République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université des frères Mentouri Constantine 1 Faculté des Sciences de la Terre, de la Géographie et de l’Aménagement du Territoire Département des Sciences Géologiques N° d’Ordre : …………… Série : …………… THÈSE En vue de l'obtention du grade de DOCTEUR EN SCIENCES OPTION : HYDROGÉOLOGIE Caractérisation et fonctionnement du système géothermique de la région Souk Ahras-Taoura par l’approche géochimique et isotopique (Algérie extrême Nord oriental) Présentée par Yasmina BOUROUBI OUADFEL Directrice de thèse: Mounira DJEBBAR M C/A, Université de Constantine 1 Soutenue le 22 février 2017 Jury Président : R. MARMI Prof esseur, Université de Constantine 1 Examinateurs : H. DIB M C/A, Université de Constantine 1 A. BOUDOUKHA Prof esseur, Université de Batna A. DEMDOUM Prof esseur, Université de Sétif A. KHIARI Prof esseur, Université d’ Oum El Bouaghi République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université des frères Mentouri Constantine 1 Faculté des Sciences de la Terre, de la Géographie et de l’Aménagement du Territoire Département des Sciences Géologiques N° d’Ordre : …………… Série : …………… THÈSE En vue de l'obtention du grade de DOCTEUR EN SCIENCES OPTION : HYDROGÉOLOGIE Caractérisation et fonctionnement du système géothermique de la région Souk Ahras-Taoura par l’approche géochimique et isotopique (Algérie extrême Nord oriental) Présentée par Yasmina BOUROUBI OUADFEL Directrice de thèse: Mounira DJEBBAR M C/A, Université de Constantine 1 Soutenue le 22 février 2017 Jury Président : R. MARMI Prof esseur, Université de Constantine 1 Examinateurs : H. DIB M C/A, Université de Constantine 1 A. BOUDOUKHA Prof esseur, Université de Batna A. DEMDOUM Prof esseur, Université de Sétif A. KHIARI Prof esseur, Université d’ Oum El Bouaghi 2 AVANT- PROPOS Le Nord-est de l’Algérie est une région où les manifestations néotectoniques sont abondantes (Vila, 1980 ; Dib, 1985; Takherist, 1989 ; Rezig, 1995, Benabbas, 2006), et conséquemment riche en matières de substances utiles, de réserves d’eau et d’énergie tectono-magmatique régionale. Le bassin de Souk Ahras-Taoura qui appartient à cette province, a fait l’objet d’une première étude en tant que karst hydrothermal (Bouroubi, 2009). Du fait de sa situation à la terminaison Nord-est de l'ensemble autochtone de l'avant pays atlasique et des charriages telliens, ce bassin hydrogéologique multicouche, dans un environnement diapirique, abrite un aquifère profond qui décharge peu d’eaux à température mésothermales et thermales. Cependant, à proximité des griffons de la principale source thermale du bassin, Ain Hammam Tassa, s’observent un dépôt de soufre (Dib, 1985) et de travertins (fortes teneurs de H 2S et pCO 2), témoignant d’un hyperthermalisme en profondeur. Les gaz et les flux de chaleur exhortés par le manteau supérieur gagnent l’aquifère profond et remontent vers la surface à la faveur de la tectonique active et récente (Quaternaire). Les eaux de l’aquifère profond devraient être portées à très haute température grâce au système géothermique de la lithosphère globale. Nous serions donc en présence d’un bassin comportant un complexe aquifère hydrothermal et un système aquifère multicouche des formations carbonatées et gréseuses fracturées. Au terme de ce travail, je remercie toutes celles et tous ceux qui ont participé de près ou de loin à sa réalisation. En premier lieu, j’exprime ma reconnaissance à ma Directrice de thèse Mme Mounira Djebbar, Docteur, Maître de conférences/A, Université de Constantine, pour m’avoir offert l’opportunité d’effectuer ce travail. Nous avons eu de longues discussions, notamment sur le karst hydrothermal. 1 Je remercie vivement Mr Ramdane Marmi, Professeur, Université de Constantine, pour l’honneur qu’il me fait en présidant le jury. Je remercie Mme Henia Dib, Docteur, Maître de conférences/A, Université de Constantine, d’avoir accepté de juger ce mémoire. Comme je remercie Mr Abderahmane Boudoukha, Professeur, Université de Batna, d’avoir accepté d’examiner ce mémoire. Je remercie Mr Abdelkader Khiari, Professeur, Université de Oum El Bouaghi, pour avoir accepté d’examiner ce mémoire. Je tiens à lui exprimer ma gratitude pour m’avoir aidé dans le contexte géologie structurale du présent mémoire et d’avoir toujours répondu favorablement à chaque fois que je sollicite son aide ; c’est lui qui a favorisé l’obtention de mes stages à l’étranger. Comme je remercie Mr Abdeslam Demdoum, Professeur, Université de Sétif, d’avoir accepté d’examiner mon travail. Je remercie Mme Corinne Le Gal La Salle, Professeur à l’Université de Nîmes, pour sa contribution notamment en termes d’interprétation des analyses isotopiques en strontium et