Les matériaux aquifères et leur comportement hydrogéologique

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Géométrie du système aquifère

Ainsi, la structure établie, nous pouvons identifier plusieurs horizons aquifères. Nous décrivons ci-dessous les différentes formations aquifères et nous tenterons d’appréhender la géométrie des principales nappes exploitées par denombreux ouvrages de captage.

Les matériaux aquifères et leur comportementhydrogéologique

Les formations du système aquifère sont constituées de sédiments mio-pliocènes et quaternaires des deux fosses décrites précédemmentLe. remplissage de ces fosses s’est effectué de manière hétérogène, formant une alternance d’argile sableuse, de sable, de graviers et de travertins, où l’on distingue 7 réservoirs d’importance inégale (Gaud, 1976) (fig. 4):
la nappe des formations superficielles. Cette nappe est contenue dans des formations sablo-argileuses incluant des lentilles de sables. Des argiles grises compactes en constituent le substratum. Ces lentilles sont plus fréquentes à proximité de l’oued Seybouse, et à la périphérie des affleurements des grès numidiens. Lanappe 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.
La nappe des graviers. Elle couvre l’ensemble de la zone d’étude et présente de bonnes qualités hydrauliques.
La nappe des sables du massif dunaire de Bouteldja. Au nord-est, la nappe libre du massif dunaire est contenue dans les sables éoliens reposant sur le remplissage mio-pliocène de la fosse de Ben-M’hidi.
La nappe des alluvions de la haute terrasse. Elle s’étend le long des massifs numidiens à l’Ouest et au Sud de la plaine de Annaba. Ces alluvions graveleuses et caillouteuses à matrice argileuse ont des possibilités aquifères très limitées.
La nappe des cipolins. Elle se situe dans les massifs de bordure du Belilieta et de Boukhadra (proche du massif de l’Edough). Elle est contenue dans des lentilles de cipolins, fissurés, existant au sein des gneiss et micaschistes du monoclinal métamorphique du Boukhadra. Ces calcaires sont en contact avec les alluvions de la plaine. Leur superficie est inférieure à 100ha.

La nappe des sables fins superficiels (ou nappe superficielle) :

Cette nappe est contenue dans des formations sablo-argileuses incluant des lentilles de sables. Des argiles grises compactes en constituent le substratum. La répartition des lentilles sableuses est très irrégulière est discontinue (fig.5a à c). Ces lentilles sont néanmoins 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 peut atteindre 18 m (Fig. 6).

La nappe des graviers (ou nappe profonde) :

Les coupes de forage et les diagraphies montrent l’existence de plusieurs phases sédimentaires 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(fig. 5a à e). Les isolignes des cotes du toit (fig. 7) et du mur (fig. 8) révèlent un affleurement des niveaux graveleux au Sud de Dréan et de Asfour. Ces niveaux se trouvent en effet à un e profondeur de 8 à 14 m et plongent vers le Nord pour atteindre la cote de 100 m environ en bordure de mer (la minéralisation des eaux de cette partie de l’aquifère fait penser que cette subsidence se poursuit vers la mer). L’épaisseur des graviers et galets est très variable, elle passe en effet 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 (fig. 9).

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. Entre la butte de Boukhadra et El -Khous, un autre niveau à éléments grossiers, de près de 8 m d’épaisseur, a été localisé à une profondeur de 35 à 40 m. En bordure des massifs numidiens de Bouteldja, l’épaisseur des graviers atteint près de 20 m (Djabri et al., 2000).

Traitement des données climatologiques

Etude des précipitations et des températures :

La zone d’étude est caractérisée par un climat deypet méditerranéen, son régime climatique dépend de deux paramètres principaux : la précipitiona météorique et la température.

Les précipitations les températures mensuelles dansla station des salines sont représentées sur l’histogrammes (fig.11) suivant:

L’histogramme des précipitations moyennes mensuelles (fig.11) donne un aperçu sur les variations mensuelles des précipitations dans la région d’étude. Décembre est le mois le plus pluvieux au niveau de cette station ou on a enregistré un maximum de l’ordre de 107.4mm, tandis que le mois de juillet est le mois le moins pluvieux auquel on marque un minimum de l’ordre de 4mm pour la station des salines.

L’histogramme des températures montre que la zone d’étude est caractérisée par un climat doux et humide en hiver et chaud et sec en été, cescaractéristiques indiquant un climat méditerranéen. Les moyennes mensuelles les plus élevées sont observées essentiellement pendant la période d’été (Juin – Septembre) avec des températures variant de 20 à 25,5°C. Par contre les températures les plus basses, de 10 à 12,5°C, sont observées pendant la période d’hiver (décembre à mars) avec un minimum pendant le mois de janvier (10,5°C). Les autres mois présentent des températures intermédiaires (14à 20°C). Ces caractéristiques de la température d’un point de vue hydrochimique, nous ndiquent que pendant la période d’été, vu les valeurs élevées de la température, ces dernières vont produire une évaporation de l’eau et en même temps une augmentation de la concentration des éléments chimiques dans la nappe.

