Formation hydrogéologique inférieure (ou nappe profonde)

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Géométrie du système aquifère :

Après avoir fait la connaissance de la nature géologique des différentes formations qui constituent le réservoir du système aquifère de Annaba nous pouvons passer à l’identification de la géométrie des principales nappes.

Les matériaux aquifères et leur comportement hydrogéologique :

Le système aquifère est constitué de sédiments mio-pliocènes et quaternaires comblant les deux fosses décrites précédemment et dont le remplissage s’est effectué de manière hétérogène(fig. 4), formant une alternance d’argile sableuse, de sable, de graviers et de travertins, où l’on distingue les formation hydrogéologiques suivantes:

Formation hydrogéologique supérieure :

Cette nappe est contenue dans des formations sablo-argileuses incluant des lentilles de sables. Le substratum est constitué par des argiles grises compactes. La répartition des lentilles sableuses est mal connue à cause de leurs faibles extensions, cependant,elles sont plus fréquentes à proximité de l’oued Seybouse, et à la périphérie des affleurements des grès numidiens. La nappe phréatique est globalement libre, sauf en quelques points où elle est captive sous des niveaux d’argiles. L’épaisseur de cette nappe varie de 0 à 18 m (Fig. 5 a et b). L’interprétation des données de pompage effectué dans la nappe phréatique a permis de fixer un ordre de grandeur de la transmissivité qui varie de 2.10- 6 à 8.10-5 m2/s (Gaud, 1976).une étude faite par N.Zenati (1999) sur la perméabilité verticale du sol, montre que la zone d’étude est caractérisée par un sol moyennement perméable de 10 -6 à 5.10 -5 m/s.

Formation hydrogéologique inférieure (ou nappe profonde) :

Nappe des graviers :

Les formations de la nappe sont marquées par une alternance de couches grossières de graviers et galets et de couches argilo-sableuses. Cet empilement plus au moins régulier est lié au remplissage hétérogène des fosses de Ben Ahmed et de Ben M’hidi. Les isolignes des (fig. 5d) révèlent un affleurement des niveaux graveleux au Sud de Dréan et de Asfour. Ces niveaux se trouvent en effet à une profondeur de 8 à 14 m et plongent vers le Nord pour atteindre 100 m environ en bordure de mer. L’épaisseur des graviers et galets est très variable, elle passe de quelques mètres en bordure ouest du système, à près de 25 m selon l’axe de la fosse de Ben Ahmed, orientée Sud-Nord, puis elle diminue à moins de 10 m sur l’élévation de Daroussa. Elle croît de nouveau à 80 voir 90 m selon l’axe de la fosse de Ben M’Hidi d’orientation sud-ouest – nord-est. En bordure des massifs numidiens de Bouteldja, l’épaisseur des graviers atteint près de 20 m. En ce qui concerne les paramètres hydrauliques, les valeurs obtenues à partir des pompages d’essais réalisés dans le secteur d’étude (Djabri et al, 2000), sont caractéristiques d’un aquifère semicaptif à captif ; les valeurs de transmissivités étaient comprises entre 1.0 10-3 et 4.5 10-2 m2/s, tandis que le coefficient d’emmagasinement variait entre 10-3 à 10-4.
Ces deux nappes sont généralement séparées par un horizon semi-perméable d’une épaisseur variable passant de 0 m sur les bordures Sud et ouest à plus de 75 m dans la parie côtière de l’aquifère (fig. 5c). Cette couche joue un rôle important dans le transfert de pollution de surface vers la nappe vue que la perméabilité varient de 10-6 à 10-7 m/s.

Nappe des cipolins :

Elle est limitée par les massifs de bordure de Belilieta et Boukhadra. Ce sont des lentilles de calcaires cipolins existants au sein des gneiss et des micaschistes des deux massifs.
Cette nappe est exploitée par plusieurs forages et puits. Elle présente les caractéristiques suivantes : son débit varie de 0.3 à 15 l/s, sa transmissivité oscille entre 5. 10-5 et 10-3 m2/s et sa perméabilité de 10-6 à 10-5 m/s (Zenati, 1999).

