CARACTÉRISTIQUES PHYSICOCHIMIQUES DES EAUX SOUTERRAINES ET DU SOL

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Caractéristiques morphométriques du bassin versant

Le bassin versant (BV) côtier Constantinois

Le bassin hydrographique «Côtier Constantinois» est situé dans le littoral Nord de l’Est Algérien, limité au Nord par la Méditerranée, à l’Est par la frontière Tunisienne, à l’Ouest par le bassin Algérois-Hodna-Soummam et au Sud par les bassins Kébir Rhumel, Seybouse, Medjerda. Il couvre une superficie totale de 11509 Km2 (A.N.R.H, 2000).
Le bassin s’étend sur dix wilayas et 131 communes (Fig. 19).
Il contient :
• Le bassin Côtiers Constantinois Ouest.
• Le bassin Côtiers Constantinois Centre où se localise le sous bassin versant du lac Fetzara (Fig. 20).
• Le bassin Côtier Constantinois Est.
La pluviométrie varie entre 650 mm à l’amont du bassin et 1800 mm sur les monts de Collo-Jijel qui constituent la zone la plus arrosée de l’Algérie.

Analyse des précipitations

La précipitation est la quantité d’eau météorique, totale, liquide ou solide qui tombe sur une surface horizontale déterminée, appelée « section pluviométrique ». La pluie est un facteur climatique très important conditionnant l’écoulement saisonnier et par conséquent le régime des cours d’eau ainsi que celui des nappes.
La pluie augmente avec l’altitude, elle est également plus importante sur les versants exposés aux vents. Elle diminue au fur et à mesure que l’on s’éloigne des versants et de la mer.
La variabilité interannuelle des précipitations est exprimée par le coefficient pluviométrique (CP). Ce paramètre est très important dans la détermination des années excédentaires et les années déficitaires. Il est obtenu par le rapport de la pluviométrie d’une année à la pluviométrie moyenne d’une série à une station donnée. CPP P
Avec :
CP : coefficient pluviométrique.
P : hauteur des pluies annuelles (mm).
p : moyenne annuelle pluviométrique (mm).

Analyses physicochimiques des eaux

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 d’autres usages (irrigation, industrie…etc.). Dans la région de Berrahal, la chimie des eaux superficielles (lac Fetzara) et souterraines (nappe libre de sable fin et gravier et la nappe semi-captive des cipolins) sont souvent influencées par l’effet de la dissolution des formations géologiques, les rejets industriels et l’activité agricole dans la région (Djemai R., 1993, Zenati N. E., 1999, Belhamra A., 2001, Habès 2006,…). Et, en raison de l’utilisation multiple de ces eaux, cette étude a été menée afin de contrôler l’état actuel de la chimie des eaux, son évolution dans le temps, dans l’espace et en fonction de la variation des paramètres physicochimiques de l’eau. Malheureusement, les travaux sur l’impact de la zone industrielle de Berrahal sur la région sont très limités, d’où la nécessité d’une étude approfondie qui nous permet de mettre en évidence l’influence des rejets industriels et urbains ainsi que l’activité agricole sur l’hydrochimie des eaux des aquifères. Les résultats obtenus sont montrés sous formes de cartes de distribution spatiales et diagrammes pour les différents paramètres mesurés.

Echantillonnage, matériels et méthodes d’analyse

Un plan de travail a été adopté pour atteindre ces buts, il consiste au début à réaliser un suivi d’une campagne d’échantillonnage, pendant la période de septembre 2009, avec une analyse complète des paramètres physico-chimiques et quelques métaux lourds, à déterminer les différents apports anthropiques à caractère polluant dans la région, et analyser leur composition physico-chimique, pour expliquer l’origine et l’évolution de chaque élément.
A cet effet, 50 échantillons ont été prélevés dans différents endroits de la zone d’étude (Tab. 19), dont 26 échantillons caractérisent des puits domestiques qui captent la nappe libre de sable et gravier, 15 échantillons prélevés de forages et 9 échantillons de rejets liquides superficiels évacués de la zone industrielle de Berrahal (Fig. 32). Les échantillons ont été prélevés jusqu’à débordement dans des flacons en polyéthylène, rincés avec de l’eau distillée, puis avec l’eau à échantillonner puis bouchonnés. Pour l’analyse des métaux lourds on a ajouté quelques gouttes d’acide nitrique pour assurer une conservation dans un milieu acide, et immédiatement mis dans une glaciaire.