CARACTERISTIQUES HYDRODYNAMIQUES DU SYSTEME AQUIFERE DE ANNABA-BOUTELDJA

Introduction

Le remplissage mio-plio-quaternaire décris précédement renferme des ressources hydriques assez importantes. Cependant l’accroissement des besoins en eau pour l’alimentation des populations et pour satisfaire les activités industrielles et agricoles a conduit les services de l’hydraulique à intensifier les prélèvements au niveau des principaux champs captant (de Bouteldja, des Salines et d’El-Hadjar). Cette situation a eu pour conséquence une chute des niveaux des nappes, une diminution des débits des ources et une méconnaissance du fonctionnement hydrodynamique des aquifères sur de vastes zones (Nafaa, 1985 ; Hani, 2003).
Dans cette étude, l’utilisation des méthodes statistique et géostatistique est apparue comme un puissant moyen pour l’identification des zones les plus favorables à l’implantation des ouvrages de captage et pour mettre en évidence l’influence de la structure profonde sur la répartition des caractéristiques physiques des principaux aquifères.

Interprétation des données de pompage d’essai

La nappe superficielle

Grâce aux observations de terrain ou des résultats acquis lors de différentes études (Khérici, 1993 ; Djabri, 1996 et Debièche, 2002), il est démontré que l’aquifère phréatique des plaines de Annaba et de Bouteldja présente des caractéristiques hydrodynamiques médiocres et ne peut être exploitée que pour l’alimentation de quelques hameaux ou pour l’irrigation de petites parcelles de terrain. Pour donner un ordre de grandeur des principales caractéristiques hydrodynamiques de cet aquifère, nous reprenons ici les résultats des pompages d’essai réalisés dans la région située au Sud-Est des Salines, l’un dans la zone à dominante argileuse, l’autre dans une zone à dominante sableuse. Les résultats sont consignés dans le tableau 6.

Les nappes des graviers et des sables dunaires

Le dépouillement de 105 pompages d’essai effectuésdans les forages a permis de déterminer les paramètres hydrodynamiques des principaux horizons aquifères. Les données proviennent des services de l’Agence Nationale des Ressources H ydrauliques (ANRH) ainsi que des Directions d’Hydraulique des Wilaya d’Annaba et d’E l-Tarf. Les points de mesure sont particulièrement nombreux le long de l’oued Seybouse ainsi que dans la partie orientale du massif dunaire de Bouteldja (fig. 17). L’interprétation des données de pompages d’essai a été effectué en tenant compte des particularités hydrogéologiques induites par l’hétérogénéité du milieu (alimentation à partir d’un plan d’eau, barr ière étanche, drainance à partir d’aquifère secondaire selon le schéma de Hantush, égouttementselon le modèle de Boulton, etc…) (Hantush and Jacob, 1955 ; Hantush, 1956 ; 1964 ; Boulton, 1963). Les valeurs douteuses déduites de l’interprétation de pompages d’essais défectueux (débits variables, air-lift, mesures erronées…) ont été éliminées. Dans la nappedes graviers les valeurs de transmissivité les plus élevées sont situées le long de la Seybouse et les plus faibles à l’Ouest dans la région d’El-Kerma et à l’Est vers les marécages de Mekrada. Dans le massif dunaire, -5 -2 m 2 /s.
Les valeurs du coefficient d’emmagasinement sont en moyenne de 11.5 % pour les sables dunaires et correspondent à une nappe libre. Pour l a nappe captive des graviers, elles varient de 10-4 à 10 -3 dans le secteur de Dréan-Chihani où elle devient libre.

Cartographie des transmissivités

Le krigeage ordinaire des transmissivités a été effectué aux nœuds des mailles carrées de 1km de côté. La carte des transmissivités krigées (Hani, 2003) (fig. 19) montre:
– un secteur de fortes valeurs correspondant à deux zones bien distinctes. La première se situe le long de la vallée de la Seybouse et coïncide avec l’axe de la fosse de Ben-Ahmed. Les coupes géologiques des forages permettent de reconnaître dans ce secteur, deux niveaux de graviers uniformes et dépourvus de matériaux finsLe. premier, reconnu par les forages à une profondeur de 35 m, présente une épaisseur de prèsde 8 m tandis que le second, plus profond, peut atteindre 40 m d’épaisseur au milieu de la fosse. Il convient également de remarquer que le remplissage de la fosse par des sédiments plio-quaternaires grossiers a permis la formation d’une importante zone d’accumulation à écoulement préférentiel (voir carte piézométrique). La seconde zone se localise dans la partie orientale du massif dunaire. Dans ce secteur, les sables éoliens qui surmontent les alluvions de la fosse d’effondrement de Ben-Mhidi, présentent des caractéristiques hydrodynamiques exceptionnelles.
– Les plus faibles transmissivités sont situées à ‘Estl de Ben-M’hidi et s’étendent sur toute la partie littorale du massif dunaire.

