Soutenance mémoire
Lithostratigraphie, tectonique et conséquences hydrogéologiques
La complexité tectonique de la zone étudiée nous a poussé à dégager les différentes structures résultantes de ces mouvements car ses structures peuvent constituer éventuellement les conditions aux limites des aquifères. Les cycles d’érosion et de sédimentation influent sur l’extension des systèmes aquifères. En faisant le point sur toutes les formations géologiques, nous pouvons retenir quelques niveaux qui sont d’une perméabilité en grand, ce sont les calcaires du Maestrichtien, du Turonien, et de l’Éocène. La présence de failles au niveau de ces formations leur confère l’aptitude de jouer le rôle d’important magasin d’eau. En effet ces fractures peuvent constituer au sein de ces assises des réseaux prêts à emmagasiner ou faire circuler d’importantes quantités d’eau. Nous rappelons que ces formations bordent la plaine de Tébessa aussi bien au nord qu’au sud. Á l’intérieur de la plaine, les formations alluvionnaires, constituées à partir des sédiments de la série plio-quaternaire, sont d’une perméabilité en petit. Ces formations bénéficient d’un granoclassement de la bordure vers l’axe de la plaine (en bordure se sont des gros cailloutis, voire des galets calcaires et au centre des limons récents à faible perméabilité). Une partie de cette étude se rapporte au Djebel Djebissa caractérisé par une minéralisation polymetallique pouvant entraîner une modification de la composition chimique des eaux par dissolution des minéraux tel que le fer, le plomb, zinc…résultant de l’exploitation de la mine, par ailleurs les formations évaporitiques peuvent influencer la qualité des eaux, c’est pourquoi nous avons jugé utile de traiter la géologie du Djebel Djebissa à part.
Les accidents cassants
Ils sont peu développés dans cette zone, ceci peut être expliqué partiellement par le large développement de terrains mio-quaternaire qui empêche l’étude directe des terrains anciens. On note tout de même la présence de deux systèmes de failles de direction NE-SW (contrôlant le percement des roches triasiques) et Est-Ouest sur les versants Nord et Sud de Dj. Djébissa. Le fait le plus marquant reste l’existence du fossé d’effondrement de Tébessa qui influe sur l’aspect tectonique de cette structure (cf. Fig. 6). Le système d’accident de moindre importance est mis en évidence sur le flanc Nord du pli. Ce sont en général des failles normales à rejet vertical de quelques dizaines de mètres et qui s’allongent en plan sur 200 à 800 m avec un pendage subvertical. Certains auteurs considèrent le rôle des effondrements par rapport au contrôle de la localisation de la minéralisation comme très important. Durozoy (1956) pense que la surrection du Horst de Dj.Bouroumane avait probablement commencé lors des premiers plissements et rejoué tardivement car les grandes failles E-W qui le disloquent recoupent les accidents à la bordure du fossé de Tébessa.
Évolution des valeurs des SI dans les eaux de la région
Les minéraux carbonatés présentent des degrés de saturation différents (Fig87, 88). En effet, celui de la dolomite varie de 0,63 à 1,76 en 2009 et de 1,29 à 2,06 en 2002. Toutes les analyses présentent une sursaturation vis-à-vis de la dolomite, ceci entraîne une précipitation avec formation de bicarbonates de magnésium. La calcite varie de 0,51 à 1.48 pour la période 2009 et de 0,64 à 1,19 en 2002 ; toutes les valeurs sont positives, pour les deux périodes, ceci est du a une précipitation de la calcite, d’où un enrichissement possible des eaux en bicarbonate de calcium. La répartition spatiale de cet indice pour les minéraux carbonatés, montre une augmentation des concentrations, des bordures Sud-ouest vers le Nord-Est dans le sens de l’écoulement. Les minéraux évaporitiques montrent des degrés de saturation plus faibles que les minéraux carbonatés (figure 87, 88). Le gypse enregistre des indices qui varient de -2,01 à – 0,37 en 2009 et de -1,52 à 0,19 en 2002. L’indice de saturation est négatif pour toutes les analyses, ce qui traduit une sous saturation s’expliquant par une dissolution qui enrichit les eaux en Ca2+ et SO42- , sauf pour le cas de deux puits où les valeurs sont positives. L’anhydrite dont l’indice varie de -1,63 à-0,34 en 2009 et de -1,74 à -0,03 en 2002, présente des valeurs négatives pour toutes les analyses, ce qui indique une sous saturation augmentant ainsi la minéralisation des eaux. Les concentrations les plus importantes ont été enregistrées dans les régions Est de Djebissa où affleurent les dépôts évaporitiques. L’étude comparative de l’indice de saturation des différents minéraux dans l’eau pour les périodes 2002 et 2009 indique que seuls les minéraux carbonatés ont tendance à atteindre l’équilibre, en particulier pendant la période des hautes eaux. Par contre, les minéraux évaporitiques sont toujours à l’état de sous-saturation, malgré les fortes concentrations qu’ils acquièrent.
