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Origine des eaux souterraines
Les eaux souterraines proviennent de l©infiltration des eaux de pluie dans le sol. Celles-ci s©insinuent par gravité dans les pores, les microfissures.
Cycle de l’eau
Entre les grands réservoirs d’eau de l’hydrosphère que sont les mers et océans, les eaux continentales (superficielles et souterraines), l’atmosphère et la biosphère, l’échange d’eau est permanent et forme ce qu’on appelle le cycle externe de l’eau. Nous décrivons ci-après le cycle géochimique de l’eau qui se divise en deux parties :
• une partie atmosphérique qui concerne la circulation de l’eau dans l’atmosphère, sous forme de vapeur d’eau. L’eau de l’hydrosphère, chauffée par le rayonnement solaire, s’évapore. Cette eau rejoint l’atmosphère sous forme de vapeur d’eau.
• une partie terrestre qui concerne l’écoulement de l’eau sur les continents, qu’il soit superficiel ou souterrain. La pluie, en tombant sur la terre est surtout absorbée par le sol et les plantes. La quantité de pluie (le quart) qui s’infiltre dans le sol pour donner naissance aux nappes souterraines et aux sources constitue l’eau d’infiltration.
La circulation de l’eau dans la lithosphère suit trois voies :
• le ruissellement, en suivant les reliefs de la roche mère,
• l’infiltration, à travers les fissures naturelles des sols et des roches,
• la percolation, en migrant lentement à travers les sols. A travers l’infiltration et la percolation dans le sol, l’eau alimente les nappes phréatiques souterraines. La vitesse d’écoulement de ces nappes phréatiques est de quelques de mètres par an.
Les différents types de nappes
Une nappe est l’ensemble des eaux comprises dans la zone saturée d’un aquifère. Un aquifère étant un corps (couche, massif) de roches perméables comportant une zone saturée conductrice d’eau souterraine pour permettre l’écoulement significatif d’une nappe souterraine et le captage de quantité d’eau appréciable. Une zone saturée contient de l’eau de rétention et de l’eau gravitaire ; la partie supérieure est imbibée d’eau provenant de la remontée capillaire à partir de la zone saturée.
La nappe libre
C’est une nappe d’eau souterraine circulant sous un sol perméable. La nappe est dite libre lorsque son niveau peut varier sans être bloqué par une couche imperméable. Si on crée un puits dans une telle nappe, le niveau de l’eau reste inchangé.
La nappe captive
C’est une nappe d’eau souterraine circulant entre deux couches de terrains imperméables. La nappe captive est plus en profondeur qu’une nappe libre. La nappe est enfermée car elle est surmontée par une formation imperméable ; l’eau est comprimée à une pression supérieure à la pression atmosphérique. A la suite d’un forage à travers le toit imperméable, l’eau remonte et peut sortir. La nappe est dite artésienne lorsque la nappe captive est supérieure à la côte du sol.
La nappe phréatique
C’est une masse d’eau contenue dans les fissures du sous sol ; elle est accessible par le puits ou par forage. La nappe phréatique est l’aquifère souterrain que l’on rencontre à faible profondeur et qui alimente les puits en eau potable. C’est la nappe la plus exposée à la pollution en provenance de la surface.
La nappe phréatique peut avoir comme toit une couche imperméable : la nappe devient alors captive. Quand elle est proche de la mer, la nappe phréatique d’eau douce rencontre la nappe phréatique d’eau salée, la nappe phréatique d’eau douce ayant une densité plus grande, passe alors en dessous de la nappe phréatique d’eau salée.
L’alimentation et le stockage de l’eau
Alimentation d’une nappe
L’alimentation de la nappe se fait par percolation, c’est- à- dire par les mouvements de l’eau à travers un matériau poreux sous l’effet de la gravité. En l’absence de fissures dans la roche, qui accélèrent considérablement la vitesse de transfert de l’eau depuis la surface du sol vers les couches de plus en plus profondes. L’alimentation des nappes se fait au travers de la microporosité des roches. Elle a lieu en bordure de l’aquifère à partir de quelques zones d’affleurement et par des voies de communications souterraines.