Etude de la piézomètrie de la nappe superficielle :

Les cartes piézomètriques sont les documents de base de l’analyse et de la schématisation des fonctions captives et conductrices du réservoir et du comportement hydrodynamique de l’aquifère ainsi que la connaissance des conditions aux limites (G.Castany, 1982).
Dix compagnes piézomètriques ont été réalisées dans la région. On s’intéressera à celles qui se rapportent au mois d’août 2005 (période des basses eaux) et au mois de mai 2006 (période des hautes eaux).
L’examen des deux cartes piézomètriques révèle les mêmes constatations donc les mêmes caractéristiques, ceci nous amène à se contenter de l’interprétation d’une seule carte (mai 2006) (fig. 7).
Les courbes piézomètriques sont fermées et serrées dans la partie amont de l’oued Meboudja, traduisant une zone de protubérance due à un apport latéral à partir du socle métamorphique. Le gradient hydraulique y est de l’ordre de 5 10-2, il marque un écoulement rapide dû à la pente. Vers la partie avale de l’oued ainsi que vers le centre de la plaine, les courbes deviennent ouvertes et espacées. Le gradient hydraulique y est de 8.10-4.

Evolution spatiale et temporelle du niveau piézométtrique :

La variation du niveau piezométrique est fonction de plusieurs paramètres, parmi lesquelles les précipitations (fig. 8). Elle présente dans l’ensemble des puits une augmentation à partir du mois d’octobre, où la nappe commence à se recharger, pour diminuer progressivement à partir du mois de mars dans les puits P14, P29 et P24. Pour le puits P21, la diminution brusque est due à l’effet du pompage. Concernant les puits P32, P33, P27 et P36, l’évolution est peu sensible, elle est due probablement à la présence des lentilles argileuses qui retarde l’infiltration.
La variation du niveau piézométrique dans le puits P10 ne suit pas l’évolution saisonnière de la pluie à cause vraisemblablement de son utilisation par les habitants du secteur. L’augmentation remarquée dans les puits P24, P29 et P24 au mois de mai est due probablement à l’alimentation de la nappe à partir de l’oued.

Les conditions aux limites :

La nappe superficielle :

La nappe superficielle s’étend sur toute la zone d’étude. Au Nord, le long de la cote, elle est limitée par le cordon dunaire qui contient une nappe à charge élevée et qui constitue une limite à potentiel imposé. La limite à l’ouest est constituée par le massif de l’Edough. Au sud Ouest dans les bourrelets dunaires du lac Fetzara, une crête piézomètrique forme une ligne de partage des eaux entre le lac et la nappe. Au Sud, et dans la zone comprise entre l’oued seybouse et l’oued Bounamoussa sur la bordure des argiles numidiennes, une alimentation par les grés est probable lorsque leur pendage tend vers la plaine. A l’est, la nappe superficielle est limitée « artificiellement » par une bordure correspondant approximativement à la ligne de partage entre le bassin de la Seybouse et celui de la Bounamoussa.

La nappe profonde :

Au Nord, la nappe est limitée par la mer Méditerranée qui constitue une limite à potentiel imposé. A l’Ouest les formations métamorphiques constituent une limite à flux entrant. Au Sud Ouest, la nappe reçoit des apports assez significatifs en provenance du lac Fetzara ; c’est donc une limite à flux entrant. En revanche, les isopièzes sont toujours perpendiculaires aux bordures situées à l’extrême sud-ouest de la plaine. A l’Est, le comportement des mailles représentant l’élévation de Daroussa doit être caractérisé pour une bonne représentation du système hydrogéologique. Une hypothèse classique est de considérer la bordure Est comme condition à flux nul, notamment à proximité de la butte, compte tenu de la nature imperméable des formations mio-pliocènes correspondant au relèvement du substratum et de l’amincissement des couches de graviers dans ce secteur. Une autre hypothèse lorsque manifestement l’on constate que les isopièzes montrent presque toujours la même allure avec une alimentation du domaine étudié par les niveaux de graviers de la fosse Ben-M’hidi à travers le horst de Daroussa.

