….. 54 V-3 Analyse des paramètres physico-chimiques…………………………………………………..….. 54 V-3-1 Température …………………………………………………………………………………. 56 V-3-2 Le potentiel Hydrogène (pH) ………………………………………………………………... 56 V-3-3 La minéralisation totale et la conductivité électrique des eaux………………………..…….. 57 V-3-3-1L’interprétation des cartes de la minéralisation totale et de la conductivité électrique…. 57 V-3-4 Le résidu sec ………………………………………………………………………………... 57 V-4 Les concentrations ioniques……………………………………………………………………… 63 V-4-1 Répartition globale des concentrations ioniques…………………………………………..… 66 V-5 Interprétation des cartes des éléments chimiques………………………………………………… 67 V-5-1 Cartes de cations …………………………………………………………………………..…. 67 V-5-1-1 Carte des teneurs en ions calciums (Ca+2)……………………………………………..…. 67 V-5-1-2 Carte des teneurs en ions magnésiums (Mg+2) ………………………………………….. 67 V-5-1-3 Carte des teneurs en ions sodiums (Na+) ………………………………………………... 67 V-5-2 Carte des anions ……………………………………………………………………………... 67 V-5-2-1 Carte des teneurs en ion bicarbonate (HCO- ) …………………………………………. 3 74 4 V-5-2-2 Carte des teneurs en ions sulfates (So -2) ………………………………………………. 74 V-5-2-3 Carte des teneurs en ions chlorures (Cl- ) ………………………………………………. 74 V-6 Classification des eaux souterraines ……………..………………………………….…………… 74 V-6-1 Classification selon STABLER……………………………………………………………... 81 V-6-2 Classification selon Piper…………………………………………………………………… 81 V-6-3 Classification selon Schoeller-Berkaloff …………………………………………………… 84 V-7 Répartition spatio-temporelle des faciès chimiques des eaux souterraines de la région de 84 Laghoaut ……………………………………………………………………………………………… 89 V-8 Interprétation de quelques rapports caractéristiques…………………………………………….. V-8-1 Rapport r Mg2+/r Ca2+ ………………………………………………………………………. 93 -2 - V-8-1 Rapport r SO 4/r Cl ……………………………………………………………………….. 93 V-8-1 Rapport r Ca2+ / r (Na++K+)………………………………………………………………… 93 V-9 Origine des éléments dominants ……………………………………………………………….. 93 +2 - V-9-1 Origine des éléments Na et SO4 ………………………………………………………….. 100 V-9-1 Origine du calcium …………………………………………………………………………. 100 V-10 Qualité chimique des eaux souterraines de la région de Laghouat Agressivité ou incrustante 100 des eaux ………………………………………………………………………………………………. 102 V-10-1 Dureté ou degré Hydrométrique (°d h) …………………………………………………….
V-10-2 Indices d’échange de base (i.e.b) …………………………………………………………. 102 V-10-2-1 Interprétation des résultats ……………………………………………………………… 105 V-10-4 Potabilité minéralogique………………………………………………………………….. 105 V-10-5 Aptitude des eaux à l’irrigation……………………………………………………………. 108 V-10-6 Etude de la toxicité des végétaux…………………………………………………………. 109 V-10-6-1 Sodium ………………………………………………………………………………. 112 V-10-6-2 Salinité ………………………………………………………………………………. 112 V-10-7 Classification de l’eau d’irrigation selon le diagramme de WILCOX (1948)……………. 112 V-11 Effet de la pollution sur la qualité chimique des eaux…………………………………………. 113 V-11-1 Introduction ………………………………………………………………………………. 116 V-11-2 Principales sources de pollution dans la Région de Laghouat………………… ………… 116 V-11-2-1 Les apports anthropiques ……………………………………………………………. 11 6 V-11-2-2 Les rejets des eaux usées……………………………………………………………... 116 V-11-1 L'agriculture……………………………………………………………………………….. 116 V-11-1 Le facteur contamination………………………………………………………………….. 117 V-11-1 Les formations évaporétiques……………………………………………………………... 117 V-12 Résultats des analyses hydrochimiques des éléments polluants ……………………………….. 119 V-12-1 Cartographie des éléments polluants ……………………………………………………... 119 V-12-1-1 Cartes des nitrates …………………………………………………………………… 119 V-12-1-2 Carte de potacium …………………………………………………………………… 119 V-13 Interprétation de la différenciation hydrochimique entre les différent aquifère……………….. 119 V-14 Analyse en composantes principales (A.C.P) ………………………………………………….. 124 V-14-1 Principe …………………………………………………………………………………… 126 V-14-2 Résultats et interprétations ………………………………………………………………... 126 V-14-3Application de l’A.C.P aux données chimiques des eaux de la nappe baremo-albo-aptien 127 V-14-4 Matrice de variance covariance………………………………………………………….. 127 V-14-5 Matrice de corrélation…………………………………………………………………….. 128 V-14-6 Valeurs propres et vecteurs propres………………………………………………………. 129 V-14-6-1 Analyse des variables sur le plan factoriel (1×2) …………………………………… 130 V-14-6-1 Analyse des variables sur le plan factoriel [1×3] …………………………………… 130 V-14-7 Etude des individus de la nappe du baremo-albo-aptien………………………………….. 131 V-14-7-1 Discussion des résultats……………………………………………………………… 132 V-15 CONCLUSION………………………………………………………………………………… 132 CONCLUSION GENERALE………………………………………………………………………… 137 ANNEXE……………………………………………………………………………………………... 145
Liste des Figures
Fig .01: Situation géographique du secteur d’étude………………………………………………………………..………….. 04 Fig .02: Localisation géographique du bassin versant de l’oued M’zi………………………………………..……………… 0 6 Fig .03: Courbes hypsométrique des sous bassin versant de l’oued M’zi…………………………………….……………… 09 Fig .04 : Localisation géographique des différentes stations pluviométrique……………………………….……………….. 16 Fig .05 : Variation interannuelle des précipitations au niveau du bassin versant de l’Oued M’zi ……………….………….. 18 Fig .06: Variations Mensuelles des précipitations au niveau des stations du bassin versant de l’Oued M’zi …………….….. 19 Fig .07: Répartition Saisonnière des pluies au niveau des stations du bassin versant de l’Oued M’zi,…………………….… 20 Fig .08: Carte pluviométriques du bassin versant de l’oued M’zi ……………………...…………………………………… 22 Fig .09: Variation des températures mensuelles à la station de Laghouat (1990-2005) ………………………………..…... 24 Fig .10: Abaque pour le calcul du déficit d’écoulement en Algérie d’après P.VERDEIL 1988…………………………… 2 6 Fig .11: Climagramme de L’EMBERGER…………………………………………………………………………….…… 29 Fig .12: Abaque de (DE MARTONNE) …………………………………………………………………………………… 3 0 Fig .13 : Les grands ensembles structuraux selon DUROND-DELGA (1967) ……………………………………………… 3 2 Fig .14 : Carte géologique de Laghouat ……………………………………………………………………...……….……… 37 Fig .15: Log synthétique de l’atlas saharien central (Guillemot et al 1974) (extrait de la carte géologique de Laghouat non 38 publié) ……………………………………………………………………………………………………………………….. Fig .16: Description lithologique des forages captant la nappe baremo-albo-aptien………. ………………………………… 4 1 Fig .17: Carte des points d’eau captant le complexe gréseux de Baremo-Albo-Aptien………………………………….. 43 Fig .18: Carte piezometrique de baremo-albo-aptien (compagne 2003) …………………………...………………………… 45 Fig .19: Carte piezometrique de baremo-albo-aptien (compagne 2007) ……….. …………………………………………… 46 Fig .20 : Evolution des niveaux d’eau dans la nappe libre du complexe Barrémo-Albo-Aptien. …………………………… 48 Fig.21 : Courbe de descente des forages captant la nappe Baremo-albo-aptien ……………………...………………………. 50
Fig .20: Carte d’exploitation de baremo-albo-aptien … ……………………………..……………………………...………. 52 Fig .21: Position des points d’eau retenus pour les analyses chimiques ……………………….……………………………. 55 Fig .22: Carte de minéralisation totale (compagne 2007) …………………………………………………………..………... 59 Fig .23: Carte de minéralisation totale (compagne 2010) …………………………………………………………..………... 6 0 Fig .24: Carte de conductivité électrique (compagne2007) ………………………………………………….……………….. 6 1 Fig .25: Carte de conductivité électrique (compagne2010) ………………………………………………….………………. 6 2 Fig .26: Carte de Résidu Sec (compagne 2007) ………………………………………………………………..…...... 6 4 Fig .27: Carte de Résidu Sec (compagne 2010) …………………………………………………..………………...... 6 5 Fig .28: Carte des teneurs en calciums (compagne2007) ……………………..………………….…………………………. 68 Fig .29: Carte des teneurs en calciums (compagne2010) ………………………………..…………………………….…….. 69 Fig .30: Carte des teneurs en magnésiums (compagne2007) ……………………………….…………………………..…… 70 Fig .31: Carte des teneurs en magnésiums (compagne2010) …………………………………………………………….…… 7 1 Fig .32: Carte des teneurs en sodiums (compagne 2007) …………………………………………….………………………. 7 2 Fig .33: Carte des teneurs en sodiums (compagne 2010) ………………………………………………….…………………. 7 3 Fig .34: Carte des teneurs ions sulfates (compagne2007) …………………………………………………………………….. 75 Fig .35: Carte des teneurs en ions sulfates (compagne2010) ………………………………………………………………… 76 Fig .36: Carte des teneurs en ions chlorures (compagne 2010) ………………………………………………………………. 7 7 Fig .37: Carte des teneurs en ions chlorures (compagne 2007) ………………………………………………………………. 78 Fig .38: Carte des teneurs en en ions bicarbonates (compagne 2007) ………………………………………………………... 79 Fig .39 : Carte des teneurs en ions bicarbonates (compagne 2010) ………………………………………………………….. 8 0 Fig .40 : Représentation graphique des formules caractéristiques selon STABLER (compagne 2003)……………………… 82 Fig .41 : Représentation graphique des formules caractéristiques selon STABLER (compagne 2007)……………………… 83 Fig .42: Représentation des facies chimiques selon le diagramme de Piper (compagne 2007)………………. ………….. 85 Fig .43 : Représentation des facies chimiques selon le diagramme de Piper (compagne 2010)……………….……………... 86 Fig .44 : Représentation des faciès chimiques selon Diagramme de SCHOELLER-BERKALOFF (compagne 2007) 87 Fig .45 : Représentation des faciès chimiques selon Diagramme de SCHOELLER-BERKALOFF (compagne 88 2010)…………………………………………………………………………………………..……………………………….. Fig .46 : Répartition des faciès chimiques (Compagne2007) ………………………………………...... …... 90 Fig .47 : Répartition des faciès chimiques (Compagne2010) ………………………….………………………... 90 Fig .48: Répartition spatiale des faciès chimiques des eaux selon la classification de SCHOELLER- 91 BERKOLOFF (compagne 2007) ……………………………………………………..…………………………. Fig .49 : Répartition spatiale des faciès chimiques des eaux selon la classification de SCHOELLER- 92 BERKOLOFF (compagne 2010) ……………….………………………………………………………………. Fig .50 : Carte de rapport rMg2+ / rCa2+ (compagne 2007) …………...………………………………………… 94 Fig .51 : Carte de rapport rMg2+ / rCa2+ (compagne 2010) ………………...…………………………………… 95 -2 - Fig .52 : Carte de rapport r So4 /r Cl (compagne 2007) ……………………...………………………………... 96 -2 - Fig .53 : Carte de rapport r So4 /r Cl (compagne 2010) ………………………...……………………………... 97 Fig .54 : Carte de rapport r Ca+2 /r (Na++K+) (compagne 2007) ………………………………………………… 98 Fig .55 : Carte de rapport r Ca+2 /r (Na++K+) (compagne 2010) ………………………………………………… 99 + 2- Fig .56: Origine des éléments Na et SO4 (compagne 2007) ……………..……………………………………. 100 + 2- Fig .57 : Origine des éléments Na et SO4 (compagne 2010) ……………..…………………………………… 101 Fig .58 : Origine du calcium Ca+ (compagne 2007) ……………………………..………………………………. 101 Fig .59 : Origine du calcium Ca+ (compagne 2010) …………………..…………………………………………. 101 Fig .60 : carte de la dureté compagne 2007…………………………………..…………………………………... 103 Fig .61 : carte de la dureté compagne 2010………………………………..……………………………………... 104 Fig .62 : Carte d’indice d’échange de base des eaux souterraines de la région de laghouat (compagne 2007)….. 106 Fig .63 : Carte d’indice d’échange de base des eaux souterraines de la région de laghouat (compagne 2010)….. 107 Fig .64 : Distribution Du risque d’alcalinisation selon classification de richards 1954 (compagne 2007)…..…... 110 Fig .65 : Distribution Du risque d’alcalinisation selon classification de richards 1954 (compagne 2010)..……... 111 Fig .66 : Diagramme de classification des eaux pour l'irrigation selon la méthode de WILCOX……………..… 115 Fig .67 : Diagramme de classification des eaux pour l'irrigation selon la méthode de WILCOX...... 115 Fig .68: Carte des nitrates (mg/l), (Compagne2007). ………………………………………….………………… 120 Fig .69 : Carte des nitrates (mg/l), (Compagne2010). …………………………………………………………… 121 Fig .70 : Carte des potassium (mg/l), (Compagne2007). …………………………………...…………………… 122 Fig .71 : Carte des potassium (mg/l), (Compagne2010). ……………………………...………………………… 123 Fig.72 : Projection des variables sur le plan factoriel [1-2] Pour la nappe du Baremo-Albo-Aptien…………… 131 Fig.73 : Projection des variables sur le plan factoriel [1-3] Pour la nappe du Baremo-Albo-Aptien…………… 132 Fig.74 : Représentation des individuel pour la nappe libre du baremo-albo-aptien sur le plan (1-2)………….. 133 Fig.75 : Représentation des individuel pour la nappe libre du baremo-albo-aptien sur le plan (1-3)………….. 134
Liste des Tableaux
Tableau 01 : Paramètres géométriques des sous bassin versant………………………………………….. 08 Tableau 02 : Altitude caractéristique du basin versant de l’oued M’zi…………………………………... 10 Tableau 03 : Classification de l’ORSTOM………………………………………………………………. 11 Tableau 04 : Indice de pente des sous bassin versant de l’oued M’zi…………………………………… 12 Tableau 05: Caractéristique de réseau hydrographique du bassin versant d l’oued M’zi……………….. 13 Tableau 06 : Caractéristiques des stations pluviométriques……………………………………………… 15 Tableau 07 : Températures mensuelles et annuelles (période1990-2005)……………………………….. 23 Tableau 08 : Moyennes mensuelles du taux d’humidité relative (période1998-2005)…………………... 24 Tableau 09 : Moyennes mensuelles de vitesse de vent en m/s (période1998-2005)…………………….. 24 Tableau 10 : Evaporation moyennes mensuelles et annuelles à la station de Laghouat (période1998-2005) …….... 25 Tableau 11 : Estimation de l’évapotranspiration potentielle moyenne mensuelle en mm selon Serra…... 25 Tableau 12 : Les différentes composantes du bilan hydrologique pour la station de Laghouat…………. 27 Tableau 13 : Géologie et comportement hydrogéologie des formations de la région de Laghouat…….. 39 Tableau 14 : variations du niveau du plan d'eau (2000-2007)……………………………………………. 47 Tableau 15 : Valeurs des Transmissivité (d’après DHW Laghouat et l’archive de l’ETHLA)………….. 49 Tableau.16 : Valeurs de transmissivité calculées par la méthode d’approximation logarithmique de Jacob………. 49 Tableau.17 : Valeurs des débits exploités par région et besoin pour l’année 2003………………………. 51 Tableau.18 : Valeurs des débits exploités par région et besoin pour l’année 2007………………………. 51 Tableau.19 : Paramètres statistiques des éléments chimiques des eaux souterraines de la Région de Laghouat…….. 56 Tableau 20 : Classification des eaux souterraines en fonction de la conductivité Electrique…………… 58 Tableau 21 : Norme de qualité des eaux destinées à la consommation humaines selon la directives du conseil des 66 coumunites européenne………………………………………………………………………………………………... Tableau 22 : Faciès chimiques des eaux selon le calssification de STABLER ………………………….. 81 Tableau 23 : Faciès chimiques des eaux selon le diagramme de Schoeller_Berkaloff…………………... 89 Tableau 24 : La dureté des eaux en °F (W. THEOBALD et A. GAMA, 1969)………………………….. 102 Tableau 25 : Pourcentages d’échantillon en fonction de la dureté Dureté de l’eau……………………… 102 Tableau 26 : Norme de potabilité chimique des eaux selon les normes O.M.S………………………….. 108 Tableau 27 : Directives concernant la qualité de l’eau d’irrigation (Soduim)…………………………… 112 Tableau 28 : Directives pour l’interprétation de la qualité d’une eau d’irrigation (Salinité)……………. 113 Tableau 29 : Classification des eaux d’irrigation selon Wilcox………………………………………….. 113 Tableau 30 : Directives concernant la qualité de l’eau d’irrigation (chlore)…………………………… .. 114 Tableau 31 : Analyses physicochimiques de l'eau du rejet urbain de la région de Laghouat……………. 117 Tableau 32 : Eléments toxiques ou indésirables dans l’eau potable……………………………………… 118 Tableau 33 : Amplitudes de variation des teneurs en éléments majeurs des différents aquifères de la région de Laghouat………………………………………………………………………………………... 125 Tableau 34 : Fréquences des faciès chimiques des différents aquifères de la région de Laghouat………. 125 Tableau 35 : Paramètres statistiques des éléments chimiques………………………………………….. 128 Tableau 36 : Matrice de corrélation des éléments chimiques……………………………………………. 129 Tableau 37 : Valeurs propres et pourcentages de contribution à la variance totale……………………… 130
Introduction Générale
Introduction Générale
Introduction Générale L’eau est un bien précieux et le sera certainement encore plus au cours des années à venir. La protection des eaux est donc un véritable défi pour l’ensemble des acteurs concernés. Depuis plusieurs décennies, la croissance démographique induit une forte augmentation de la consommation d’eau pour ses différents usages, notamment pour l’alimentation en eau potable et l’irrigation. Face à cette consommation croissante, la gestion des eaux souterraines et des eaux superficielles constitue un domaine particulièrement sensible. L’alimentation en eau de la région de Laghouat est assurée par différents aquifères,Le développement et l’extension de certains types de cultures (plasticulture) ainsi que l’accroissement des populations urbaines (un rythme annuel de 2.5 %) accroissent la demande en eau d’une part, engendrent un sérieux problème de pollution des nappes, d’autre part. En effet L’augmentation exponentielle de la demande en eau met donc les potentialités hydriques de la région en situation de surexploitation, aggravée par la dégradation de leur qualité par une pollution de plus en plus préoccupante : rejets incontrôlés d’eaux usées domestiques et industrielles. Face à cette situation, Pour tenter de répondre à cette problématique, nous avons structuré notre travail, autour de 5 chapitres : . Le premier chapitre consiste à donner un aperçu sur la situation géographique et une approche géomorphologique du bassin versant de l’oued M’zi. . Le second chapitre est consacré à l’hydroclimatologie. Ce chapitre se repose sur l’exploitation des données hydroclimatologiques débouchant sur la réalisation d'un bilan hydrologique. Cette partie se termine par une évaluation du bilan hydrologique du bassin versant. . Dans le troisième chapitre on décrit le contexte géologique général de la région de Laghouat en identifiant les formations susceptibles d’être aquifères. . Dans le Quatrième chapitre, la caractérisation hydrodynamique de la région consiste à interpréter surtout des cartes piézométriques permettant de suivre l’évolution dans l’espace et dans le temps de la nappe Baremo - Albo -Aptien. . Dans le Cinquième chapitre on aborde les aspects hydrochimiques de la nappe. Ceci permet de caractériser la chimie des eaux souterraines, de les comparer et de suivre l’évolution dans l’espace et dans le temps de ces faciès. l’appréciation de leur qualité pour l’alimentation en eau potable et l’irrigation est également développée.
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Introduction Générale
Nous terminerons notre étude par une conclusion générale qui rappellera les principaux résultats obtenus et qui s’ouvrira sur un certain nombre de recommandations qui permettraient de mieux appréhender la problématique soulevée dans le cadre de ce travail.
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Chapitre : 1
Aperçu Géomorphologique Et Géographique
Chapitre I Aperçu géographique et géomorphologique
I-1 Introduction Le bassin hydrographique, ou bassin versant, est l’unité ou le cadre de toute étude hydrologique. Les limites d’un bassin sont formées par les lignes de partage des eaux ; qui le séparent des bassins adjacents. Elles sont facilement repérables dans les régions où le relief est bien marqué, il n’en est pas de même dans les régions très plates, où les eaux divaguent dans celles où les écoulements temporaires se perdent dans les sables ou dans les cuvettes désertiques. Dans un bassin hydrographique, la topographie ou le système de pentes commande la trajectoire des écoulements et l’organisation du drainage ou réseau hydrographique, celui-ci dépend de l’alimentation en eau. Le terme de bassin hydrographique est parfois remplacé par celui du bassin versant ; qui désigne la surface d’interception des précipitations alimentant un cours d’eau. I-2 Cadre générale et géographique I-2-1 Situation géographique La région d’étude est située au Nord-ouest de la wilaya de Laghouat à quelques dizaines de kilomètres de son chef lieu. (Fig.1). Elle fait partie du bassin versant de Chott Melghir et plus précisément du sous bassin versant de l’oued M’zi(Fig.2). La wilaya de Laghouat occupe une place stratégique dans la relation entre le Nord et le Sud du pays. Située à 400 kilomètres au Sud de la capitale, Alger, Elle est limitée : – Au Nord et à l’Est par la wilaya de Djelfa, – A l’Ouest par les wilayas de Tiaret et Elbayadh, – Au Sud par la wilaya de Ghardaïa. I-2-2 Contexte socio-économique La population de la région de Laghouat connait un accroissement rapide, et un développement industriel et agricole, ce que traduit une évolution rapide des besoins en eau. Les principaux pôles de concentration sont (Laghouat, Ain Mahdi, Tadjmout) D’après le recensement général de 2008 la population de cette région est de l'ordre de : ville de Laghouat de 146 369 habitants. Ain Mahdi avec une population de 35 805 habitants. C’est une population à caractère rural, dispersée entre plusieurs douars répartis administrativement et géographiquement entre la wilaya de Laghouat. L’activité principale de la population est Céréaliculture intensive et l'élevage avec une faible activité pour les cultures maraîchères.
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N
Fig.1 : Situation géographique du secteur d’étude
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I-2-3 Ressource en eau Les sources d’alimentation en eau ont, depuis long temps, bien évolué en nombre, et en volume. La principale source d’alimentation en eau était les puits paysans et les forages, puis le nombre croissant de la population et des surfaces à irriguer a conduit à la nécessité de captage d’eau La ressource en eau de la région d’étude est d’origine souterraine, Elle est obtenue à travers deux types de captage : L’un superficiel, jusqu’à 50 m de profondeur exploité par plus des puits dont 10 % sont utilisés pour A.E.P et l’irrigation et 80 % sont utilisés purement pour l’irrigation. L’autre profond, exploité par des forages (de 50 m à 250 m de profondeur); dont 30 % sont utilisés pour l’A.E.P et 70 % pour l’irrigation. I-2-4 Climat La région de Laghouat est caractérisée par un climat aride avec des hivers froids et des étés secs et chauds. Les températures sont variables d’une saison à l’autre avec des amplitudes parfois très importantes. Les précipitations sont faibles et irrégulières d’une année à une autre. La direction des vents est essentiellement nord-ouest d’après Seltzer (1913-1938). I-3 Présentation du bassin versant de l’oued M’zi Le bassin versant de l'oued M’zi se caractérise par une superficie de 7504 km2 et fait parti du grand bassin Chott Melghir (BV06), qui couvre une superficie de 68751 km2 et englobe trente (30) sous bassins versants. Le bassin versant de l’oued M’zi d’orientation E-W appartenant à la wilaya de Laghouat chevauche deux domaines géologiques assez différents avec au nord, les reliefs escarpés de l’atlas saharien central ou djebel Amour, et au sud la plate-forme saharienne. Il est limité (Fig.2): . Au Nord par le bassin versant de Chélif et zahrez, . A l’est par le sous bassin versant de l’oued djeddi, . A l ‘Ouest et Au sud par le bassin versant saharien. I-4 Couvert végétal La couverture végétale joue un rôle important. Elle a une influence sur le ruissellement superficiel, elle conditionne l’évapotranspiration et par la suite le bilan hydrique du bassin. Le bassin versant de l’oued M’zi est caractérisé par un couvert végétal moyen à faible. Il ne dépasse pas les 10% de la surface totale , ce qui favorise l’action d’érosion. Le couvert végétal est composé essentiellement d’une végétation steppique d’armoise, de sparte et d’alfa, dans la plaine on met en évidence les cultures annuelles (production céréalière, fourrage……).
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Fig.2 : Localisation géographique du bassin versant de l’oued M’zi
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I-5 Géomorphologie I-5-1 Analyse morphologique Les différents paramètres morphométriques du bassin notamment, la forme, l’altitude caractéristique, la pente et le relief, interviennent et souvent de façon combinée dans les modalités de l’écoulement, donc il convient de les préciser dés le début de toutes étude. I-5-1-1 La superficie La superficie d’un bassin versant est la première et la plus importante des caractéristiques. Elle est la base de tous les calculs hydrologiques. Après la délimitation du bassin versant de l’oued m’zi par la ligne de partage des eaux, on distingue Cinq sous bassins versants (Fig.2). une telle subdivision permet la comparaison des différents sous bassins versants. I-5-1-2 Périmètre L’exactitude du périmètre P du bassin versant dépend de l’échelle de la carte ; plus ce dernier est bien marqué, plus la délimitation est bien nette et plus le calcul des divers paramètres sont précis. I-5-2 Caractéristiques de forme I-5-2-1 Coefficient de compacité de Gravilius ( Kc) La forme d'un bassin versant influence sur l’écoulement et sur l'allure de l'hydrogramme de crue à l'exutoire du bassin versant. Par exemple, une forme allongée favorise, pour une même pluie, les faibles débits de pointe de crue, ceci en raison des temps d'acheminement de l'eau à l'exutoire qui est plus important. Il existe différents indices morphologiques permettant de caractériser la forme, mais aussi de comparer les bassins versants entre eux. Citons à titre d'exemple l'indice de compacité de Gravelius Kc : P K 0.28 c S
P : périmètre du bassin versant S : surface du bassin versant
Selon les valeurs de KC, nous avons la classification suivante des bassins versants: . Kc = 1 Bassin versant de forme circulaire. . Kc = 1,12 Bassin versant de forme carrée. . Kc > 1,12 Bassin versant allongé.