L’eau gravitaire et l’eau de rétention
L’eau gravitaire est la fraction de l’eau souterraine soumise à la seule force de gravité. C’est elle qui circule dans un aquifère.
L’eau de rétention est la fraction de l’eau maintenue dans les vides et la surface des grains par des forces supérieures à celle de la gravité. Elle n’est pas mobilisable. On distingue l’eau adsorbée et l’eau pelliculaire.
L’eau adsorbée forme un mince film autour des grains, d’une épaisseur de l’ordre du dixième de micron. Sa quantité augmente en fonction inverse de la granulométrie : sables grossiers : 2 -5 %, sables fins : 10 -15 %, argiles : 40 -50 %.
L’eau pelliculaire est une couche d’environ 1 micromètre d’épaisseur qui tapisse les cavités délimitées par les grains. Elle est fortement liée.
Porosité efficace et coefficient d’emmagasinement
La porosité efficace est le rapport du volume d’eau gravitaire au volume total de la roche saturée en eau : Porosité (%)= Volume eau gravitaire / Volume total.
Exemple : un échantillon de craie de 1000 cm3, prélevé dans un aquifère, libère par égouttage 20 cm3 d’eau : sa porosité efficace est de 2%.
Qualités des eaux souterraines
La qualité d’une eau souterraine est caractérisée par un certain nombre de paramètres physiques et chimiques.
La dureté de l’eau
La dureté correspond à sa minéralisation en calcium et magnésium. La dureté totale d’une eau est produite par les sels de calcium et de magnésium qu’elle contient. On distingue :
• une dureté carbonatée qui correspond à la teneur en carbonates et bicarbonates de calcium et magnésium ;
• une dureté non carbonatée produite par les autres sels.
Une eau dure donne des dépôts de tartre dans les canalisations et chauffe eau, ainsi que dans les filtres des robinets. Une eau trop douce est agressive vis- à-vis des canalisations.
Le pH
Le pH dépend de la teneur en ions d©hydrogène. Il est acide dans les eaux des aquifères sableuses ou granitiques et alcalines dans les calcaires.
La matière en suspension
La matière organique naturelle est issue de la décomposition des végétaux, des animaux et des micro-organismes. Elle participe à beaucoup de paramètre de qualité de l©eau : la couleur, sous produits de désinfection, odeurs, saveurs.
La matière organique naturelle a une influence directement sur les propriétés organoleptiques de l©eau. Elle peut être la cause d©une certaine toxicité acquise au cours de traitement.
Les organoleptiques
Ces paramètres concernent la couleur, la transparence, la saveur et l©odeur de l©eau. Cependant ces caractères n©ont pas de valeur sanitaire directe ; une eau peut être trouble, colorée ou avoir une odeur particulière et néanmoins être consommable.
Caractéristiques d’une nappe
Une nappe est une étendue d’eau en sous sol. Il y a formation d’une nappe lorsque l’eau, en s’infiltrant, rencontre une couche du sol imperméable. La nappe est mobile. Lorsque la surface du terrain (au sol) affleure le toit de la nappe, celle-ci s’écoule sous forme de source.
La formation des nappes est liée aux caractéristiques des roches constituant le sous sol. L’eau suit des lignes d’écoulement, déterminées par la surface au sol. Les limites de ces surfaces drainantes forment ce qu’on appelle
bassin versant. Cette eau, lorsqu’elle rencontre une surface imperméable de la nappe, forme en sous sol des nappes, c’est- dire des réservoirs d’eau.
Ressources et débits d’une nappe
Les ressources en eau sont inégalement réparties et varient selon les saisons, ce qui explique que certaines régions peuvent connaître des difficultés en période de sécheresse. En effet, la moitié de l’écoulement total concerne moins du quart du territoire. En outre, les prélèvements et la qualité des eaux varient selon les régions.
