Ligne éditoriale - eau-climat-maghreb.neteau-climat-maghreb.net/wp-content/uploads/2013/11/EAU-ET-CLIMAT-… · 2 Ligne éditoriale Les travaux de l'IPCC/GIEC permettent d’avoir

2

Ligne éditoriale

Les travaux de l'IPCC/GIEC permettent d’avoir une vision relativement synthétique

des modifications climatiques et de leurs effets. Ces changements peuvent être perçus de

manière diverse selon les outils scientifiques utilisés et les régions du monde étudiées. Dans

l’ensemble, la communauté scientifique est d’accord sur le principe même de l'existence de ce

changement (observable dans l’élévation de température, mais également dans l’évolution

des précipitations). Elle admet aussi que des conséquences potentiellement importantes

risquent d’engendrer des perturbations majeures dans le fonctionnement des hydrosystèmes.

Les analyses menées par le Plan Bleu pour l’environnement et le développement de la

Méditerranée, sous l’égide du Programme des Nations unies pour l’environnement, indiquent

que les régions méditerranéennes, et notamment le Maghreb, seront confrontées à l’horizon

2050 à une forte diminution et à une importante pollution de la ressource en eau liée à la fois

aux changements climatiques (hot spot du changement climatique selon le 4e rapport du

GIEC) et à la pression anthropique (agriculture, industrialisation, urbanisation…). Cette

situation pourrait ainsi entrainer une pénurie d’eau pour environ 290 millions de personnes

situées principalement au Sud et à l’Est sur le pourtour méditerranéen.

La détermination de l’impact des changements climatiques sur les ressources en eau

constitue donc un enjeu majeur pour le XXIe siècle auquel les scientifiques doivent répondre,

afin de permettre la mise en place d’outils de gestion adaptés à la nouvelle situation.

La revue électronique « Eau et Climat au Maghreb », créée sous l’égide des laboratoires

UMR IDEES et M2C de l’université de Rouen a pour vocation de diffuser la recherche axée sur

les ressources en eau dans un contexte de changements climatiques sur la rive sud-ouest de la

mer Méditerranée.

3

Comité scientifique

Abdellatif TRIBAK (Université de Fès, Maroc)

Abderrahim JARDANI (Université de Rouen, France)

Abida HABIB (Université de Sfax, Tunisie)

Imen AYADI (Université de Sfax, Tunisie)

Ali TAOUS (Université de Fès, Maroc)

Azedine MEBARKI (Université de Constantine, Algérie)

Benoit LAIGNEL (Université de Rouen, France)

Hamadi HABAIEB (Institut National Agronomique de Tunisie)

Jean Paul DUPONT (Université de Rouen)

Khodir MADANI (Université de Béjaïa, Algérie)

Lahcen BENAABIDATE (Université de Fès, Maroc)

Manel ELLOUZE (Université de Sfax, Tunisie)

M’hamed AMYAY (Université de Fès, Maroc)

Michel LESOURD (Université de Rouen, France)

Mohamed MESBAH (Université d’Alger, Algérie)

Nadir BENHAMICHE (Université de Béjaïa, Algérie)

Nicolas MASSEI (Université de Rouen, France)

Noureddine GAALOUL (INRGREF, Tunisie)

Nour-Eddine LAFTOUHI (Université de Marrakech, Maroc)

Zeineddine NOUACEUR (Université de Rouen, France)

Zouhair NASR (INRGREF, Tunisie)

Comité éditorial

Benoit LAIGNEL

Zeineddine NOUACEUR

Noureddine GAALOUL (INRGREF, Tunisie)

Azedine MEBARKI (Université de Constantine, Algérie)

Lahcen BENAABIDATE (Université de Fès, Maroc)

Comité de rédaction

Benoit LAIGNEL

Zeineddine NOUACEUR

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Recommandations aux auteurs Eau et Climat publie des recherches originales avec des approches environnementales

développées dans des disciplines multiples allant des sciences hydrologiques aux sciences

humaines et sociales.

