ARTICLE
Auteur(s) : Ismail Chenini, Abdallah Ben Mammou
Laboratoire des ressources minérales et environnement
Département de géologie Faculté des sciences
de Tunis 2092 Tunis El-Manar Tunisie
Les systèmes aquifères étudiés font partie de la Tunisie
centrale où règne un climat aride (figure 1). Dans cette
région, les eaux souterraines constituent la part essentielle de la
ressource en eau potable et d’irrigation. À ce titre, elle est
confrontée à des contraintes quantitative et qualitative comme
toute région soumise à un climat aride.
Les ressources en eaux souterraines du bassin étudié sont
contenues dans trois réservoirs principaux (figure 2) :
- – une nappe phréatique logée dans un niveau gréseux
sableux du Mioplioquaternaire, captée par plus de 500 puits de
surface ;
- – une nappe profonde à deux niveaux, la première est
logée dans les calcaires dolomitiques de la formation Zebbag
supérieur d’âge turonien inférieur. Elle est la plus exploitée.
La formation Zebbag inférieur (albien inférieur-cénomanien
inférieur) carbonatée constitue le second niveau de la nappe
profonde. Elle est partiellement exploitée en raison de la
profondeur.
Une bonne connaissance du fonctionnement et des caractéristiques
géométriques du système aquifère ainsi que la caractérisation de
l’origine des eaux souterraines, fondée sur l’étude hydrochimique,
aident à l’évaluation de la ressource en eaux souterraines. Elle
permet d’orienter la stratégie de mobilisation et de la gestion de
cette ressource.
Les travaux hydrogéologiques antérieurs [1-4] n’ont pas pu
mettre en évidence une relation entre les aquifères, ni l’origine
et l’évolution du faciès chimique des eaux à l’échelle de la
totalité du bassin de Maknassy.
Plusieurs auteurs [5-8] ont essayé, par les analyses
hydrochimiques, de caractériser le fonctionnement d’un système
aquifère, de préciser l’origine de la minéralisation et les
interactions entre eaux-roches qui se produisent le long de
l’écoulement.
La démarche consiste à définir les modalités de fonctionnement
des unités aquifères à partir de la caractérisation hydrochimique
du système à travers un nombre suffisant d’analyses d’eaux prises
dans la totalité du bassin et intéressant les trois aquifères.
La chimie des eaux apporte des éléments nouveaux et permet de
comprendre la structure aquifère.
L’objectif de la présente étude englobe la caractérisation
hydrochimique du système aquifère du bassin de Maknassy,
l’identification de l’origine de la minéralisation, ainsi qu’une
évaluation de la ressource en eaux souterraines.
Contexte hydrogéologique
La zone étudiée est soumise à un climat méditerranéen de type
aride. Les précipitations sont irrégulières avec une moyenne
annuelle de l’ordre de 207 mm. Le bassin hydrogéologique
abrite un système aquifère multicouche (figure 2).
La nappe phréatique est logée dans les assises sableuses et les
graviers du Mioplioquaternaire continental (figure 2). Les eaux
de cette nappe convergent vers l’oued Leben qui constitue un axe de
drainage principal dans la partie amont et l’exutoire de la nappe
dans la partie avale. La forte exploitation de cette nappe,
estimée actuellement à 95 % de la ressource disponible, entraîne un
abaissement du niveau piézométrique de 1 m au niveau de la
plaine de Maknassy.
La nappe profonde est constituée de deux réservoirs aquifères
(figure 2).
L’étude lithologique et structurale, basée sur une synthèse des
travaux antérieurs et complétée par les coupes géologiques des
forages, permet d’identifier les entités hydrogéologiques suivantes
:
– la formation Zebbag supérieur constitue le réservoir le plus
important du point de vue ressource (niveau supérieur) ;
– la formation Zebbag inférieur (niveau inférieur).
