En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par : Institut National Polytechnique de Toulouse (Toulouse INP) Discipline ou spécialité : Ecologie Fonctionnelle Présentée et soutenue par : M. AMIN ZETTAM le dimanche 6 mai 2018 Titre : Transfert des nitrates du bassin versant de la Tafna (Nord-Ouest de l'Algérie) vers la mer Méditerranée. Approche couplant mesures, modélisation et changement d'échelle vers les grands bassins versants Nord africains. Ecole doctorale : Sciences de l'Univers de l'Environnement et de l'Espace (SDUEE) Unité de recherche : Laboratoire Ecologie Fonctionnelle et Environnement (ECOLAB) Directeur(s) de Thèse : MME SABINE SAUVAGE MME AMINA TALEB Rapporteurs : M. DIDIER ORANGE, IRD MONTPELLIER M. DJILALI YEBDRI, UNIV SCIENCES ET TECHNOLOGIE D'ORAN Membre(s) du jury : Mme NOURIA BELAIDI, UNIVERSITE DE TLEMCEN, Président M. JOSE-MIGUEL SANCHEZ-PEREZ, CNRS TOULOUSE, Membre I A mes parents A ma famille A mes Amis A Tlemcen A Toulouse A mon Pays (EL Djazair) II Remerciements Un seul nom sur la première page de ce travail, ne veut pas dire pour autant, travail d’une seule personne. Cette thèse est un fruit d’une collaboration, et j’ai le grand plaisir à remercier ici tous ceux qui ont participé à la réalisation de ce modeste travail : Mes encadreurs Taleb Amina du laboratoire LECGEN de l‘université de Tlemcen, Tout au long de ce travail, elle a su m‘apporter un soutien constant, une disponibilité, une écoute, une confiance et des conseils précieux et avisés à la hauteur de ses compétences. Sauvage Sabine et Sánchez Pérez José Miguel du laboratoire ECOLAB CNRS de Toulouse- France pour avoir bien voulu m‘encadrer, pour leurs aides, leurs conseils et tout simplement leurs qualités scientifiques bien fermes, et pour avoir su me guider durant la réalisation de ce travail. Je suis ravi d‘avoir travaillé avec vous votre appui, a été très décisive au cours de l‘élaboration de cette thèse. Merci aux Membres du jury, pour avoir accepté d‘examiner ce travail YEBDRI Djilali Professeur et Enseigant Chercheur, USTO-MB-, Oran (Algérie) ; ORANGE Didier CR1, UMR210-ECO&SOLS, à Montpellier (France) ; Merci à Belaidi Nouria du laboratoire LECGEN de l‘université de Tlemcen pour ses conseils et ses orientations Merci à mes collègues du laboratoire LECGEN : Karima, Amina B., Brahim, Zineb, Amina R. Batoul, Aicha, Nadéra, Asma (la secrétaire), Hakim Mahi et Samia Bouzid. Merci à mes collègues du laboratoire ECOLAB équipe BIZ : Gaël, Annick, Marie Jo, Virginie, Thierry, Stéphanie, Huguette, Théo B., Alpha, Issam, Pilar, Simon, Marine, Jean Luc, Anne, François, Stéphane, Théo, Clément, Roxelane, Xi, Chuxian, Xinda, Vivien, Anom, Sophia, Youen, Elza, Benjamin, Laure, Marilen, Liliana, Roberta, Deonie, Juan luis, Manon, Columba, Amina M et Amina A. III Un grand Merci à Laurie Boithias du laboratoire GET de l‘Université de Toulouse pour son aide décisive durant la réalisation du Projet SWAT. Un grand Merci à mon collègue Benabdelkader Amine (LECGEN/ECOLAB) qui m‘a beaucoup aidé durant notre séjour à Toulouse. Un grand Merci à mon très cher ami Hamza et sa femme qui m‘ont beaucoup aidé à m‘installer à Toulouse. Merci à Youcef et Fethallah, Abdelhak, Mouad, Réda, Hichem et Nadjib qui m‘ont aidé durant mes sorties sur le terrain. Merci à Mr Berri Djamel et son équipe du centre vétérinaire de Tlemcen qui m‘a beaucoup aidé pour faire les analyses physico-chimiques de l‘eau, Merci à Mr Boudalia M.et Mr Sardi B. de l‘ANRH qui m‘ont permis d‘obtenir les données hydro-climatiques et physico-chimiques de la Tafna, A tous ceux qui m’ont apporté un sourire, une aide, un regard, une attention. Amine IV Table des matières Introduction générale ............................................................................................................... 1 Chapitre 1 : Contexte scientifique et objectifs ....................................................................... 7 1.1. Le cycle de l‘Azote .......................................................................................................... 8 1.2. La pollution en nitrates .................................................................................................. 10 1.2.1. Les conséquences environnementales ..................................................................... 11 1.2.2. Les conséquences sur la santé humaine .................................................................. 12 1.2.3. La source des nitrates dans les cours d‘eau............................................................. 12 1.3. La modélisation des contaminations en nitrates dans les hydrosystèmes ..................... 13 1.3.1. Classification selon la représentation de l‘espace ................................................... 13 1.3.2. Classification selon la discrétisation temporelle ..................................................... 