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I-5-2-2 rectangle équivalent La notion du rectangle équivalent permet de comparer facilement des bassins versants entre eux, en ce qui concerne l’influence de leurs caractéristiques sur l’écoulement. Le bassin rectangulaire résulte d’une transformation géométrique du bassin réel dans laquelle on conserve la même superficie, le même périmètre (ou le même coefficient de compacité), et donc par conséquent la même répartition hypsométrique. Les courbes de niveau deviennent des droites parallèles aux petits cotés du rectangle. si L et l respectivement la longueur et la largeur du rectangle équivalent, alors :
2 A 1.12 L K 1 1 c 1.12 K
2 A 1.12 l K 1 1 c 1.12 K Les résultats de l’application de ces notions sur la zone d’étude sont reportés dans le tableau ci- dessous. Tableau.1: Paramètres géométriques des sous bassins versants.
Sous bassin Superficie Périmètre Rectangle équivalant Coefficient de verssant (Km2) (Km) Longueur (m) Largeur (m) compacité de L l Gravilius (Kc) Oued Morra 358 132 59.91 5.97 1.95 Oued Meska 951 192.5 85.21 11.16 1.75 Oued M’zi amont 2336 290 126.54 18.46 1.68 Oued Messaad 1811 244 104.21 17.38 1.60 Oued M’zi aval 2048 293.5 131.5 15.57 1.82
Les résultats du calcul (Tableau.1) permettent de montrer que le bassin le plus compacté est celui de l'oued Messaad (Kc=1,60), C’est la même chose pour le sous bassin de l’oued Meska et l’oued M’zi Amont qui représentent une compacité de 1,75 et 1,68 respectivement, Avec un indice de compacité de 1.95 et 1.82 pour le sous bassin de l’oued Morra et oued M’zi aval respectivement, le bassin de l’oued M’zi, dans son ensemble, présente une forme allongée, qui favorise les faibles débits de pointes de crues ; ceci en raison du temps important d’acheminement de l’eau à l’exutoire. Cet indice (Kc) est basé sur des caractères purement géométriques, qui assimilent le bassin versant à un plan horizontal. Il permet de faire des comparaisons, notamment pour les bassins d'un même domaine géographique .Cependant il est nécessaire de soulever des réserves sur sa fiabilité, car il est lié aux mesures de périmètre stylisé, qui dépend directement de la façon de stylisation.
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I-5-3Caractéristiques des altitudes (le relief) L'influence du relief sur l'écoulement se conçoit aisément, car de nombreux paramètres hydrométéorologiques varient avec l'altitude (précipitations, températures, etc.) et la morphologie du bassin. En outre, la pente influe sur la vitesse d'écoulement. Le relief se détermine lui aussi au moyen d'indices ou de caractéristiques suivants : I-5-3-1 La courbe hypsométrique La courbe hypsométrique fournit une vue synthétique de la pente du bassin. Cette courbe représente la répartition de la surface du bassin versant en fonction de son altitude (Fig.3). Elle exprime ainsi la superficie du bassin ou le pourcentage de superficie, au-delà d'une certaine altitude. Les courbes hypsométriques demeurent un outil pratique pour comparer plusieurs bassins entre eux ou les diverses sections d'un seul bassin.
Oued Messaad
1075 1025 975
Altitudes (m) Altitudes 925 875 825 775 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 S Cumulées (%) S Cumulées (%)
Oued M'zi Aval
1210 1110
Altitudes (m) Altitudes 1010 910 810 710 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
S Cumulées (%)
Fig.3: Courbes hypsométriques des sous bassin versant de l’oued M’zi.
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I-5-3-2 Les altitudes caractéristiques I-5-3-2-1 Les altitudes maximales et minimales Elles sont obtenues directement à partir des cartes topographiques. L'altitude maximale représente le point le plus élevé du bassin tandis que l'altitude minimale considère le point le plus bas, généralement à l'exutoire. Ces deux données deviennent surtout importantes lors du développement de certaines relations faisant intervenir des variables climatologiques telles que la température, la précipitation. Elles déterminent l'amplitude altimétrique du bassin versant et interviennent aussi dans le calcul de la pente. I-5-3-2-2 L'altitude médiane L'altitude médiane correspond à l'altitude lue au point d'abscisse 50% de la surface totale du bassin, sur la courbe hypsométrique. Cette grandeur se rapproche de l'altitude moyenne dans le cas où la courbe hypsométrique du bassin concerné présente une pente régulière. Les altitudes caractéristiques du basin versant de l’oued M’zi sont regroupées dans le tableau ci- dessous : Tableau.2 : Altitude caractéristique du basin versant de l’oued M’zi.
Sous bassin Altitudes caractéristiques
versant Hmax Hmoy Hmin H5 H50 H95
Oued Morra 1450 1171.6 970 1417 1224 1034 Oued Meska 1528 1187.1 894 1488 1247 1007 Oued M’zi amont 1591 1160.5 792 1497 1224 918 Oued Messaad 1067 895.1 775 1042 913 825 Oued M’zi aval 1270 848 675 1118 875 733
Pour l’ensemble du bassin versant étudié, l’altitude médiane est supérieure à l’altitude moyenne, ce qui nous renseigne sur l’abondance et dominance des basses altitudes sur la quasi-totalité du bassin versant.
USTHB/2012 01 Chapitre I Aperçu géographique et géomorphologique
I-5-4 Le système des pentes I-5-4-1 Les indices de pente L'approche de ce paramètre est abordée avec des indices fréquemment utilisés par les hydrologues statisticiens, les buts essentiels de ces indices sont de caractériser les pentes d’un bassin, d’établir une classification entre les différents reliefs et de comparer les bassins entre eux. Mais les résultats et leur traduction sont d'une précision douteuse d'autant plus qu'ils considèrent le bassin versant homogène et négligent les nuances topographiques qui existent à l'intérieur du bassin versant. I-5-4-2 L’indice de pente globale Cet indice sert à classer le relief d’un bassin .Il présente l’avantage d’être facile à calculer, son évaluation est rapide, il est défini comme étant le rapport de la dénivelée spécifique sur la longueur du rectangle équivalant Du Ig L Ig : l’indice de pente globale (m/Km) Du : la dénivelée utile (m). L : Longueur du rectangle équivalent. (Km) I-5-4-3 Dénivelée spécifique Ds
La dénivelé spécifique Ds sert à comparer les indices de pente de bassins de superficies différentes, L’indice de pente globale décroit pour un même basin lorsque la surface augmente, il est donc incommode de comparer des bassins de surfaces différentes .Afin de palier à cet inconvénient, Ig est considéré en fonction de l’effet de surface. La dénivelé spécifique ne dépend donc que de l’hypsométrie et de la forme du bassin, elle donne lieu à la classification suivante (Tableau.3).
Ds I g S
Ig : indice de pente globale S : superficie du bassin versant.
R1 Relief très faible 05 < Ds < 10M
R2 Relief faible 10 < Ds < 25m
R3 Relief assez faible 25 < Ds < 50m
R4 Relief modéré 50 < Ds < 100m
R5 Relief assez fort 100 < Ds < 250m
R6 Relief fort 250 < Ds < 500m
R7 Relief très fort 500 < Ds < 750m
Tableau.3 : Classification de l’ORSTOM.
USTHB/2012 00 Chapitre I Aperçu géographique et géomorphologique
I-5-4-4 L’indice de pente de roche C’est un indice qui rend bien compte de l’aptitude des différents terrains au ruissellement .en outre il sert à déterminer la pente moyenne avec les données réelles du bassin versant
L’indice de pente de roche Ip est calculé par les formules suivantes : 1 n I a d p i i L i1 Avec : Ip : Indice de pente de roche (%). L : longueur du rectangle équivalent (m).
Ai : surface partielle entre deux courbes de niveau par rapport au totale Ai di : l’équidistance entre deux courbe de niveaux. Les résultats des différentes applications sont représentes dans le tableau ci-dessous Tableau.4 : Indice de pente des sous bassins versants de l’oued M’zi.
Sous bassin versant Superficie Longueur Ip Ig Ds Classe (Km2) (Km) (m/Km) (m) de relief (%)
Oued Morra 358 59.91 1.70 6.4 121.1 Assez Fort Oued Meska 951 85.21 2.56 5.64 173.9 Assez Fort Oued M’zi amont 2336 126.54 3.64 4.57 220.9 Assez Fort Oued Messaad 1811 104.21 2.17 2.08 88.5 Modérée Oued M’zi aval 2048 131.5 2.73 2.93 132.6 Assez Fort
Ces résultats montrent : une pente globalement faible (2 n l Dd i1 S L: Longueur totale cumulée des talwegs de l'ordre de km / km² S : Surface du bassin versant (Km2). USTHB/2012 01 Chapitre I Aperçu géographique et géomorphologique I-5-5-2 Coefficient de torrentialité C’est le produit de la densité de drainage par la fréquence des talwegs élémentaires C F D t t d Avec : Ft : Fréquence des talwegs élémentaires : Ft = N /S N : Nombre des talwegs d'ordre 1. I-5-5-3 Temps de concentration C'est le temps que met une goutte de pluie du point la plus éloignée pour arriver à l'exutoire. Il peut être calculé par la formule de Giandotti. 4 S 1,5L Tc 0,8 Hmoy H min Avec : Tc: Temps de concentration (heures) S: Superficie du bassin versant, L: Longueur du talweg principal, Hmoy: Altitude moyenne du bassin versant, Hmin: Altitude minimale du bassin versant. Les différentes valeurs des caractéristiques hydrographiques sont récapitulées dans le Tableau.5 suivant : Tableau.5 : Caractéristiques du réseau hydrographique du bassin versant d l’oued M’zi. Sous bassin versant Dd Ft Ct Tc Oued Morra 0.64 0.22 0.14 10.5 Oued Meska 0.63 0.25 0.16 13 Oued M’zi amont 0.70 0.45 0.31 20 Oued Messaad 0.60 0.32 0.19 29.5 Oued M’zi aval 0.48 0.33 0.16 33 La densité de drainage qui exprime la dissection générale du relief est variable à l’échelle des sous bassins entre 0,48 et 0.70 km/km2 où la superficie et la répartition des chevelus hydrographiques jouent un rôle déterminant dans la compensation de la densité de drainage. USTHB/2012 03 Chapitre I Aperçu géographique et géomorphologique Cette dernière est généralement élevée pour l’ensemble du bassin de l’oued M’zi, en moyenne, elle est de l’ordre de 0.70 Km2/Km, ce qui est la caractéristique des régions arides ; elle résulte, à l’échelle zonale, de l’intensité des précipitations et leur répartition saisonnière, Le sous bassin de l’oued M’zi amont présente un réseau hydrographique très dense, avec un nombre élevé de confluences associées souvent à de fortes pentes ; qui favorisent des crues rapides et puissantes. Alors que l’oued Messaad forme un réseau de drainage moins dense (0,32 km/km2). Les deux sous bassins, de l’oued Morra et Meska, sont situés au nord ouest où l’importance du volume montagneux et la forte incision du relief présentent des temps de concentration longs : 10heures et 30 minutes pour Morra et 13 heures pour Meska. Le sous bassin de l’oued Morra présente un temps de concentration court par rapport à l’ensemble du bassin en raison de sa faible extension. D’une manière générale, le bassin versant de l’oued M’zi présente un temps de concentration plus long; en raison de la prédominance de la plaine en allant vert l’Est, avec l’augmentation de la surface du bassin de l’oued M’zi et sa forme allongée. I-7 Conclusion Le calcul numérique des caractéristiques topographiques et morphologiques pour un bassin versant n’ont pas de sens précis, elles servent comme moyen de comparaison entre les sous bassins de même type. Ce calcul est nécessaire pour l’exploitation des causes de variation du régime hydrologique Nous pouvons conclure que le bassin versant de l’oued M’zi est caractériser de point vue géomorphologique par trois sous bassin versants : . Les sous bassins versants (Morra, Meska) : Caractérisés par des altitudes élevées et de fortes pentes de densité de drainage importantes et des profils d’équilibre convexes indiquant une continuité de l’érosion résultant du réajustement actuel des structures atlasiques. . Le sous bassin versant de l’oued Messaad Correspondant à la zone de transition entre l’atlas saharien et la plate forme saharienne, où l’érosion est plus faible à l’échelle de bassin versant et une forme concave du profil en long. . Le sous bassin versant de l’oued M’zi aval Caractérisé par une pente assez faible, un réseau hydrographique épars. L’activité morphologique de chaque partie du cours d’eau est différente ; l’amont se caractérise par la prédominance de l’érosion, la partie moyenne par le transport des débris, l’aval par la prédominance des inondations et l’accumulation des dépôts. USTHB/2012 04 Chapitre : 2 Etude hydroclimatologique Chapitre II Etude hydroclimatologique II-1 Introduction L’étude des aquifères est liée à l’étude des facteurs climatiques de la région d’étude qui jouent un rôle déterminant dans le régime des cours d’eau, notamment les précipitations qui constituent le facteur essentiel intervenant par leur répartition annuelle et mensuelle, Les différents aspects des précipitations plus ou moins modifiés par l’effet combiné des autres paramètres physiques (altitude et exposition) et climatiques (températures ,évaporation et évapotranspiration ), permettent d’expliquer quantitativement les variations des composantes du régime hydrologique du bassin versant. L’étude des données climatiques permet de nous renseigner sur : Le type du climat; le comportement hydrologique du bassin versant; le calcul du bilan hydrologique en fonction des paramètres climatiques. II- 2 Etude des paramètres climatiques II-2-1 Les précipitations II-2-1-1 Le réseau pluviométrique Dans notre étude sur le bassin versant de l’oued M’zi ; neuf stations pluviométriques ont été retenues, sept d’entres elles sont situées à l’intérieur du bassin, les deux autres sont implantées aux alentours de Celui-ceci, elles sont réparties d’une manière homogène (Fig.3). Les coordonnées des stations concernées sont mentionnées dans le tableau ci-dessous (Tableau.6). Tableau.6 : Caractéristiques des stations pluviométriques. N° Station Coordonnées X(km) Y(km) Altitude(m) 01 Aflou 444.80 390.50 1400 02 Seklafa 467.50 378.50 1233 03 Elghiecha 449.00 370.20 1160 04 Ain Madhi 463.40 355.00 985 05 Elhouita 475.10 340.00 900 06 Tadjmout 484.05 363.90 894 07 Sidi Makhlouf 529.00 392.00 886 08 Laghouat 516.45 356.90 765 09 Ksar Elhirane 541.10 354.70 716 USTHB/2012 15 Chapitre II Etude hydroclimatologique Fig.3: Localisation géographique des différentes stations pluviométrique. USTHB/2012 16 Chapitre II Etude hydroclimatologique II-1-4 Répartition interannuelle des précipitations L’étude des pluies dans le bassin versant de l’oued M’zi a été possible grâce à la collecte des données des neuf postes pluviométriques de ce dernier (Fig.3), récoltées auprès de l’agence nationale des ressources hydrique (ANRH) et qui couvrent une période allant de 1970 à 2005. Ces stations présentent des lacunes à l’échelle annuelle. Face à cette situation, Nous avons procédé au comblement des lacunes annuelle à l’aide de l’analyse en composantes principales, sur les données de départ qui se présentent sous forme d’une matrice à 35 lignes représentant les valeurs observées et 9 colonnes représentant les variables (voir annexe B). L’analyse des courbes de répartition interannuelle des précipitations (Fig.4), permet de tirer les particularités suivantes de la région étudiée. Les modules pluviométriques généralement sont faibles. Ils varient entre 116 mm à 252 mm ; La variation de la pluviométrie interannuelle pour les stations est presque identique (Cv varie de 0.22 à 0.45) Le bassin de l’oued M’zi présente 2 zones pluviométriques différentes. . Zone septentrionale (Haut de l’oued M’zi ) est bordée par l’atlas saharien qui influence la répartition pluviométrique (Aflou,Ghiecha ,Seklafa); . Zone méridionale qui connaît une diminution progressive vers le Sud sous l’influence du Sahara entre Ain mahdi 156mm et Houita 117mm. USTHB/2012 17 Chapitre II Etude hydroclimatologique 500 Aflou 450 Seklafa 400 Ghiecha 350 300 Presipitation(mm) 250 200 150 100 50 0 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 années 350 Ain Mahdi 300 Tadjmout Houita 250 Presipitation(mm) 200 150 100 50 0 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Années 350 Laghouat 300 Sidi Makhlouf Ksar Elhirane 250 Presipitation(mm) 200 150 100 50 0 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 années Fig.4 : Variation interannuelle des précipitations au niveau du bassin versant de l’Oued M’zi. USTHB/2012 18 Chapitre II Etude hydroclimatologique II-1-5 Répartition moyenne mensuelle L’analyse de la variabilité moyenne mensuelle des précipitations (Fig. 5) pour la période 1970-2005 montre l’existence au niveau des différentes stations une saison froide et humide s’étalant d’Octobre à Mai avec un maximum en Mars où les précipitations peuvent atteindre 35 mm à la station d’Aflou et une saison sèche entre Juin et Septembre où les plus faibles précipitations sont enregistrées au mois de Juillet et Août. La forte variabilité inter-mensuelle des précipitations, apparaît à travers les valeurs élevées des coefficients de variation mensuelle. Les plus fortes valeurs concernent les mois d’été. Une variabilité aussi marquée en été s’explique par une indigence pluviométrique des mois secs qui sont parfois parsemées par de vifs orages pouvant être assez importants par leurs actions érosives violentes. La période excédentaire où les précipitations sont supérieures à la moyenne mensuelle de l’année, débute en septembre et s’achève en mai, avec un premier maximum en septembre et un deuxième en mars dans la majorité des stations du bassin ; Pour les stations Ain Mahdi(24mm), sidi makhlouf(17mm), et ksar Elhirane(19mm) le mois de septembre est le plus arrosé de l’année, pour les stations Seklafa (24mm) ,Tadjmout et Ghiecha c’est le mois d’octobre et pour la station de Laghouat (35mm) le mois de mars est le plus humide de l’année. Le minimum est enregistré en juillet pour toutes les stations. 40 Aflou 35 Seklafa 30 Ghiecha 25 Ain Mahdi Presipitation (mm) Presipitation 20 Tadjmout 15 Houita 10 Laghouat Sidi Makhlouf 5 Ksar Elhirane 0 Sept Oct Nov Dec Jan Fev Mar Avr Mai Jui Jul Aou Mois Fig.5 : Variations Mensuelles des précipitations au niveau des stations du bassin versant de l’Oued M’zi. USTHB/2012 19 Chapitre II Etude hydroclimatologique II-1-6 Répartition saisonnière des précipitations L’organisation des saisons n’est pas homogène dans la région d’étude, elle dépend du régime pluviométrique propre à chaque secteur géographique. D’après la répartition mensuelle, il est possible de distinguer une saison humide de 9 mois (de septembre jusqu’à mai), pendant laquelle la pluie représente plus de 90% de la pluie moyenne annuelle et une saison sèche aux mois de juin, juillet et août. Quant à la répartition saisonnière des pluies, dans les stations du bassin l’oued M’zi, elle permet de distinguer un régime pluviométrique continental. Ce régime est caractérisé par une lame d’eau tombée en automne équivalente à peut prés à la quantité de pluie printanière (environ 31% de moyenne annuelle) et une proportion de pluie hivernale relativement moindre soit 23% des précipitations annuelles, alors que la saison d’été est caractérisée par une faiblesse quantitative des précipitations soit un pourcentage de 13% de la moyenne annuelle. La figure ci-dessous (Fig.6) nous montre que: Les saisons les plus humides pour l’ensemble du bassin sont l’automne avec une moyenne de 47 mm et un maximum de 72 mm à la station d’Aflou et vient après le printemps avec 44 mm. L’hiver est moyennement pluvieux et dû certainement aux déférentes averses qui caractérisent cette saison; La saison la plus sèche est l’été avec seulement 18 mm en moyenne 80 Aflou 70 Seklafa 60 Ghiecha 50 Ain Mahdi Presipitation(mm) 40 Tadjmout 30 Houita Laghouat 20 Sidi Makhlouf 10 Ksar Elhirane 0 automne hiver printemp été Saison Fig.6 : Répartition Saisonnière des pluies au niveau des stations du bassin versant de l’Oued M’zi, . USTHB/2012 20 Chapitre II Etude hydroclimatologique II-1-7 Répartition spatiale de la pluviométrie La carte de la répartition spatiale de la pluviométrie moyenne du bassin de l’oued m’zi (Fig.7) représente un échantillon caractéristique au niveau de la région à climat aride dans le sud algérien. En effet, la pluie diminue à mesure que l'on s'éloigne du nord à cause de l'appauvrissement progressif de l'atmosphère en vapeur d'eau lors du passage des courants aériens qui abandonnent leur pluie en franchissant les chaînes montagneuses (dj Amour): tel est le cas de la station d’Aflou située à une altitude de 1400 m qui ne reçoit que 252 mm, et la station de Seklafa qui reçoit 150 mm. On remarque également que la pluviométrie augmente d’Est en Ouest, ceci est très perceptible au niveau de tout le bassin. La station de Ain Mahdi qui appartient au sous bassin versant de l’oued m’zi amont se trouve au nord- ouest du bassin versant de l’oued M’zi à une altitude de 985m, elle enregistre 156 mm. Pratiquement à la même l’altitude, la station de l’Houita appartenant au sous bassin de l’oued Messaad à une altitude de 900 m n’enregistre que 116mm. En allant vers le Sud du bassin, la station de ksar Elhirane, se trouvant à 716 m d’altitude, n’enregistre qu’une hauteur de pluie de 140 mm. Le bassin de l’oued M’zi présente 2 zones pluviométriques différentes. . Zone septentrionale (Haut de l’oued M’zi) est bordée par l’atlas saharien qui influence la répartition pluviométrique (Aflou,Ghiecha ,Seklafa); . Zone méridionale qui connaît une diminution progressive vers le Sud sous l’influence du Sahara entre Ain mahdi 156mm et Houita 117mm (Fig.7). . . USTHB/2012 21 Chapitre II Etude hydroclimatologique Fig.7 : Carte pluviométrique du bassin versant de l’oued M’zi. USTHB/2012 22 Chapitre II Etude hydroclimatologique II-2-2 Température de l’air L’étude des températures moyennes mensuelles et annuelles est déterminante pour évaluer le bilan hydrologique à l’échelle d’un bassin versant. Les températures moyennes, mensuelles et annuelles agissent sur les autres facteurs météorologiques telque les précipitations, l’hygrométrie l’évaporation et par la même, le déficit d’écoulement annuel et saisonnier. Les températures sont donc l’un des éléments majeurs qui influe sur le climat d’une région. C’est donc cette action du régime thermique qui nous intéresse spécialement d’autant plus que l’évapotranspiration atteint des valeurs importantes dans notre bassin notamment en saison chaude. Ce pendant les données dont on dispose sont très limitées, elles intéressent la station de Laghouat pour la période allant de 1990 à 2005, et elles sont récoltées au prés de l’Office Nationale de Météorologie (ONM). (Tableau.7). Tableau.7 : Températures mensuelles et annuelles (période1990-2005). Mois sept oct nov dec jan fev mar avr mai jui juill aou annuel T°C 31.2 25.7 18.1 14.1 13.85 16.0 19.9 22.6 28.22 34.3 37.8 37.58 24,95 Max T°C 24.75 19.0 12.4 9.31 8.16 9.83 13.1 16.11 21.28 27.2 30.8 30.27 18,53 Moy T°C 18.3 12.3 6.9 4.5 2.46 3.68 6.41 9.7 14.18 20.1 23.8 22.88 12,10 Min Source :ONM La représentation graphique de ces valeurs (Fig.8) nous permet de constater que : Les mois les plus chauds sont juillet et août avec une température de l’ordre de 30.83 °C en raison des courants chauds provenant du Sud. Les mois froids sont décembre, janvier et février, avec des températures égales à 2,16°C ; 3,68°C et 6,41°C La température moyenne annuelle est de l’ordre de 18.53 °C. D’après les valeurs des minima, maxima, les moyennes mensuelles et annuelles, on peut diviser l’année en deux saisons distinctes. Saison froide allant de novembre à avril; Saison chaude allant de mai à octobre. USTHB/2012 23 Chapitre II Etude hydroclimatologique 40 Température max (°c) temperateur max(°c) 35 Températuretemerateur mmoy(°c)oy (°c) 30 Températuretemperateur(°c) min (°c) Temperateur (°c) Temperateur 25 20 15 10 5 0 0 S1 O2 N 3 D4 J 5 F 6 M7 A8 M9 J10 J11 A12 Mois Mois Fig.8 : Variation des températures mensuelles à la station de Laghouat (1990-2005). II-2-3 Humidité relative C’est le quotient entre la tension de vapeur réelle et la tension de vapeur saturante. L’humidité de la région montre un écart important entre la période hivernale etcelleestivale. Les valeurs moyennes mensuelles mesurées à la station de Laghouat sont portées dans le tableau suivant : Tableau.8 : Moyennes mensuelles du taux d’humidité relative. Période (1998-2005). mois sept oct nov dec jan fev mar avr mai jui juill aou U% 52.4 59.4 61.4 69.6 71.4 62.6 50 50.1 49.41 35.8 30.1 32.6 Le tableau N°8 montre que l’humidité relative à la station de Laghouat dépasse les 50% de septembre à avril pour ensuite diminuer jusqu’à août, en atteignant un minimum au mois de juillet 30.1 %, cette diminution est due à l’influence saharienne se traduisant, plus particulièrement en été, en vent favorisant l’assèchement de la zone. II-2-4 Vents La vitesse du vent est pratiquement stable pendant toute