Spéciation, localisation et mobilité des principaux micro-polluants métalliques
Fer : Dans des conditions aérobies, Fe2+ est libéré et il s’oxyde en Fe3+ et précipite sous forme d’oxydes insolubles. Dans le sol, le fer présente une grande affinité pour les complexes organiques mobiles et les chélates. Ces composés interviennent dans la migration du fer dans les horizons du sol. Le fer est assez mobile dans les sols acides et ennoyés régulièrement (sous forme réduite Fe2+).
Manganèse : La plus grande partie du manganèse du sol se trouve sous forme d’oxydes en équilibre avec les ions Mn2+ adsorbés sur le complexe argilo-humique ou présents, à des concentrations de 10-6 à 10-4 M dans la solution du sol. La mobilité du manganèse est très dépendante du pH mais aussi des conditions redox du milieu :
Á pH inférieur à 6,5 : les formes les moins oxydées dominent, ce sont elles qui libèrent le plus facilement Mn2+, forme sous laquelle s’effectue préférentiellement le transfert de manganèse.
Au delà de pH 7 : la prédominance des oxydes tri et tétravalents, extrêmement peu solubles limite considérablement la mobilité de cet ETM. Contrairement à beaucoup d’autres ETM, l’aptitude du manganèse à la complexation par des substances organiques est peu marquée, de sorte que l’essentiel des transferts s’effectue sous forme d’ions Mn2+ libres.
Plomb : L’argile et surtout la matière organique représentent les phases d’adsorption dominantes du plomb. Á pH acide ou neutre, les ions Pb2+ et Pb(OH) + prédominent dans la solution du sol ; quand le pH augmente, ces formes sont remplacées par Pb(OH)2, Pb(OH)3- et Pb(OH)2-. La concentration du plomb dans la solution du sol est extrêmement faible, comprise entre 10-8 et 10-9 M. Le plomb est l’un des ETM les moins mobiles du sol. Ainsi, entre pH 5 et 9, et à concentration molaire identique, le plomb est 100 fois moins mobile que le cadmium.
Zinc : La forme la plus courante et la plus mobile du zinc dans les sols est Zn2+ qui est facilement adsorbé sur les composants minéraux (argiles, hydroxydes de fer et d’aluminium) et organiques, ce qui conduit à une accumulation dans les horizons superficiels. Le zinc est considéré comme facilement soluble par rapport aux autres ETM dans les sols, il est très mobile et disponible dans les sols légers et acides.
Cuivre : Dans le sol, le cuivre est bien réparti et se fixe préférentiellement sur la matière organique (25 à 50 %), les oxydes de fer, de manganèse et les argiles. La répartition cuivre entre ces différentes fractions est fonction du pH, de la quantité et de la composition de la matière organique d’une part, et des colloïdes minéraux d’autre part. Le cuivre migre peu, sauf dans des conditions de mauvais drainage ou en milieu très acide.