La revue est publiée annuellement tout en n’excluant pas une publication de numéros spéciaux

consacrés à des manifestations scientifiques et à des thématiques ciblées.

La qualité des articles est garantie par la présence d’un comité éditorial international ainsi que

par un système de relecture du type « referee ».

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La revue est libre et gratuite. Tous les articles publiés peuvent être téléchargés et utilisés à titre

personnel. Toute exploitation commerciale et modification du contenu est interdite. Les

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Sommaire / Contents

CARACTERISATION SPATIO-TEMPORELLE DE LA SECHERESSE: CAS DU BASSIN VERSANT DE LA MEDJERDA, TUNISIE .................................................................................................................................................................. 7

MANEL ELLOUZE 1 , HABIB ABIDA

2 ..................................................................................................................... 7

APPORT DES METHODES GEOCHIMIQUES ET ISOTOPIQUES DANS L’ETUDE DE L’IMPACT CLIMATIQUE ET ANTHROPIQUE SUR UN AQUIFERE PHREATIQUE COTIER DE LA TUNISIE NORD ORIENTALE ................................. 19

BEN AMMAR S.1,3

, TAUPIN J-D.2, ZOUARI K.

3, KHOUATMIA M.

4 , BEN ASSI M.

5 ........................................ 19

EVOLUTION SPATIO‐TEMPORELLE DE LA NAPPE COTIERE KORBA-MIDA (CAP BON – TUNISIE) ET IMPACT DE SA RECHARGE ARTIFICIELLE PAR LES EAUX USEES TRAITEES ..................................................................................... 31

GAALOUL NOUREDDINE1, LAIGNEL BENOIT2, CHEBIL ALI3, DRIDI LOTFI4 ........................................................ 31

SPATIALISATION DES RESSOURCES EN EAU DANS LE BASSIN VERSANT DU HAUT SEBOU (MAROC) ..................... 43

QADEM ABELGHANI.1-2

, LEBAUT SEBASTIEN.1,

AKDIM BRAHIM.

2, LAAOUANE MOHAMED.

2,

MANCEAU LUC.

1 .. 43

ANALYSE DE LA FIABILITE DES SYSTEMES DE DISTRIBUTION D’EAU POTABLE EN ZONES ARIDES D’ALGERIE (CAS DE LA REGION DE BISKRA) ................................................................................................................................... 54

MASMOUDI R.1, KETTAB A.

2 ..................................................................................................................... 54

EVALUATION DES CHANGEMENTS DANS LA PLUVIOMETRIE DU BASSIN VERSANT DE LA TAFNA (NORD-OUEST DE L’ALGERIE) ........................................................................................................................................................... 66

GHENIM AN

1, MEGNOUNIF A

2, DJELLOUL SMIR

SM

3 ............................................................................... 66

CHANGEMENT CLIMATIQUE ET EFFETS DE LA SECHERESSE SUR LES FORETS DU TELL ALGERIEN .......................... 78

HAFIZA TATAR ............................................................................................................................................. 78

PERIODICITE SAISONNIERE DES CHANGEMENTS HYDROCHIMIQUES DES EAUX DES AQUIFERES ALLUVIAUX : CAS DE LA NAPPE ALLUVIALE DE DREAN-ANNABA (EST ALGERIEN) ............................................................................ 91

LARBI DJABRI* - AZZEDINE HANI*- SAAD. BOUHSINA** ........................................................................... 91

REPRESENTATIVITE DE LA QUALITE DES EAUX D’UNE RIVIERE SUD MEDITERRANEENNE EN ALGERIE A L’ECHELLE GLOBALE ............................................................................................................................................................ 109

MESSAI-MAANE SAMIRA

1, LAIGNEL BENOIT

2, MADANI KHODIR

3. ................................................................. 109

EVALUATION DES RESSOURCES EN EAU EN TUNISIE .......................................................................................... 120