Analyse et méthodologie
Une campagne d’échantillonnage (septembre 2005) a intéressé 53
puits et forages répartis de façon homogène sur la zone d’étude.
La conductivité électrique, le pH et la température ont été
mesurés sur le terrain. Les analyses chimiques des éléments
majeurs ainsi que la détermination du résidu sec ont été effectuées
au laboratoire.
La mesure des concentrations du calcium, du potassium, du sodium
et du magnésium a été effectuée par photométrie de flamme.
Le dosage des sulfates et des chlorures a été réalisé par
titrimétrie. La détermination du titre alcalimétrique a permis
de déterminer la concentration en carbonate. L’interprétation des
données ainsi que le calcul des forces ioniques sont effectuées par
le logiciel Diagramme [9].
Résultats et discussions
Hydrochimie
Caractéristiques physicochimiques
Les températures des eaux du système aquifère multicouche du bassin
de Maknassy sont comprises entre 18,5 et 23,8 °C pour la nappe
phréatique. Elles peuvent atteindre 51 °C pour la nappe
profonde. Les profondeurs des aquifères justifient cette large
gamme de température. D’après les données de température, il
possible de calculer la profondeur minimale (Pm) des aquifères du
Zabbeg :
D’après les coupes géologiques, la profondeur maximale des
aquifères atteint 1 100 m. Cette légère différence de
profondeur résulte des erreurs de mesure de la température de
l’eau.
Le pH des eaux souterraines sont homogènes et oscillent entre
7,1 et 7,9, avec une moyenne de l’ordre de 7,5.
La conductivité des eaux varie entre un minimum de 1
500 μs/cm et un maximum de 5 390 μs/cm. Elle augmente
vers l’aval du système aquifère, ce qui indique une croissance de
la minéralisation totale dans le sens de l’écoulement.
Les salinités varient entre 1,2 et 4,1 g/L, avec une
moyenne de 2,6 g/L pour les eaux de la nappe phréatique.
La majorité des échantillons des nappes profondes ont une
salinité variant entre 1,5 et 4,2 g/L.
Les faibles salinités sont enregistrées au niveau des bordures
des aquifères, alors que les fortes valeurs sont observées au
centre du bassin.
Faciès chimique des eaux
La projection des résultats des analyses des eaux sur le diagramme
de Piper (figure
3) révèle une variabilité de faciès chimique des eaux.
Ce sont des eaux essentiellement sulfatées pour la nappe
phréatique, et sulfaté, sulfaté calcique et chlorurés sodique pour
la nappe profonde (figure 3A, B).
L’examen des teneurs en éléments majeurs montre que la
minéralisation est régie par le calcium et le magnésium pour les
cations et par les sulfates pour les anions.
Traitement statistique
L’étude statistique, basée sur les analyses en composantes
principales (ACP) des données chimiques, est un outil permettant de
comparer simultanément tous les éléments analysés entre eux et de
quantifier les relations qui les lient.
L’ACP a été réalisée sur neuf variables (résidu sec et éléments
majeurs) et 53 observations.
L’essentiel de la structure est expliqué par les facteurs Fact.
1 et Fact. 2. Le facteur Fact. 1 est défini par la majorité
des teneurs ioniques SO42– (0,91),
Ca2+ (0,80), Na+ (0,82), Cl–
(0,73) et en degré moins par Mg2+ (0,52).
Le facteur Fact. 2 est exprimé par HCO3–
(0,78) (figure
4).
Relation entre les éléments chimiques majeurs
et origine de la minéralisation
L’étude des équilibres chimiques des eaux souterraines du bassin de
Maknassy et leur saturation vis-à-vis des minéraux sont fondées sur
le calcul des activités ioniques. Ces eaux sont sursaturées
vis-à-vis de la calcite, de l’aragonite et de la dolomite et
sous-saturées vis-à-vis du gypse et de l’anhydrite (figure 5). Ainsi, la
minéralisation des eaux est acquise en grande partie par l’échange
ionique avec les roches encaissantes.