CONCLUSION GÉNÉRALE
Le présent travail, a été mené dans la région de Tébessa ; zone semi aride située à l’extrême Est algérien. Il s’est fixé pour objectif, l’étude d’impact des formations triasiques et de la mine abandonnée (khanguet El Mouahad), sur la qualité du sol et des eaux. L’étude géologique du secteur, permet d’identifier les diverses formations qui constituent le terrain notamment, celles reconnues par leur perméabilité en grand, dont les calcaires Maestrichtiens, Turoniens et Éocènes qui bordent la plaine, du Nord comme du Sud. Les formations alluvionnaires, composées de sédiments de la série plio-quaiternaire et caractérisées par leur perméabilité en petit, se répandent à l’intérieur de la plaine. Elles sont d’un granoclassement de la bordure (où on rencontre de gros cailloutis voire des galets calcaires) vers le centre de la plaine (pays des limons récents, à faible perméabilité). Á Djebel Djebissa, et selon les notes qui s’y rapportent, c’est en grande partie des formations argilo-gréso-calcaires à grés très abondant, d’âge triasique, en contact tectonique avec celles carbonatées essentiellement dolomitiques, de l’Aptien-Albien non différencié. L’abondance de ce matériel évaporitique, témoigne d’une activité triasique intense et d’une importante ascension. Les travaux de géophysique, dont la zone d’étude était sujette, ont permis de mettre en évidence des formations aquifères diverses ; où l’affleurement de matériel alluvionnaire du Quaternaire, d’une porosité d’interstice et d’une résistivité oscillant de 20 à 100Ω.m, qui fait le remplissage du bassin. Le premier niveau supposé se comporter comme aquifère, correspondant à la nappe phréatique, composé de matériel à porosité d’interstice se déposant avec quelques discontinuités et des épaisseurs variables. Les valeurs de résistivité diminuent des bordures de la plaine (100Ω.m) vers le centre (5Ω.m), et varient donc en fonction de la nature et de la répartition du matériel de remplissage qu’on qualifie par conséquent d’hétérogènes. Dans la région de Tébessa, et selon l’étude climatique, règne un climat semi-aride de type continental, caractérisé par un été chaud et un hiver froid, avec des valeurs de pluviométrie inférieurs à 350 mm/an. L’examen de l’historique des relevés des précipitations, sur 100ans, révèle la dominance des années sèches, ce qui peut avoir un effet négatif sur la recharge de la nappe et le soutien des réserves. Le traitement des données piézometriques fait ressortir un écoulement dominant convergeant d’Est en Ouest, ainsi que la mise en évidence d’apports latéraux, issus des formations calcaires et des échanges hydrauliques, marqués par une relation mixte ; Oued Kebir-nappe. L’examen de l’historique de la Piézométrie, montre une baisse du niveau piézométrique entre 1974 et 2009. Par ailleurs, les changements de faciès que l’étude géophysique a révélé, démontrés également par (Mallem T.), provoquant la discontinuité des niveaux P1, P2 et P3, d’où résulte un débordement de la nappe, du côté de Tébessa. Selon les données de paramètres issues de forages, il nous était possible d’aboutir au classement des zones de Bekkaria, Tébessa et Ain Chabro, en fonction de leurs caractéristiques hydrodynamiques. Du point de vue hydrochimique, et suite aux différents résultats obtenus, il paraît que les variables qui ont le plus d’impact sur la qualité des eaux de la région, sont de nature géologique. De l’analyse en composantes principales, il apparaît que : Les chlorures, les sulfates et le sodium sont présents en grandes concentrations, ce qui confère aux eaux des puits, notamment de l’Est de la plaine, une certaine salinité, et à un degré moindre, ceux du centre, caractère qu’on peut traduire par la conjugaison de deux phénomènes ; l’évapotranspiration, en périodes de basses eaux et le lessivage des sels, en hautes eaux. Les bicarbonates ont également des teneurs importantes, montrant ainsi l’effet des apports, résultant de la dissolution des calcaires de bordures. Le rapport Sr++/Ca++ a donné d’importantes valeurs, confirmant l’impact des formations évaporitiques sur la qualité des eaux des puits et des cours d’eau. Les écoulements se faisant des bordures au centre de la plaine et la dominance, en teneur, des bicarbonates dans le secteur de Chabro, confirment la théorie (de relation) d’alimentation de la nappe et des cours d’eau par les formations calcaires du Maestrichtien. L’étude d’impact de la mine de Djebel Djebissa sur la qualité du sol et des eaux, montre une importante teneur en métaux lourds des eaux des Oueds. Il y’a eu donc piégeage de ces métaux par les sédiments (par le filtre naturel qu’est le sol). Le Fer et le Manganèse sont en grandes proportions au niveau des terrils de la mine abandonnée, mais deviennent faibles au-delà, traduisant une pollution très localisée. Les résultats obtenus à travers le modèle appliqué, indiquent que ce sont les réseaux de MLP qui s’avèrent être la meilleure structure du RNA pour modéliser et prévoir l’interaction des éléments influençant la qualité des eaux.