HABAIEB HAMADI1, FRIGUI HASSEN LOTFI

2 .................................................................................................. 120

LE REGIME HYDROLOGIQUE DU FLEUVE SENEGAL, ENTRE VARIABILITE CLIMATIQUE ET EFFET DES BARRAGES : UNE APPROCHE STATISTIQUE ............................................................................................................................ 131

CISSE MOHAMED TALLA1, SOUSSOU SAMBOU

2, DIEME YAYA

2 ....................................................................... 131

CARTOGRAPHIE DE LA VULNERABILITE SPATIALE DE L'ALLUVIONNMENT DES LACS COLLINAIRES DE LA DORSALE TUNISIENNE MOYENNANT L'UTILISATION DES OUTILS STATISTIQUES MULTIVARIES ......................................... 143

IMEN AYADI1, HABIB ABIDA2 .................................................................................................................. 143

LES IMPACTS POTENTIELS DES CHANGEMENTS CLIMATIQUES SUR LES RESSOURCES EN EAU DE SURFACE : CAS DU BASSIN VERSANT DE LA SOUMMAM, ALGERIE ............................................................................................. 155

AZZI. A 1, MEDJERAB. A

2. ......................................................................................................................... 155

6

SYNTHESE CARTOGRAPHIQUE DES BILANS HYDRIQUES DE L'ALGERIE DU NORD PAR MODELE DISTRIBUE ........ 163

AZEDDINE MEBARKI1 ET JEAN PIERRE LABORDE

2 ......................................................................................... 163

L’ETAT QUALITATIF ET QUANTITATIF DES RESSOURCES EN EAU DE LA WILAYA DE BEJAIA ................................ 175

BIR HASSIBA 1, MADANI KHODIR

2, MERZOUK BELKACEM

3 .............................................................................. 175

ANALYSE ECONOMIQUE DE LA RECHARGE ARTIFICIELLE DE LA NAPPE SOUTERRAINE PAR LES EAUX USEES TRAITEES: CAS DE KORBA .................................................................................................................................. 188

ALI CHEBIL(1)

, HSSEN KHEMIR(2)

, NOUREDDINE GAALOUL(1)

, AYMEN FRIJA(2)

.................................................. 188

7

Caractérisation spatio-temporelle de la sècheresse: cas du bassin versant de la Medjerda, Tunisie

Manel Ellouze 1 , Habib Abida 2

1 Maître Assistant, Faculté des Sciences de Sfax, Route Sokra, B.P 802, 1171, 3000 Sfax, Tunisie ; téléphone : 216 98510385, télécopie : 216 74274437, e-mail : [email protected]

2 Professeur, Faculté des Sciences de Sfax, Route Sokra, B.P 802, 1171, 3000 Sfax, Tunisie ; téléphone : 216 98952472, télécopie : 216 74274437, e-mail : [email protected].

Résumé - Cette étude s’intéresse à la caractérisation météorologique et hydrologique de la sècheresse dans le bassin

versant de la Medjerda. Le bassin versant de la Medjerda, divisé en 5 sous bassins, a été étudié sur la base des données de 26 stations pluviométriques et 11 stations hydrométriques s'étendant sur une chronologie de 70 ans. L’analyse des critères

statistiques montre que les périodes de sècheresse les plus recensées, prolongées et commune pour les différents sous bassins correspondent aux années entre 1942-1947, 1965-1968, 1987-1989 et 1992. A l’échelle mensuelle, les résultats obtenus

moyennant l’indice standardisé de précipitation (SPI) montrent que les effets saisonniers des épisodes secs détectés à court terme n’ont aucun effet sur le cumul annuel et leurs durées ne dépassent guère les 2 mois. A moyen terme, la séquence sèche entre décembre 1900 et juin 1901 est commune pour 4 sous bassins (1, 2, 4 et 5) et comprend la valeur extrême du SPI-12 mois. A long terme, trois événements secs de grandes ampleurs ont été identifiés pour les bassins 1, 2 et 5. L’analyse des séries

hydrométriques a confirmé les résultats obtenus par la caractérisation annuelle des sècheresses météorologiques, qui sont avérés étroitement liés à la variabilité temporelle des écoulements dans le bassin de la Medjerda.