Les relations entre la salinité et les teneurs en éléments
majeurs montrent que la minéralisation est régie par le calcium et
le magnésium pour les cations et par les sulfates pour les
anions.
La minéralisation des eaux souterraines est dominée par les
sulfates. Ces eaux sont sous-saturées vis-à-vis du gypse (figure 5). Ainsi, le
faciès sulfaté de ces eaux pourrait être lié à la dissolution et/ou
lessivage du gypse abondant dans le sol et les formations
géologiques de la plaine de Maknassy. La corrélation entre les
teneurs en calcium et celles en sulfate montre un alignement des
points au-dessous de la droite de dissolution du gypse (figure 6). Le déficit
du calcium exprimé par un rapport Ca/SO4 inférieur à 1
est lié à la participation de cet ion dans les processus d’échange
de base avec les minéraux argileux au cours de l’écoulement
souterrain des eaux. Cet échange est confirmé par un excès en
sodium mis en évidence par le rapport Na/Ca.
La bonne corrélation entre les teneurs en ions Na+ et
Cl– plaide en faveur d’une dissolution de l’halite au
cours du transit des eaux dans les formations aquifères (figure 7A, B).
Le rapport Na/Cl est proche de 1 indiquant que l’origine des
ions sodium et chlorures est très probablement liée à la
dissolution de l’halite.
Les fortes teneurs en calcium et en magnésium sont variables.
Le rapport Ca2+/HCO3– montre
un excès de Ca2+. Ainsi, le taux d’ions Ca2+
provenant de la dissolution du gypse est d’autant plus fort que ne
peuvent être consommées la précipitation de la calcite et
l’adsorption du calcium par les argiles.
Les teneurs en sodium sont élevées. Le diagramme de
corrélation entre le calcium et le sodium (figure 7C) montre deux
origines possibles de ces deux éléments :
- – les points situés au-dessous de la droite de pente 1
caractérisent les eaux présentant un excès en Ca2+
accompagné d’un déficit en Na+, ce qui montre que le
calcium provient de la dissolution du gypse et de la calcite ;
- – les points situés sur la droite de pente 1
correspondent aux points d’eaux prélevés dans les aquifères de la
formation Zebbag. La bonne corrélation de ces deux éléments
est due à la dissolution des minéraux carbonatés constituant
l’essentiel des formations aquifères.
La représentation graphique de HCO3– +
SO42– en fonction de Ca2+ +
Mg2+ montre que les points sont dispersés de part et
d’autre de la droite de pente 1 pour les trois niveaux aquifères,
ce qui confirme l’excès de Ca2+ (figure 7D).
L’analyse chimique des éléments majeurs montre une signature
géochimique presque identique des aquifères du Zebbag supérieur et
de la nappe phréatique, ce qui confirme la communication entre les
deux niveaux aquifères facilitée par le contact des deux réservoirs
et l’absence de niveau étanche.
Évaluation de la ressource en eaux
souterraine
La communication éventuelle de la nappe phréatique et celle du
Zebbag supérieur sont confirmées par l’étude hydrochimique. Ainsi,
nous devons tenir compte de la contribution du réservoir de la
formation Zebbag supérieur à l’alimentation de la nappe libre lors
de l’évaluation de la ressource. Cette évaluation se base sur le
calcul des ressources renouvelables provenant de l’infiltration des
eaux pluviales et de la contribution des aquifères qui sont en
contact et en communication.
Le bilan global de chaque nappe montre que les entrées excèdent
les sorties, il s’agit donc d’un bilan excédentaire. Le rythme
de l’exploitation croît avec une concentration des puits de surface
au niveau de la plaine (secteur NE du bassin de Maknassy) où la
nappe phréatique est accessible.