Analyse du comportement physico-chimique des eaux de la nappe des graviers dans son ensemble : Utilisation de l’analyse en composantes principales (ACP)

L’identification des principaux facteurs responsables de l’évolution de la qualité chimique de l’eau de la nappe des graviers de Annaba est basé premièrement sur les résultats analytiques obtenus pour une série d’échantillonnages, de périodicité plus au moins semestrielle, réalisés entre 1983 et 2008. Ces analyses ont été réalisées notamment parles services de l’agence nationale des ressources hydrauliques (A.N.R.H.) et de l’entreprise de production de l’eau (E.P.E.A.). Aussi des échantillonnages sont réalisépar nous même, dont les analyses ont été réalisées par le service de toxicologie à l’hôpital Ibn Sina. Les données analytiques ont été traitées par l’Analyse en Composantes Principales (ACP). L’ACP est en effet une méthode statistique multidimensionnelle descriptive, utilisable comme aide à l’interprétation d’une matrice de données (Travi et Mudry, 1997). Les tableaux des données physico-chimiques comportent m analyses (ou éléments mesurés). Cetteméthode, en cherchant les directions préférentielles d’allongement d’un nuage de points multidimensionnel (valeurs propres), permet de résumer l’information en projetant le nuage de points sur ses directions préférentielles (axes factoriels). Les facteurs sont des combinaisons linéaires des variables de départ. Chaque variable contribuant au facteur intervient avec un coefficient appelé vecteur propre. Pour l’analyse des teneurs chimiques, dont les gammes de variation peuvent être disparates, il convient de dépondérer ces variablesen les centrant et en les réduisant. Pour ce faire, les teneurs sont centrées sur une moyenne nulle et divisées par l’écart type. La variance apportée par chacune des variables est dès lors égale à 1 et donc l’inertie (variance) totale du nuage de points égale à 1 x n si l’on traite n variables sur m individus. Le premier axe factoriel est celui qui explique le plus grand pourcentage de cette variance totale, le second explique ensuite le plus grand pourcentage de variance résiduelle. Cette étude statistique par l’analyse en composantes principales (ACP) a été effectuée sur des analyses physico-chimiques des 11 variables (Ca2+, Mg2+, Na+, K+, HCO3– , SO42-, Cl-, NO3-, pH, CE et RS) et sur l’ensembles des observations effectuées sur chacune des 13 campagnes collectées.
La conductivité présente un ensemble de valeurs comprises entre 840 et 4400 microS/cm ; les valeurs extrêmes correspondent à des mesures obtenues dans des points d’eau situés au centre et dans la partie côtière de l’aquifère de Annaba, alors que les bordures sud et ouest de la plaine enregistrent des valeurs minimales. Ainsi la conductivité augmente dans le sens de l’écoulement souterrain (du sud au nord). La température varie entre 18,7 et 26°C, avec une valeur moyenne de 21°C alors que le pH varie entre 6,2 et 8,9.

Campagne de Juin 1983 (11 variables et 36 observations) :

Pour interpréter cette ACP, nous allons nous contenter du cercle formé par les axes I et II, qui fournissent 93.2% de l’information. L’axe I (70.9% de la variance totale) montre un regroupement de l’ensemble des éléments de la minéralisation liées au pH (partie positive de l’axe), la projection des individus montre que ce groupe est représenté par les forages d’El Hadjar (M7, K7, I9), Pont Bouchet (H11), les Salines (I12, H18), Ben Mhidi (N24, O21), Daroussa (Q13, R15), Besbes(U16, S17), Dréan(W5) etZerizer (R22). L’axe II (22.3% de la variance totale) montre une opposition entre les nitrates (partie positive de l’axe) représentés sur le plan des individus par les forages Q19, J8, N12 qui correspondent respectivement aux zones de Zerizer, El Hadjar et Daroussa et la conductivité électrique (partie négative de l’axe) représenté par les forages des Salines I15, G14, D1, F14, F16 et G22 et Sidi Salem (C5), d’El Hadjar (J10, J9, L6), Ben Mhidi (L19), Dréan (W5, U8) ,Chihani (Z5) et Daroussa (N10, N13).