l’année (3,29 m/s). Les sirocco est un vent chaud et sec qui souffle du sud, SW ou SE. Il accroit la température et diminue fortement l’humidité en favorisant considérablement l’évaporation(Tableau.9). Tableau.9: Moyennes mensuelles de la vitesse du vent moyen en m/s période (1998-2005). mois sept oct nov dec jan fev mar avr mai jui juill aout Moy.Annuel V(m/s) 3 2.55 2.43 2.8 2.47 3.25 3.8 4.6 4.12 3.89 3.29 3.3 3,29 USTHB/2012 24 Chapitre II Etude hydroclimatologique II-2-5 Evaporation Selon Musy, 2005 l’évaporation se définit comme étant le passage de la phase liquide à la phase vapeur, il s'agit de l'évaporation physique. Les plans d'eau et la couverture végétale sont les principales sources de vapeur d'eau. Le principal facteur régissant l'évaporation est la radiation solaire. Les mesures de l’évaporation ont été effectuées sous abri à l’aide de l’évaporémètre ‘’Piche’’ à la station de Laghouat, le Tableau N°10 résume les moyennes mensuelles de l’évaporation en mm sur une période allant de 1998 à 2005. Tableau.10 : Evaporation moyenne mensuelle et annuelle à la station de Laghouat (1998 – 2005). mois sept oct nov dec jan fev mar avr mai jui juill aou Année Evaporation 166.7 118.2 84.54 58.54 58.9 71.86 129.7 159.06 220.6 275.02 330.52 288.4 1962 en mm D’après ce Tableau, l’évaporation est relativement faible pendant la période allant de Novembre à Février et importante en période estivale. L’évaporation annuelle est égale à 1962 mm (prèsque 2m). II-2-6 Evapotranspiration ou Déficit d’écoulement La connaissance du bilan d’eau d’une région consiste à évaluer la répartition des précipitations entre l’écoulement, l’infiltration et l’évaporation. L’évapotranspiration est définie, comme étant une restitution de l’eau sous forme de vapeur de la surface terrestre à l’atmosphère. Elle est donc un élément très important pour l’établissement du bilan hydrique, et dépend de plusieurs paramètres : la température, les précipitations, l’humidité de l’air, le couvert végétal.... Les valeurs de l’évapotranspiration au niveau de la zone d’étude estimées pendant la période (1998- 2005) sont reportées dans le tableau ci-dessous. Tableau.11 : Estimation de l’évapotranspiration potentielle moyenne mensuelle en mm selon Serra. mois S O N D J F M A M J J A Année T°C 24.75 19.02 12.44 9.31 8.16 9.83 13.17 16.11 21.28 27.21 30.83 30.27 18,5 3 ETPC 119.64 68.28 27.24 15.45 12.39 17.41 36.58 57.02 105.9 169.82 217.05 196.74 1043.5 D’après le tableau ci-dessus, on remarque une augmentation des valeurs de l‘ETP à partir du mois de Février pour atteindre les plus fortes valeurs au mois de Juillet, cela est dû à l’intensité du rayonnement solaire dans cette période de l’année. Une diminution apparaît à partir du mois de Septembre jusqu’à Janvier. USTHB/2012 25 Chapitre II Etude hydroclimatologique II-2-6-2 Calcul de l’évapotranspiration réelle (ETR) Elle est considérée comme la somme des quantités de vapeur d'eau réellement évaporées par le sol et par les plantes quand le sol est à une certaine humidité et les plantes à un stade de développement physiologique et sanitaire spécifique. A fin d’estimer les valeurs de l’évapotranspiration réelle ou du déficit d’écoulement, Verdeil a établi pour l’Algérie (1988) un abaque bi- logarithmique pour le calcul du déficit d’écoulement pour des précipitations comprises entre 0 et 600mm(Fig.9). ETR = 140 mm, soit 96 % des précipitations. Déficit (mm) Fig.9: Abaque pour le calcul du déficit d’écoulement en Algérie d’après P.VERDEIL 1988 USTHB/2012 26 Chapitre II Etude hydroclimatologique II-3 Estimation du bilan d’eau La formule générale du bilan d’eau donne l’égalité des apports et des pertes évaluées sur de grandes périodes. La formule du bilan est la suivante: P ETR R I W P: La hauteur de la précipitation annuelle en (mm). R: Le ruissellement de surface annuel en (mm). ETR: L’évapotranspiration réelle annuelle en (mm). I: L’infiltration annuelle (mm). ΔW: La variation de réserves en (mm). Selon plusieurs auteurs (Maurice Grisoni, Jacques Decroux, 1972), la variation de la réserve devient négligeable devant une période d’observation de longue durée, avec une succession de périodes humides et sèches sur l’intervalle d’observation. Les différentes composantes du bilan hydrologique pour la station de Laghouat sont reportées dans le tableau ci-dessous. Tableau.12: Les différentes composantes du bilan hydrologique pour la station de Laghouat. Station Période P ETR R I (mm) (mm) (%) (mm) (%) (mm) (%) Laghouat 1970-2005 146 139 95 6 4 1 1 D’après ces résultats du bilan hydrologique au niveau de la station de Laghouat, on remarque que 95% des précipitations sont pratiquement reprises par l’évapotranspiration et retournent à l’atmosphère, 4 % de cette pluie constitue la lame ruisselée et seulement 1 % sous forme d’une lame infiltrée. Ces résultats restent sommaires et loin de représenter la réalité que présente le terrain. Toutefois, ils nous donnent une idée sur l’importance des quantités reprises par l’évaporation. Son inconvénient principal concerne essentiellement l’estimation de la lame infiltrée. L’établissement d’un bilan hydrologique qui englobe tout le bassin versant de l’oued M’zi est une tache très délicate. Sa difficulté réside non seulement dans la variabilté des conditions climatiques entre l’Ouest et l’est, la diversité lithologique, le comportement hydrologique et hydrogéologique des différentes formations mais aussi et surtout dans le manque de données voir même l’inexistante de la mesure des paramètres climatiques (température, évaporation…) en amont du bassin. USTHB/2012 27 Chapitre II Etude hydroclimatologique II-4 Identification du climat La région d’étude est caractérisée par des conditions climatiques qui seront précisées en utilisant les méthodes : de l’indice d’aridité de D. Martonne,et du diagramme de L. Emberger II-4-1 Classification bioclimatique de L.EMBERGER On utilise le climagramme de L.EMBERGER (Fig.10) pour définir le climat de la région étudiée. Son indice est fondé sur les limites occupées par les différentes associations végétales de la région méditerranéenne et permet de faire correspondre à chaque région un étage bioclimatique ; cela consiste à calculer le quotient d’Emberger qui s’exprime par la formule suivante : 2000P Q 2 M 2 m2 M : moyenne des maximums du mois le plus chaud en degré absolu (°C) ; m: moyenne des minimums du mois le plus froid en degré absolu (°C) ; P : précipitation moyenne annuelle en mm. On reporte les valeurs du quotient pluviothermique (Q2) en ordonnées et les minima du mois plus froid en abscisse. On lit directement l’étage bioclimatique correspondant à la région. Pour le bassin versant de l’oued M’zi Q2 =14 D’après le diagramme de l’EMBERGER le climat de la région est classé comme un climat aride à hiver frais et tempéré. USTHB/2012 28 Chapitre II Etude hydroclimatologique Fig.10 : Climagramme de L’EMBERGER. USTHB/2012 29 Chapitre II Etude hydroclimatologique II-4-3 Indice de De. Martonne Le géographe de De. Martonne (1989) définit un indice d’aridité Ia, calculé selon la formule suivante : P I a T 10 Ia : indice d’aridité P : précipitations moyennes annuelles (mm). T : températures moyennes annuelles (°C). Pour 20 Nous obtenons un indice d’aridité I qui est égale à 5,12 D’après l’abaque de E. De Martonne, la région de Laghouat est une zone à climat désertique à écoulement temporaire(Fig.11). Fig.11 : Abaque de (DE MARTONNE). USTHB/2012 30 Chapitre II Etude hydroclimatologique II-5 Conclusion De part sa forme allongée du Nord- ouest au Sud-est et sa position géographique, situé entre l’Atlas saharien tempéré et la plateforme saharienne aride à semi-aride, le bassin versant de l’Oued M’zi connaît une évolution fortement liée au climat qui se caractérise par des contrastes importants en relation avec les chaînes montagneuses et l’influence saharienne. La pluviométrie moyenne annuelle estimée est égale à 141 mm, la plus grande partie de cette eau retourne à l’atmosphère sous forme d’évapotranspiration. La variabilité des précipitations est bien marquée aussi bien à l’échelle mensuelle qu’annuelle, elle est bien exprimée par les coefficients de variation mensuelle dont les plus fortes valeurs se concentrent en saison estivale. Le régime thermique est caractérisé par des amplitudes annuelles assez fortes avec une température moyenne annuelle de l’ordre de 18,53°C qui permettent d’accentuer le phénomène de l’évapotranspiration estimée à 1043,5 mm, l’assèchement rapide des sols et la dégradation du couvert végétal. Ces préalables favorisent en cas d’averses le développement d’un écoulement de surface rapide, d’une érosion intense des sols. L’évapotranspiration réelle moyenne est de l’ordre de 139 mm soit 95% des précipitations moyennes annuelles. Le ruissellement et l’infiltration estimé à partir de la formule du bilan hydrique représente respectivement 4% et 1% des précipitations moyennes annuelles. Enfin, on peut dire que le bassin versant de l’oued M’zi est situé dans une région à climat largement aride. . USTHB/2012 31 Chapitre : 3 Géologie Chapitre III Géologie III-1 Introduction L’un des aspects essentiels de l’étude hydrogéologique est l’identification des aquifères, lesquels sont définis dans un espace fini et continu appelé : réservoir. Ce dernier est caractérisé par sa lithologie, sa localisation dans le sous-sol et sa structure et sa géométrie. III-2 Aperçu sur la géologie régionale et locale La région d’étude appartient à la zone de transition entre l’atlas saharien central, qui occupe la partie méridionale de la chaîne alpine des maghrébides en Algérie et les pays de dayas (plate- forme saharienne). Elle se trouve plus précisément au Nord -ouest de Laghouat et fait partie de l’atlas saharien central représenté par les Monts du Djebel Amour au Nord-ouest et les pays des Dayas (zones d’épandage) au Sud, (Fig.12). Fig.12 : Les grands ensembles structuraux selon DUROND-DELGA (1967). USTHB/2012 32 Chapitre III Géologie III-3-Stratigraphie de la région d’étude Les séries sédimentaires affleurant dans la région sont formées essentiellement par des terrains méso- cénozoïques décrits par différents auteurs : BASSETO & COUMES (1967) ; M.HARKET (1982) ; ABED (1982). Ces terrains reposent sur un socle cristallin hercynien peu ou pas étudié. La série affleurant dans notre secteur d’étude présente des formations allant du Trias jusqu'au Crétacé terminal (Fig.13, 14,15). III-3-1 Le Trias Les terrains attribués au Trias apparaissent à la faveur d’accidents ou bien sous forme diapirique (ex.diapir d’Ain El Harfi à 37 km au Nord-Ouest de Ain Madhi). Ces terrains se présentent en cortèges gréseux salifères. III-3-2 Le Jurassique Les terrains du Jurassique moyen à supérieur constituent une série de 2000 m d’épaisseur de lithologie variée : calcaire, grés et conglomérats ainsi que des argiles et des marnes. Le Jurassique affleure au cœur des anticlinaux III-3-2-1 Le Lias Il n’est connu qu’à partir des sondages profonds. Il est formé d’une importante série de calcaires et dolomies d’une épaisseur supérieure à 450 mètres (ceci est lié à la transgression marine du Lias – Dogger). III-3-2-2 Le Dogger Il est formé d’argiles silteuses prodeltaïques avec de rares niveaux carbonatés et des intercalations gréseuses. III-3-2-3 Le Malm Il est représenté par une série deltaïque complète composée de calcaires de haute énergie, bioclastiques à polypiers (Delfaud , 1973), La série montre des épisodes gréseux au Kimméridgien et des calcaires massifs au Portlandien ( Ait Ouali, 1982 ). III-3-2-4 Le kimméridgien III-3-2-4-1 Le kimméridgien inferieur (la série de Brizina) : est représenté par : La formation des calcaires à polypiers de l’azreg : est représentée par des récifs de type monticules, renfermant des polypiers, une fane diversifiée, avec intercalation d’intervalles marno- calcaires fortement bioturbés. USTHB/2012 33 Chapitre III Géologie La formation dite zone intermédiaire : est considérée comme une zone de transition entre les calcaires à polypier et les grés massifs sous-jacents. Elle est constituée par une alternance de grés fins, de silts, d’argile ou de marnes et de calcaires. . La formation des grés massifs de Seklafa (grés supérieur) : elle est constitue par des lentilles gréseuses massive intercalées de lits argileux peu épais. . La formation des grés et argile rouge de Kourdane : elle se caractérisée par sa couleur rouge ; Cette formation est essentiellement détritique constituée de barres de grés a stratification obliques, entrecroisées et falzars, intercalées de niveaux argileux. III-3-2-4-2 Le kimméridgien Supérieur (la série de Laghouat) : se subdivise en deux sous séries : La sous série de Tadjmout : composée par deux formations : La formation des calcaires lumachelliques la formation des marnes à gypses. La sous séries d’Aflou : composée de trois formations : La formation des calcaires massifs d’Aflou La formation des calcaires en plaquettes d’Aflou La formation des grés chenalisés de Taouiala III-3-2-5 Le Portlandien (la série d’Ain Rich) : comporte deux formations : . La formation des marnes à gypses de Taouiala : qui apparait sous forme d’une courbe essentiellement marno gypseuses avec parfois des bancs décimétrique de calcaires marneux ou des calcaires micritique. . La formation des calcaires oolithiques du Zerga : qui apparait sous forme d’une corniche constituée par des bancs métrique de calcaires oolithiques séparés par de minces niveaux marneux ou marno calcaires bioturbés. SERIE DE LAGHOUAT S ERIE SERIE SERIE EL BAYADH SERIE DE BREZINA D’AIN RICH DE BOUSAADA Fig.13 : profil morphologique et découpage lithostratiphique du jurassique du djeble lazreg. USTHB/2012 34 Chapitre III Géologie III-3-3 Le crétacé Il est représente par des formation allant du Néocomien jusqu'au Maastrichtien, dont l’épaisseur à l'affleurement est estimée à 2800m et une épaisseur réelle moyenne de 2000m ,la faune est plutôt rare ,voire absente . On y observe la succession suivante: III-3-3-1 Le Néocomien-barrémien Repose sur la discontinuité complexe du passage jurassique-crétacé (zone de transition), c'est une formation fluviatile représentée par une épaisse série continentale de grés grossiers à dragée de quartz (grés inferieurs) intercalés de minces niveaux argileux souvent rouges. III-3-3-2 L'Aptien Dans la série crétacée du Milok à Laghouat, il apparait sous forme d'une combe argileuse (argile vertes a gypses) avec intercalation de quelques bancs gréseux à géodes de gypse.Il correspond à une phase de transgression marine, qui entraîne une rétrogradation du delta III-3-3-3 L'Albien Inférieur Le régime deltaïque reprend avec une formation fluviatile détritique de grés à dragées de quartz (grés supérieurs) à grandes stratifications obliques et slumps liés à une instabilité du substratum III-3-3-4 L’Albien Supérieur Il est représenté par une formation essentiellement marneuse où s'intercalent des bancs calcaires fins, parfois dolomitiques à laminations algaires de type stromatolithes. III-3-1-2 Le Cénomanien C'est une combe marneuse qui débute par un niveau calcaire dolomitique correspondant a un intervalle transgressif .puis, viennent les marnes a gypse caractéristique du Cénomanien, III-3-1-3 Le Turonien La barre dolomitique du Turonien constitue la corniche sommitale des synclinaux perchés. Cette formation carbonatée dolomitisée d’une puissance d’environ 130 m, comporte deux barres importantes d’une vingtaine de mètres de calcaires séparées par un ensemble constitué de calcaires en plaquettes centimétriques à décimétriques à nombreux rognons de silex USTHB/2012 35 Chapitre III Géologie III-3-1-4 Le Sénonien La subsidence est plus faible, elle entraine des dépôts marno-calcaires à faunes benthiques. Dans la série du Milok, la Sénonien est discordant sur le turonien et correspond aux termes marneux à ,gypse qui se terminent par quelques mètres de bancs calcaires lacustres blancs qui restent mal datés et pourraient appartenir à l'Eocène. III-3-1-5 Le Tertiaire Continentale Il correspond aux terrains d'âge Eocène -Oligocène essentiellement continentaux avec des argiles rouges, des grés et des conglomérats, dans lesquels s'intercalent des bancs de calcaires lacustres III-3-1-6 Le Quaternaire Les terrains quaternaires couvrent une importante superficie dans l'atlas saharien. Au sens large, il sont constitués principalement de dépôts alluviaux parfois très épais (plusieurs dizaines de mètres) USTHB/2012 36 Chapitre III Géologie Fig.14 : Carte géologique de Laghouat USTHB/2012 37 Chapitre III Géologie Fig.15 : Log synthétique de l’atlas saharien central (Guillemot et al 1974) (extrait de la carte géologique de Laghouat non publié) USTHB/2012 38 Chapitre III Géologie III-4 Conclusion L’atlas saharien est une chaine intra continentale qui a pris naissance au niveau d’une goutières subsidente entre la Mesta oranaise et la plate forme saharienne qui est stable depuis la fin du paléozoïque. La zone d’étude couvre deux domaines géologiques assez différents de l’atlas saharien et la plate forme saharienne. Les formations qui peuvent constituer des aquifères sont : Formations du jurassique Formations du complexe gréseux (Baremo-Albo-Aptien) Formations du Turonien Formations du Mio-plio- Quaternaire Le présent aperçu géologique a permis de dresser un état récapitulatif sous forme de tableau qui illustre les formations géologiques les plus importantes sur le plan intérêt hydrogéologique(Tableau.13) : Age géologique lithologie Comportement observation hydrogéologique Moyennement perméable Vallée de l’oued m’zi, et Quaternaire Alluvions limono- constitue par endroit des certaines cuvettes sableuse nappe phréatique et infero-flux Localisée notamment au nord et nord ouest Tertiaire continental Conglomérats, sable et Aquifères à perméabilité d’Aflou et au cœur des argiles sableuses médiocre grandes dépressions morphologiques Calcaires et calcaires Constituent, au moins Synclinal de Dakhla et Crétacé supérieur dolomitiques du Turonien localement, des nappes djebel Lahmar et du sénonien aquifère a perméabilité de fissures Les grés et les grés à Des grés constituent un Synclinaux d’Aflou, dragées de valanginien aquifère a perméabilité de synclinaux de dakhla ,dj Crétacé inferieur barrémien de l’albien et fissures plus au moins Milok ,Ain Mahdi du crétacé inferieur non continue dans l’espace ,Elhajeb ……. différencie Les grés et les calcaires Comme témoignent les Les zone favorable à leur fissures du portlandien – émergences naturelles, ils exploitation seraient les Jurassique berriasien du constituent des nappes axes des synclinaux cites kimméridgien de aquifères à perméabilité dans au crétacé inferieur l’oxfordien, et voir même de fissures le dogger et lias Tableau.13 : Géologie et comportement hydrogéologie des formations de la région de Laghouat. USTHB/2012 39 Chapitre : 4 Hydrogéologie Chapitre IV Hydrogéologie IV-1 Introduction L’objectif de ce chapitre est, avant tout, d’appréhender le fonctionnement des aquifères existants dans notre secteur d’étude d’âge jurassique et Crétacé en fonction de leur extension latérale, afin de déterminer l’importance et l’intérêt en ressources en eau de chaque aquifère. A cet égard on essayera d’approcher les caractéristiques hydrodynamiques à savoir la transmissivité, le coefficient d’emmagasinement, la porosité, la perméabilité et l’épaisseur, à partir des données d’essais de débits et des données géophysiques. Dans beaucoup de zones, l’absence d’essai de pompage, nous a contraint à une approche indirecte des caractéristiques hydrauliques du milieu. IV-2 Description des aquifères L’étude géologique des différents formations affleurant dans le secteur d’étude nous permet de mettre en évidence plusieurs horizons aquifères susceptibles de constituer des réservoirs d’eau. Complexe aquifère Kimméridgien Il est constitué essentiellement d’une alternance de gypse et d’argile gypseuse montrant quelques passées gréseuses semi-perméables à imperméables et affleurant généralement au cœur des anticlinaux avec de forts pendages. Son épaisseur est très faible d’environ 160 m, ce complexe renferme des eaux fortement minéralisées du fait de la présence de gypse. Complexe aquifère gréseux du Barrémo-Albo-Aptien Il est Constitué d’une puissante formation continentale gréseuse ; elle est formée de grés fins à moyen à dragées de quartz et de calcaires gréseux fissurés. Sa perméabilité mixte d’interstices, de fissures et de chenaux peut fournir de gros débits(Fig.16). Ce complexe gréseux du Baremo-Albo-Aptien, Par son extension latéral, son épaisseur et sa perméabilité, constitue l’aquifère le plus important de la région de Laghouat. Par conséquent, dans la présente étude, ce complexe aquifère fera l’objet essentiel des analyses et évaluations entreprises dans l’objectif du suivi qualitatif de ses eaux et leurs relations avec les eaux des autres complexes aquifères de la région d’étude. Complexe aquifères du Turonien Il est Constitué d’une formation calcaro- dolomitique fissuré, qui repose sur un substratum argileux d’âge cénomanien imperméable constitué exclusivement d’argiles et de marnes.Ce terrain pressente une grande perméabilité, Il est localisé seulement dans la région de Laghouat où il constitue la plupart des crêtes visibles, la ligne qui traverse la ville de Laghouat, les crêtes du djebel Lahmar et chapeau gendarme au niveau du pont sur l’oued M’zi ainsi que le djebel Dakhla. Complexe aquifère de Mio-plio- Quaternaire Le Mio-plio- Quaternaire est constitué par des alluvions des formations sablo argileuse et des calcaires, avec une perméabilité d’interstices et de fissures. USTHB/2012 40 Chapitre IV Hydrogéologie Argile vertes feuilletées à intercalation de grés Argile vertes feuilletées ,indurées, sableuse Argile vertes sicolores, sableuse,feuilletée Argile vertes feuilletées à intercalation de grés Argile vertes sicolores, sableuse, à intercalation de grés Argile rouge plastique Grés rouge, Argile vertes feuilletées Grés verdâtre Argile vertes feuilletées,indurées,sableuse Fig.16: Description lithologique des forages captant la nappe Baremo-Albo-Aptien. USTHB/2012 41 Chapitre IV Hydrogéologie IV-3 Inventaire et reconnaissance des points d’eau Le premier inventaire partiel des points d’eau a été réalisé en 1978 par les techniciens de l’Agence nationale des ressources hydriques (ANRH) d’Alger. Il concerne essentiellement les alluvions de l’oued M’zi amont et aval ainsi qu’une partie du synclinal d’Oum Deloua - Dekhla et la zone Tadjmout _ Ain Madhi. Nous avons donc dû compléter cet inventaire durant la période du 05/06/2003 au 20/09/2004 avec les services techniques de la direction de l’hydraulique la wilaya de Laghouat et une deuxième de 05/06/2006 au 20/09/2007 et nous avons, par la même occasion, procédé à des mesures piézométriques. Les points d'eau inventoriés sont en nombre de 528 dont 183 puits et 345 forages Un numéro d’ordre est attribué à chaque point d’eau. En général, les puits domestiques captent les alluvions de l’oued M’zi et ses affluents ainsi que les dépôts du Mio-pliocéne. Les forages profonds captent soit les formations Mio-Plio-Quaternaire dans certains endroits, soit les calcaires dolomitiques du complexe Sénonien -Turonien ou bien les grés du Crétacé inférieur, dans d’autres endroits. Les puits, de diamètre variant de 1 à 3 mètres sont souvent équipés de motopompes servant à l’irrigation de petites parcelles agricoles ou à l'abreuvement des cheptels. Les puits inventoriés sont généralement regroupés en champs de captage denses. Leur profondeur varie entre 6 et 52 mètres. La profondeur du niveau statique est de l'ordre de 4.20 à 32 mètres par rapport à la surface du sol. Les forages situés dans le synclinal d’Oum Deloua-Dekhla ont une profondeur atteignant parfois 200 mètres. Ces forages captent les calcaires dolomitiques fissurés du Sénonien – Turonien. Ils sont destinés à renforcer l’alimentation en eau potable de la ville de Laghouat. Les forages situés dans la région de Tadjmout et Ain Madhi ont une profondeur atteignant parfois 200 mètres. Ces forages captent les grés à dragées du Crétacé inférieur. Ils sont destinés à l’alimentation en eau potable les agglomérations dispersées des communes du Tadjmout et Ain Madhi. Les forages situés dans la partie anticlinale du Hamda et El Assafia ont une profondeur atteignant parfois 200 mètres, ils captent les grés à dragées du complexe Barrémo-Albo-Aptien. Ils sont destinés à l’irrigation du périmètre agricole du Hamda et les zones agricoles du l’Assafia et l’alimentation en eau potable