14 1.3.3. Classification selon la description du processus ..................................................... 14 1.4. Modélisation des transferts de nitrates .......................................................................... 15 1.5. La ressource en eau en Afrique du Nord ....................................................................... 20 1.6. Les problèmes hydrauliques de l‘Afrique du Nord ....................................................... 23 1.6.1. L‘envasement des barrages d‘Afrique du Nord ...................................................... 23 1.6.2. Eutrophisation ......................................................................................................... 24 1.7. Evolution des flux d‘azote à partir des fleuves de l‘Afrique du Nord ........................... 25 1.8. Gestion de l‘eau (exemple : l‘Algérie) .......................................................................... 26 1.9. La législation dans le secteur de l‘eau en Algérie ......................................................... 26 1.10. Objectifs de la thèse ..................................................................................................... 28 Chapitre 2 : le milieu physique ............................................................................................. 30 2.1. Site d‘étude .................................................................................................................... 31 2.1.1. Le bassin versant de la Tafna (le bassin de référence) ............................................ 31 2.1.2. Les plus grands fleuves côtiers de l'Afrique du Nord ............................................. 38 Chapitre 3 : Matériels et Méthodes ...................................................................................... 53 3.1. Données utilisées ........................................................................................................... 54 3.1.1. L‘étude in situ ......................................................................................................... 55 3.1.1.1. Mesures réalisées sur le terrain ............................................................................ 55 3.1.1.2. Mesures réalisées au laboratoire .......................................................................... 55 3.1.2. Données d‘entrée pour la modélisation ................................................................... 57 3.1.3 Mesure de débits, des sédiments et des nitrates pour calibrer le modèle ................. 60 I 3.3. Présentation du modèle SWAT ..................................................................................... 61 3.3.1. Module hydrologique .............................................................................................. 62 3.3.3. Le module Nitrates .................................................................................................. 65 3.3.4. Le module sédiment ................................................................................................ 66 3.3.5. Le module Barrage .................................................................................................. 67 3.3.5.1. La surface de la retenue ....................................................................................... 68 3.3.5.2. Les précipitations ................................................................................................. 69 3.3.5.3. L‘évaporation ....................................................................................................... 69 3.3.5.4. L‘infiltration ......................................................................................................... 69 3.3.5.5. Les flux de sortie .................................................................................................. 69 3.2. Evaluation de la performance modèle ........................................................................... 71 Chapitre 4 : Transfert des nitrates dans la Tafna (étude in situ) ...................................... 73 4.1. Contexte et objectifs ...................................................................................................... 74 4.2. Résultats ......................................................................................................................... 75 4.2.2. Comparaison entre les sous bassins ........................................................................ 76 4.2.3 Les quantités de nitrates qui arrivent à la mer méditerranée .................................... 77 4.2.4 Facteurs qui influencent le flux en nitrates .............................................................. 77 4.3. Discussion .....................................................................................................................