L’ensemble des caractéristiques hydrogéologiques ainsi que
l’identification des entrées (alimentation) et des sorties de
chaque niveau aquifère sont récapitulées dans le tableau 1.
Ce bassin hydrogéologique constitue une nappe d’importance
régionale dont la ressource en eau souterraine est principalement
destinée pour le domaine agricole. L’intensification de
l’irrigation et les activités entropiques, au niveau de la plaine
de Maknassy, engendrent une dégradation de la qualité des eaux
souterraines. Soumis à la pression des besoins en eau croissante et
la faible mobilisation des eaux de surface, ce système
hydrogéologique nécessite une intervention pour réorienter la
politique de l’exploitation et de la gestion des ressources en eau.
Dans telle région, soumise à un climat aride, la gestion durable et
intégrée de la ressource disponible permet de conserver l’équilibre
du système aquifère et participe réellement au développement
durable qui repose sur la bonne gestion des ressources
naturelles.
Tableau I Caractéristiques hydrogéologiques du système
multicouche de Maknassy.
|
Compartiment aquifère
|
Formation géologique
|
Hydrodynamique
|
Hydrochimie
|
Alimentation (entrée)
|
Sortie
|
Bilan
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Nappe phréatique
|
Sables et grès du Mioplioquaternaire
|
- Variabilité spatiale du gradient hydraulique
- Faible transmissivité de l’ordre de 3 ×
10–3 m2/s
|
- Faciès chimique sulfaté
- Température relativement basse (< 24 °C)
|
- – Infiltration des eaux précipitées
(44,5 Mm3)
- – Infiltration des eaux au niveau des lits des oueds
Leben et Ben Sallem (1,57 Mm3)
- – Contribution par drainage du réservoir de la formation
Zebbag supérieur (0,1 Mm3)
|
- – Sources (0,15 Mm3)
- – Exploitation (4,5 Mm3) en
2004-2005
|
Le bilan est excédentaire, mais la dégradation de la qualité de la
ressource est appréciable au niveau de la plaine de Maknassy la
plus exploitée
|
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Nappe profonde (crétacé supérieur)
|
Calcaire fracturé de la formation Zebbag supérieur
|
- Faible transmissivité (2,5 ×
10–3 m2/s)
- Gradient hydraulique variable
|
Faciès chimique chloruré, calcique et sulfaté
|
– Infiltration au niveau des affleurements
(36,2 Mm3)
|
Exploitation (3,28 Mm3) en 2004-2005
|
Bilan excédentaire
|
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Calcaire fracturé de la formation Zebbag inférieur
|
Transmissivité faible
|
Faciès chimique sulfaté, chloruré et calcique
|
– Alimentation par infiltration au niveau des affleurements
(35,3 Mm3)
|
Exploitation (2,5 Mm3) en 2004-2005
|
Bilan excédentaire
|
Conclusion
L’hydrochimie de la nappe enregistre les interactions eaux-roches
qui se produisent lors de l’écoulement [10, 11]. La charge
minérale est le résultat d’un processus complexe le long du
parcours de l’eau depuis son point d’infiltration [12]. Ainsi,
chaque réservoir de l’aquifère peut être caractérisé par un type
d’eau.
L’étude hydrochimique des eaux du système multicouche de
Maknassy nous a permis de préciser l’origine de la minéralisation
et de confirmer la communication entre la nappe libre et la nappe
de la formation Zebbag supérieur. Une évaluation de la ressource en
eaux de ces niveaux aquifères a été entamée. Concrètement, nous
avons montré que l’état du système aquifère, encore en équilibre,
atteint un état d’exploitation de 95 % des ressources renouvelables
pour la nappe phréatique. Il faut mettre en place une
politique de gestion durable de cette ressource orientée vers la
valorisation et la mobilisation de la ressource en eaux de surface
évaluée à 11 Mm3/an à travers l’amélioration de la
recharge de ces nappes à partir des eaux de ruissellement.
Références
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