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Table des matières
APERÇU GÉOLOGIQUE
I.1. Introduction
I.2. Géomorphologie
I.2. 1. Introduction
I.2. 2. Les monts septentrionaux
I.2. 3. Les monts méridionaux
I. 3. Stratigraphie et description des facies
I. 3. 1. Le Trias
I. 3. 2. Le Jurassique
I. 3. 3. Le Barrémien
I. 3. 4. L’Aptien
I. 3. 4. 1. L’Aptien marneux
I. 3. 4. 2. L’Aptien calcaire
I. 3. 4. 3. Le Clansayésien
I. 3. 5. L’Albien
I. 3. 6. Le Vraconien
I. 3. 7. Le Cénomanien
I. 3. 8. Le Turonien
I. 3. 9. Le Campanien-Santonien
I. 3. 10. Le Maestrichtien
I. 3. 11. Le Paléocène
I. 3.12. L’Éocène
I. 3.13. Le Miocène
I. 3. 14. Le Quaternaire
I. 4 : Tectonique de la region
I. 4. 1 Les Phases de l’orogenèse
I. 4. 2 : La formation du fossé d’effondrement de Tébessa
I. 5 : Lithostratigraphie, tectonique et conséquences hydrogéologiques
I. 6. Géologie du massif de djebissa
I. 6. 1. Introduction
I.6. 2. Stratigraphie du Djebel Djebissa
I.6. 2. 1. Trias
I.6. 2. 2. Crétacé
a – Aptien- albien
b – Cénomanien
c – Turonien
d – Le Pliocène
I.6. 2.3. Quaternaire
I. 7. La Tectonique
I. 7. 1. les déformations souples
I. 7.2. Les accidents cassants
I. 8. Minéralisation
I. 9. Conclusion
HYDROCLIMATOLOGIE
II. 1. Introduction
II. 2. Historique
II. 3. Type de climat
II. 3. 1. Diagramme pluviothermique
II. 3. 2. Évolution des facteurs climatiques sur la période 1972 à 2009
II. 3. 2. 1 Les précipitations
II. 3. 2. 2 Variation inter annuelle des précipitations
II. 3. 2. 3 Variations mensuelles des précipitations
II. 3. 2. 4 Répartition saisonnière des précipitations
II. 3. 2. 5. Les températures
II. 3. 2.6. La neige
II. 3. 3. Calcul du coefficient pluviométrique
II. 3.4. Détermination des indices climatiques
II. 3.4. 1. Climagramme d’Emberger
II. 3. 4. 2. Indice d’aridité de De. Martonne
II. 4. Le Bilan hydrique
II. 4. 1.Étude de l’évapotranspiration
a. Estimation de l’évapotranspiration potentielle (ETP)
b. Estimation de l’évapotranspiration réelle (ETR)
II. 4. 2. Estimation des réserves facilement utilisables
II. 4. 3. Indice thermique mensuel
II. 4. 4. Indice thermique annuel
II. 4. 5. Répartition des précipitations
a. / Calcul du ruissellement
b. / Calcul de l’infiltration
II. 4. 6. Commentaire sur le bilan hydrique
II. 5. Variation de l’écoulement interannuel moyen
II.6. Hydrologie
II.6. 1. Hydrographie
II.6. 2. Écoulement de surface et régime hydrologique
II.6. 2.1.Coefficient mensuel des débits (CMD)
II. 7. Conclusion
GÉOMÉTRIE DE L’AQUIFÈRE
III. 1. Introduction
III. 1. 1. Apports de l’étude géophysique de 1970
III. 2. Essai de corrélation entre la géologie et la géophysique
III. 2.1. Carte en Isopaches
III. 3. Détermination de la nature des roches
III. 3.1. Facteur de formation
III. 3.2. La porosité
III. 3.3. Lithologie des formations déterminées
III. 4. Mise en parallèle des profils géophysiques et des coupes lithologiques
III. 4. Conclusion
HYDROGÉOLOGIE
IV. 1. Introduction
IV. 2. La piézométrie des puits domestiques
a) Cartes piézométriques (1974/1985)
b) État de la piézométrie en 2001
a) État de la piézométrie (période des hautes eaux mars 2005)
b) État de la piézométrie (période des basses eaux juillet 2005)
a) État de la piézométrie (période des hautes eaux mars 2006)
b) État de la piézométrie (période des basses eaux juillet 2006)
a) État de la piézométrie (période des hautes eaux mars 2007)
b) État de la piézométrie (période des basses eaux juillet 2007)
a) État de la piézométrie (période des hautes eaux mars 2008)
b) État de la piézométrie (période des basses eaux juillet 2008)
a) Carte piézométrique de la période des hautes eaux (mars 2009)
a) Carte piézométrique de la période des basses eaux (juillet 2009)
IV. 2.1 Relation Oued -Nappe phréatique