Caractéristiques chimiques des eaux souterraines
L’eau souterraine est considérée comme polluée lorsqu’elle contient des substances autres que celles liées à la structure naturelle des terrains et en particulier, lorsque les concentrations des constituants dissous ou en suspension dépassent les concentrations maximales admissibles fixées par les standards nationaux ou internationaux.
Nous donnons sous forme de tableau les normes européennes pour les éléments les plus courants dans l’eau souterraine.
Origine et nature des polluants
Origine de la pollution
La pollution de l’eau est la dégradation ou l’altération de l’eau qui rend son utilisation dangereuse pour la santé humaine. Elle peut être considérée comme une dégradation du milieu naturel par divers facteurs. La pollution peut être classée suivant l’origine.
Origine urbaine
La contamination possible des nappes par les eaux usées peut être due à des fuites de cuves de carburants. Dans le cas d’un assainissement, collectif ou individuel, des substances indésirables contenues dans les eaux domestiques comme les eaux d’évacuation et les eaux ménagères peuvent être transférées à la nappe : matières organiques, détergents, solvants, antibiotiques. Le cas se produit aussi avec les puits perdus, les toilettes, les égouts, les stations d’épurations urbaines surchargées.
Les ordures ménagères accumulées dans des décharges sauvages peuvent également contaminer les nappes.
Les risques de pollution apparaissent lors de la construction des réseaux routiers, puis à leur exploitation : hydrocarbures, métaux lourds libérées par les véhicules, substances dangereuses échappées par accident. L’imperméabilisation des surfaces (routes, parking, toit) produit une forte quantité d’eau de ruissellement chargée de produits polluants divers. L’urbanisation rapide entraînant l’apparition de nombreuses bidonvilles à proximité des rivières et cours d’eau fait que la situation dans une ville comme Mahajanga devient
alarmante. On peut citer le cas aux alentours de pompage Amboaboaka dont les eaux contiendraient entre autres des indices de pollution fécale. Ceci est dû à la présence d’habitations aux environs.
Origine industrielle
Les rejets industriels sont caractérisés par leur très grande diversité, suivant l’utilisation qui est faite de l’eau au cours du processus industriel. Selon les activités industrielles, on peut retrouver des cas de pollutions suivants :
• des hydrocarbures : industries pétrolières, transports.
• des métaux : traitements de surface, métallurgie.
• des acides, bases, produits chimiques divers : industries chimiques, tanneries.
• des matières radioactives : centrales nucléaires, traitements de déchets radioactifs.
Les industries agro-alimentaires figurent parmi les industries traditionnelles rejetant des matières polluantes pour l’eau.
Origine agricole
L’agriculture constitue la première cause des pollutions diffuses des ressources en eau. L’utilisation des engrais et des produits chimiques de traitement des plantes détruit la vie dans les rivières et rend l’eau impropre à la consommation humaine et animale. Le transfert des engrais et pesticides à la nappe se fait soit par infiltration au niveau de la surface cultivée, soit par rejet dans des puits perdus. La pratique de l’irrigation accélère le transfert. Les élevages intensifs de porcs, de bovins et de volailles produisent une grande quantité de déjections azotées, qui doivent être stockées en réservoirs avant d’être utilisées. Un ion nitrate provenant d’un engrais azoté, ne migre pas directement dans la nappe souterraine. Il est d’abord assimilé en grande partie par les plantes et les bactéries du sol qui le fixent sous forme organique : acides aminés, protéines. Puis, au bout d’un temps plus ou moins long, cette matière organique est reminéralisée et libère à nouveau des nitrates qui risquent de migrer dans les profondeurs du sous sol et contaminer les nappes.
Nature des polluants
Polluants physiques
Les polluants physiques concernent toutes les eaux même si ce sont surtout ceux des eaux superficielles qui sont les plus visibles. Ce sont dans ce dernier cas des polluants solides rejetés dans le milieu aquatique par les opérations de l’érosion. Ils peuvent être repartis en trois catégories : les boues, les solides flottants et les ordures ménagères.