Conclusion :

La région d’étude fait partie de l’ensemble géologique du Tell Algérien Nord Oriental. Elle présente des affleurements de terrains métamorphiques et des roches éruptives constituant la bordure Ouest et des terrains sédimentaires caractérisant la bordure sud et l’ensemble de la plaine Annaba- Bouteldja.
Les formations du mio-plio-quaternaire de la plaine de Annaba comblant une zone d’effondrement favorisent l’existence d’un système aquifère à potentiel hydraulique considérable.
L’étude géométrique confirme l’extension et la superposition de la nappe superficielle et profonde qui sont séparées par un niveau semi-perméable. Celui ci disparaît au sud de la plaine laissant se confondre les deux nappes.
La cartographie piézométrique et l’étude de l’évolution du niveau piézométrique permettent de définir le sens de l’écoulement souterrain et ont mis en évidence la relation qui existe entre l’oued et la nappe. Concernant la plaine de l’oued Meboudja, les relevés piézométriques effectués montrent que l’oued draine la nappe dans le secteur amont (région de Derradji Redjem) alors que dans le secteur aval c’est la nappe qui draine l’oued.
L’hydrodynamique de la nappe superficielle est influencée par le pompage et par les conditions aux limites. La transmimssivité de la nappe superficielle oscille entre 2 10-2 et 8 10-5 m2/s, celle de la nappe captive varie entre 10-3 à 4.5 10-2 m2/s et son coefficient d’emmagasinement est compris entre 10-4 et 10-3. Les perméabilités verticales du sol variant entre10 -6 à 5.10 -5 m/s. rendent la nappe superficielle vulnérable à la pollution.

Influence de l’agriculture :

Le lessivage des terrains agricoles sur lesquels sont épandés d’une manière souvent intensive les engrais chimiques, constitue une source supplémentaire de pollution. Plusieurs cas de contamination par les nitrates sont observés dans les eaux de la nappe superficielle (Debieche, 2002)

Méthode de prélèvement et de conservation des échantillons :

Les échantillons ont été prélevés jusqu’à débordement dans des flacons en polyéthylène, rincés au préalable avec de l’eau distillée, puis bouchonnés et immédiatement mis dans une glaciaire. Lors des compagnes des mois de septembre, novembre et mai, on a utilisé deux bouteilles pour chaque point, l’un pour l’analyse des métaux lourds dans lequel on a ajouté quelques gouttes d’acide nitrique pour assurer sa conservation dans un milieu acide, l’autre pour l’analyse des éléments majeurs. Tous les deux sont conservés à basse température (4°C) jusqu’au moment de l’analyse qui ne doit pas dépasser 24 h pour le pH, TA, TAC et TH ; 48 h pour la conductivité, les NO2 et les PO4, 7 jours pour le SO4 ; 2 mois pour les métaux lourds et enfin plusieurs mois pour le Ca et le Mg selon J.Rodier (1996).

Matériels et méthodes d’analyse :

Les paramètres physico-chimiques :

Le pH, le EH, la température et la conductivité sont mesurés in situ au moyen d’appareillage de terrain avec des sondes sélectives (pH-mètre, Mettler Toledo MP 120, conductivimètre HANNA instruments Hi 8633)

Les paramètres organiques :

Le NO2, PO4 et SO4 son mesurés par un spectromètre de type PU 8620 (Philips) avec une longueur d’onde 435 nm, 608 nm et 420 nm respectivement.

Les métaux lourds :

X Cr6+ et Fe (T) son également mesurés par un spectromètre de type PU 8620 série Philips avec une longueur d’onde 540 nm pour le Cr6+ et 510 nm pour le Fe (T).
 Cr (T), Cu, Zn et Pb son mesurés par le spectrophotomètre d’absorption atomique à flamme AA.6601F (Shimadzu) avec des longueurs d’onde respectives 357.9, 324.7, 213.9 et 283.3nm.