IV. 2.2. Piézométrie de la région de Djebissa
IV. 2.3. Conclusion
IV. 3. Carte des conditions aux limites
IV.4. Détermination des paramètres hydrodynamiques de la nappe profonde
IV.4.1. Résultats des pompages d’essai
IV.4.2.Cartographie des paramètres hydrodynamiques
a) Carte de transmissivité (Fig.67)
b) Carte de perméabilité : (Fig.68)
IV. 5. Conclusion
QUALITÉ DES EAUX
V. 1. Introduction
V. 2. Caractérisation des eaux de la région
V. 2. 1. Caractéristiques des eaux des puits
V. 2. 2. Prélèvements
V. 2. 3. Variations des paramètres dosés
V. 2. 3. 1. Les paramètres physiques
V. 2.3.2 : Les éléments chimiques majeurs
V.3. Apport de l’outil Statistique
V. 3.1. Analyse multidimensionnelle
V. 3. 1.1. L’analyse en composantes principales (ACP)
A/ Période des hautes eaux
Analyse du cercle ACP (fig.79)
Analyse de l’espace des individus (fig.80)
B/ Période des basses eaux
Analyse du cercle ACP (fig.82)
Analyse de l’espace des individus (fig.83)
V.3. 2. Conclusion
V.4. Faciès caractéristiques des eaux
V. 4.1. Variations des anions ; (HCO3-, SO42- et Cl-) et la conductivité : (fig.77 E)
a- Graphique SO4 – Conductivité
b- Graphique Cl – Conductivité
c-Graphique HCO3- Conductivité
V. 4.2. Les éléments Cl–SO42-
V. 5. Origines de la salinité des eaux de la région
V.5. 1. Facteurs régissant le chimisme des eaux
V. 5. 1. 1 Géologie
V. 5. 1. 2. Les bases de la thermodynamique
A/ Relation activité concentration
B/ L’activité ionique
V. 5. 1. 3. Étude de l’acquisition de la minéralisation
V. 5. 1. 3.1. Indice de saturation
V. 5. 1. 3. 2. Application aux eaux de la région étudiée
V. 5. 1. 3. 3. Évolution des valeurs des SI dans les eaux de la région
V. 5. 2. Paramètres influençant la composition chimique des eaux
V. 5. 2.1. Le climat
V. 5. 2.2. Le niveau statique
V. 5.2.3. Le titre natronique
V. 6. Caractéristiques du strontium
V. 6. 1. Impact des formations gypsifères de Djebel Djebissa sur la salinité des eaux
V. 6. 2. Évolution du rapport Sr2+/Ca2+
V. 6. 3. Confirmation de l’influence des évaporites par la lixiviation
V. 6. 4. Variations spatio temporelle des rapports Sr 2+ /Ca 2+
V. 6. 5 Conclusion
IMPACT DE LA MINE
VI.1. Impact des terrils issus de la mine sur ‘a qualité des eaux
VI.1. 1. Introduction
VI.1. 1. 1. Mise en évidence de l’impact
VI.1. 2. Le sol et les eaux de surface
VI.1. 2. 1. Variation du chimisme au niveau du point 1
VI.1. 2. 2. Variations du chimisme au niveau du point 2
VI.1. 2. 3. Variations du chimisme au niveau du point 3
VI.1. 2. 4. Variations du chimisme au niveau du point 4
VI.2. Approche statistique par l’analyse en composantes principales
VI.2 1. Analyse en composante principale globale (eau)
VI.2 1.1. Matrice de corrélation
VI.2 1.2. Analyse du cercle ACP (fig.102)
VI.21. 3. Analyse de l’espace des individus (fig.103)
VI.2.2. Analyse en composante principale globale (Sol)
VI.2.2.1. Matrice de corrélation
VI.2. 2.2.Analyse du cercle ACP (fig.105)
VI.2. 2.3.Analyse de l’espace des individus (fig.106)
VI.2.3. Paramètres Favorisant la pénétration des ETM
VI.2.3.1.Une constitution propice du sol
VI.2. 4. Spéciation, localisation et mobilité des principaux micro-polluants métalliques
VI.2. 5.Conclusion
MODÈLE
VII. Réseaux de neurones artificiels
VII.1. Présentation de la méthode neuronale
VII.2. Connexions entre les neurones
VII. 3. Application du modèle de RNA (ou ANN)
VII. 3. 1. Architecture du réseau
VII. 3. 2. Choix des critères d’exécution
VII. 4. Création du modèle
VII. 5. Calibrage et vérification du modèle
VII. 5. 1. Détermination des modèles d’entrées
VII. 5. 1. 1. Résultats et discussion
VII. 6.Conclusions
CONCLUSION GÉNÉRALE
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXE
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