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I : APPORT DU CONTEXTE GEOLOGIQUE, STRUCTURAL & GEOMETRIQUE
I.1- Introduction
I.2- Cadre lithostratigraphique
I.2.1- Le Paléozoïque
I.2.2- Le Mésozoïque
I.2.3- Le Cénozoïque
I.3- Cadre structural
I.4- Géométrie du système aquifère
I.4.1-Les matériaux aquifères et leur comportement hydrogéologique
I.4.2-Caractéristiques géométriques du système aquifère
I.4.2.1- La nappe des sables fins superficiels (ou nappe superficielle)
I.4.2.2-La nappe des graviers (ou nappe profonde)
I.5- Conclusion.
Chapitre II : CARACTERISTIQUES HYDROCLIMATOLOGIQUES
II.1- Introduction
II.2- Traitement des données climatologiques
II.2.1- Etude des précipitations et des températures
II.2.2- L’humidité
II.2.3- Le vent
II.3- Bilan hydrologique selon la méthode de Thornthwaite
II.4- Hydrologie de surface
II.4.1- Description de l’oued Seybouse
II.4.2 – Evolution du débit en fonction de la pluie
II.4.3-Effet des variations spatiales de la précipitation sur le débit de l’oued
II.4.4- Les variations mensuelles du débit en fonction de la précipitation journalière
II.5- Conclusion
Chapitre III : EVOLUTION SPATIALE DES CARACTERISTIQUES HYDRODYNAMIQUES DU SYSTEME AQUIFERE DE ANNABABOUTELDJA
III.1- Introduction
III.2- Interprétation des données de pompage d’essai
III.2.1- La nappe superficielle
III.2.2- Les nappes des graviers et des sables dunaires
III.3- Analyse et identification des modalités de transferts hydrauliques
III.4- Cartographie des transmissivités
III.5- Conclusion
Chapitre IV : HYDROCHIMIE
IV.1- Introduction
IV.2-Analyse du comportement physico-chimique des eaux de la nappe des graviers dans son ensemble : Utilisation de l’analyse en composantes principales (ACP)
VI.2.1-Campagne de Juin 1983
VI.2.2-Campagne de Mai 1985.
VI.2.3-Campagne de Octobre 1985
VI.2.4-Campagne de Avril 1986
VI.2.5-Campagne de Octobre 1986
VI.2.6-Campagne de Mai 1987
VI.2.7-Campagne de Octobre 1987
VI.2.8-Campagne de Mai 1988
VI.2.9-Campagne de Octobre 1988
VI.2.10-Campagne de Juillet 1989
VI.2.11-Campagne de Octobre 1989
VI.2.12-Campagne de Décembre 1999
VI.2.13-Campagne de Décembre 2007-Janvier 2008
VI.3-Synthèse de l étude par l’analyse en composante principale
IV.4. Evolution des éléments chimiques
IV.5- Etude de l’origine des éléments chimiques
IV.5.1- Le couple Na+ – Cl-
IV.5.2- Origine du Calcium
IV.5.2.1- Les éléments Ca– (HCO3+SO4)
IV.5.3- Etudes des rapports croisés
IV.5.3.1- Le diagramme Ca – Cl
IV.5.3.2- Le diagramme K – Cl
IV.5.3.3- Le diagramme SO4 – Cl
IV.5.3.4- Le diagramme Mg/Ca – Cl
IV.5.3.5- Le diagramme SO4/Cl – Cl
IV.6-Evolution des éléments de la minéralisation en fonction de la distance à la mer
IV.7- Conclusion
Chapitre V : MODELISATION HYDRODYNAMIQUE & HYDRODIPERSIVE
V.1- Introduction
V.2- Problématique du système aquifère de Annaba-Bouteldja dans son ensemble
V.3- Evolution des prélèvements et des variations de la piézométrie dans le système aquifère de la plaine de Annaba
V.4- Cadre hydrogéologique du domaine étudié
V. 5- Modélisation des écoulements souterrains
V.5.1- Données d’entrée
V.5.2- Calage du modèle en régime permanent
V.5.3- Calage du modèle en régime transitoire
V.6- Simulations de l’évolution de la salinité des eaux
V.6.1- Introduction
V.6.2 – Mise en évidence de l’intrusion marine vers les aquifères d’Annaba
V.6.2.1- Arguments Hydrodynamique
V.6.2.2- Arguments chimique
V.6.3- Modélisation du transfert des chlorures
V.7- Conclusion
Chapitre VI : CONCLUSIONS GENERALES & RECOMMANDATIONS
-Conclusions générales
-Recommandations
ANNEXES
Références bibliographiques