Les éléments majeurs :

Titre alcalimétrique complet : T.A.C (mg/l HCO3)

La mesure a été effectuée par volumétrie : ajout de 2 gouttes de méthyle orange à 50 ml de l’échantillon titré avec l’acide sulfurique jusqu’à obtention d’une coloration rose.

La dureté total : TH (Ca +2 + Mg +2) mg/l

La dureté totale est la teneur globale en sels de Ca et Mg. La mesure a été effectuée par complexométrie en ajoutant à 50 ml de l’échantillon du noir d’iriochrome T (indicateur coloré) et titrés la solution avec le sel disodique de l’acide Ethyléne Diamino Tétra Acétique (EDTA) en milieu tamponné à pH = 10.

Le calcium : Ca +2 (mg/l)

La mesure a été effectuée par volumétrie en utilisant la méthode de complexométrie à l’EDTA.

Le magnésium : Mg2+ (mg/l)

La teneur en Mg est obtenue à partir de la dureté totale et du calcium, comme suit : Mg+2 = TH – Ca +2.

Les chlorures : Cl- mg/l

Les chlorures sont dosés par volumétrie en milieu neutre par une solution de nitrate d’argent jusqu’à obtention d’une coloration rouge brique.

Les matières en suspension : MES (mg/l)

Les matières en suspension sont déterminées par pesée différentielle après filtration de l’eau. Elles sont fonction de plusieurs facteurs parmi lesquels la nature du terrain traversé, la pluviométrie, les rejets…etc.

Résultats et interprétations :

Variation des paramètres physiques :

Les courbes de variation du pH, EH, conductivité électrique et de la température représentent l’évolution de ces paramètres dans l’espace sur des profils depuis l’amont jusqu’à l’aval de l’oued Meboudja et durant la période s’étalant du mois d’août 2005 jusqu’à mai 2006.

Variation du pH :

Le pH est la mesure de la concentration en protons (ion hydrogène ou H3O+) dans une solution donnée. Pour les eaux souterraines, le pH varie entre 7 et 8.8 et ne dépassent pas la norme (6.5 à 8.5). Tandis que pour les eaux de surface, le pH oscille largement de 6 à 9 du fait de son contact avec l’air et avec les rejets industriels acides ou basiques (fig. 15).

Variation du potentiel d’oxydoréduction : EH (mV)

Le potentiel d’oxydoréduction (EH) est la mesure de la concentration des électrons en solution (en mV). Il agit sur l’intensité de l’activité biologique, sur l’état d’oxydation de certains éléments (Fe, Mn…etc.) et sur l’évolution de la matière organique.
– Si le EH est supérieur à 0 : le milieu est oxydant en contact avec l’air (milieu aérien, aquatique superficiel ou agité).
– Si le EH est inférieur à 0 : le milieu est réducteur à l’abri de l’air (milieu aquatique calme, eaux stratifiées, sols hydro morphes).
Les valeurs de EH que présente l’eau souterraine ou de surface et qui varient dans l’ensemble des points entre -125 à -30 mV traduisent un milieu réducteur.
La variation au niveau de la nappe superficielle est faible (-70 à -35 mV), cela peut être du à la couche argileuse qui empêche l’oxygénation de la nappe.