pour m’avoir permis de réaliser ces analyses dans le laboratoire de Géochimie Isotopique (GIS), je remercie également les chercheurs Mahmoud Khaska Et Lara Sassine pour les discutions enrichissantes, les séjours à Nîmes ont fourni de nombreuses pistes pour la compréhension des mécanismes isotopiques. Je tiens également à remercier Mrs Adnane Souffi Moulla et Mohammed El Hocine Cherchali, chercheurs au CRNA (Centre de Recherche Nucléaire d’ Alger), pour les analyses des isotopes de la molécule d’eau et les analyses des teneurs de l’élément strontium. Egalement, je remercie Mr Mohamed Said Benzagouta, Professeur, Université de Oum El Bouaghi, de m’avoir encouragé et aidé dans les versions anglaises. Je suis extrêmement reconnaissant à l’ hydrogéologue Mr Hocine Zénati (ancien Directeur Régional de l’Agence Nationale des Ressources Hydrauliques « ANRH » de Constantine), il m’a laissé une grande liberté de manœuvre du travail de terrain pendant mes services à l’ANRH. 2 Je remercie également Rachid Taibi (ancien Directeur Général de l’ANRH), qui a accepté mes échantillons au laboratoire d’Alger. Tous les résultats présentés dans ce manuscrit ne seraient pas ce qu’ils sont sans l’aide précieuse de Mr Salah Bouchouit (Technicien à l’ANRH de Constantine), il m’avait accompagné dans toutes les sorties sur terrain ( sous le soleil ou sous la pluie et même durant le mois sacré), on a passé beaucoup de temps sur le terrain. Je remercie Mr Zineddine Derouaz, Ingénieur de laboratoire à l’ANRH de Constantine, de m’avoir aidé dans les campagnes d’échantillonnage. Je remercie chaleureusement tout mon entourage de la faculté des sciences de la terre et d’architecture d’Oum El Bouaghi et spécialement Mrs Mohammed charif Addad, Doyen de la faculté, Noureddine Maaza, Rabeh Zeddam, Said Chouai pour leurs soutiens et encouragements permanents. Merci à Mme Tebboura Khaid Kasba, Directrice de la bibliothèque de l’université d’Oum El Bouaghi pour son aide. Je remercie mes collègues de l’ANRH (A Ferdi, S Khalid, S Boukarit, M Soltani, M Boufelloussa, D Mihoubi, F Khemissi, H Hazmoun), mes collègues de l’ABH, particulièrement A Bouchedja, A Youssefi et L Belkadi, mes collègues de la direction de l’Hydraulique de Souk Ahras, F Hannachi et Slimani. J’adresse mes remerciements les plus sincères à ma famille qui m’ont toujours soutenue, une pieuse pensée pour mon père et le plus jeune de mes frères Mehdi, merci à ma belle- mère et mon beau- père d’avoir été présents lorsque j’avais besoin d’eux, notamment lors de mes déplacements. Je dédie ce travail aux membres des familles Bouroubi, Ouadfel, Touihrat, Berrahal, Othamani-Marabout, Boughabès et Saih. Yasmina 3 SOMMAIRE AVANT- PROPOS ................................................................................................................ 1 LISTES DES FIGURES ......................................................................................................... 7 LISTE DES PHOTOS ...........................................................................................................10 LISTE DES TABLEAUX ......................................................................................................11 LISTE DES ANNEXES .........................................................................................................11 INTRODUCTION GÉNÉRALE .............................................................................................12 CHAPITRE I. CONTEXTES DE L’ÉTUDE ...........................................................................16 I.1. Présentation du site de Souk Ahras-Taoura ...............................................................17 I.1.1. Localisation ....................................................................................................17 I.1.2. Bassin versant de la Medjerda .......................................................................18 I.1.2.1. Morphologie et Topographie .......................................................................18 I.1.2.2. Réseau hydrographique ..............................................................................18 I.1.2.3. Climat .........................................................................................................21 I.1.2.4. Végétation et occupation du sol ..................................................................22 I.1.3. Hydroclimatologie ..........................................................................................23 I.2. Géologie ........................................................................................................................28 I.2.1. Grands traits de la géologie régionale ............................................................28 I.2.1.1. Aperçu sur l’évolution