Les boues : elles sont d’origine et de composition variable. Il s’agit des boues résiduaires de certaines industries, des boues originaires des stations d’épurations des eaux d’égouts.
Les solides flottants : il s’agit de tout objet flottant comme des sacs en plastiques, des morceaux en bois, des bouteilles.
Les ordures ménagères : elles sont représentées par des décharges ménagères qui aboutissent directement dans les cours d’eau, les lacs et la mer.
Parmi les polluants contaminants les eaux souterraines et les eaux de surface, il y a les polluants thermiques qui appartiennent aussi à la catégorie des polluants physiques. Ces polluants sont engendrés par les usines utilisant un
circuit d’eau pour le refroidissement de certaines installations : centrales thermiques, nucléaires, raffineries. Les polluants atomiques, peuvent, enfin, faire partie des polluants physiques.
Polluants chimiques
Parmi les polluants chimiques, les composés d’azotes, nitrites et nitrates sont très importants. Responsables de la dégradation de l’hémoglobine, ils peuvent être à l’origine de Nitrosamines cancérigènes. Les composés de l’azote proviennent principalement des engrais utilisés en agriculture et quelquefois d’intenses activités bactériennes liées à l’azote de l’air. Aujourd’hui, les pesticides sont très menaçants (atrazine, simazine), tout comme les composés organochlorés utilisés comme solvant pour l’industrie.
Polluants microbiologiques
• Les polluants microbiologiques ont tendance à provoquer des troubles de nature aiguë (à courte durée) ; les agents les plus polluants sont les Escherichia coli, Giardia lamblia, des kystes.
• Les polluants à impact esthétique sont des particules sans danger, mais qui changent la couleur ou l’odeur à l’eau ;
• Les polluants à impact cosmétique peuvent provoquer une décoloration de la peau ou des dents.
• Les polluants à impact sur la santé peuvent provoquer chez l’être humain des problèmes de santé, soit de type aigu : coliques ou diarrhées, soit de type chronique (à long terme) : comme le cancer.
Répartition spatiale et temporelle de la pollution
Répartition géographique
Pollution diffuse
La pollution diffuse ou indirecte est la pollution la plus répandue et la plus néfaste. Ce type de pollution contamine l’air, le sol et l’eau sur de longues périodes : concernant le milieu aquatique, le transfert vers les eaux superficielles s’effectue par ruissellement et par drainage, alors que le lessivage et le passage de l’eau en profondeur par des chemins préférentiels sont responsables de la contamination des nappes. La pollution est directement liée à l’alimentation de la nappe et se caractérise par des concentrations faibles mais couvrant de grandes surfaces. La pollution diffuse est plus difficile à contrôler que la pollution ponctuelle.
On observe plusieurs sources de pollution diffuse :
En milieu agricole :
• épandage de pesticides ;
• épandage d’engrais en plus ou moins grande concentration ;
• érosion des sols.
En milieu forestier :
• érosion des sols ;
• transport de coupeaux de bois ;
• épandage de pesticides ;
• épandage d’engrais.
En milieu industriel :
• érosion des sols ;
• érosion des sols lors de la construction de bâtiments et d’infrastructures ;
• émanation de la machinerie.
En milieu résidentiel :
épandage de pesticides ;
épandage d’engrais ;
• érosion des sols même lors de la construction de bâtiments et d’infrastructures.
En milieu urbain :
• érosion des sols lors de la construction de bâtiments et d’infrastructures ;
• épandage de pesticides ;
• entretien routier.
En outre, en milieu rural, le non respect des normes en matière de construction de latrines reparties un peu partout et n’importe comment constitue également une source de pollution diffuse.