de la localité de l’Assafia (Fig.17). Nous tenons à signaler que les mesures des niveaux statiques au niveau de certains ouvrages deviennent parfois impossibles surtout lorsqu’ils sont en période d’exploitation ou bien lorsque ils sont fermés par soudure. USTHB/2012 42 Chapitre IV Hydrogéologie Accumulation sableuse Kimméridgien terminale à Tertaire continentale portlandien Dépôt actuel Sénonien Kimméridgien calcaro- greseux Quaternaire ancien Turonien Kimméridgien marno-calcaire Quaternaire moyen Cénomanien Oued Quaternaire récent Complexe baremo-albo- aptien Fig.17 : Carte des points d’eau captants le complexe gréseux du Baremo-Albo-Aptien. USTHB/2012 43 Chapitre IV Hydrogéologie IV-4 Les mécanismes d’alimentation de la nappe Barrémo-Albo-Aptien L'essentiel des ressources de cet énorme réservoir correspond à l'eau infiltrée au cours des périodes pluvieuses, de façon directe par infiltration à partir des ruissellements qui se produisent sur les zones périphériques d'affleurements, notamment aux piémonts de l'atlas saharien (au Nord- Ouest), des formations du portlandien-berriasien par l’intermédiaire des fractures. IV-5 Etude piézométrique Afin d’étudier le comportement hydrodynamique de la nappe principale du complexe gréseux du Barrémo-Albo-Aptien, nous avons établi deux cartes piézométriques du complexe Barrémo- Albo-Aptien (Fig18 et 19) à partir des données récoltées lors des deux campagnes piézométriques effectuées sur le secteur d’étude en date du 15/09/2003 et 05/09/2007. La différence de niveau entre les deux périodes étant négligeable, L’observation des deux cartes établies (Fig.18 et 19) correspondant aux deux campagnes de suivi permet d’analyser le comportement hydrodynamique de la nappe Barrémo-Albo-Aptien. IV-5-1 Interprétation des cartes piézométriques L'étude des cartes piézométriques (Fig18 et 19.) a mis en évidence deux axes principaux de drainage au niveau du Ain Madhi vers Tadjmout (Kourdane et djebel Mouesta) là où le sens d'écoulement général est Sud-Ouest – Nord Est, et Nord-Ouest –Sud-Est au niveau de Tadjmout au long de l’oued M’zi vers le synclinal de Milok . L’écoulement devient Ouest – Est sur l'emplacement des décrochements tectoniques au niveau de la branche de l’oued M’zi. Ce changement brusque dans le sens d'écoulement est lié probablement à la présence de cette zone faillée. D'autres axes moins visibles sont à signaler : celui de l'oued Bou Redime et ses affluants oued Rthmiya, oued Rakoussa et l’oued ben el djabline. Ces axes sont matérialisés par des courbes concentriques et des écoulements convergents. Plus au sud, Dakhla constitue la zone de partage des eaux. A l'Est les marnes gypseuses de Cénomanien forment des épontes imperméables. Les courbes isopiézes montrent bien le lien hydrodynamique entre la nappe du Barrémo- Albo-Aptien et les nappes adjacentes. Les sources au niveau de la cluse de Laghouat en période de hautes eaux constituent les zones de débordement de la nappe. A ces endroits, la nappe alluviale, présente un écoulement à fort gradient hydraulique et une épaisseur très réduite de la zone saturée, autrement dit, la zone la plus favorable à l'exploitation du Mio-plio- Quaternaire. Le parallélisme des courbes isopiézes avec les bordures indique l'existence d'apport d'eau souterraine en provenance de flancs calcaro- dolomitiques du Sénonien Turonien. USTHB/2012 44 Chapitre IV Hydrogéologie Fig.18 : Carte piézométrique de la nappe libre de Baremo-Albo-Aptien (compagne 2003). USTHB/2012 45 Chapitre IV Hydrogéologie Fig.19 : Carte piézométrique de la nappe libre de Baremo-Albo-Aptien (compagne 2007). USTHB/2012 46 Chapitre IV Hydrogéologie IV-6 Gradient hydraulique Le gradient hydraulique est peu variable à l’ouest de la région d’étude, il présente une valeur moyenne de l’ordre de 0,009. Sa valeur moyenne est de 0,005 Au Nord-est. Les valeurs importantes (0,02), enregistrées près des reliefs calcaires au Nord-Ouest et au centre de la région d’étude, impliquent que les massifs entourant la zone d’étude correspondent à des zones d’alimentation de la nappe où l’écoulement est plus important. Ceci est remarquable lors des pompages,En effet,le niveau d’eau ne s’abaisse pas beaucoup et il est récupérable après peu du temps. V-7 Evolution des niveaux d’eau dans la nappe libre du complexe Barrémo-Albo-Aptien Pour avoir une vue générale sur l’évolution des fluctuations de niveau d’eau dans la nappe libre du complexe Barrémo-Albo-Aptien, nous avons utilisé les données piézométriques du mois de Septembre 2000, Septembre 2003 et Septembre 2007 de quelques points d’eau représentatifs de la région d’étude(Tableau.14). Tableau. 14: Variations du niveau d'eau (2000-2007). Côte piézométrique Côte piézométrique Côte piézométrique N° du point d’eau (m) (m) (m) REGIONS Sep/2000 Sep/2003 Sep/2007 F001Ain Madhi 970 ,49 969,89 969,59 AIN MADHI F009 Oued M’zi 944,73 944,31 944,09 OUED M’ZI F012 Tadjmout 882,65 882,32 881,82 TADJMOUT F018 Milok 782,46 781,81 780,23 MILOK F022 Hamda 780 ,20 779 ,70 779 ,56 HAMDA F032 Assafia 753,43 748,71 748,12 ASSAFIA La nappe libre du complexe Barrémo-albo-aptien, par rapport l’année 2000 est déficitaire. Le niveau piézométrique de cette nappe a enregistré des rabattements allant de 0,85 m au niveau de la région d’Ain Madhi à plus de 5 mètres au niveau de la zone agricole d’EL Assafia entre 2000 et 2007. La cause principale du déficit observé au niveau de l’aquifère du complexe Barrémo-albo-aptien est soit la période de sécheresses qu’a connu cette région, où bien la surexploitation intense de cette nappe. Les chiffres mentionnés sur le tableau ci-dessus montrent que les rabattements les plus importants sont ceux enregistrés dans la partie sud-est de la région d’étude avec plus de 5 mètres. Dans la partie centrale, la nappe du Baremo-Albo-Aptien (chenal principal) a subi un rabattement du niveau de l'ordre de 0,60 à 1, 50 mètres. Dans la partie sud - ouest, la variation des niveaux d'eau a été la moins importante avec moins d'un mètre dans la plupart de zones d’étude(Fig.20). USTHB/2012 47 Chapitre IV Hydrogéologie 940 920 F012AM NP(m) 900 F009OM 880 F012TADJ 860 840 F018MILOK 820 F022HA 800 F032ASS 780 760 740 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Les années Fig .20 : Evolution des niveaux d’eau dans la nappe libre du complexe Barrémo-Albo-Aptien. IV-8 Définition des paramètres hydrodynamiques La transmissivité T (m²/s) Elle régit le débit d'eau qui s'écoule par unité de largeur d'un aquifère et évalue la fonction conduite de celui-ci. Elle est égale au produit du coefficient de perméabilité K par l'épaisseur de l'aquifère e. Le coefficient de perméabilité K (m/s) Le coefficient de perméabilité défini par DARCY est le volume d'eau gravitaire en m3 traversant en une unité de temps (1 seconde), sous l'effet d'une unité de gradient hydraulique, une unité de section orthogonale à la direction de l'écoulement. le coefficient d'emmagasinement (S) C'est le rapport du volume d'eau libéré ou emmagasiné, par unité de surface (1m2) à la variation de la charge hydraulique correspondante. C'est un paramètre sans dimension. Il se mesure sur le terrain principalement par des pompages d'essais. Dans l'aquifère à nappe libre où la compressibilité de la roche et de l'eau est négligeable, ce coefficient est égal à la porosité efficace. Pour évaluer ces parametres, nous avons utilisés les méthodes de THEIS et JACOB. IV-7-1 Interprétation des valeurs de transmissivité Les résultats reportés dans le tableau.15 permettent de constater que les valeurs des transmissivités de la nappe du complexe barrémo-albo-aptien sont variables dans l’espace, elles sont de l’ordre de 10-3 dans la région de Ain Madhi et Dait Gadrane à l’est de Ain Madhi et 10-4 au voisinage des crêtes ; de 10-2 à 10-1 dans la zone centrale de la région d’étude et le long des zones faillées. En général, elles sont de l’ordre de 10-3 à 10-2,Ce qui explique le débit fort de la nappe, vu son épaisseur assez importante par endroit , sa perméabilité mixte d’interstices, de fissures et de chenaux. Pour les zones au voisinage des épontes imperméables le débit est assez faible. USTHB/2012 48 Chapitre IV Hydrogéologie Tableau.15 : Valeurs des Transmissivité (d’après DHW Laghouat et l’archive de l’ETHLA) Point d’eau JACOB THEIS remontée THEIS Valeurs descente moyennes AIM 01 1.80 X 10-4 1.40 X 10-4 7.19 X10-4 2.79X10-4 KORDN 69 2.00 X 10-3 2.80 X 10-3 4.16 X 10-3 2.70 X 10-3 OUDMZI06 2.20 X 10-3 9.00 X 10-3 1.43 X 10-3 1.49 X 10-3 P27 8.69 X 10-3 4.30 X 10-3 5.04 X 10-3 6.04 X 10-3 TDJMT 68 2.00 X 10-1 1.30 X 10-1 1.27 X 10-1 4.10 X 10-1 MOSTA 65 9.80 X 10-4 1.30 X 10-4 4.20 X 10-4 1.80 X 10-4 JDIDA 70 1.40 X 10-4 1.50 X 10-4 8.90 X 10-4 3.19 X 10-4 HAJB 03 1.30 X 10-3 3.20 X 10-3 2.48 X 10-3 2.12 X 10-3 RAKSA 22 3.20 X 10-2 3.70 X 10-2 2.24 X 10-2 3.10 X 10-2 MALK 73 4.96 X 10-2 5.80 X 10-2 2.70 X 10-2 3.90 X 10-2 HMDA 24 1.30 X 10-3 1.10 X 10-3 1.39 X 10-3 1.28 X 10-2 DKLA 25 2.60 X 10-2 5.90 X 10-2 3.59 X 10-2 9.97 X 10-2 B.SNS 71 1.00 X 10-2 1.20 X 10-2 9.95 X 10-2 8.40 X 10-2 UNVRST 66 7.20 X 10-4 8.00 X 10-4 1.25 X 10-4 9.05 X 10-4 CHAPEAU GENDARME 4.40 X 10-3 5.20 X 10-3 1.14 X 10-3 5.69 X 10-3 ASSF 54 1.68 X 10-2 7.40 X 10-2 - 2.44 X 10-2 IV-7-1-1 Interprétation des courbes de descente et de remontée par la méthode de Theis-Jacob Afin de confirmer les valeurs de la transmissivité obtenues par les études antérieurs ,nous avons procèdé à la réalisation de quelques essais de pompage dans trois forages captant la nappe étudiées (F004AM, F0023HA et F0033AS) ;les résultats de ces essais sont résumés dans le tableau (voir annexe c) La méthode de l’approximation logarithmique de Jacob a été utilisée pour interprèter ces résultats(Fig.21). Les valeurs de la transmissivité calculées (Tableau.16) confirment les résultats théoriques mentionnés dans le tableau 53. Ils montrent en générale une zone à forte transmissivité au niveau central et à l’Est de la région d’étude tel que Hamda et El Assafia. Une zone d’une transmissivité moyenne s’observe aux alentours des chenaux. Dans la partie Ouest de la région d’étude, la transmissivité est de l’ordre de 2.16 10-4 m2/s. Tableau16 : Valeurs de transmissivité calculées par la méthode d’approximation logarithmique de Jacob. Forage Durée de l’essai (heures) Débit (l/s) Transmissivité (m2/s) F004AM 25 15 2,16 10-4 F0023HA 24 44 5,72 10-3 F0033AS 24 22 2,04 10-3 USTHB/2012 49 Chapitre IV Hydrogéologie FOO4 AM FOO33 AS FOO23 HA Fig.21 : Courbe de descente des forages captant la nappe Baremo-albo-aptien . USTHB/2012 50 Chapitre IV Hydrogéologie A IV-5 Exploitation de la nappe L’exploitation d’une prise d’eau souterraine n’est pas constante pour plusieurs raisons. D’abord pour répondre à des besoins hydriques variables selon la pluviométrie, l’activité économique ou autre, mais aussi, à cause de contraintes techniques liées à l’ouvrage ou des contraintes qualitatives et/ou quantitatives liées à la nappe. La nappe du Barrémo-Albo-Aptien constitue actuellement la principale source d'approvisionnement en eau dans la wilaya de Laghouat. Elle est exploitée par pompage à des profondeurs variant de 60 m à 180 m (Laghouat, Ain Mahdi, milok,hamda…..).les besoins en eau de la région et les débits extraits sont résumés dans les tableaux.17 et 18. Tableau.17 : Valeurs des débits extraits par région et des besoins pour l’année 2003. volume extraits volume extraits volume extraits IND % REGION 3 3 3 AEP % IRR % AEP (m /an) IRR ( m /an) IND (m /an) Laghouat 2507112 1090713,6 52560 68,68 29,88 1,44 Ain Madhi 490910,4 241920 - 66,99 33,01 0,00 Tadjmout 1576800 1226880 - 56,24 43,76 0,00 El Assafia 215496 701568 105120 21,08 68,63 10,28 Oued M'zi 144540 86400 - 62,59 37,41 0,00 Hamda + Milok 1090713,6 - 0,00 95,40 4,60 Total 4934858,4 4438195,2 210240 51,49 46,31 2,19 Tableau.18 : Valeurs des débits extraits par région et des besoins pour l’année 2007. volume extraits volume extraits volume extraits IND % REGION AEP % IRR % AEP (m 3/an) IRR ( m3/an) IND (m3/an) Laghouat 2861892 1244505,6 52560 68,81 29,92 1,26 Ain Madhi 963950,4 297216 - 76,43 23,57 0,00 Tadjmout 1971000 1226880 - 61,63 38,37 0,00 El Assafia 357408 1016064 105120 24,17 68,72 7,11 Oued M'zi 144540 231552 - 38,43 61,57 0,00 Hamda + Milok - 1244505,6 52560 0,00 95,95 4,05 TOTAL 6298790,4 5260723,2 210240 53,52 44,70 1,79 La présentation des valeurs de débits prélevés dans cette nappe pour l’année 2003 et 2007 (Fig.22) montre une variation spatio-temporelle des prélèvements de 2003 à 2007.On souligne une amplification des valeurs de 9583293,6 à 11769753,6 m3/an. Ces prélèvements sont destinés à l’alimentation en eau potable avec 53,52%, 44,70 % pour l’irrigation et 1,79 % pour l’industrie. On remarque une forte exploitation dans la zone centrale et à proximité de l’oued M’zi (Milok, Hamda). En effet, en terme de répartition et de nombre d’ouvrages ; l’implantation est forte dans les zones proches des oueds ainsi que l’exploitation illicites. USTHB/2012 51 Chapitre IV Hydrogéologie Q>40L/S 30L/S Fig.22 : Valeur de débits d’exploitation de la nappe libre de Baremo-Albo-Aptien. USTHB/2012 52 Chapitre IV Hydrogéologie IV-7 Conclusion L’aperçu hydrogéologique nous a montré que la région étudiée est composée principalement de quatre systèmes aquifères, limitrophes sur le plan géographique et topographique et distincts l’un par rapport à l’autre sur le plan hydrogéologique, à savoir : Complexe aquifère Jurassique Complexe aquifère Gréseux du Barrémo-Albo-Aptien Aquifère du Turonien Aquifère du Moi-Plio- Quaternaire Dans cette étude hydrogéologique on s’est intéressé particulièrement à La nappe Baremo- Albo-Aptien qui est la plus importante par la conception de son réservoir et les apports qu’elle reçoit. L’analyse des cartes piézométriques à l’échelle locale de notre zone d’étude montre un sens d'écoulement général de la nappe de Nord-Ouest vers le Sud-Est et ce tout au long du lit de l'oued M’zi. Ce sens d’écoulement des eaux souterraines orienté en générale de l’amont vers l’aval, depuis le pied de l’Atlas en direction du Nord, suit le sens d’écoulement des cours d’eaux de surface, Les massifs montagneux qui entourent les différentes unités jouent un rôle primordial dans l’alimentation des systèmes aquifères. Les valeurs du gradient hydraulique sont peu variables dans la même direction de l’écoulement, et varient de 0,009 au Nord-ouest à 0,005 au Sud-Est. La transmissivité en moyenne est de l’ordre de 2.16 10-3 m2/s, Elle reflète très exactement le lien entre la géologie et le système hydrodynamique de l’aquifère. L’exploitation de cette nappe se fait à travers les forages, avec des débits allant de 9583293,6 à 11769753,6 m3/an de 2003 à 2007. Ces débits sont utilisés pour l’AEP à raison de 6298790,4 m3/an , l’agriculture 5260723,2 m3/an et l’industrie 210240 m3/an Etant la plus importante source d’approvisionnement en eau de la région, la nappe Baremo- Albo-Aptien est sur-exploitée à la suite des pompages intensifs réalises depuis des années. Ceci se traduit par l’abaissement continu (plus de 5 m) du niveau d’eau dans certains endroits. USTHB/2012 53 Chapitre : 5 Etude hyrochimique Chapitre V HYDROCHIMIE V-1 Introduction La composition chimique d’une eau joue un rôle important dans la détermination de sa qualité, donc la possibilité de son utilisation pour l’alimentation en eau potable ou pour d’autres usages (irrigation, industrie…etc.).La chimie des différentes sources en eau (eaux de surface, eaux souterraines) est souvent influencée par la dissolution des formations géologiques, des rejets urbains et industriels et l’activité agricole. L’objectif de cette étude hydrochimique est, d’une part, de dresser un bilan des connaissances actuelles sur la qualité des eaux souterraines et les concentrations en divers éléments chimiques d’autre part, de réaliser un suivi de l’évolution spatio-temporelle du chimisme de ces eaux. Cette approche est fondée sur l’analyse des échantillons prélevés lors des campagnes des années 2007 et 2010. Elle permet d’abord, une étude globale des eaux analysées avant l’examen des différents facteurs qui peuvent avoir une influence sur leur chimisme et son évolution ainsi que l’établissement des différentes cartes thématiques (faciès chimiques, potabilité, conductivité….). L’interprétation des résultats d’analyses chimiques d’échantillons d’eau prélevés porte sur les éléments majeurs suivants : . Cations: Ca+2, Mg+2, Na+, K+. - -2 - . Anions: HCO3 , Clˉ, SO4 NO3 . . pH, la conductivité, la minéralisation et résidus secs. V-2 Prélèvements Pour cette étude, 47 points d’eau ont été sélectionnés (Fig.23), Le but est de comprendre et caractériser l’évolution de la qualité chimique des eaux souterraines de la région de Laghouat. Ces points sont repartis comme suit : 14 Points d’eau au niveau de la zone occidentale (en amont) de la région d’étude 10 Points d’eau au niveau du la zone centrale (en long d’oued M’zi) de la région d’étude 06 Points d’eau au niveau de la zone Nord-Est de la région d’étude. 17 Points d’eau au niveau de la zone orientale (en aval) de la région d’étude Les analyses chimiques des eaux souterraines prélevées ont été réalisées au laboratoire de l'Algérienne des eaux de l'unité régionale à Laghouat. Les résultats des analyses chimiques ainsi que les mesures de terrain représentés sous forme des cartes et diagrammes, permettent d’une part de préciser les minéralisations globales des eaux et leurs concentrations en éléments chimiques, d’autre part, de voir les variations de la composition chimique dans le temps et dans l’espace. Ces résultats sont représentés dans le tableau.19 USTHB/2012 54 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.23 : Position des points d’eau retenus pour les analyses chimiques USTHB/2012 55 Chapitre V HYDROCHIMIE Tableau.19: Concentrations des éléments chimiques des eaux souterraines analysées et leurs paramètres statistiques. Eléments Valeur minimale Valeur maximale Moyen arithmétique Ecart type Cœfficient du chimiques variation 2007 2010 2007 2010 2007 2010 2007 2010 2007 2010 C PH 6 6.3 8.1 7.9 7.38 7..26 0.357 0.263 0.048 v 0.048 Ca+ (mg/l) 44 28 686 858 198.43 219.07 109.55 116.76 0.726 0.78 Mg++ (mg/l) 2.2 13.4 2042 2064 133.5 160.67 119.5 152.5 2.2 1.967 Na++(mg/l) 8.1 3.5 1241 1676 196.6 212.8 139.9 194.29 1.195 1.55 K+(mg/l) 1.9 2.25 37 138 7.79 20.89 4.31 19.553 0.815 1.448 - Hco3 (mg/l) 83 40.3 439 425.8 178.58 186.67 49.39 52.38 0.37 0.379 Cl- (mg/l) 15.7 15.7 3714 3720 346.4 445.06 303.6 436.13 1.874 1.793 - So4 (mg/l) 33.2 33.2 6780 6472 722.01 744.06 463.1 458.13 1.337 1.294 - No3 (mg/l) 1 3 200 140 21.58 25.58 18.12 19.139 1.522 1.133 Conductivité 165.6 513 6900 9874 1896.55 2020.23 727.03 867.5 0.573 0.767 ( s/cm) Minéralisation 346 336 5462 11725 1405 ,64 2231,09 919,43 2338 ,88 0,65 1,05 (mg/l) Résidu sec 396 347 5097 9417 1492,18 1977 , 34 1492,18 1830,13 0 ,64 0,925 (mg/l) Températures 17 17 24 25 19 ,8 20,1 2,63 2 ,71 0,13 0,13 (°C) V-3 Analyse et interprétation des paramètres physico-chimiques Les analyses physicochimiques des eaux souterraines de la région de Laghouat pendant les années 2007 et 2010, ont montré une grande variation des concentrations des éléments chimiques. Ces dernières dépassent les normes de potabilité dans certains points de mesures. V-3-1 Température La température joue un rôle primordial dans la solubilité des sels et des gaz et par conséquent sur la conductibilité. Elle permet de différencier entre les eaux qui circulent en profondeur et celles qui circulent près de la surface, donc entre leurs origine. La quasi-totalité des eaux de la région de Laghouat présentent une température qui varie entre 17°C et 25°C, ces températures ne dépassent pas les normes fixées par l’O.M.S (25°C). Cette variation thermique des eaux souterraines peut être fonction de la profondeur de l’aquifère : . Si l’aquifère est très profond, les eaux ne sont influencées que par le gradient géothermique, exemple l’eau du forage Milok captant la nappe Baremo-albo-aptien avec une valeur de 17°C. USTHB/2012 56 Chapitre V HYDROCHIMIE . Si l’aquifère est peu ou pas profond, la température des eaux sera influencée essentiellement par les variations climatiques ; exemple l’eau du puits Dakhla captant la nappe Mio-plio- quaternaire avec une température de 25°C. V-3-2 Le potentiel Hydrogène (pH) Il détermine l’acidité ou l’alcalinité de l’eau qui correspond à l’activité des ions H+ contenus dans l’eau. Il subit l’influence de plusieurs facteurs tels que la température, la vitesse de circulation des eaux et la période d’activité biologique. Le pH permet aussi par comparaison avec le pH d’équilibre de déterminer le caractère agressif ou incrustant de l’eau. Dans notre zone d’étude, la plupart des échantillons présentent un pH varie entre 7.1 à 8,1, ce qui reflète la faible alcalinité des eaux de la région d’étude. V-3-3 La minéralisation totale et la conductivité électrique des eaux La minéralisation globale exprime la totalité des sels dissous dans l’eau. Elle est en relation directe avec la conductivité électrique de la solution. Elle permet d’évaluer globalement la teneur d’eau en sels dissous et permet donc une bonne appréciation des matières en solution. V-3-3-1 Interprétation des cartes de la minéralisation totale et de la conductivité électrique L’interprétation de la carte de la minéralisation totale (Fig.24 et 25) permet de déduire qu’une augmentation de la valeur de minéralisation vers Sud-Ouest où les pentes topographiques sont relativement fortes et vers le Sud-Est (aval) où les pentes sont relativement faibles et donc le temps de contact entre l’eau et l’aquifère est assez long. Ce qui permet à l’eau de se charger en éléments chimiques dans cette zone. La carte de conductivité électrique montre que les zones de fortes valeurs de conductivité électrique coïncident avec celles de fortes valeurs de minéralisation totale (Fig.26 et 27). La carte des conductivités montre une augmentation de ce paramètre, qui suit ainsi sensiblement, le sens d’écoulement général, cette élévation peut être due à une alimentation probable à partir d’intercommunication entre différents aquifères. Les eaux de bonne qualité (C inférieure à 1500 μS /cm) sont rencontrées dans les zones suivantes : Milok, Assafia, Oued M’zi. Les secteurs où la qualité de l’eau est la plus mauvaise (C 3000 μS /cm ou 2,3 g/l) sont : l’axe de Laghouat, les puits de Dakhla et la proximité de la ville de Laghouat Ces fortes conductivités peuvent s’expliquer, d’une part par le phénomène de lessivage de la formation aquifère, en liaison avec des temps de séjours importants, et d’autre part à une possible contamination par des eaux plus salées provenant d’autres niveaux aquifères. USTHB/2012 57 Chapitre V HYDROCHIMIE Le Tableau .20 montre que la majorité des eaux de la région de Laghouat, pendant les deux compagnes, ont une forte conductivité, donc un degré de minéralisation élevé. Les valeurs de conductivité de ces eaux restent supérieures aux limites des normes de potabilité fixées par l’OMS (C < 1500 μS/cm). Tableau.20: Classification des eaux souterraines en fonction de la conductivité Electrique. Conductivité électrique Degré de minéralisation Pourcentage des échantillons Compagne 2007 Compagne 2010 <450 Très faible 2,10 - 450 à 750 Faible 8.50 6.40 750 à 1500 moyen 29,80 38, 20 1500 à 2300 Moyennement élevée 40,40 29,80 2300 à 3000 Elevé 6, 40 19,20 >3000 Très élevé 12,80 6.40 USTHB/2012 58 Chapitre V HYDROCHIMIE Accumulation sableuse Tertaire continentale Kimmeridjien continentale à portlandien Senonien Dépôt actuels Kimmeridjien calcaro-greseux Turonien Quaternair ancien Kimmeridjien marno-calcaire Cenomanien Quaternair moyen Quaternair récent Complexe baremo-albo-aptien Oued Fig.24 : Carte de minéralisation totale (compagne 2007) USTHB/2012 59 Chapitre V HYDROCHIMIE Accumulation sableuse Tertaire continentale Kimmeridjien continentale à portlandien Senonien Dépôt actuels Kimmeridjien calcaro-greseux Turonien Quaternair ancien Kimmeridjien marno-calcaire Cenomanien Quaternair moyen Oued Quaternair récent Complexe baremo-albo-aptien Fig.25 : Carte de minéralisation totale (compagne 2010) USTHB/2012 60 Chapitre V HYDROCHIMIE Accumulation sableuse Tertaire continentale Kimmeridjien continentale à portlandien Senonien Dépôt actuels Kimmeridjien calcaro-greseux Turonien Quaternair ancien Kimmeridjien marno-calcaire Cenomanien Quaternair moyen Oued Quaternair récent Complexe baremo-albo-aptien Fig.26 : Carte de conductivité électrique (compagne2007). USTHB/2012 61 