CARACTÉRISTIQUES PHYSICOCHIMIQUES DES EAUX SOUTERRAINES ET DU SOL

Télécharger le fichier pdf d’un mémoire de fin d’études

Géologie régionale

Le complexe cristallophyllien

En Algérie, le massif de l’Edough est le plus oriental des massifs cristallophylliens du littoral (Gleizes et al., 1988). C’est un massif cristallin externe de la chaîne Alpine périméditerranéenne, considéré souvent comme étant la continuité des massifs internes kabyles de la chaîne des maghrebides (Fig. 4).
Il se présente en un brachyanticlinal à prédominance de gneiss entourés de micaschistes à intercalations de marbres, d’amphibolites et de schistes satinées (J.M. Vila, 1980), il s’étend de 50 Km de long sur 20 km de large et d’orientation axiale N60 (Fig. 5).

Subdivision du complexe

D’après les travaux de G. Gleizes et al. (1988), le massif de l’Edough pourrait être subdivisé en trois unités (Fig. 6) :
 L’unité de base
 L’unité intermédiaire
 L’unité supérieure

L’unité de base

On y distingue des gneiss clairs, des gneiss sombres et des leptynites. L’ensemble constitue le cœur de l’anticlinal et est observé à la périphérie grâce aux accidents tectoniques.
Cette unité gneissique est riche en matériel quartzo-feldspathiques, micas, sillimanite et parfois tourmaline.
Les gneiss clairs sont pauvres en biotite et son caractérisés par de gros yeux de feldspath de 3 à 5 cm.
Quant aux gneiss sombres, on les trouve à la périphérie du massif tel que le Cap de Garde, au Nord du massif de Beleleita et au Sud-Ouest de Berrahal. Ce sont des gneiss finement lités, très riches en biotite, renfermant des grenats et de la tourmaline.
Les leptynites sont des niveaux holo-leucocratiques riches en quartz, feldspath, muscovite et renfermant parfois des grenats et de la tourmaline qui forment souvent des linéations parallèles à la foliation.

L’unité intermédiaire

Elle est caractérisée par une alternance de micaschistes à grenats et parfois même à disthène et de calcaires métamorphiques.
Les micaschistes ne forment que des lames d’épaisseur réduite (quelques mètres à une centaine de mètres) sauf dans le secteur périphérique de Cap de Garde où ils réapparaissent en position verticale avec une épaisseur cumulée de plus de 1000 m. Ces micaschistes riches en feldspaths sont jalonnés par un ou plusieurs horizons de marbres constitués presque uniquement de calcite bien cristallisée et d’autres minéraux accessoires comme la muscovite, phlogopite, pyrite, diopside, trémolite, grenat. Outre les marbres on rencontre aussi des amphibolites et des pyroxénites souvent réduits à des amas plus au moins continus à lenticulaires.
Au Cap de garde le contact entre les marbres et les micaschistes est souligné par des skarns.

Caractéristiques géologiques

Le contact entre cette série et la série gneissique de base est parallèle à la foliation régionale (Hammor D., 1992).

L’unité supérieure

Elle affleure essentiellement au Cap de Garde, elle est composée de micaschistes à grenats plus andalousite, de sericitoschistes et de quartzites. Elle contient des niveaux caractéristiques de tourmaline qui forment parfois des amas ou des lentilles souvent très continues. La découverte d’Acritarches dans les intercalations de quartzites et de lydiennes précise l’âge paléozoïque de cette série (Ilavsky et Snopkova, 1987). Les schistes contiennent une grande quantité de grenats et de baguettes d’andalousite et de staurotide. Vers sa base s’intercale une dalle de gneiss oeillés dont la puissance varie de 10 à 100 m issue de la déformation d’un leucogranite ; il s’agit en effet de roches claires pratiquement dépourvues de biotites, toujours riches en tourmaline à grains grossiers et à texture porphyroïde. Il existe aussi des faciès à grain fin d’aspect leptynitique. Les horizons de tourmaline dans les micaschistes sont plus nombreux à l’approche de la lame de gneiss. Le contact entre cette unité et l’unité intermédiaire est anormal, matérialisé par une faille majeure (le cas du Cap de Garde).

Les flyschs sénoniens (Maestrichtien)

Ils affleurent sous le numidien en fenêtre prés d’El Mellaha et Saf-Saf au Nord Ouest du massif.
Ils sont transgressifs sur le socle métamorphique. Ils présentent l’aspect des schistes argileux de teinte noire bleutée devenant verdâtre suite à l’altération et intercalé avec 20 à 50 cm de calcaire sableux et une microbrèche calcaire de couleur gris bleutée (Laouar, 2002).
On note aussi des indices de traces de matériels volcano-clastique (fragment de lave vitreuse ou microlitique).