Pollution ponctuelle
La pollution ponctuelle ou directe est une pollution qui provient d’un point unique et identifiable. Elle résulte d’un apport massif de produits dans l’eau à la suite d’erreur de manipulation au moment de remplissage de produits non dilués et l’effluent d’une usine. Ce type de pollution est le plus connu et le plus polluant à court terme. Les émissions de ce type de pollution sont beaucoup plus polluantes que celles produites par la pollution diffuse.
La contamination des eaux se caractérise par des concentrations élevées atteignant plusieurs milligrammes par litre. Les effets de telles contaminations sont immédiats et peuvent provoquer la mortalité par exemple des poissons et des invertébrés aquatiques. On observe plusieurs sources de pollution ponctuelle :
En milieu agricole :
• épandage d’engrais directement dans les fossés ;
• déversement de fumier sur le sol ou dans l’eau : fuite ou débordement ;
• traversée de cours d’eau par les bêtes ;
• déchets animaux dans les cours d’eau ;
• déversement de pesticides ;
• perte de gaz ou fuite d’huile ;
• émanation des bâtiments.
En milieu forestier :
• déversement de produits toxiques ;
• fuite de gaz ou perte d’huile.
En milieu industriel :
• déversements de produits toxiques ;
• élimination de déchets toxiques ;
• dépotoirs de résidus ;
• émanation ponctuelle provenant des bâtiments ;
• perte d’huile et fuite de gaz ;
• rejet de produits toxiques dans les cours d’eau.
En milieu résidentiel :
• rejet de produits toxiques domestiques ;
• déversement de produits toxiques.
En milieu urbain :
• perte ou fuite d’huile et de gaz ;
• rejet régulier et trop plein de la station d’épuration ;
• déversement des canaux fluviaux ;
• débordement des égouts ;
• rejet des égouts ;
• rejet par les réseaux pluviaux.
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Table des matières
INTRODUCTION
METHODOLOGIE D’ETUDE ET MATERIELS
1- Méthodologie d’études
2- Matériels d’études
RESULTATS D’ETUDE
I – L’EAU
1 – Définition de l’eau
2 – Origine des eaux souterraines
3 – Cycle de l’eau
4 – Les différents types de nappes
a – La nappe libre
b – La nappe captive
c – La nappe phréatique
5 – L’alimentation et le stockage de l’eau
a – Alimentation d’une nappe
b – L’eau gravitaire et l’eau de rétention
c – Porosité efficace et coefficient d’emmagasinement
6 – Qualités des eaux souterraines
a – La dureté de l’eau
b – Le pH
c – La matière en suspension
d – Les organoleptiques
7 – Caractéristiques d’une nappe
a – Ressources et débits d’une nappe
b – Caractéristiques chimiques des eaux souterraines
II – LA POLLUTION DES EAUX
1 – Origine et nature des polluants
a – Origine de la pollution
i – Origine urbaine
ii – Origine industrielle
iii – Origine agricole
b – Nature des polluants
i – Polluants physiques
ii – Polluants chimiques
iii – Polluants microbiologiques
2 – Répartition spatiale et temporelle de la pollution
a – Répartition géographique
i – Pollution diffuse
ii – Pollution ponctuelle
b – Répartition dans le temps
i – Pollution chronique
ii – Pollution accidentelle
3 – Mécanismes de la pollution
a – Cas de la nappe libre
b – Cas de la nappe captive
c – Cas dans un aquifère fissuré
III – LES EAUX SOUTERRAINES DE MAHAJANGA
1 – Intérêts et qualités des eaux souterraines de Mahajanga
a – Eaux de Mahajanga et environs
b – Les eaux de Marovoay
c – Ressources de la nappe
d – Compositions chimiques des eaux de Marovoay
2 – Polluants éventuels des eaux souterraines de Mahajanga
3 – Mesures prises
DISCUSSION
1 – Utilisations potentielles de l’eau souterraine de Mahajanga
2 – Les effets néfastes des pollutions des eaux souterraines
a – Sur la santé publique
b – Sur l’environnement
3 – Mesures à prendre
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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