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.27 : Carte de conductivité électrique (compagne 2010). USTHB/2012 62 Chapitre V HYDROCHIMIE V-3-4 Le résidu sec Le résidu sec exprime la teneur en matières dissoutes et en suspension. Ses valeurs permettent donc, comme la conductivité, d'apprécier la minéralisation totale de l'eau : . Pour des valeurs inférieures à 600 mg/l, l'eau peut être considérée comme bonne à la consommation humaine, . au dessus de 1500 mg/l, elle est désagréable. Les eaux souterraines de la région de Laghouat présentent des résidus secs qui s’échelonnent entre 0.42 g/l au forage de Milok, à 5.1 g/l, au puits du Dakhla Néanmoins, la majorité des eaux de la nappe du complexe Barrémo-albo-aptien présentent des valeurs de résidu du sec admissible, dont les plus fréquentes se situent autour de 1.5 g/l (Fig.28 et 29). La carte des résidus secs montre une disposition à peu près analogue à celle des conductivités. En effet, malgré quelques points particuliers, cette carte indique une augmentation du résidu sec du Nord-Ouest selon le sens d’écoulement et au Sud Est selon une diagonale passant par la ville de Laghouat (Fig.28 et 29). . USTHB/2012 63 Chapitre V HYDROCHIMIE Accumulation sableuse Tertaire continentale Kimmeridjien continentale à portlandien Senonien Dépôt actuels Kimmeridjien calcaro-greseux Quaternair ancien Turonien Kimmeridjien marno-calcaire Quaternair moyen Cenomanien Oued Quaternair récent Complexe baremo-albo-aptien Fig.28 : Carte de Résidu Sec (compagne 2007) USTHB/2012 64 Chapitre V HYDROCHIMIE Accumulation sableuse Tertaire continentale Kimmeridjien continentale à portlandien Senonien Dépôt actuels Kimmeridjien calcaro-greseux Turonien Quaternair ancien Kimmeridjien marno-calcaire Cenomanien Quaternair moyen Oued Quaternair récent Complexe baremo-albo-aptien Fig.29 : Carte de Résidu Sec (compagne2010) USTHB/2012 65 Chapitre V HYDROCHIMIE USTHB/2012 66 Chapitre V HYDROCHIMIE V-4 Les Concentrations Ioniques La variation des teneurs ioniques est liée d’une part au sens des écoulements souterrains et d’autre part à la nature lithologique des terrains traversés. L'eau destinée à la consommation humaine ne doit contenir, en quantités dangereuses, ni substances chimiques ni germes nocifs pour la santé. L'appréciation de cette qualité se fait par comparaison des valeurs observées aux normes recommandées ou admises. En absence de normes nationales, nous adoptons celles recommandées par des directives internationales comme l’O.M.S. (Organisation Mondiale de la Santé), la C.E.E. (Communauté Européenne), ou encore la réglementation française(Tableau.21 ). Ces normes, résumées ci-dessous, définissent généralement deux types de concentrations qui traduisent des limites de potabilité : - Le niveau guide qui correspond à la concentration maximale acceptable. Selon RODIER (1978), cette valeur correspond à la limite à partir de laquelle la qualité d'une eau est diminuée et provoque chez le consommateur une certaine réticence. - La concentration maximale admissible qui est la quantité maximale des substances tolérées ; Des teneurs supérieures pouvant être dangereuses pour la santé Tableau.21 : Norme de qualité des eaux destinées à la consommation humaines selon directives du conseil des communautés européenne (1980). Paramètres Niveau guide Maximum Observations (mg/l) admissible (mg/l) Température 12°C 25° C pH 6.5 ≤ pH ≤ 8.5 9.5 Ne devrait pas être agressive. Chlorures 25 200 Calcium 100 A partir de 200 mg/l, sérieux inconvénients Sulfates 25 250 Magnésium 30 50 Avec percentile de 80 Sodium 20 175 Potassium 10 12 Nitrates 25 50 Bicarbonates 10 350 Résidu sec ≤1500mg/l USTHB/2012 66 Chapitre V HYDROCHIMIE V-4-1 Répartition globale des concentrations ioniques Mis à part les bicarbonates, les teneurs des autres éléments dissous dans les eaux souterraines de la région d’étude se révèlent très élevées. Les sulfates et chlorures pour les anions et le magnésium et le calcium pour les cations, sont présents en quantités importantes, voire excessives. Les cartes représentant ces teneurs illustrent parfaitement cette surcharge et la dominance des ions sulfate, chlorure, calcium et magnésium. Pour ces 4 éléments, le niveau guide est largement dépassé, tandis que le maximum admissible n’est respecté que pour le bicarbonate. V-5 Interprétation des cartes des éléments chimiques V-5-1 Cartes de cations V-5-1-1 Carte des teneurs en ion calcium (Ca+2) La présence des ions Ca+2 dans l’eau est liée principalement à deux origines naturelles : . soit à la dissolution des formations carbonatées (Ca CO3), . soit la dissolution des formations gypseuses (Ca SO4). 2+ -2 Ca CO3 = Ca +CO3 2+ 2- Ca SO4, 2H2O = Ca +SO4 +2H2O La concentration en ion calcium est relativement plus élevée que celle de l’ion magnésium. L’analyse de cette carte montre une variation légère des teneurs en ion calcium dans l’espace et dans le temps où l’on remarque des concentrations plus élevées dans la région Tadjmout, la cuvette de Dakhla et autour de la ville de Laghouat qui s’étalent entre 200 à 680 mg/l. et moyen à faible au niveau de la région de Ain Madhi et Milok (Fig.30,31). Ce taux élevé de calcium doit provenir la dissolution des formations carbonatées du Turonien et des formations marneux gypseuses du sénonien. V-5-1-2 Carte des teneurs en ion magnésium (Mg+2) Les origines du magnésium sont comparables à celles du calcium, car il provient de la dissolution des Formations carbonatées à fortes teneurs en magnésium : 2+ 2- Magnésite : MgCO3 = Mg +CO3 2+ 2+ 2- Dolomite: CaMg(CO3)2 = Ca +Mg + 2CO3 La concentration en ion magnésium est élevée autour de la ville de Laghouat et varie de 90mg/l à 2000mg/l. Cependant, elle est faible au Nord-Ouest de la région d’étude qui s’étale de 30mg/l à 80 mg/l (Fig.32,33). V-5-1-3 Carte des teneurs en ion sodium (Na+) Le Sodium est un élément fréquent rencontré dans les eaux souterraines, provenant généralement des formations géologiques riches en NaCl. Le Sodium peut aussi provenir de la décomposition des minéraux silicatés tels que les argiles. L’interprétation des cartes (Fig.34 et 35) révèle que l’évolution dans l’espace de la teneur en ions Sodium se fait du Nord-Ouest vers le Sud-Est avec des valeurs maximale observées dans les régions situées entre la ville de Laghouat et ELAssafia est compris entre 90 à 1250 mg/l. Les valeurs élevées de1670 mg/l sont également présentées au Nord dans la région de laghouat. USTHB/2012 67 Chapitre V HYDROCHIMIE Accumulation sableuse Tertaire Continentale Kimméridgien terminal à portlandien Dépôt actuels Sénonien Kimméridgien Calcareo-gréseux Turonien Quaternaire ancien Kimméridgien marno-calcaire Cénomanien Quaternaire moyen Oued Complexe gréseux Quaternaire récent baremo-albo-aptien Fig.30 : Carte des teneurs en calcium (compagne2007). USTHB/2012 68 Chapitre V HYDROCHIMIE Tertaire Continentale Accumulation sableuse Kimméridgien terminal à portlandien Dépôt actuels Sénonien Kimméridgien Calcareo-gréseux Quaternaire ancien Turonien Kimméridgien marno-calcaire Quaternaire moyen Cénomanien Quaternaire récent Oued Complexe gréseux baremo-albo-aptien Fig.31 : Carte des teneurs en calciums (compagne 2010). USTHB/2012 69 Chapitre V HYDROCHIMIE Accumulation sableuse Tertaire Continentale Kimméridgien terminal à portlandien Sénonien Dépôt actuels Kimméridgien Calcareo-gréseux Quaternaire ancien Turonien Kimméridgien marno-calcaire Quaternaire moyen Cénomanien Complexe gréseux Oued Quaternaire récent baremo-albo-aptien Fig.32: Carte des teneurs en magnésiums (compagne2007). USTHB/2012 70 Chapitre V HYDROCHIMIE Accumulation sableuse Tertaire Continentale Kimméridgien terminal à portlandien Dépôt actuels Sénonien Kimméridgien Calcareo-gréseux Quaternaire ancien Turonien Kimméridgien marno-calcaire Quaternaire moyen Cénomanien Oued Complexe gréseux Quaternaire récent baremo-albo-aptien Fig.33 : Carte des teneurs en magnésiums (compagne2010). USTHB/2012 71 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.32 : Carte des teneurs en sodiums (compagne 2007). Accumulation sableuse Tertaire Continentale Kimméridgien terminal à portlandien Dépôt actuels Sénonien Kimméridgien Calcareo-gréseux Quaternaire ancien Turonien Kimméridgien marno-calcaire Quaternaire moyen Cénomanien Complexe gréseux baremo- Oued Quaternaire récent albo-aptien Fig.34 : Carte des teneurs en sodiums (compagne 2007). USTHB/2012 72 Chapitre V HYDROCHIMIE Accumulation sableuse Tertaire Continentale Kimméridgien terminal à portlandien Sénonien Dépôt actuels Kimméridgien Calcareo-gréseux Quaternaire ancien Turonien Kimméridgien marno-calcaire Quaternaire moyen Cénomanien Oued Complexe gréseux baremo- Quaternaire récent albo-aptien Fig.35 : Carte des teneurs en sodiums (compagne 2010) USTHB/2012 73 Chapitre V HYDROCHIMIE V-5-2 Carte des anions -2 V-5-2-2 Carte des teneurs en ion sulfate (So 4) La teneur en sulfates est comprise entre 50 et 6700 mg/l. L’analyse de cette carte montre que la concentration en ion sulfate est excessive dans pratiquement toute la région, les valeurs les plus élevées (>450 mg/l) se situent autour de la ville de Laghouat et au Nord-ouest de la région d’étude ; par contre les moins élevées sont localisées au centre de la région d’étude (les forages au niveau du milok). La partie nord de la région est relativement riche en sulfate du fait de la dissolution de gypse des nappes de charriage. Dans les zones calcaires les sulfates sont absents. Le long des axes de drainage on rencontre des sulfates en abondance pouvant provenir des pollutions par les engrais agricoles (Fig.36, 37). V-5-2-3 Carte des teneurs en ions chlorures (Cl- ) Les ions chlorures sont responsables de la salinité élevée des eaux souterraines de la région d’études. Les secteurs les plus affectés sont soient des cuvettes mal drainées soient des interfluves peu perméables Dakhla. La dissolution et l’enrichissement par évaporation sur place jouent un rôle important. L’axe de drainage le long de l’oued de M’zi est relativement riche en ions chlorures (Fig.38 et 39). les valeurs des Chlorures varient entre 140 mg/l (près de Dj Milok) et 3720 mg/l (au voisinage du Dj Dakhlaa). Les cartes (Fig.38 et 39) montrent que les faibles teneurs se trouvent au centre et au Nord-Est de la région d’étude , alors que les fortes teneurs sont centrées au voisinage du Dj Dakhlaa. Les chlorures peuvent avoir une origine multiple ; soit par contamination par les eaux usées, soit par la dissolution des sels par lessivage des terrains salifères surtout du Trias. La dissolution de ces sels étant très facile d’où leurs présence en fortes concentrations dans les eaux ayant traversées les formations argileuses et marneuses. Les chlorures donnent un goût désagréable et posent le problème de corrosion des canalisations et des réservoirs à partir de 50 mg/l (norme de l’O.M.S). - V-5-2-1 Carte des teneurs en ion bicarbonaté (HCO 3) Les Bicarbonates sont le résultat de l’équilibre physico-chimique entre la roche, l’eau et le gaz carbonique. ++ - XCO3 + CO2 + H2O=X + 2HCO 3 Dont X peut être Ca++ ou Mg++. Les teneurs de bicarbonate varient entre 83 et 306 mg/L, les forages situé au Nord-Ouest de la région d’étude (Tadjmout) atteignent la valeur 306 mg/l, et ceux localisés au voisinage de la ville de Laghouat présentent une valeur moyennement faible (83 mg/L). Dans notre étude, Les fortes teneurs en ion bicarbonate se trouvent dans la région d’Ain Mahdi au Nord- ouest, et au Nord-Est de la ville de Laghouat. Elles se localisent à proximité des massifs carbonatés. Elles diminuent progressivement vers le centre (Fig.40, 41). USTHB/2012 74 Chapitre V HYDROCHIMIE Accumulation sableuse Tertaire Continentale Kimméridgien terminal à portlandien Sénonien Dépôt actuels Kimméridgien Calcareo-gréseux Quaternaire ancien Turonien Kimméridgien marno-calcaire Quaternaire moyen Cénomanien Oued Complexe gréseux Quaternaire récent baremo-albo-aptien Fig.36 : Carte des teneurs en ions sulfates (compagne 2007). USTHB/2012 75 Chapitre V HYDROCHIMIE Accumulation sableuse Tertaire Continentale Kimméridgien terminal à portlandien Dépôt actuels Sénonien Kimméridgien Calcareo-gréseux Quaternaire ancien Turonien Kimméridgien marno-calcaire Quaternaire moyen Cénomanien Oued Complexe gréseux baremo- Quaternaire récent albo-aptien Fig.37 : Carte des teneurs en ions sulfates (compagne 2010). USTHB/2012 76 Chapitre V HYDROCHIMIE Accumulation sableuse Tertaire Continentale Kimméridgien terminal à portlandien Sénonien Dépôt actuels Kimméridgien Calcareo-gréseux Quaternaire ancien Turonien Kimméridgien marno-calcaire Quaternaire moyen Cénomanien Oued Complexe gréseux Quaternaire récent baremo-albo-aptien Fig.38 : Carte des teneurs en ions chlorures (compagne 2007). USTHB/2012 77 Chapitre V HYDROCHIMIE Accumulation sableuse Tertaire Continentale Kimméridgien terminal à portlandien Sénonien Dépôt actuels Kimméridgien Calcareo-gréseux Quaternaire ancien Turonien Kimméridgien marno-calcaire Quaternaire moyen Cénomanien Complexe gréseux Oued Quaternaire récent baremo-albo-aptien Fig.39 : Carte des teneurs en ions chlorurent (compagne 2010). USTHB/2012 78 Chapitre V HYDROCHIMIE Accumulation sableuse Tertaire Continentale Kimméridgien terminal à portlandien Sénonien Dépôt actuels Kimméridgien Calcareo-gréseux Quaternaire ancien Turonien Kimméridgien marno-calcaire Quaternaire moyen Cénomanien Oued Complexe gréseux Quaternaire récent baremo-albo-aptien Fig.40 : Carte des teneurs en ions bicarbonates (compagne2007). USTHB/2012 79 Chapitre V HYDROCHIMIE Accumulation sableuse Tertaire Continentale Kimméridgien terminal à portlandien Sénonien Dépôt actuels Kimméridgien Calcareo-gréseux Quaternaire ancien Turonien Kimméridgien marno-calcaire Quaternaire moyen Cénomanien Oued Complexe gréseux baremo- Quaternaire récent albo-aptien Fig.41 : Carte des teneurs en ions bicarbonates (compagne 2010). USTHB/2012 80 Chapitre V HYDROCHIMIE USTHB/2012 81 Chapitre V HYDROCHIMIE V-6 Classification des eaux souterraines V-6-1 Classification selon STABLER La classification des eaux d’après Stabler consiste, en premier lieu, à calculer le pourcentage de la quantité en réaction de chaque ion par rapport à la concentration totale en utilisant la formule définie par Stabler comme suit : 100 r% *r C r% : pourcentage de chaque élément par rapport à la concentration totale C : concentration totale r : concentration de l’élément considéré La classification suivante consiste à classer séparément les anions et les cations par ordre décroissant de leur concentration de gauche à droite en commençant par les anions. Cette classification permet de distinguer les différents faciès chimiques des eaux souterraines de la région d’étude (Fig.42, 43). L’examen du tableau.22 montre que les eaux des deux compagnes sont des eaux sulfatées et chlorurées. Ces familles représentent respectivement 88% et 8 % des points d’eau. La prédominance de ces deux familles est due à la présence des évaporites qui sont riches en sulfates et chlorures. (Tableau. 22). Tableau.22 : Les faciès chimiques d’après la classification des eaux d’après Stabler. Les faciès chimiques Pourcentage (%) Compagne 2007 Compagne 2010 Sulfate calcique 60 61 Sulfate magnésien 16 18 Sulfaté sodique 12 10 Chloruré calcique 4 2 Chloruré sodique 2 7 Chloruré magnésien 2 - Bicarbonaté calcique 4 2 USTHB/2012 81 Chapitre V HYDROCHIMIE La zone occidentale La zone centrale (autour de Laghouat) La zone centrale La zone Nord-est Fig.42 : Représentation graphique des formules caractéristiques selon STABLER (compagne 2007). USTHB/2012 82 Chapitre V HYDROCHIMIE La zone occidentale La zone centrale (autour de Laghouat) La zone centrale La zone Nord-est Fig.43 : Représentation graphique des formules caractéristiques selon STABLER ( compagne 2010). USTHB/2012 83 Chapitre V HYDROCHIMIE V-6-2 Classification selon Piper Le principe de cette classification consiste à reporter sur deux sous triangles, un pour les cations et l’autre pour les anions, les quantités en réaction exprimées en pourcentage de chaque anion et cation. Ces points sont projetés sur un losange qui met en évidence les faciès chimiques. Le diagramme de Piper permet de voir l'évolution d'une eau, passant d'un faciès à un autre, grâce à des analyses espacées dans le temps ou des analyses d'échantillons pris à des endroits différents. D’après la représentation des concentrations, sur le diagramme du PIPER (Fig.44 et 45), on remarque : . Dans le triangle des cations, le sodium et le calcium sont plus dominant par rapport au magnésium. . Dans le triangle des anions, les sulfates sont les plus abondants par rapport aux bicarbonates et aux chlorures. . Dans le diagramme losangique, l’évolution chimique est marquée par un positionnement important vers le pôle sulfaté chloruré et calcique magnésien, et en deuxième position sulfaté sodique et chloruré sodique. . Donc selon le diagramme de Piper, les faciès les plus dominants sont les faciès sulfatés et chlorurés, calciques et magnésiens. D’autres point d’eau représentent des faciès bicarbonatée calcique. V-6-3 Classification selon Schoeller-Berkaloff Ce diagramme à été établi par H. SCHOELLER en 1932 et révisé par BERKALOFF en 1952. Il est composé de sept échelles logarithmiques verticales (diagramme semi-logarithme) correspondant aux principaux ions analysés de l’échantillon. Les résultats des analyses chimiques seront portés sur le diagramme semi-logarithmique de SCHOELLER-BERKALOFF, où chaque composition chimique sera représentée par une ligne figurative. Cette classification permet non seulement de définir les faciès, mais aussi de déduire le pH d’équilibre, le CO2 libéré, en mg/l et aussi d’avoir une idée sur le caractère agressif ou incrustant de l’eau et enfin la potabilité chimique de l’eau. L’application de cette méthode graphique aux eaux de la région de Laghouat a montré généralement le même type de faciès chimiques donnés par la formule de STABLER, à savoir (Fig.44 et 45) - Sulfate calcique - Chloruré calcique - Chloruré sodique. - Chloruré magnésienne - Sulfate magnésien - Bicarbonaté calcique - Sulfaté sodique A partir de ces diagrammes nous en déduisons que les positions de la ligne figurative montre que la majorité des échantillons analysées pour les eaux souterraines de la région de Laghouat présentent des potabilités médiocres à mauvaises à l’exception des quelques points qui représentent une eau de bon qualité. La classification par les trois méthodes (STABLER ; PIPER et SCHOELLER-BERKALOFF) confirme le caractère sulfaté, chloruré, calcique des eaux analysées. USTHB/2012 84 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.44 : Représentation des facies chimiques selon le diagramme de Piper (compagne 2007). USTHB/2012 85 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.45 : Représentation des facies chimiques selon le diagramme de Piper (compagne 2010). USTHB/2012 86 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.46 : Représentation des faciès chimiques selon Diagramme de SCHOELLER-BERKALOFF (compagne 2007). USTHB/2012 87 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.47 : Représentation des faciès chimiques selon Diagramme de SCHOELLER-BERKALOFF (compagne 2010). USTHB/2012 88 Chapitre V HYDROCHIMIE Afin de mieux illustrer ces résultats, nous avons calculé les pourcentages des différents facies. Le tableau.23 et les figures 47 et 48 nous ont permis de constater que le faciès prédominant est : . Pour la période 2007 : le faciès sulfaté calcique avec 58 % avec un degré moindre le sulfaté magnésien 17% et le sulfaté sodique avec 13%. La famille chlorure représente un pourcentage de 8%. . Pour la période 2010 : le faciès dominant est toujours le sulfaté calcique avec 60 % suivi du sulfaté Magnésien avec 19% et à un degré moindre le sulfaté sodique. La famille chlorurée représente 8 %. Tableau.23 : faciès chimiques des eaux selon le diagramme de Schoeller_Berkaloff Compagne Faciès chimiques Nombre des points pourcentages Sulfate Calcique 27 58% Sulfate magnisienne 8 17% Sulfate sodique 6 13% Compagne2007 Cholurure magnisienne 2 4% Chlorure calcique 1 2% Chlorure sodique 1 2% Bicarbonate calcique 2 4% Sulfate Calcique 28 60 % Sulfate magnisienne 9 19% Sulfate sodique 5 11% Compagne 2010 Chlorure calcique 1 2% Chlorure sodique 3 6% Bicarbonate calcique 1 2% V-7 Répartition spatio-temporelle des faciès chimiques des eaux souterraines de la région de Laghoaut Nous avons établi une carte de répartition spatiale des faciès chi miques des eaux des différentes nappes de la région de Laghouat. Cette carte montre sur son ensemble, une prédominance des faciès sulfatés par rapport aux faciès chlorurés et bicarbonatés. Le faciès sulfaté calcique est représenté sur vingt neuf points d’eau qui sont bien repartis sur la région d’étude. On constatée sur deux points d’eau présentant un faciès chloruré magnésien et deux autres, un facies chlorure calcique et chlorure sodique. Par contre les faciès bicarbonatés ne sont observés que sur deux points d’eau ; avec un faciès bicarbonaté calcique à l’ouest de la ville de Laghouat (Fig.49 et 50). USTHB/2012 89 Chapitre V HYDROCHIMIE Répartion des Facies chimique des eaux D'aprés classification de la Méthode de Schoolor-Berkaloff (Compagne2007) sulfate calcique sulfate magnisienne sulfate sodique cholurure Magnisienne cholurure sodique cholorure calcique Bicarbonate calcique Fig.48 : Répartition des faciès chimiques (Compagne2007). Répartition des facies chimique des eaux d'aprés calssification de la methode de Schoolor-Berkaloff (Compagne2010) sulfate calcique sulfate magnisienne sulfate sodique cholurure sodique cholorure calcique Bicarbonate calcique Fig.49 : Répartition des faciès chimique (compagne2010). USTHB/2012 90 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.50 : Répartition spatiale des faciès chimiques des eaux selon la classification de SCHOELLER-BERKOLOFF (compagne 2007). USTHB/2012 91 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.51 : Répartition spatiale des faciès chimiques des eaux selon la classification de SCHOELLER-BERKOLOFF (compagne 2010). USTHB/2012 92 Chapitre V HYDROCHIMIE V-8 Interprétation de quelques rapports caractéristiques Le rapport caractéristique est le rapport de certains éléments chimiques exprimé en milliéquivalent par litre (méq/l), Il donne une idée sur la prédominance d’un élément chimique par apport à un autre, et parfois des indications sur les zones d’alimentation, et la circulation des eaux souterraines. V-8-1 Rapport r Mg2+/r Ca2+ Le rapport r Mg2+/r Ca2+ est inférieur à 1(75%<1) pour l’ensemble des points situés dans la partie centrale et l’Est de la région de Laghouat et Nord-Ouest, pour les deux périodes. Ce qui traduit que l’eau est déjà saturé en Calcium. Les valeurs supérieures à 1 sont observées à l’Ouest et à l’Est de la région d’Ain Mahdi ( F09 et 10…) pour les deux périodes, ce qui explique le lessivage des terrains contenant des passées de gypses. La prépondérance du magnésium s’explique par le fait que les eaux sont déjà saturées en calcium et que la dissolution des sels de CaSO4 et CaCl2 est moins rapide que celle des sels de MgSO4 et MgCl2. (Figures52et53). 2- - V-8-2 Rapport r SO 4/r Cl L'examen des cartes de ce rapport, montre que les valeurs du rapport sont superieur à 1 pour l’ensemble des points pendant les deux compagnes (89% >1) traduisant un fort apport en sulfate. Il traduit un enrichissement en sulfates par rapport aux chlorures, à cause du lessivage des terrains gypsifères riches en sulfates, et aux engrais à base de sulfates utilisés pour l’agriculture, en général des lentille de gypse (Fig54 et55 ). V-8-3 Rapport r Ca2+ / r (Na++K+) Les valeurs de ce rapport sont supérieures à 1 pour l’ensemble des points de mesure pour les deux compagnes, ceci est dù au lessivage des formations gypseuses et salifères . Par contre pour les valeurs inférieures à 1, les points sont situées dans la partie de la cuvette de Dakhla, ainsi qu’au Nord-Ouest de la région de Laghouat, ce qui traduit une prédominance des sodium et potassium par rapport au calcium (Fig56 et 57 ). USTHB/2012 93 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.52 : Carte de rapport rMg2+ / rCa2+ (compagne 2007). USTHB/2012 94 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.53 : Carte de rapport rMg2+ / rCa2+ (compagne 2010). USTHB/2012 95 Chapitre V HYDROCHIMIE -2 - Fig.54 : Carte de rapport r So4 /r Cl (compagne 2007). USTHB/2012 96 Chapitre V HYDROCHIMIE -2 - Fig.55 : Carte de rapport r So4 /r Cl (compagne 2010). USTHB/2012 97 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.56 : Carte de rapport r Ca+2 /r (Na++K+) (compagne 2007). USTHB/2012 98 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.57 : Carte de rapport r Ca+2 /r (Na++K+) (compagne 2010). USTHB/2012 99 Chapitre V HYDROCHIMIE USTHB/2012 100 Chapitre V HYDROCHIMIE V-9 Origine des éléments dominants + -2 V-9-1 Origine des éléments Na et SO4 Pour avoir une idée sur les éléments dominants, nous avons fait une représentation graphique sur échelle arithmétique avec, en abscisses la teneur en milliéquivalents des sulfates et en ordonnées celle du sodium(Fig.58et59). L’examen des figures (Fig.58et59), montre qu’il y a un excès des sulfates par rapport au sodium. 