Cartes de distribution spatiale des paramètres physiques et DBO5 des eaux souterraines

• La température : les températures des eaux souterraines de la région de Berrahal sont strictement normales, elles ne dépassent guère les 19,5 °C dans toute la zone d’étude (Fig. 34a).
• Le pH : le pH est faible au Sud-Est de la région, il est marqué par une acidité bien individualisée (inférieure à 6,5) au contact avec le lac Fetzara, les valeurs limites en ce qui concerne les eaux potables sont comprises entre 6.5<pH<8.5, à ces endroits l’activité agricole et l’utilisation des engrais est bien individualisée par les agriculteurs (Fig. 34b).
• La conductivité électrique : la conductivité électrique des eaux souterraines de la région de Berrahal est très importante, elle dépasse les normes dans la plus part des points (supérieure à 1500 µS/cm ; minéralisation excessive), les eaux de la région sont très minéralisées, d’où l’existence de certains puits à eaux salines, ceci est due aussi à la structure géologique où en rencontre une couche d’argile graveleuse qui constitue le substratum de tous les puits, en outre il ne faut pas oublier l’effet de la période d’échantillonnage qui correspond à la période des basses eaux, où les concentrations des éléments chimiques est remarquable (Fig. 34c).
• Le DBO5 : les valeurs de la demande biochimique en oxygène (DBO5) sont considérables, les eaux souterraines de la région de Berrahal sont à grand risque d’être fortement contaminées du point de vue qualité bactériologique (pour les eaux naturelle la [DBO5] est de 0 à 10 mg/l), ces fortes concentrations sont mesurées surtout au Sud-Ouest de la région ; là où en rencontre tous les rejets industriels liquides des entreprises qui exercent l’activité de l’agro-alimentaire (R5, R6, R7, R8 et R9) (Tab. 19) qui impactent négativement la qualité des eaux superficielles et souterraines, (Fig. 34d).

Cartes de distribution spatiale des cations majeurs des eaux souterraines

• Le calcium et le sodium : pour les concentrations du calcium et du sodium des eaux souterraines de la région, elles ne dépassent pas les normes (inférieurs à 200 mg/l), mais toujours les importantes teneurs sont mesurées au Sud-Ouest de la région, impactées par les rejets des industries agro-alimentaire (R5, R6, R7, R8 et R9), ainsi qu’au Sud-Est en contact avec le lac Fetzrara (Fig. 35a et 35b).
• Le magnésium : le magnésium est bien abondant dans la région, il se trouve à des concentrations qui dépassent les normes (supérieures à 50 mg/l) dans la partie centrale à proximité de tous les différents types de rejets de la zone industrielle, que ça soient les rejets issues de l’industrie agro-alimentaire ou autres (Fig. 35c)
• Le potassium : la distribution des concentrations de potassium dans la zone d’étude révèle que cet élément se trouve à des teneurs assez élevées, il dépasse la norme (12 mg/l) au niveau de la partie Est en contact avec le lac Fetzara, en outre, la partie Sud-Ouest où s’évacuent les rejets liquides des industries agro-alimlentaires (R5, R6, R7, R8 et R9) possède elle-même des concentrations considérables (Fig. 35d).