La tectonique

Les données géophysiques et les observations de terrain à travers le massif de l’Edough, réalisées par Aissa D. E. (1985), mettrent en évidence les accidents tectoniques suivants :

Accidents tectoniques importants

Une première famille dont l’orientation varie de NW-SE à WNW-ESE avec la direction la plus fréquente de N120° à N150° et que l’orientation N140° à N150° d’un bon nombre de dykes permet de conclure que cette famille correspondrait à un système de failles décrochantes dextres (mont Eddikra, Kef Guelâa).
Une deuxième qui semble être conjuguée à la première, dirigée NNE-SSW (direction fréquente N28E en moyenne), cette famille correspondrait à un système de failles décrochantes sénestres. Il y a aussi les mêmes accidents au NW du massif dans les petits massifs microgranitiques.
Des rares accidents tectoniques profonds d’orientation Est-Ouest (au Sud de la Voile Noire et au Sud de Koudiet Tenfous) et d’autres au Sud de Karezas de pendage 55° à 70° vers le sud, affectées par une silicification et d’une tourmalinisation.

Petites fractures

Dans les roches métamorphiques, ce sont des petites failles normales et inverses d’étendue relativement faible (horizontale et verticale) et de pendage variant entre 45° et 90°. Prés des filons métallifères elles sont remplies par du quartz et de rares sulfures.

La minéralisation

La métallogénie du massif de l’Edough se distingue particulièrement par les gîtes polymétalliques d’Aïn Barbar et des gisements ferrifères et arseno-wolframiféres du versant Sud. Les autres minéralisations essentiellement filoniennes recoupent le socle et sa couverture, sont d’une importance moindre. Elles se sont probablement développées lors de la circulation des fluides hydrothermaux le long du réseau de fractures liées probablement à la mise en place des roches microgranodioritique et rhyolitiques.

Caractéristiques géologiques

Géologie locale

Dans l’ensemble, les basses collines de la région de Berrahal qui forment la retombée Sud de l’Edough donnant naissance au petit massif de Berrahal qui est la continuité du massif de l’Edough, il s’étale en coteaux à orientation Nord-Sud (Fig. 7). Le processus d’individualisation de ce petit massif et sa mise en place dans le contexte régional est dû au violent plissement qui a affecté la région (Fig. 8).

Les roches métamorphiques

L’Edough est quasiment formé de roches qui ont subi un métamorphisme de degré variable justifié par l’ordre d’apparition des minéraux indicateurs du métamorphisme tels que la chlorite, l’andalousite, le disthène, sillimanite et les grenats.
Le secteur étudié est situé au sud-ouest du massif de l’Edough sur son prolongement occidental. On trouve les trois unités représentées par les affleurements suivants :
• l’unité de base est représentée par des gneiss.
• l’unité intermédiaire est constituée par des micaschistes à grenats avec des intercalations de cipolins.
• l’unité supérieure est composée de séricitoschistes et de quelques bancs de cipolins,

L’unité de base

Les gneiss sont très altérés et se présentent sous différents aspects ; des gneiss oeillés, des gneiss feuilletés ou rubanés avec des niveaux micaschisteux (Henni B. et al., 2000). Ils affleurent au Nord-Est de Berrahal.
Ces gneiss sont pour la plupart à deux micas avec une prédominance de la muscovite. Ils contiennent également du quartz, des feldspaths potassiques, des plagioclases acides, ainsi que du disthène, sillimanite, grenat et andalousite.
Par rapport aux micaschistes à grenats, la présence supplémentaire de sillimanite indique un degré de métamorphisme supérieur.

L’unité intermédiaire

 Les micaschistes à grenats : ils apparaissent sur le terrain de couleur gris-bleue, la roche est très altérée. Les micas existant sont la muscovite et la biotite qui sont enchevêtrées, ils occupent la partie Nord de la région.
 Les cipolins : ils apparaissent sous différentes couleurs, du blanc rosé au gris bleuté et sont parfois rubanés. Ils sont intercalés dans les micaschistes à grenats.
Leur épaisseur est de l’ordre métrique à décamétrique.

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.

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.

Caractéristiques physicochimiques des eaux souterraines et du sol

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.

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

Télécharger le rapport complet