85 % des points d’eau se trouvent en dessous de la droite d’une pente égale à 1. C'est-à-dire que les sulfates l’emporte sur le sodium à cause d’un excès de la dissolution de ceux-ci, en provenance des gypses. V-9-2 Origine du calcium Le faciès calcique a été étudie à l’aide de deux diagrammes à cause de sa double origine (carbonaté et gypsifères) (Fig.60 et 61). La mise en examen du calcium avec les bicarbonates montre qu’on a un excès du calcium par rapport à ces derniers. Donc l’origine du calcium ne peut pas être uniquement carbonatée (Figures60 et61). Les sulfates sont le composant naturel des eaux, qui sont liées aux cations majeurs: Calcium, Potassium et Sodium, ils proviennent essentiellement de la dissolution de gypse (CaSO 4, 2H20). Na+ 50 (méq/l) 40 Na+(meq/l) 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 SO -2(méq/l) 4 so4--(meq/l) + 2- Fig.58 : Origine des éléments Na et SO4 (compagne 2007). USTHB/2012 100 Chapitre V HYDROCHIMIE + Na50.0 (Méq/L) 40.0 30.0 20.0 10.0 -2 0.0 SO4 (Méq/L) 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 + 2- Fig.59 : Origine des éléments Na et SO4 (compagne2010). - HCO3 40 (Méq/L) 30 Ca+(meq/l) 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 + Hco3--(meq/l) Ca ++ Fig.60 : Origine du calcium Ca (compagne 2007). - HCO350.0 (Méq/L) 40.0 ca+(meq/l) 30.0 20.0 10.0 0.0 0.0 5.0 10.0 + Hco3--(meq/l) Ca Fig.61 : Origine du calcium Ca++ (compagne 2010). USTHB/2012 101 Chapitre V HYDROCHIMIE V-10 Qualité chimique des eaux souterraines de la région de Laghouat La qualité d'une eau souterraine est caractérisée par un certain nombre de paramètres physico- chimiques et microbiologique. V-10-1 Agressivité ou incrustante des eaux Le caractère d’agressivité ou d’incrustante des eaux est évalué d’après la comparaison entre le pH mesuré et le pH d’équilibre, déduit du diagramme semi-logarithmique de scholler-Berkaloff. . pH mesuré = pH d’équilibre eau neutre. . pH mesuré > pH d’équilibre eau incrustante. . pH mesuré < pH d’équilibre eau agressive. On remarque que plus de la moitié (52.63%) des eaux analysées ont des valeurs de pH d’équilibre supérieures à celles mesurées, ce qui suppose que les eaux à faible alcalinité. V-10-2 Dureté ou degré Hydrotimétrique (°d h) Le degré hydrotimétrique total (D.H.T) d’une eau correspond à la somme des concentrations des ions Ca+2 et magnésium Mg +2. Tableau.24 : La dureté des eaux en °F (W. THEOBALD et A. GAMA, 1969) Dureté de l’eau douce modérément assez douce dure très dure douce D.H.T (ºF) 0-7 7-22 22-32 32-54 >54 La dureté de l’eau de la région varie entre 34 et 346.25 °F. En se référant au tableau ci-dessus, on peut classer les eaux souterraines dans les catégories dures et très dures et donc à caractère incrustant (Fig.61et62). Tableau.25 : Pourcentages d’échantillon en fonction de la dureté Dureté de l’eau Dureté de l’eau Douce Modérément Assez douce Dure Très dure douce Pourcentage Compagne - 2% 6% 17% 75 % des 2007 échantillons Compagne - 2% 5% 17% 76% 2010 Le tableau.25 montre que la quasi-totalité des eaux analysées dans les deux compagnes sont dures à très dures, avec un D.H.T supérieur à 54°F par suite de la forte concentration des ions Ca+2et Mg+2, à l’exception de certaine points localisés à proximité de djebel Milok (F21 , 22 et 23)(Fig.62 et 63) . Nous pouvons dire que les eaux souterraines de notre région d’étude sont de qualité chimique médiocre et donc impropres à la consommation. USTHB/2012 102 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.61 : carte du dureté (compagne 2007). USTHB/2012 103 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.62 : carte du dureté (compagne 2010). USTHB/2012 104 Chapitre V HYDROCHIMIE V-10-3 Indices d’échange de base (i.e.b) Lors de l’écoulement de la nappe, l’eau rentre en contact avec certaines formations qui ont les propriétés d’échanger leurs ions contre ceux contenus dans l’eau. Selon SCHOELLER (1934) l’indice d’échange de base est le rapport entre les ions échangés et les ions de même nature primitivement existants, Si l’on admet qu’initialement l’eau contient autant de r Cl - que de r (Na++K+), alors deux possibilités d’échange de base peuvent se produire: La première est l’échange des alcalins avec les alcalino_terreux, selon le modèle suivant: rCL r(Na K ) I.E.B 1 rCL . La deuxième est. l’échange des alcalino_terreux de l’eau avec les alcalins, selon le modèle suivant: rCL r(Na K ) I.E.B2 2 r(HCO3 SO4 NO3 ) V-10-3-1 Interprétation des résultats L’indice d’échange de base est le rapport entre les ions échangés et les ions de même nature primitivement existants. Les échanges se font entre les ions de l’eau et ceux des terrains traversés, dans la zone saturée, ces interactions Eau Roche peuvent produire une modification dans la nature de l’eau. . Pour le période 2007 : Plus de 60 % des échantillons analysés présentent un i.e.b > 0 reflétant un échange du Na+ de l’eau contre le Ca²+ et le Mg²+ du réservoir, Tandis que 40 % des échantillons ayant un i.e.b < 0 correspondent à un échange entre le Ca²+ et le Mg²+ de l’eau contre le Na+ du terrain(Fig.63). . Pour le période 2010 : Plus de 62 % des échantillons analysés présentent un i.e.b > 0 reflètent un échange du Na + de l’eau contre le Ca²+ et le Mg²+ du réservoir, Tandis que 38 % des échantillons ayant un i.e.b < 0 correspondent à un échange entre le Ca²+ et le Mg²+ de l’eau contre le Na+ du terrain(Fig.64). USTHB/2012 105 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.63: Carte d’indice d’échange de base des eaux souterraines de la région de Laghouat (compagne 2007). USTHB/2012 106 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.64 : Carte d’indice d’échange de base des eaux souterraines de la région de Laghouat (compagne 2010). USTHB/2012 107 Chapitre V HYDROCHIMIE V-10-4 Potabilité des eaux Pour un élément donné sa toxicité est liée à sa nature et sa concentration (J.Rodier .1978). La potabilité est la qualité des eaux déterminée à partir des teneurs des éléments chimiques qu’elles contiennent, elle est donc fonction de la concentration des éléments chimiques. Par définition (J. Rodier .1978), la concentration maximale admissible correspond à la quantité maximale de substances à tolérer par l’organisme sans danger pour la santé. Pour définir la potabilité des eaux étudiées nous avons utilisé les normes de potabilité physicochimique basées sur la concentration en ions selon l’organisation mondiale de la santé (O.M.S). Ces normes sont illustrées dans le tableau suivant : Tableau.26 : Normes de potabilité chimique des eaux selon l’O.M.S Elément chimique Maximale recommandé Maximale acceptable Maximale admissible (Mg/l) (Mg/l) (Mg/l) Ca²+ - 75 200 Mg²+ 30 50 150 Na+ 60 20 150 K+ - 10 10 -2 SO4 150 200 400 - Cl 350 200 600 - NO3 <45 50 50 NH4 - - 0.2 - NO2 - - 1 - HCO3 Pas de normes Pas de normes Pas de normes En comparant les concentrations maximales admissibles avec les résultats des eaux souterraines de la région d’étude nous constatons que : . Pour le Calcium (Ca²+), 64 % des eaux analysées présentent des concentrations inférieures à la maximale admissibles. . Pour ce qui est du Magnésium (Mg²+), 80% des points d’eau ont des teneurs inférieures à la concentration maximale admissible. Nous remarquons également que 26 % des échantillons analysées possèdent des teneurs en Magnésium inférieur a la concentration maximale recommandée. . Pour le Sodium (Na+) 68 % des échantillons présentent des concentrations inférieures aux normes (150mg/l). . Pour ce qui est des teneurs en Potassium, 57 % des échantillons présentent des teneurs inférieures à la concentration maximale admissible. - . Pour les Sulfates (SO4² ), 34% des concentrations sont inférieures à la concentration maximale admissible . USTHB/2012 108 Chapitre V HYDROCHIMIE . Pour les Chlorures (Cl-), 91% des points d’eau ont des teneurs inférieures à la concentration maximale admissible. - . Enfin, les concentrations en Nitrates (NO3 ) 94 % des échantillons analysées ont des concentrations inférieures à 50 mg/l (concentration maximale admissible) Pour conclure, les eaux analysées présentent une potabilité minéralogique moyennement bonne a part quelques uns. V-10-5 Aptitude des eaux à l’irrigation Laghouat est une région à vocation agricole, l’évaluation de la qualité des eaux, de la nappe utilisées pour l’irrigation qui est, en fait, en fonction de la salinité et du risque d’alcalinisation des sols (Dosso, 1980). Nous avons utilisé le diagramme de Riverside qui est basé sur la conductivité électrique à 25° C et la relation d’absorption du Sodium (S.A.R), ce dernier est évalué par la formule ci-dessous : Na SAR Ca 2 Mg 2 2 Avec Na+, Ca++ et Mg++ en méq /l. La projection des différentes valeurs, obtenues avec celles de la conductivité sur le diagramme de Riverside, a donné les résultats suivants : Pour la période 2007 (Fig.65): 8.5% appartiennent à la classe (C2S1), eau pouvant être utilisée sans contrôle particulier pour l’irrigation 81% des analyses appartiennent aux classes (C3, S1) et (C4, S1) avec une forte à très forte salinité et présentent un danger faible d’alcalinité ; 4.25%, appartiennent aux classes (C3, S3), avec des eaux ne convenant pas à l’irrigation 4.25%, appartiennent à la classe (C3, S2) présentant une eau convenant à l’irrigation des cultures tolérantes au sel sur sol ayant une bonne perméabilité un seul échantillon (2%) se localise dans la classe (C4, S2), présentant ainsi une très forte salinité et un danger moyen pour l’irrigation ; Pour la période 2010(Fig.66) : 4.25% appartiennent à la classe (C2S1) eau pouvant être utilisée sans contrôle particulier pour l’irrigation 72.3 % des analyses appartiennent aux classes (C3, S1) et (C4, S1) avec une forte à très forte salinité et présentent un danger faible de l’alcalinité ; 4.5%, appartiennent aux classes (C3, S3), avec eau ne convenant pas à l’irrigation 4.5%, appartiennent à la classe (C3, S2) présentant une eau convenant à l’irrigation des cultures tolérantes au sel sur sol ayant une bonne perméabilité 15% se localise dans la classe (C4, S2), présentant ainsi une très forte salinité et un danger moyen pour l’irrigation ; USTHB/2012 109 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.65 : Diagramme de classification des eaux d'irrigation en fonction du S.A.R (compagne 2007) USTHB/2012 110 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.66 : Diagramme de classification des eaux d'irrigation en fonction du S.A.R (compagne 2010) USTHB/2012 111 Chapitre V HYDROCHIMIE V-10-6 Etude de la toxicité des végétaux La toxicité se manifeste dans les végétaux suite à l’absorption et à l’accumulation de certaines substances contenues dans l’eau d’irrigation comme le cas du sodium et celui du chlore. Ces substances toxiques provoquent des dégâts au niveau de la récolte. V-10-6-1 Sodium L’emploi d’une eau d’irrigation riche en sodium se traduit généralement par une accumulation du sodium dans le sol. Les modifications qui peuvent apparaître dans le sol sont fonction des fréquences d’irrigation (R.S.AYERS et D.W.WESTCOT, 1988). Les cultures absorbent le sodium en même temps que l’eau et celui-ci se concentre dans les feuilles tandisque l’eau s’échappe par transpiration, Il peut en résulter une toxicité si l’accumulation de sodium atteint une concentration dépassant la tolérance de la culture. Les symptômes caractéristiques sont les brûlures et le roussissement du feuillage ainsi q’une nécrose des tissues situés sur le bord des feuilles. Souvent la toxicité par le sodium se modifié et s’atténue en présence du calcium. L’interprétation des analyses , selon les directives du tableau.27 permet de dire que l’ensemble des points d’eau de la région de Laghouat présentent une restriction pour l’irrigation qui varie entre légère à modérée et la forte ainsi on a: 75 % des points d’eau pour les deux compagnes qui présentent une restriction légère à modérée, et 25% des points d'eau pour les deux périodes qui présentent une restriction forte. Tableau.27: Directives concernant la qualité de l’eau d’irrigation (sodium). Restriction pour l’irrigation sodium Nombre des points d’eau (méq/l) Compagne 2007 Compagne 2010 Aucune <3 10 14 Légère a modérée 3-9 25 22 forte >9 12 11 V-10-6-2 Salinité Selon R. S. AYERS et D. W. WESTCOT (1988) ; quand les eaux d’irrigation sont chargées en sels, ces derniers s’accumulent dans la zone racinaire après que la plante ait prélevé l’eau. Ces sels s’épaississent et limitent la disponibilité de l’eau dans le sol pour la culture. Les directives pour l’interprétation de la qualité d’une eau d’irrigation (Tableau.28) montrent que : . Si la salinité exprimée par la conductivité est inférieure à 700 μS / cm, il n’y a aucune restriction pour l’irrigation ; . Si la conductivité varie entre 700 et 3000 μS / cm, la restriction pour l’irrigation est légère à moyenne ; . Si elle est supérieure à 3000 μS / cm, la restriction pour l’irrigation est forte. USTHB/2012 112 Chapitre V HYDROCHIMIE Tableau.28 : Directives pour l’interprétation de la qualité d’une eau d’irrigation (Salinité). Restriction pour CE en μS / cm Pourcentage des échantillons l’irrigation 2007 2010 Aucune < 700 12.76 6.38 Légère à modérée 700 - 3000 74.76 87.23 Forte > 3000 12.76 6.38 Le tableau.28 montre que la majorité des points d’eau de la région de Laghouat représentent une restriction légère à modérée pendant les deux périodes. En cas d’irrigation par des eaux chargées en sels, on peut s’attendre à des chutes de rendements (R. S. AYERS et D. W. WESTCOT, 1988) de certaines cultures pratiquées au niveau de cette région. Il est recommandé dans ce cas d’utiliser ces eaux pour des cultures tolérant le sel, de pratiquer des cultures sur les sols légers (sableux), de faire des apports d’eau supplémentaires et de faire un drainage. V-10-7 Classification de l’eau d’irrigation selon le diagramme de WILCOX (1948) Le développement des plantes est très faible ou nul dans les sols saturé en sodium, c’est pourquoi on utilise une classification basée sur la conductivité électrique et la teneur du sodium dans l’eau, qui est définie par la relation suivante: rNa %Na 2 2 rCa rMg rNa rK Cette classification définie cinq classes d’eau, 1: excellente, 2: bonne, 3: admissible, 4: médiocre, 5: mauvaise. En ce qui concerne les eaux analysées, les diagrammes de Wilcox (Tableau.29) donnent cinq classes: 1: excellente, 3: admissible 2: bonne, 4: médiocre, 5: mauvaise. Tableau.29: classification des eaux d’irrigation selon Wilcox classe % des échantillons Compagne 2007 Compagne 2010 Excellent 8.51 4.25 Bonne 48.93 48.93 admissible 8.51 2.13 Médiocre 21.27 31.91 Mauvaise 14.89 12.77 USTHB/2012 113 Chapitre V HYDROCHIMIE D’après le Tableau.29, 50 % des points d’eau sont de bonne qualité, 5 % à 8 % des points d’eau sont de qualité excellente, 22 % à 31 % des points d’eau ont une qualité admissible à médiocre ; tandis que seulement 12 % à 14% de ces points d’eau sont de mauvaise qualité (Fig.67). VI.7.1Chlore Le chlore est un ion qui n’est pas absorbé par le sol mais se déplace facilement avec l’eau du sol. Il est absorbé par les racines et s’accumule dans les feuilles, comme le sodium (R. S. AYERS et D. W. WESTCOT, 1988). Les symptômes se manifestent par des brûlures du feuillage. Pour évaluer le degré de toxicité du chlore, on utilise le Tableau.30. Tableau.30: Directives concernant la qualité de l’eau d’irrigation (chlore). Restriction pour l’irrigation chlorure Nombre des points d’eau (méq/l) Compagne 2007 Compagne 2010 Aucune <4 11 8 Légère a modérée 4-10 28 29 forte >10 8 9 Ce tableau montre que les teneurs en chlore comprises entre 4 à 10 méq/l constituent une restriction légère à modérée et elles correspondent à 61 % des points d’eau analysés alors que 20 % présentent une forte restriction. USTHB/2012 114 Chapitre V HYDROCHIMIE B A Fig.67 : Diagramme de classification des eaux pour l'irrigation selon la méthode de WILCOX A : compagne 2007 B : compagne 2010 USTHB/2012 115 Chapitre V HYDROCHIMIE USTHB/2012 116 Chapitre V HYDROCHIMIE V-11 Effet de la pollution sur la qualité chimique des eaux V-11-1 Introduction La pollution de l’environnement a pris ,ces derniers temps une ampleur considérable devant la situation toujours plus précaire de notre planète. La pollution des eaux continue de préoccuper les autorités et les populations. Elle compromet la santé, menace la vie et entrave l’activité industrielle. Désormais, la lutte contre la pollution doit être l’affaire de tous. Inéluctablement, les villes s’étendent un peu plus chaque jour en absorbant l’excédent démographique. De ces phénomènes incontrôlables, résulte une augmentation et une diffusion de la pollution qui la rend difficile à maîtriser. On sait que l’eau est la principale composante du protoplasme cellulaire, elle représente 67 % du poids total de l’homme et jusqu’à 90 % du volume des végétaux. Un minimum de 40 à 50 litres d’eau est utilisé par jour et par personne auquel il convient d’ajouter les besoins en eau pour l’agriculture, l’élevage et l’industrie. L’O.M.S a fourni en 1961, la définition suivante des eaux polluées : « un cours d’eau est considéré comme étant pollué lorsque la composition ou l’état des eaux sont directement ou indirectement modifiés du fait de l’activité de l’homme dans une mesure telle que celles-ci se prêtent moins facilement à toutes les utilisations au quelle elle pourrait servir à leur état naturel ou à certaines d’autre elles ». En Algérie, l’important développement industriel et l’urbanisation active qui l’accompagne ont considérablement accru la demande des besoins en eau. Ces derniers ont augmenté dans les mêmes proportions en volume, les quantité d’eau utilisées pour les différent usages. V-11-1 Principales sources de pollution dans la Région de Laghouat De nombreux éléments chimiques présents dans l’eau, ont d’une manière générale une origine naturelle liée essentiellement à la nature géologique des terrains traversés et des précipitations atmosphériques. Il faut ajouter à cela les apports liés à l’activité humaine (urbaine et agricole). V-11-1-1 Les apports anthropiques Le développement du tissu urbain et l'activité agricole dans la région, ont engendré deux types de contaminants : l'un dù aux rejets directs de l'eau usée en plus des fosses septiques dans certaines régions, l'autre lié à l'utilisation excessive de certains produits phytosanitaire dans l'agriculture. L’ensemble de ces apports à induit une pollution chimique en provoquant l'augmentation de la concentration des éléments chimiques dans les eaux superficielles ou souterraines, ce qui conduit à la dégradation de leur qualité. USTHB/2012 116 Chapitre V HYDROCHIMIE V-11-1-2 Les rejets des eaux usées Ces eaux usées proviennent du réseau d'assainissement de la région de laghouat. Ces apports sont caractérisés par de fortes teneurs en ammonium. Une analyse chimique a été réalisée sur les rejets qui sont déversés directement dans l'oued M’zi. Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau.31 Tableau.31: analyses physicochimiques de l'eau du rejet urbain de la région de Laghouat. + - - - rejet T°C ph Conductivité NH 4 NO3 NO2 PO4 O2 (µS /cm) (mg /l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) 2010 20 7.5 3.7 191 2.72 1.2 30.7 0 V-11-1-3 L'agriculture Son influence apparaît par l'effet de l'utilisation intensive des produits fertilisants (chimiques et organiques) sur les terrains perméables, ces derniers permettant une infiltration directe de la forme azotée (nitrates) vers la nappe. Plusieurs cas de contamination ont été observés au niveau des eaux souterraines de la région de Laghouat par des concentrations élevées en nitrates qui atteignent une valeur de 128 mg/l au niveau du forage F15. V-11-2-4 Le facteur contamination Joue un rôle principal dans l'acquisition des éléments chimiques par les eaux, par la dissolution des formations géologiques. Le danger de ce processus apparaît lorsque la concentration de ces éléments dépasse les valeurs limites. V-11-2-4 -1 Les formations évaporétiques L'existence de lentilles gypseuses et salifères au niveau de la nappe favorise une dissolution rapide des + - 2+ -2 éléments évaporétiques (Na , Cl , Ca et SO4 ) Ces éléments provoquent une augmentation de la salinité des eaux; la conductivité électrique a atteint une valeur de 9000 μs.cm-1 au niveau de puit de Dakhla. V-12 Etude des éléments polluants Pour illustrer l’effet de la pollution sur les eaux souterraines de la Région de Laghouat, nous avons effectué deux compagnes (2007,2010). Le pourcentage des échantillons de ces deux compagnes est reporté dans le tableau N°32. L’examen de ce tableau montre que, selon les norme algérienne 6.38 % d’échantillons d’eau ont des teneurs en - + NO3 supérieures à la norme maximale admissible, et 23% d’échantillons d’eau ont des teneurs en K supérieures à la norme maximale admissible ,pour le compagne 2010 d’importantes variations de la teneur de potassium qui s’accentue du 42%, cela est expliqué par l’effet de la présence des formations triasiques (marnes) et des évaporites dans la région de Laghouat USTHB/2012 117 Chapitre V HYDROCHIMIE Tableau.32: Eléments toxiques ou indésirables dans l’eau potable Elément C.M.A N.A % des échantillons ayant % des échantillons ayant (mg/l) (mg/l) une concentration une supérieure à C.M.A concentration supérieure aux N.A 2007 2010 2007 2010 NO3 50 50 6.38 6.38 6.38 6.38 K+ 12 10 23.40 42.55 23.40 42.55 N.A : Normes Algériennes de l’eau mise en bouteille, en (mg/l). C.M.A : Concentration Maximale Admissible selon la directive européenne en (mg/l). V-12-1 Cartographie des éléments polluants L’eau d’une nappe ne contient pas originellement de composés azotés, c’est l’augmentation artificielle de la quantité d’azote combiné disponible dans le sol qui crée un déséquilibre entre l’apport et la consommation et produit un excès d’azote qui est entraîné vers la nappe. V-12-1-1 Cartes des nitrates Cette carte a fait l’objet de plusieurs travaux de recherche, même en médecine, répondant a la préoccupation majeure du point de vue de la sante publique, par rapport à cet élément parmi les autres éléments chimiques contenus dans l’eau de la nappe. Dans notre étude Les teneurs anormalement élevées sont dues aux apports en engrais chimiques et aux rejets d’eaux usées d’origine domestique et industrielle. On constate toujours une concentration élevée dans la partie centrale à proximité de djebel dakhla , avec des valeurs fortes, supérieures à 200 mg/l vers le pont de Laghouat avec des teneurs dépassant les 50mg/l(Fig69 et 70). Les autres pôles sont dans la partie Sud et Nord-Est de la ville de Laghouat, l’une au voisinage de djebel Lahmar, avec des valeurs moyennement forte, supérieures à 20 mg/l, et l’autre dans la partie Est de Laghouat, mais avec des valeurs moins élevées dépassants les 20mg/l, au niveau de la zone agricole d’Elassafia. Les origines de cette pollution est essentiellement due aux apports d’engrais chimiques à usage agricole et aux rejets d’eaux usées d’origine domestique et industrielle, plus spécifiquement les rejets industriels d’engrais azotes (l’exemple de puit P06 au niveau de la zone industrielle). USTHB/2012 118 Chapitre V HYDROCHIMIE V-12-1-1 Carte de potassium Sur cette carte (Fig.71 et 72), on relevé des concentrations de potassium, On constate toujours une concentration élevée dans la partie centrale à proximité de djebel dakhla , avec des valeurs fortes, supérieures a 10 mg/l vers le pont de Laghouat avec des teneurs dépassant les 5mg/l(Fig.70 et 71). Les autres pôles sont dans la partie Sud de la ville de Laghouat, l’une au voisinage de cellle-ci, avec des valeurs fortes, supérieure a 10 mg/l, et l’autre dans la partie Nord-Ouest de région d’étude à proximité de l’oued M’zi , avec des valeurs élevées dépassants les 10 mg/l(allant jusqu'à 130mg/l au niveau de puit P06 à proximité de la ville de Laghouat) . Les origines de cette pollution est