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : PRÉSENTATION DU CADRE GÉNÉRAL DE LA ZONE D’ÉTUDE
I.1. Situation géographique
I.2. Le réseau hydrographique
I.3. Le relief .
I.4. La végétation
I.5. La population
I.6. Infrastructure et équipement
I.6.1. Alimentation en eau potable
I.6.2. Assainissement
I.7. Type d’activité économique de la zone industrielle de Berrahal
I.7.1. Types des produits
I.7.2. Types des déchets
Chapitre II : CARACTÉRISTIQUES GÉOLOGIQUES
II.1. Géologie régionale
II.1.1. Le complexe cristallophyllien
II.1.2. Subdivision du complexe
II.1.2.1. L’unité de base
II.1.2.2. L’unité intermédiaire
II.1.2.3. L’unité supérieure
II.1.3. Les roches ignées
II.1.3.1. Groupe microgranodioritique
II.1.3.2. Groupe rhyolitique
II.1.4. Les roches sédimentaires
II.1.4.1. Les flyschs ou grés numidiens
II.1.4.2. Les flyschs sénoniens
II.1.5. La tectonique
II.1.5.1. Accidents tectoniques importants
II.1.5.2. Petites fractures
II.1.6. La minéralisation
II.2. Géologie locale
II.2.1 : Les roches métamorphiques
II.2.1.1 : L’unité de base
II.2.1.2 : L’unité intermédiaire
II.2.1.3 : L’unité supérieur
II.2.2 : les roches magmatiques
II.2.3 : les roches sédimentaires
II.2.4 : La tectonique
Conclusion
Chapitre III : ÉTUDE HYDROGÉOLOGIQUE
III.1. Introduction
III.2. Délimitation des aquifères
III.3. Caractéristiques hydrodynamiques des aquifères
III.4 : Mesure de la piézométrie
III.4.1. Evolution de la piézométrie
III.4.2. Gradient hydraulique
Conclusion
Chapitre IV : CARACTÉRISTIQUES HYDROLOGIQUES ET CLIMATIQUES
IV.1. Introduction
IV.2. Caractéristiques morphométriques du bassin versant
IV.2.1. Le bassin versant (BV) Côtiers Constantinois
IV.2.1.1. Potentialité en eau de surface et souterraine
IV.2.1.2. Caractéristiques du bassin Côtiers Constantinois Centre
IV.2.1.2.1. Caractéristiques de sous bassin versant du lac Fetzara
IV.3. Caractéristiques climatiques
IV.3.1. Cadre climatique
IV.3.2. Analyse des précipitations
IV.3.2.1. Variations des précipitations dans le temps
IV.3.2.1.1. Variations annuelles
IV.3.2.1.2. Variations moyennes mensuelles
IV.3.2.1.3. Variations des précipitations saisonnières
IV.3.3. Analyse des températures .
IV.3.3.1. Variations des températures dans le temps
IV.3.3.1.1. Variations moyennes mensuelles
IV.3.4. Diagrammes ombrothermiques
IV.3.5. L’humidité
IV.3.6. Détermination du type du climat (Indice de Martonne E. De)
IV.3.7. Le bilan hydrique
IV.3.7.1. Estimation des paramètres du bilan
IV.3.7.1.1. L’évaporation/l’évapotranspiration
IV.3.7.1.2. Le ruissellement
IV.3.7.1.3. L’infiltration
IV.3.7.2. Représentation graphique du bilan d’eau
Conclusion .
Chapitre V : CARACTÉRISTIQUES PHYSICOCHIMIQUES DES EAUX SOUTERRAINES ET DU SOL
V.1. Introduction
V.2. Analyses physicochimiques des eaux
V.2.1. Echantillonnage, matériels et méthodes d’analyse
V.2.2. Résultats et discussion
V.2.2.1. Cartes de distribution spatiale des paramètres physiques et DBO5 des eaux souterraines
V.2.2.2. Cartes de distribution spatiale des cations majeurs des eaux souterraines
V.2.2.3. Cartes de distribution spatiale des anions majeurs et de nitrites des eaux souterraine
V.2.2.4. Cartes de distribution spatiale des métaux lourds des eaux souterraines
V.2.2.5. Valeurs du pH et concentrations en DBO5, Pb, Fe, Cu, Ni et Mn des rejets liquides de la zone industrielle de Berraha
V.2.2.6. Méthodes d’élimination des métaux lourds dans l’eau
V.2.2.7. Les faciès chimiques des eaux souterraines
V.3. Analyses chimiques du sol
V.3.1. Définitions – Abréviations
V.3.1.1. Définition d’un site pollué
V.3.1.2. Terminologie relative aux éléments chimiques