Table des matières

Introduction
Chapitre I : Contexte géologique, structural et géomorphologique
I.1. Introduction
I.2. Cadre Géomorphologique
I.2.1. Les montagnes
I.2.2. la dépression de Fetzara
I.2.3. Le domaine des plaines
I.3. Cadre lithostratigraphique
I.3.1. Le Paléozoïque
I.3.2. Le Mésozoïque
I.3.3. Le Cénozoïque
I.3.4. le Quaternaire
I.4. Cadre structural
I.5. Géométrie du système aquifère
I.5.1. Les matériaux aquifères et leur comportement hydrogéologique
I.5.1.1. Formation hydrogéologique supérieure
I.5.1.2. Formation hydrogéologique inférieure (ou nappe profonde)
I.5.2. La Piézométrie
I.5.2.1. Inventaire des points d’eau
I.5.2.2. Etude de la piézomètrie de la nappe superficielle
I.5.2.3. Evolution spatiale et temporelle du niveau piézométtrique
I.5.3. Relation hydrodynamique entre la nappe superficielle et l’oued
I.6. Les conditions aux limites
I.6.1. La nappe superficielle
I.6.2. La nappe profonde
I.7. Conclusion
Chapitre II : Caractéristiques climatologiques
II.1. Introduction
II.2. Climatologie de la zone d’étude
II.2.1. Les facteurs climatiques
II.2.1.1. Les précipitations
II.2.1.2. La température
II.2.1.3. L’humidité
II.2.1.4. Le vent
II.3. Le bilan hydrique
II.3.1. Estimation de l’évapotranspiration potentielle et réelle
II.3.1.1. Formule de turc
II.3.1.2. Formule de Thornthwaite (bilan d’eau)
II.4. Réseau hydrographique
II.5. Conclusion
Chapitre III : Hydrochimie
III.1. Introduction .
III.2. Différentes origines de la pollution des eaux
III.2.1. Rejets industriels
III.2.2. Rejets urbains
III.2.3. Influence de l’agriculture
III.3. Méthode de prélèvement et de conservation des échantillons
III.3.1. Matériels et méthodes d’analyse
III.3.1.1. Les paramètres physico-chimiques
III.3.1.2. Les paramètres organiques
III.3.1.3. Les métaux lourds
III.3.1.4. Les éléments majeurs
III.4.3. Résultats et interprétations
III.4.1. Variation des paramètres physiques
III.4.1.1. Variation du pH
III.4.1.2. Variation du potentiel d’oxydoréduction
III.4.1.3. Variation de la température
III.4.1.4. Variation de la conductivité électrique
III.4.2. Evolution des éléments chimiques dans l’eau
III.4.2.1. Variation des éléments majeurs
III.4.2.1.1. Degré hydrotimétrique
III.4.2.1.2. La variation de la teneur en calcium
III.4.2.1.3. La variation de la teneur en Mg
III.4.2.1.4. Variation de la teneur en HCO3
III.4.2.1.5. Variation de la teneur en SO4
III.4.2.1.6. Variation de la teneur en phosphates PO4
III.4.2.1.7. Variation de la concentration en NO2
III.4.2.1.8. Variation de la concentration en Na et Cl
III.4.2.2. Variation des métaux lourds dans les eaux
III.4.2.2.1. Variation de concentration en Chrome
III.4.2.2.2. Variation de la teneur en Fer total
III.4.2.2.3. Variation de la concentration en Cuivre
III.4.2.2.4. Variation de la concentration en plomb
III.4.2.2.5. Variation de la concentration en Zinc
III.5. Analyse en composantes principales (ACP)
III.5.1. ACP de la compagne de septembre 2005
III.5.2. ACP de la compagne de novembre 2005
III.5.3. ACP de la compagne de mai 2006
III.5.4. L’ACP globale
III.6. Mise en évidence des interactions nappe-oued à l’aide d’un modèle mathématique (Modflow)
III.6.1. Cadre hydrogéologique du domaine étudié
III.6.2. Modélisation des écoulements souterrains
III.6.2.1. Données d’entrée
III.6.2.2. Phase de calage
III.6.2.3. Ajustement des valeurs de perméabilité et du coefficient d’emmagasinement
III.6.2.4. Mise en évidence des interactions oued Meboudja-nappe alluviale
III.6.2.5. Exemple de l’évolution des teneurs en fer
III.7. Conclusion
y Conclusion générale et recommandations
y Références bibliographiques

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