essentiellement due aux apports d’engrais chimiques à usage agricole et aux rejets d’eaux usées d’origine domestique et industrielle. On remarquera que l’emplacement des zones a forte concentration en potassium, est à peu prés identique à celui des concentrations en nitrates. USTHB/2012 119 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.68 : Carte des nitrates (mg/l), (Compagne2007). USTHB/2012 120 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.69 : Carte des nitrates (mg/l), (Compagne2010). USTHB/2012 121 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.70 : Carte des potassium (mg/l), (Compagne2007). USTHB/2012 122 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.71 : Carte des potassium (mg/l), (Compagne2010). USTHB/2012 123 Chapitre V HYDROCHIMIE V-13 Interprétation de la différenciation hydrochimique entre les différents aquifères La différenciation hydrochimique mise en évidence entre les différents aquifères peut s'interpréter par des influences majeures, qui sont par ordre d’importance : géologique, climatique et anthropique. La nature géologique des terrains est responsable en grande partie des variations de la composition chimique des eaux. Plusieurs spécificités propres à chaque aquifère peuvent être avancées pour expliquer en grande partie les fortes minéralisations des eaux de l’aquifère Mio-Plio-Quaternaire l’exemple des puits de dakhla(P03). La concentration des chlorures et des sulfates et par là le résidu sec de l'eau contenue dans la couche superficielle du sol augmente. Cette eau plus ou moins renouvelée des profondeurs à la surface par capillarité, amène une véritable ascension des sels l’exemple des forage au niveau de la nappe libre de complexe de Baremo-Albo-Aptien (Forage de milok) moins concentreé par rapport un puit au niveau de complexe de Mio-Plio-Quaternaire (Tableau.33). L'importance de la minéralisation des eaux des différents aquifères trouve en grande partie son explication dans la nature géologique des terrains, qui influe fortement sur la composition chimique des eaux le cas chargée en calcuim par le lessivage de terrain gypsifère. D’autres facteurs de moindre importance peuvent être avancés, notamment l’activité humaine (rejets domestiques, décharges, rejets industriels, pratiques agricoles..), et la zonalité climatique qui est fonction du degré d'aridité, se caractérisant par des concentrations et des dilutions plus ou moins grandes des eaux la nappe libre de Baremo-Albo-Aptien moins arrosée que Mio-Plio-Quaternair, elle est plus touchée par les phénomènes d'évaporation et elle est plus sensible à l'effet de la température, en raison de sa faible profondeur). Les eaux de la nappe Mio-Plio-Quaternaire sont en contact régulier avec les eaux de surface. De ce fait, le chimisme de celci sera largement influencé particulièrement aux abords de l’oued. La relation surface-nappe est liée aux mouvements de battement du niveau piézométrique. Elle est notamment renforcée en période de hautes eaux lorsque la surface libre de la nappe est située près de la surface du sol. Les éléments chimiques issus des pratiques agricoles ou d’une pollution superficielle vont se retrouver rapidement dans la nappe. C’est le cas des sulfates en aval de la région Laghouat les puits au centre de la region de Laghouat. La fréquence des orages qui se produisent surtout en automne, après une longue saison de sécheresse, influence considérablement le lessivage des terrains superficiels surchargés en sels minéraux, issus de l’érosion éolienne et pluviale. L’eau qui s’infiltre dans le sol en quantité supérieure aux besoins des cultures, peut transporter les sels minéraux vers l’aquifère. USTHB/2012 124 Chapitre V HYDROCHIMIE Tableau.33 : Amplitudes de variation des teneurs en éléments majeurs des différents aquifères de la région de Laghouat. +2 +2 + - - - Nappe ions Ca Mg Na Hco3 cl So4 Baremo-Albo-Aptien Teneur min 28 13.4 3.50 40.3 15.7 33.2 (mg /l) moy 198.28 112.60 112.21 190.88 196.00 490.43 max 858 729 40 324 378.1 1073 Turonien Teneur min 180.76 63.61 129.41 153.96 200.00 525.42 (mg /l) moy 87.8 56.6 80.5 83 116.27 378.24 max 256 78 210 231 332 740 Mio-plio-quaternaire teneur min 108 38.4 54.97 127.5 133.2 512.9 (mg /l) moy 358.6 252.07 664.28 215.8 1417.65 1192.25 max 693 560 1676 425.8 3720 2866 Tableau.34: Fréquences des faciès chimiques des différents aquifères de la région de Laghouat. -2 +2 -2 + -2 +2 - +2 - +2 - +2 - +2 Faciès - SO4 - Ca SO4 - Na SO4 - Mg Cl - Ca Cl - Mg Cl - Na HCO3 –Ca Baremo-Albo-Aptien 0.645 0.064 0.225 - - 0.032 0.032 Turonien 0.75 - 0.25 - - - - Mio-plio-quaternaire 0.25 0.375 - - - 0.375 - USTHB/2012 125 Chapitre V HYDROCHIMIE USTHB/2012 126 Chapitre V HYDROCHIMIE V-14 Analyse en composantes principales (A.C.P) Dans cette partie, nous avons abordé de manière globale l’étude statistique des divers paramètres Physico- chimiques des eaux analysées. Dans le but d’étudier les relations existant entre ces paramètres (variables) et les interactions qui sont à l’origine de ces relations, nous utilisons ci-après une méthode multidimensionnelle. Celle-ci permet de traiter simultanément un ensemble de mesures afin d'explorer la structure globale des données, résumer les résultats principaux de l'étude, détecter les corrélations entre les variables et déterminer des groupes d'objets ou d'individus ayant des caractéristiques communes. Parmi les méthodes couramment utilisées, il y a l'analyse en composantes principales que nous allons appliquer. L’analyse en composantes principales, communément appelée ACP, est une méthode statistique multidimensionnelle qui permet de résumer le maximum d’informations possibles pour faciliter l’interprétation d’un grand nombre de données initiales et de donner plus de sens aux données restreintes. L’ACP permet donc de réduire les tableaux de grandes tailles en un petit nombre de variables (2 ou 3 généralement) tout en conservant un maximum d’information. Elle fournit notamment une synthèse graphique des résultats L’A.C.P est une méthode statistique essentiellement descriptive dont l’objectif est de présenter sous une forme graphique, le maximum d’information contenue dans un tableau de données. Ce tableau est constitué en lignes par des « individus » (puits, forage,…) sur les quels sont mesurées des « +2 +2 + + - - - -2 - variables quantitatives » ( teneurs en Ca , Mg , Na , K , CL, HCO3 ,CL ,SO4 ,NO3 ) disposées en colonnes. Le but recherché est de déterminer la structure des variables (familles) ainsi que la répartition de ces dernières. V-14-1 Principe de la méthode Dans un tableau comportant (P) variables quantitatives, les individus peuvent être représentés dans un « espace à P dimensions ». Pour des raisons de visualisation, les espaces retenus sont à une dimension (droites) et ce sera le cas le plus fréquent, ou à deux dimensions (plans). Les droites et les issus d’une A.C.P ne sont pas réaliséesavec les variables initiales mais avec des « indices synthétiques » obtenus par combinaisons linéaires de ces variables initiales. Parmi tous les indices possibles, l’A.C.P recherche d’abord celui qui permet de voir au mieux les individus c'est-à-dire pour lequel la variance des individus est maximale. Cet indice est appelé première composante principale, ou encore premier axe principal. Une certaine proportion de la variation totale des individus est expliquée par cette composante principale. Ensuite une deuxième composante est recherchée, cette deuxième composante principale fournit la plus grande information possible complémentaire de la première. Le processus se déroule jusqu'à l’obtention de la dernière composante principale. Si la variable ou un individu joue un rôle particulier, on l’introduit dans l’A.C.P « variable à expliquer » ou « variable supplémentaire » (ne participe pas à la construction des axes). USTHB/2012 126 Chapitre V HYDROCHIMIE V-14-2 Résultats et interprétations Pour observer les individus, on construit les plans à partir des composantes principales les plus importantes et c’est le plan engendré par les axes 1 et 2, car par définition c’est le plan sur lequel le maximum d’information est visible. On examinera d’autres plans, selon la part d’information prise en compte par ces derniers. Les résultats de l’A.C.P sont influencés par l’ordre de grandeur des variables. Ainsi pour remédier à cet inconvénient, il est recommandé de donner le même poids aux différentes variables en les réduisant. On réalise ainsi l’A.C.P soit sur des données centrées (variables de même nature) à partir de la « matrice des variances - covariances » entre variables, soit sur des données centrées réduites c'est-à-dire des variables de différentes natures « matrice de corrélations ». Après l’élaboration des matrices des corrélations et de variances - covariances, il s’ensuit une diagonalisation basée sur : . Une matrice de « vecteurs propres » qui contiennent des combinaisons linéaires des (P) variables initiales actives ; . Une matrice de « valeurs propres » qui représentent les variances des individus sur les axes principaux correspondants. Pour un axe donné, les variables qui ont les plus forts coefficients (en valeurs absolues) sont celles qui contribuent le plus à la formation de cet axe. Une variable est d’autant mieux représentée sur le plan qu’elle est proche du cercle. Le choix du nombre de composantes est exprimé en fonction des « valeurs propres » ou « les pourcentages de variation expliqués par chaque composante principale ». Sur chaque plan retenu, on examine : . La structure des variables à partir de leurs corrélations avec les axes principaux, représentée par des « cercles de corrélation » ; . la répartition des individus, à partir de leurs coordonnées sur les axes principaux et d’indices V-14-3 Application de l’A.C.P aux données chimiques des eaux analysées de la nappe baremo-albo- aptien Le type d’analyse effectuée est une A.C.P centrée réduite qui a été réalisée sur un tableau de données à 9 +2 +2 + + - - - 2- - variables ( teneurs en Ca , Mg , Na , K , Cl , HCO3 ,cl ,SO4 ,NO3 ) et à 94 échantillons prélevés de deux compagnes (2007 et 2010). L’interprétation de l’analyse se fera selon l’ordre des informations données par le logiciel (XLSTAT). USTHB/2012 127 Chapitre V HYDROCHIMIE Tableau .35: Paramètres statistiques des éléments chimiques. Eléments Valeur Valeur Moyenne Ecart type Coefficient de chimiques Minimale (mg/l) Maximale arithmétique variation (mg/l) Ca + 28 858 172.55 126.71 0,558 Mg++ 2.2 2064 116.2 263.94 0,609 Na++ 3.5 987 130.65 149.94 0,686 K+ 3.5 138 14.63 26.972 1,823 -2 So4 33.2 6472 583.63 801.64 0,628 Cl- 15.7 2874 222.04 345.69 0,522 - Hco3 40.3 324 186.5 62.72 0,342 - No3 1.00 73.2 18.4 15.83 0,830 . Les caractéristiques statistiques des éléments majeurs, résumées dans le tableau N°35, indiquent que pour les anions la concentration moyenne la plus élevée est celle des sulfates. Les bicarbonates et les chlorures présentent une concentration moyenne faible. Quant aux cations, la valeur moyenne du calcium dépasse légèrement celle du sodium qui est relativement élevé par rapport à celle du magnésium. . L’écart type qui est le paramètre de dispersion, est particulièrement élevé pour les sulfates, plus faible pour les bicarbonates et les chlorures. Le magnésium est le seul cation dont l’écart type est élevé. Contrairement au, potassium, bicarbonate, et nitrates, le calcium et le sodiums représentent une grande dispersion. V-14-4 Matrice de variance covariance Elle correspond à la matrice des liaisons entres les variables prises deux à deux. Les paramètres initiaux sont, d’une part, les moyennes et les variances des p variables et d’autre part, les p(p-1)/2 covariances des différentes variables considérées deux à deux. La covariance est un paramètre qui est déterminé lorsqu’il s’agit d’étudier deux séries de données (deux variables). Il permet d’avoir une idée sur la prédominance de l’une ou de l’autre catégorie de valeurs observées. Il est désigné par le symbole cov (x,y) : 1 n cov(x, y) (xi x)(yi y) n i1 La covariance est toujours inférieure ou égale, en valeur absolue, au produit des écart types. Il paraît donc logique d’utiliser cette limite comme élément de référence pour mesurer l’importance de la covariance. Les variances et les covariances sont présentées sous la forme d’une matrice carrée symétrique, appelée matrice des variances et covariances ou matrice de covariance ou encore matrice de USTHB/2012 128 Chapitre V HYDROCHIMIE dispersion. Dans un deuxième stade, la réduction des données peut conduire au calcul des coefficients de corrélation des différentes variables considérées deux à deux V-14-5 Matrice de corrélation Elle permet de mettre en évidence une éventuelle relation entre les variables. Ses éléments correspondent aux coefficients de corrélations entre les variables qui sont réunis en une matrice carrée symétrique à éléments diagonaux unitaires. Le coefficient de corrélation (r) est le rapport de la covariance à la valeur du produit des écart-types. On le désigne par le symbole r ou r xy ou r(x,y) cov(x, y) r SxS y Le coefficient de corrélation est toujours compris entre –1 et +1. Il ne peut d’ailleurs être égal à 1, en valeur absolue, que si les points observés se trouvent tous sur une même droite non parallèle aux axes de coordonnées. Il mesure l’intensité de la relation existant entre deux séries d’observations (variables). L’existence d’une corrélation entre deux séries d’observations n’implique pas nécessairement l’existence d’une relation directe de cause à effet entre les deux variables considérées. Souvent en effet, les corrélations observées sont dues au fait que les deux variables étudiées sont soumises à des influences communes. Le tableau N°36 présente les différentes corrélations entre les variables deux à deux. Le coefficient de corrélation significatif d’après Mangin est r = 0,5, ce qui permet de dégager les associations suivantes : +2 + +2 - +2 -2 + -2 (Mg ,Na ) avec r = 0.68 ,(Mg ,cl ) avec r = 0.93,(Mg ,so4 ) avec r = 0.89);(Na ,so4 ) avec r = 0.73 ,(Na,cl-) avec r = 0.71 Tableau.36: Matrice de corrélation des éléments chimiques. +2 +2 + + - - -2 - Variables Ca Mg Na K HCO3 Cl SO4 NO 3 Ca+2 1 0.112 0.144 -0.066 -0.100 0.186 0.262 0.175 Mg+2 0.112 1 0.679 0.088 -0.028 0.933 0.887 0.160 Na+ 0.144 0.679 1 0.046 0.038 0.709 0.729 -0.045 K+ -0.066 0.088 0.046 1 0.400 0.122 0.092 -0.020 - HCO3 -0.100 -0.028 0.038 0.400 1 -0.032 -0.105 0.086 Cl- 0.186 0.933 0.709 0.122 -0.032 1 0.951 0.087 -2 SO4 0.262 0.887 0.729 0.092 -0.105 0.951 1 0.072 - NO 3 0.175 0.160 -0.045 -0.020 0.086 0.087 0.072 1 USTHB/2012 129 Chapitre V HYDROCHIMIE V 14-5 valeurs propres et vectrices propres Pour obtenir un nouveau système d’axes, on effectue la diagonalisation de la matrice de corrélation, on obtient alors une matrice diagonale dont les éléments sont les valeurs propres qui représentent la quantité d’information récupérée. A chaque valeur propre correspond un facteur. Chaque facteur est en fait une combinaison linéaire des variables de départ. Les valeurs propres et les facteurs sont triés par ordre décroissant de variabilité représentée. Leur somme constitue les traces de cette matrice (Tableau.37). Tableau.37 : Valeurs propres et pourcentages de contribution à la variance totale. F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 Valeur propre 3.529 1.437 1.136 0.827 0.613 0.333 0.091 0.035 Variabilité (%) 40.411 17.958 14.203 10.336 7.660 4.159 1.134 0.443 % cumulé 40.411 62.066 76.269 86.605 94.264 98.423 99.557 100.000 Le choix du nombre d’axes factoriels dépend de la règle de Kaiser qui consiste à ne retenir que les facteurs aux valeurs propres supérieures à 1. Le traitement des données a été donc limité à 3 facteurs (1.2 et 3) qui représentent 76.269 % de la variance totale (ou de l’inertie totale). Les plans factoriels sont définis de façon à présenter le maximum de la variance. Il s’agit d’examiner en termes de corrélations, le positionnement des variables les unes par rapport aux autres de même que par référence aux axes factoriels. On effectue la projection des variables sur des plans formés par un couple d’axes factoriels. V-14-5-1 Analyse des variables de la nappe libre du Baremo-Albo-Aptien sur le plan factoriel (1×2) Le plan factoriel (1×2) (ou plan principal) est engendré par les deux premiers axes principaux, il restitue une quantité d’informations plus importantes que les autres plans. Le premier axe factoriel représente 40.41% de l’inertie totale. La représentation graphique des variables sur le plan principal (1×2) montre que le facteur F1 (fig. 72) + - -2 +2 + est corrélé positivement avec les variables Na , Cl , SO 4, Mg , Ca (proches de la périphérie du cercle de corrélation), éléments qui constituent la minéralisation naturelle de l’eau dans l’aquifère Baremo-Albo-Aptien. Ces variables sont corrélées positivement entre elles et indiquent deux groupes d’éléments : . Le premier représenté par : Na+, Cl-, Mg+2 - 2 + + . Le second, par : SO 4 , Na et Ca . - + Le deuxième axe factoriel (17,9 % de l’inertie totale) oppose le NO 3 aux K tandis que les Bicarbonates seront mieux interprétés sur le plan F1-F3. Deux points proches sur la projection indiquent que les deux variables USTHB/2012 130 Chapitre V HYDROCHIMIE correspondantes se ressemblent et ont un comportement similaire (elles sont liées et varient ensemble) au sein du nuage de points. V-14-5-2 Analyse des variables sur le plan factoriel [1×3] La représentation graphique des variables sur le plan factoriel (1×3) montre que l’axe factoriel F1 est représenté par le même groupe de variables que celui du plan (1×2), à savoir : + - -2 +2 + Na , Cl , SO 4, Mg , Ca (Fig.73). Ces variables sont corrélées positivement entre elles et indiquent deux groupes d’éléments : + - -2 + · Le premier groupe représenté par : Na , Cl , SO 4, Ca +2 - · Le second, représenté par : Mg et HCO3 . Le facteur F3 est représenté par 11% de la variance totale et oppose les nitrates aux K+. Variables (axes F1 et F2 : 59,23 %) 1 HCO3- 0,75 0,5 K+ NO-3 Mg+2 0,25 Cl- 0 Na+ F2 (18,82F2 %) SO4-2 -0,25 Ca+2 -0,5 -0,75 -1 -1 -0,75 -0,5 -0,25 0 0,25 0,5 0,75 1 F1 (40,41 %) Fig.72 : Projection des variables sur le plan factoriel [1-2] Pour la nappe du Baremo-albo-aptien USTHB/2012 131 Chapitre V HYDROCHIMIE Fig.73 : Projection des variables sur le plan factoriel [1-3] Pour la nappe du Baremo-albo-aptien. V-14-5-3 Etude des individus de la nappe du Baremo-Albo-Aptien On essayera d’interpréter la représentation approchée du nuage de n individus dans un sous espace de dimension faible. L’analyse des individus s’opère par référence à l’individu moyen (origine) et aux axes du plan. L’individu est d’autant mieux représenté qu’il est éloigné de l’individu moyen Deux points très proches rendent compte du fait que les deux lignes de données ont le même comportement vis-à-vis de l’ensemble des variables. Chaque échantillon est repéré par le numéro d’identification du forage. La proximité entre les différents échantillons indique une identité du chimisme tandis que des points éloignés indiquent des caractéristiques chimiques différentes. Discussion des résultats Sur le plan factoriel [1×2], la projection du nuage des échantillons est donnée par la figure.74, celle du plan factoriel [1×3], est sur la Figure75. L’analyse des individus montre que le nuage de points est regroupé au centre des axes avec un allongement parallèle à l’axe F1. Les individus placés autour de l’origine indiquent leurs caractéristiques moyennes. + - -2 + ++ ++ L’axe F1 est très corrélé avec les variables, Na , Cl , SO4 , K , Mg , Ca , cela signifie que les individus ayant une forte coordonnée positive sur cet axe sont caractérisés par une valeur de ces variables nettement supérieures à la moyenne (rappelons que l’origine des axes principaux représente le centre de gravité du nuage). USTHB/2012 132 Chapitre V HYDROCHIMIE Cet axe met en évidence deux groupes d’individus opposés, à savoir: -Groupe 1 : il correspond aux points d’eau (forages) présentant un faciès chloruré- magnésienne - Groupe 2 : il correspond aux échantillons présentant un faciès sulfaté-Calcique L’analyse des individus sur le plan factoriel (1×3) montre qu’un certain nombre d’individus se place autour de l’origine indiquant leurs caractéristiques moyennes. L’axe factoriel F1 est représenté par les mêmes groupes d’individus que ceux du plan (1×2) : - Groupe 1 : constitué par les individus (forage). Ces individus correspondent aux échantillons présentant des fortes valeurs de salinité. - Groupe 2 : Il est opposé au groupe 1 et correspond aux échantillons présentant des valeurs de salinité inférieures à la moyenne. L’axe F3 est représenté par un groupe d’individus qui présentent des teneurs élevées en nitrates. CONCLUSION L’application de l’analyse en composantes principales réduite (ACP) aux données hydrochimiques (variables) nous a permis de traiter simultanément l’ensemble de mesures, de détecter les corrélations entre les variables et déterminer les groupes d’objets ou d’individus (points d’eau) ayant les caractéristiques communes. Les résultats des différentes représentations graphiques permettent d’avoir une idée sur la qualité des eaux souterraines avant la réalisation de tout ouvrage de captage des eaux souterraines. Observations (axes F1 et F2 : 59,23 %) 4 F022 3 F008 F007 F032 F023 F012 2 F016 F003 F008 F004 1 F030 F026 F027F020 F002 F015 F018 F032 0 F2 (18,82 %) (18,82 F2 F019 F021 F025F017F031 F011 F012 F009 F014 F022 F029 F011 F016 F026F017 F018 F010 F009 F005 -1 F020 F027 F024 F023 F028 -2 F013 F001 F019 -3 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 F1 (40,41 %) Fig.74 : Représentation des individuel pour la nappe libre du baremo-albo-aptien sur le plan (1-2) USTHB/2012 133 Chapitre V HYDROCHIMIE Observations (axes F1 et F3 : 54,22 %) 5 F022 4 3 F016 2 F010 1 F018 F027 F009 F030 F021 F019 F013 F027 F001F016 F022 F024F017 F018 F009 F026 F020 F002F003 F012 F3 (13,81F3 %) 0 F026F031 F011 F023F023 F032 F004 F028 F025F017F029 F032 -1 F014 F019 F020 F012 F005 F015 F011 F008 F007 -2 -3 F008 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 F1 (40,41 %) Fig.75 : Représentation des individuel pour la nappe libre du Baremo-Albo-Aptien sur le plan (1-3) USTHB/2012 134 Chapitre V HYDROCHIMIE V-15 Conclusion L’étude hydrochimique des eaux souterraines de la région de Laghouat permet de déduire les conclusions suivantes : Un pH variant entre 7,1 à 8,1 pour la plupart des échantillons analysés. Ce qui reflète une faible alcalinité des eaux de la région ; Des eaux classées dans les catégories dures et très dures, leur dureté varie de 34 à et 346, 25 °F, ce qui entraîne des inconvénients de cuisson et pour la lessive. Des eaux qui sont le plus souvent fortement chargées en sel dissous et de qualité mauvaise à médiocre (2 à 4 g/l). Cependant, elles pourront être utilisées sur certains sols pour l’irrigation de plantes résistantes, ou pour les besoins industriels bruts. Les valeurs de conductivités électriques se situent, entre 1,2 et 5.2 mS/cm, indiquant des valeurs de résidus secs comprises entre 1,5 et 4,6 g/l. La nappe de Baremo–Albo-Aptien est plus importante que celle de Mio-Plio-Quaternaire de par l’épaisseur de son réservoir, les caractéristiques hydrodynamiques des formations le constituant et les apports qu’elle reçoit. Sur la totalité des échantillons analysés, on peut dire que les eaux de la région sont de moyennement de bonne à médiocre qualité minéralogique, à l’exception de certains points d’eau qui sont susceptible d’être sujet à des pollutions diverse telles que les nitrates, pesticides,;à l’image de la zone de la ville de Laghouat . L’analyse cartographique fait ressortir que le calcium, le magnésium ont des concentrations élevées à proximité des massifs. Cette augmentation est due à l’influence des for mations carbonatées telles que les calcaires et les calcaires dolomitiques. Par contre les chlorures, les sulfates et le sodium sont caractérisés par des teneurs élevées à l’Ouest et à la proximité de la vallée de l’oued M’zi , dues à l’influence des formations salifères comme le gypse et les marnes salifères, il peut être influencé par l’utilisation des fertilisants chimiques et des rejets des eaux usées La nature lithologique de la formation réservoir (présence de lentilles de gypse au sein des alternances sables, argiles et marnes) ainsi que les longs temps de séjour des eaux dans l’aquifère, sont les facteurs essentiels intervenant dans l’importance de la charge saline pour la nappe