V.3.1.2.1. Éléments traces
V.3.2. L’utilisation de métaux
V.3.3. Les formes des éléments traces métalliques dans les sols
V.3.3.1. Mobilité
V.3.3.2. Biodisponibilité
V.3.3.3. Solubilité
V.3.3.4. Stabilité
V.3.3.5. Volatilité
V.3.4. Contexte conceptuel
V.3.4.1. Processus naturels
V.3.4.1.1. Fond géochimique (FG)
V.3.4.1.2. Fond pédogéochimique naturel
V.3.4.2. Divers apports
V.3.5. Echantillonnage, traitement des échantillons
V.3.5.1. Préparation des échantillons, méthode de dosage
V.3.6. Résultats et discussion
V.3.6.1. Le chrome (Cr)
V.3.6.2. Le manganèse (Mn)
V.3.6.3. Le fer (Fe)
V.3.6.4. Le cobalt (Co)
V.3.6.5. Le nickel (Ni)
V.3.6.6. Le zinc (Zn)
V.3.6.7. Le cuivre (Cu)
V.3.6.8. Le cadmium (Cd)
V.3.6.9. Le mercure (Hg)
V.3.6.10. Le plomb (Pb)
V.3.6.11. L’aluminium (Al)
V.3.6.12. Le vanadium (V)
V.3.6.13. L’arsenic (As)
V.3.6.14. Le rubidium (Rb)
V.3.6.15. Le strontium (Sr)
V.3.6.16. L’yttrium (Y)
V.3.6.17. Le molybdène (Mo)
V.3.6.18. L’étain (Sn)
V.3.6.19. L’antimoine (Sb)
V.3.6.20. Le césium (Cs)
V.3.6.21. Le baryum (Ba)
V.3.6.22. Le lanthane (La)
V.3.6.23. Le cérium (Ce)
V.3.6.24. Le néodyme (Nd)
V.3.6.25. Le samarium (Sm)
V.3.6.26. L’europium (Eu)
V.3.6.27. Le gadolinium (Gd)
V.3.6.28. Le dysprosium (Dy)
V.3.6.29. Le tungstène (W)
V.3.6.30. Le thorium (Th)
V.3.6.31. L’uranium (U)
V.3.7. Interprétation statistique des résultats
V.3.7.1. Analyse en composantes principales (ACP)
V.3.7.1.1. Cercle F1-F2, plan F1-F2
V.3.7.1.2. Cercle F1-F3, plan F1-F3
V.3.8. Quelques techniques de dépollution du sol
V.3.8.1. Méthodes d’élimination de la pollution du sol applicables in situ
V.3.8.1.1. L’électrocinétique
V.3.8.2. Méthodes d’immobilisation de la pollution dans le sol applicables in situ
V.3.8.2.1. Stabilisation par traitement chimique
V.3.8.2.2. Immobilisation par procédés physiques
V.3.8.2.3. Consolidation par les végétaux
Conclusion
Chapitre VI : MODÉLISATION
VI.1. Introduction
VI.2. Modélisation hydrodynamique et hydrodispersive à l’aide d’un modèle mathématique MODFLOW: Impact des activités de la zone industrielle sur les eaux
VI.2.1. Considérations théoriques
VI.2.2. Discrétisation du modèle
VI.2.3. Les conditions aux limites
VI.2.4. Cadre hydrogéologique du domaine étudié
VI.2.5. Modélisation en régime transitoire
VI.2.5.1. Le modèle conceptuel
VI.2.5.2. Calage du modèle hydrodynamique
VI.2.5.3. Ajustement des valeurs de perméabilité et du coefficient d’emmagasinement
VI.2.5.4. Modèle de transport de masse
VI.3. Evaluation de risque sur la santé liée aux activités dans la zone industrielle de Berrahal
VI.3.1. Contexte et objectifs
VI.3.2. Méthodologie
VI.3.3. Sélection des substances à prendre en compte
VI.3.3.1. Les substances analysées
VI.3.3.2. Comportement des substances dans l’environnement
VI.3.3.2.1. Les métaux lourds
VI.3.3.3. La relation dose-effet
VI.3.3.3.1. Les métaux lourds
VI.3.3.3.2. Calculs des concentrations utilisées dans le modèle
VI.3.4. Définition du schéma conceptuel
VI.3.4.1. Occupation des sols sur le site
VI.3.4.2. Cibles au contact de la pollution
VI.3.4.3. Voies de transfert des polluants depuis le sol
VI.3.4.4. Représentation du schéma conceptuel
VI.3.5. Modalités de calcul du risque
VI.3.5.1. Cadre et objectifs
VI.3.5.2. Méthodologie
VI.3.5.2.1. La dose journalière d’exposition
VI.3.5.2.2. Les fiches de calcul
VI.3.5.2.3. Le modèle RISC 4
VI.3.5.2.4. Caractéristiques des cibles
VI.3.5.3. Résultats
VI.3.5.3.1. Résultats du calcul des Doses Journalières d’Exposition et des indices de risque
Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie

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