Mio-Plio-Quaternaire . Sulfates et chlorures parmi les anions, magnésium et Calcium, parmi les cations sont largement dominants, et représentent chacun un peu plus de 20 méq/l. Exprimées en mg/l, la somme des teneurs en sulfates et chlorures, atteint 2100 mg/l, soit près de la moitié de la minéralisation globale des eaux. La carte de répartition de l'indice d'échange de base (i.e.b.) des eaux souterraines de la région est similaire à celle des différents aquifères. Les argiles présentes dans l’aquifère libèrent les ions Na + et K+ et fixent les cations Ca++ et Mg++. USTHB/2012 135 Chapitre V HYDROCHIMIE -2 - Le rapport rSO4 /rCl est supérieur à 1 sur l’ensemble des points d’eau traduisant ainsi un enrichissement des sulfate par rapport aux chlorure . Quant au rapport rMg++ / rCa++, il est inferieur à 1 sur la majeure partie de la zone d’étude, montre le caractère dominant du calcium. L'interprétation des diagrammes de STABLER ,PIPER et SCHOELLER_BERKALOFF a montré que les eaux de la région de Laghouat sont caractérisées par une dominance des sulfates et chlorures qui semble être liée à la nature géologique, les variations des facies chimiques sont due au phénomène de dilution. Les eaux présentent une potabilité permanente de bonne, passable à médiocre concernant l’alimentation en eau potable et de bonne à mauvaise pour l’agriculture avec la présence d'un danger de salinisation. En effet ,l’analyse en composante principales à confirmée le caractère très minéralisant des eaux de la région de Laghouat , et elle a mis en évidence les liens significatifs entre les eaux fortement - 2+ + 2- 2+ + minéralisées riches surtout en Cl ,Ca ,Na ,SO4 ,Mg et K et les eaux faiblement minéralisées, l’étude a montrée aussi que le chimisme des eaux souterraines de la nappe n’est pas lié seulement a la nature des terrains traversés, il peut être influencé par l’utilisation des fertilisants chimiques et des rejets des eaux usées c’est le cas des nitrates et du potassium. La forte minéralisation enregistrée dans cette zone est liée avec une forte conductivité, traduisant une salinité élevée qui doit être prise en considération et que l’eau doit être utilisée avec beaucoup de précaution en agriculture. La différenciation hydrochimique mise en évidence entre les différents aquifères peut s'interpréter par des influences majeures, qui sont par ordre d’importance : géologique, climatique et anthropique. La nature géologique des terrains est responsable en grande partie des variations de la composition chimique des eaux. Plusieurs spécificités propres à chaque aquifère peuvent être avancées pour expliquer en grande partie les fortes minéralisations des eaux des différent aquifères. Les paramètres statistiques de position (variances), confirment la dispersion des teneurs en chlorures, sulfates, magnésium, sodium et calcium. En revanche, les teneurs en potassium, calcium, nitrates et en bicarbonates sont assez homogènes et centrées autour de la valeur moyenne. L’application de l’analyse en composantes principales réduite (ACP) aux données hydrochimiques (variables) nous a permis de traiter simultanément l’ensemble de mesures, de détecter les corrélations entre les variables et déterminer les groupes d’objets ou d’individus (points d’eau) ayant les caractéristiques communes. USTHB/2012 136 Conclusion générale Conclusion Générale CONCLUSION GENERALE L’étude que nous avons entreprise dans la région de Laghouat, nous a permis de contribuer à la connaissance des paramètres géomorphologiques, climatiques, hydrogéologiques,hydrochimiques et les principales sources de pollution. Les principaux résultats que nous avons obtenus peuvent se résumer ainsi : Du point de vue géomorphologique : Le bassin versant de l’oued M’zi est caractérisé par trois unités hydrologiques : . Les sous bassins versants (Morra, Meska) : Caractérisés par des altitudes élevées et de fortes pentes, de densité de drainage importante et des profils d’équilibre convexe indiquant une continuité de l’érosion résultant du réajustement actuel des structures atlasiques. . Le sous bassin versant de l’oued Messaad Correspondant à la zone de transition entre l’atlas saharien et la plate forme saharienne, où l’érosion est plus faible à l’échelle du bassin versant et une forme concave du profil en long. . Le sous bassin versant de l’oued M’zi aval Caractérisé par une pente assez faible et un réseau hydrographique épars . L’activité morphologique de chaque partie du cours d’eau est différente ; l’amont se caractérise par la prédominance de l’érosion, la partie moyenne par le transport des débris, l’aval par la prédominance des inondations et l’accumulation des dépôts. il est caractérisé par un réseau hydrographique faible dense et une végétation de type steppe à armoise. Du point de vue Hydroclimatologique : De part sa forme allongée du Nord- ouest au Sud-est et sa position géographique, situé entre l’Atlas saharien tempéré et la plateforme saharienne aride à semi-aride, le bassin versant de l’Oued M’zi connaît une évolution fortement liée au climat qui se caractérise par des contrastes importants en relation avec les chaînes montagneuses et l’influence saharienne. La pluviométrie moyenne annuelle estimée est égale à 141 mm, la plus grande partie de cette eau retourne à en atmosphère sous forme d’évapotranspiration. La variabilité des précipitations est bien marquée aussi bien à l’échelle mensuelle qu’annuelle, elle est bien exprimée par les coefficients de variation mensuelle dont les plus fortes valeurs se concentrent en saison estivale. Le régime thermique est caractérisé par des amplitudes annuelles assez fortes avec une température moyenne annuelle de l’ordre de 18,53°C qui permettent d’accentuer le phénomène de l’évapotranspiration estimée à 1043,5 mm, l’assèchement rapide des sols et la dégradation du USTHB/2012 137 Conclusion Générale couvert végétal. Ces préalables favorisent en cas d’averses le développement d’un écoulement de surface rapide, d’une érosion intense des sols. L’évapotranspiration réelle moyenne est de l’ordre de 139 mm soit 95% des précipitations moyennes annuelles. Le ruissellement et l’infiltration estimé à partir de la formule du bilan hydrique représentent respectivement 4% et 1% des précipitations moyennes annuelles. Enfin, on peut dire que le bassin versant de l’oued M’zi est situé dans une région à climat largement aride. L’étude géologique, lithologique et tectonique nous a permis de distinguer Les formations qui peuvent constituer des réservoirs d’eaux souterraines, à savoir : . Complexe Jurassique . Complexe gréseux Baremo-Albo-Aptien . Complexe du Turonien . Complexe du Moi-Plio- Quaternaire L’aperçu hydrogéologique nous a montré que la région étudiée est composée principalement de quatre systèmes aquifères, limitrophes sur le plan géographique et topographique et distincts l’un par rapport à l’autre sur le plan hydrogéologique. Dans cette étude hydrogéologique on s’est intéressé particulièrement à La nappe Baremo-Albo- Aptien qui est la plus importante par la conception de son réservoir et les apports qu’elle reçoit. L’analyse des cartes piézométriques à l’échelle locale de notre zone d’étude montre un sens d'écoulement général de la nappe de Nord-Ouest vers le Sud-Est et ce tout au long du lit de l'oued M’zi. Ce sens d’écoulement des eaux souterraines, orienté en générale de l’amont vers l’aval depuis le pied de l’Atlas en direction du Nord, suit le sens d’écoulement des cours d’eaux de surface. Les massifs montagneux qui entourent les différentes unités jouent un rôle primordial dans l’alimentation des systèmes aquifères. Les valeurs du gradient hydraulique sont peu variables dans la même direction de l’écoulement, et varient de 0,009 au Nord-ouest à 0,005 au Sud-Est. La transmissivité en moyenne est de l’ordre de 2.16 10-3 m2/s, Elle reflète très exactement le lien entre la géologie et le système hydrodynamique de l’aquifère. L’exploitation de cette nappe se fait à travers les forages, avec des débits allant de 9583293,6 à 11769753,6 m3/an de 2003 à 2007. Ces débits sont utilisés pour l’AEP à raison de 6298790,4 m3/an, l’agriculture 5260723,2 m3/an et l’industrie 210240 m3/an USTHB/2012 138 Conclusion Générale Etant la plus importante source d’approvisionnement en eau de la région, la nappe Baremo-Albo- Aptien est sur-exploitée à la suite des pompages intensifs réalisés depuis des années. Ceci se traduit par l’abaissement continu (plus de 5 m) du niveau d’eau dans certains endroits. Du point de vue Hydrochimiques : L’étude hydrochimique des eaux souterraines de la région de Laghouat permet de déduire les conclusions suivantes : Un pH variant entre 7,1 à 8,1 pour la plupart des échantillons analysés. Ce qui reflète une faible alcalinité des eaux de la région ; Des eaux classées dans les catégories dures et très dures, leur dureté varie de 34 à et 346, 25 °F, ce qui entraîne des inconvénients dans les réseaux, la cuisson et pour la lessive. Des eaux qui sont le plus souvent fortement chargées en sel dissous et de qualité mauvaise à médiocre (2 à 4 g/l). Cependant, elles pourront être utilisées sur certains sols pour l’irrigation de plantes résistantes, ou pour les besoins industriels bruts. Les valeurs de conductivités électriques se situent, entre 1,2 et 5.2 µS/cm, indiquant des valeurs de résidus secs comprises entre 1,5 et 4,6 g/l. La nappe de Baremo–Albo-Aptien est plus importante que celle de Mio-Plio-Quaternaire de par l’épaisseur de son réservoir, les caractéristiques hydrodynamiques des formations le constituant et les apports qu’elle reçoit. Sur la totalité des échantillons analysés, on peut dire que les eaux de la région sont de moyennement bonne à médiocre en qualité minéralogique, à l’exception de certains points d’eau qui sont susceptible d’être sujet à des pollutions diverses telles que les nitrates, pesticides, à l’image de la zone de la ville de Laghouat . L’analyse cartographique fait ressortir que le calcium, le magnésium ont des concentrations élevées à proximité des massifs. Cette augmentation est due à l’influence des formations carbonatées telles que les calcaires et les calcaires dolomitiques. Par contre les chlorures, les sulfates et le sodium sont caractérisés par des teneurs élevées à l’Ouest et à la proximité de la vallée de l’oued M’zi ,et sont dues à l’influence des formations salifères comme le gypse et les marnes salifères, il peut être influencé par l’utilisation des fertilisants chimiques et des rejets des eaux usées. La nature lithologique de la formation réservoir (présence de lentilles de gypse au sein des alternances sables, argiles et marnes) ainsi que les longs temps de séjour des eaux dans l’aquifère, sont les facteurs essentiels intervenant dans l’importance de la charge saline pour la nappe Mio- Plio-Quaternaire . Sulfates et chlorures parmi les anions, magnésium et Calcium, parmi les cations sont largement dominants, et représentent chacun un peu plus de 20 méq/l. Exprimées en mg/l, la somme des USTHB/2012 139 Conclusion Générale teneurs en sulfates et chlorures, atteint 2100 mg/l, soit près de la moitié de la minéralisation globale des eaux. La carte de répartition de l'indice d'échange de base (i.e.b.) des eaux sousterraines de la region est similaire à celle des différents aquifères. Les argiles, présentes dans l’aquifère, libèrent les ions Na+ et K+ et fixent les ions Ca++ et Mg++. -2 - Le rapport rSO4 /rCl est supérieur à 1 sur l’ensemble des points d’eau traduisant ainsi un enrichissement des sulfates par rapport aux chlorures. Quant au rapport rMg++ / rCa++, il est inferieur à 1 sur la majeure partie de la zone d’étude, ceci montre le caractère dominant du calcium. L'interprétation des diagrammes de STABLER ,PIPER et SCHOELLER-BERKALOFF a montré que les eaux de la région de Laghouat sont caractérisées par une dominance des sulfates et chlorures, Ce qui semble être liée à la nature géologique, les variations des faciès chimiques sont due au phénomène de dilution. Les eaux présentent une potabilité permanente de bonne, passable à médiocre concernant l’alimentation en eau potable et de bonne à mauvaise pour l’agriculture avec la présence d'un danger de salinisation. En effet ,l’analyse en composante principales à confirmée le caractère très minéralisé des eaux de la région de Laghouat , et elle a mis en évidence les liens significatifs entre les eaux fortement - 2+ + 2- 2+ + minéralisées riches surtout en Cl , Ca ,Na ,SO4 ,Mg et K et les eaux faiblement minéralisées. L’étude a montrée aussi que le chimisme des eaux souterraines de la nappe n’est pas lié seulement a la nature des terrains traversés, il peut être influencé par l’utilisation des fertilisants chimiques et des rejets des eaux usées c’est le cas des nitrates et du potassium. Par ailleurs, la forte minéralisation enregistrée dans cette zone est liée à une forte conductivité, traduisant une salinité élevée qui doit être prise en considération et que l’eau doit être utilisée avec beaucoup de précaution en agriculture. La majorité des eaux de la région de Laghouat ont des teneurs supérieures aux normes fixées par - -2 ++ ++ l’O.M.S pour Cl , SO4 , Ca et Mg . La différenciation hydrochimique mise en évidence entre les différents aquifères peut s'interpréter par des influences majeures, qui sont par ordre d’importance : géologique, climatique et anthropique. La nature géologique des terrains est responsable en grande partie des variations de la composition chimique des eaux. Plusieurs spécificités propres à chaque aquifère peuvent être avancées pour expliquer en grande partie les fortes minéralisations des eaux des différents aquifères. Les paramètres statistiques de position (variances), confirment la dispersion des teneurs en chlorures, sulfates, magnésium, sodium et calcium. En revanche, les teneurs en potassium, USTHB/2012 140 Conclusion Générale calcium, nitrates et en bicarbonates sont assez homogènes et centrées autour de la valeur moyenne. L’application de l’analyse en composantes principales réduite (ACP) aux données hydrochimiques (variables) nous a permis de traiter simultanément l’ensemble de mesures, de détecter les corrélations entre les variables et déterminer les groupes d’objets ou d’individus (points d’eau) ayant les caractéristiques communes. L’étude de l’évolution spatio-temporelle de la composition chimique des eaux souterraines nous a permis de constater que, dans la région de Laghouat, elle accuse des signes de vulnérabilité à la contamination. L’interprétation des résultats d’analyse chimique montrent une certaine augmentation de la salinité des eaux et un accroissement, dans le temps, des teneurs en certains éléments chimiques, liés à l’exploitation excessive. Dans la région, les développements agricoles et industriels sont conditionnés par les disponibilités en eaux souterraines et leur possibilité d’utilisation dans le temps. La réussite des politiques de développement implique impérativement que des mesures techniques appropriées soient mises en œuvre à court, à moyen terme pour minimiser les risques auxquels est exposée la ressource en eau. La qualité de l’eau et son évolution future constitue l’aspect le plus préoccupant dans la maîtrise de la gestion des ressources en eau de la nappe. Pour mieux gérer cette ressource et protéger les nappes souterraines, nous recommandons ce qui suit : 1- La mise en place d’un réseau de surveillance des niveaux et du suivi des prélèvements et de la qualité chimique des eaux. 2- La stabilisation et le maintien des volumes d’eau prélevés dans les zones en surexploitation et la maîtrise des volumes d’eau exploitables dans les zones à forte potentialités. La mise en œuvre des techniques d’exploitation appropriées. 3-La réalisation de station de traitement des eaux usées urbaines, et des stations de prétraitement des eaux usées industrielles. 4- L’étude de possibilités de réutilisation des eaux traitées ou drainées pour l’irrigation, et la valorisation des eaux résiduaires urbaines afin d’économiser le ressource en eau souterraine. 5-Recenser toutes les unités polluantes existantes dans toute la zone afin d’apprécier l’impact des rejets sur la qualité chimique des eaux souterraines, dans l’objectif de prévoir des procédés d’amélioration de la qualité des eaux destinées à l’alimentation en eau potable et l’irrigation. 6- Appliquer le règlement relatif au périmètre de protection des champs de captage, et Lutter contre les points de captages illicites. USTHB/2012 141 Conclusion Générale A terme, ces recommandations devraient permettre une meilleure gestion de la ressource en eau, et une amélioration de l’environnement. En conclusion, nous espérons que l’étude hydrochimique que nous avons menée au niveau de la région de Laghouat (région aride) a apporté un certain nombre d’informations et de précisions qui pourront orienter, dans le futur, la gestion et la protection des ressources en eau. USTHB/2012 142 Conclusion Générale USTHB/2012 143 Bibliographie ABED S (1982), Litho stratigraphie et sédimentologie du jurassique moyen et supérieur Dj,amour atlas saharien thèse 3 EME cycle ,univ pau ABED S (1984), mise en place d’un delta au collovo-oxfordien dans l’atlas saharien centrale 5 congre europ, de sédiment. ALBINET. M., (1970) : Groupe de travail « pollution et qualité des eaux ». Présentation de la carte de vulnérabilité à la pollution, BRGM. ALBINET M., (1989) : Pollution des eaux souterraines. BRGM. Service d’hydrogéologie ADDINSOFT (2006). Analyse en composantes principales (Editeur d’XLSTAT). ATTEIA. OLIVIER : Chimie et pollution des eaux souterraine BABA SY M. 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Annexe Annexe A Sous bassin de l’oued Morra Désignation Symbole Unité Quantité Superficie du bassin versant S Km2 358 Périmetre P Km 132 Altitude maximale Hmax m 1450 Altitude moyenne Hmoy m 1171.6 Altitude minimale Hmin m 970 Altitude correspondante à 5% de suface du bassin versant H5% m 1417 Altitude correspondante à 50% de suface du bassin versant H50% m 1024.2 Altitude correspondante à 95% de suface du bassin versant H95% m 1034 Indice de compacité Kc - 1.95 Dénivelée spécifique Ds m 383 Indice de pente globale Ig % 0.64 Longueur du talweg principal Lp Km 36.47 Longeur du rectangle équivalent L Km 59.91 Largeur du rectangle équivalent l Km 5.97 2 Densité de drainage Dd Km/ Km 0.64 Coefficient de torrentialité Ct - 0.15 Temps de concentration Tc h 10.5 145 Annexe A Sous bassin de l’oued Meska Désignation Symbole Unité Quantité Superficie du bassin versant S Km2 951 Périmetre P Km 192.5 Altitude maximale Hmax m 1528 Altitude moyenne Hmoy m 1187.08 Altitude minimale Hmin m 894 Altitude correspondante à 5% de sufacedu bassin versant H5% m 1488 Altitude correspondante à 50% de sufacedu bassin versant H50% m 1247 Altitude correspondante à 95% de sufacedu bassin versant H95% m 1007 Indice de compacité Kc - 1.75 Dénivelée spécifique Ds m 481 Indice de pente globale Ig % 0.564 Longueur du talweg principal Lp Km 50.9 Longeur du rectangle équivalent L Km 85.21 Largeur du rectangle équivalent l Km 11.16 2 Densité de drainage Dd Km/ Km 0.63 Coefficient de torrentialité Ct - 0.19 Temps de concentration Tc h 13 146 Annexe A Sous bassin de l’oued Messaad Désignation Symbole Unité Quantité Superficie du bassin versant S Km2 1811 Périmètre P Km 244 Altitude maximale Hmax m 1067 Altitude moyenne Hmoy m 895.1 Altitude minimale Hmin m 775 Altitude correspondante à 5% de sufacedu bassin versant H5% m 1042 Altitude correspondante à 50% de sufacedu bassin versant H50% m 913 Altitude correspondante à 95% de sufacedu bassin versant H95% m 825 Indice de compacité Kc - 1.6 Dénivelée spécifique Ds m 217 Indice de pente globale Ig % 0.21 Longueur du talweg principal Lp Km 72.26 Longeur du rectangle équivalent L Km 104.21 Largeur du rectangle équivalent l Km 17.38 2 Densité de drainage Dd Km/ Km 0.38 Coefficient de torrentialité Ct - 0.04 Temps de concentration Tc h 29.5 147 Sous bassin de l’ oued M'zi Amont Annexe A Désignation Symbole Unité Quantité Superficie du bassin versant S Km2 2336 Périmètre P Km 290 Altitude maximale Hmax m 1591 Altitude moyenne Hmoy m 1160.54 Altitude minimale Hmin m 792 Altitude correspondante à 5% de sufacedu bassin versant H5% m 1497 Altitude correspondante à 50% de sufacedu bassin versant H50% m 1224 Altitude correspondante à 95% de sufacedu bassin versant H95% m 918 Indice de compacité Kc - 1.68 Dénivelée spécifique Ds m 579 Indice de pente globale Ig % 0.457 Longueur du talweg principal Lp Km 92.52 Longeur du rectangle équivalent L Km 126.54 Largeur du rectangle équivalent l Km 18.46 2 Densité de drainage Dd Km/ Km 0.7 Coefficient de torrentialité Ct - 0.12 Temps de concentration Tc h 20 148 Annexe A Sous bassin de l’oued M'zi aval Désignation Symbole Unité Quantité Superficie du bassin versant S Km2 2048 Périmetre P Km 293.5 Altitude maximale Hmax m 1270 Altitude moyenne Hmoy m 848 Altitude minimale Hmin m 675 Altitude correspondante à 5% de suface du bassin versant H5% m 1118 Altitude correspondante à 50% de suface du bassin versant H50% m 875 Altitude correspondante à 95% de suface du bassin versant H95% m 733 Indice de compacité Kc - 1.82 Dénivelée spécifique Ds m 385 Indice de pente globale Ig % 0.293 Longueur du talweg principal Lp Km 127.77 Longeur du rectangle équivalent L Km 131.50 Largeur du rectangle équivalent l Km 15.57 2 Densité de drainage Dd Km/ Km 0.48 Coefficient de torrentialité Ct - 0.06 Temps de concentration Tc h 33 149 Annexe B Tableau .1: Régression basée sur l’analyse par composante principales (ACP) (comblement des lacunes annuelle). Ain K Année Aflou Seklafa Ghiecha Mahdi Tadjmout Houita Laghouat SMakhlouf Hirane 1970 233.4 104.02 65.45 85.7 5.5 49.14 233.78 100 53.1 1971 474.4 245.55 177.96 292.3 80.7 165.89 108.37 291 124.4 1972 267.1 149.82 117 164.1 24.5 107.95 133.9 95 123.7 1973 380.1 274.9 127.2 191.7 37.1 132.25 151.5 137.5 81.5 1974 296.1 169.78 114.7 158.2 56.05 133.4 152.4 141.25 133.9 1975 288.2 234.09 104.45 168.9 36.9 135.49 94.09 123.3 99.4 1976 273.8 166.41 86.68 155.2 75.2 141.85 158.5 114.7 109.64 1977 251.2 62.41 82.99 78.7 59.7 66.42 31.36 97.6 54.4 1978 411.3 130.42 84.46 122.1 54.1 73.27 55.95 94.1 65.4 1979 287.57 183.33 226.5 168.3 131 122.1 218.45 73.7 136 1980 335.2 144 183.06 213.7 197.63 154.5 167.7 123.4 181.8 1981 351.2 218.36 141.1 229 157.4 161.02 172.4 160.8 177.4 1982 283.5 166.7 117 164.35 113.4 120.7 149.5 120.5 133.1 1983 143.3 143.28 67.2 30.8 58.86 37.33 82.5 37.1 78.3 1984 218 73.27 93.7 102 125 52.27 93.4 81.5 144.9 1985 444.5 170.9 116 161.9 36.2 123.3 145 93.6 164.6 1986 244.6 134.9 200.7 141.4 142 145.3 161 106.3 147 1987 238.5 61.8 67.5 147.3 185.4 130 91.97 109.8 152.4 1988 245 174.8 99.2 174.4 141.7 61 130.42 53 143.3 1989 362.4 119.9 111.4 239.7 262.9 183.9 299.98 195.4 227.7 1990 243.8 102 62.7 195.6 207.1 190.7 137.59 126.5 159.8 1991 383.5 205.9 74.2 186.7 185.9 144.7 173.98 135.4 206.1 1992 176.7 106.2 63.68 66.6 152.3 59 68.23 66.2 172.3 1993 168.9 70.7 96.43 81.5 91.5 45.4 77.26 49 58.4 1994 313.3 263 145.6 241.2 260.7 153.9 167.3 137 144.8 1995 328.6 317 155 266.3 265.8 140 157.2 193.8 296.6 1996 322.4 159 116.9 164.2 132.5 119 142 130.5 152.4 1997 368.2 193 126.6 190 86.8 114 138.3 175.3 176.5 1998 87.1 198 95.3 106.3 149.1 84.3 163.6 125.2 184.2 1999 115.4 119 110.1 145.8 130 63 88.9 114.2 132.7 2000 138.9 106 81.4 68.9 71 34 95.2 76.2 59.1 2001 153 138 89.9 91.9 71.5 70 101.4 118 142.9 2002 164.3 72 78.5 61.2 85.4 109.1 148.2 50.1 105 2003 322.6 266 156.8 271 165 227 228.4 131.7 185.1 2004 194.3 98 89.7 91.3 112.2 113.7 121.9 71.3 132.6 2005 312.3 223 133 261 213.7 222 251.2 161.3 234.1 150 Annexe C Tableau.2 : Les résultats des essais de pompage dans trois forages captant la nappe Baremo-Albo-Aptien. Essais de pompage dans trois forages captant la nappe baremo-albo-aptien F004AM F0023HA F0033AS s(m) t(s) s(m) t(s) s(m) t(s) 18,58 60 18,58 60 18,58 60 21,22 1500 21,22 1500 21,22 1500 21,26 1800 21,26 1800 21,26 1800 21,28 2100 21,28 2100 21,28 2100 21,3 2400 21,3 2400 21,3 2400 21,34 3300 21,34 3300 21,34 3300 21,35 3600 21,35 3600 21,35 3600 21,38 4800 21,38 4800 21,38 4800 21,41 6000 21,41 6000 21,41 6000 21,43 7200 21,43 7200 21,43 7200 21,44 9000 21,44 9000 21,44 9000 21,45 9900 21,45 9900 21,45 9900 21,48 21600 21,48 21600 21,45 14400 21,45 28800 21,48 21600 21,48 21600 21,46 36000 21,45 28800 21,45 28800 21,46 43200 21,46 36000 21,46 36000 21,47 50400 21,46 43200 21,46 43200 21,48 72000 21,47 50400 21,47 50400 21,48 79200 21,48 72000 21,48 72000 21,48 86400 21,48 86400 21,48 86400