Mots clés : Sècheresse, pluviométrie, indice standardisé de précipitation, la Medjerda.

Abstract - Spatio-temporal characterization of drought: case of Medjerda watershed, Tunisia. This study focuses on meteorological and hydrological characterization of drought in the Medjerda watershed.

Medjerda basin is divided into five sub-basins and has been studied on the basis of 26 rainfall data set and hydrometric data of 11 stations over a period of 70 years. Statistical analysis shows that the most identified drought periods, shared and extended for the delineated sub-basins correspond to the years between 1942-1947, 1965-1968, 1987-1989 and 1992. Monthly analysis based on the standardized precipitation index (SPI), showed that the seasonal effects of dry spells detected in the short term has no effect on the annual and cumulative periods rarely exceed 2 months. In the medium term, the dry events detected between December 1900 and June 1901 is common for four sub-basins (1, 2 , 4 and 5 ) and includes the extreme value of the SPI- 12 months. In the long term , three important dry events have been identified for basins 1, 2 and 5. The analysis of hydrometric series confirmed the results of the annual drought characterization, which are found closely related to the temporal variability of flows in the Medjerda basin.

Keywords : Drought, rainfall, standardized precipitation index, Medjerda watershed.

Introduction

Depuis quelques années, plusieurs études ont porté sur les changements planétaires, dont plusieurs se sont attardées sur les inondations et les sécheresses (Bobée, 1994 ; Yushang, 2000 ; Prudent, 2008 ; Wilhite et Glantz, 1985; Kogan et Sullivan, 1993; Kogan, 1997; Park et al. 2004; Jang, 2004). Entre 1990 et 2001, notre planète a subi 2 200 catastrophes naturelles liées à l'eau, d’après l'Organisation des Nations Unies pour l'éducation, la science et la nature (UNESCO)

dont 11% représente la sècheresse. La sécheresse est une cause principale de mortalité dans le monde entier et elle est à l'origine de près de la moitié des victimes des catastrophes naturelles, affectant l’économie et l’environnement (Obassi, 1994 ; Bruce, 1994; Wilhite, 2000). Elle est l’origine des pertes de récoltes (Austin et al. 1998; Leilah et Al-Khateb, 2005), des pénuries et des dégradations des ressources, des désertifications (Evans et Geerken, 2004) et même de certains incendies (Pausas, 2004).

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Plusieurs efforts pour le développement de nouvelles méthodologies d’estimation et de

quantification des différents aspects liés à la sécheresse ont été déployés, tel que les différences spatiales de la sécheresse (Beersma et Buishand, 2004), la prédiction des sécheresses par les indices de la circulation atmosphérique (Lloyd - Hughes et Saunders, 2002), et la mitigation des effets de la sécheresse (WMO, 2000). Cependant, plus d'efforts ont été fournis pour développer des indices de la sécheresse, permettant une identification précoce de son intensité et son ampleur. Ces indices sont primordiaux pour l’analyse et la planification continue des sécheresses

dans le temps et dans l’espace (Svoboda et al. 2002).

Plusieurs études de caractérisation des sècheresses annuelles et mensuelles ont été effectuées en Tunisie (Frigui, 2002). La caractérisation de la sécheresse en Tunisie centrale et méridionale, ainsi que la détermination de sa périodicité et sa récurrence est investie moyennant l’indice

standardisé de précipitations (Ellouze, 2010). Trois périodes de sècheresse commune ont été recensées, dévoilant que la sècheresse est beaucoup plus importante en intensité et en fréquence pour la première (de 1935 à 1947) comparée aux deux autres (1979-1988 et 1992-2001). Cette constatation a confirmé que les conditions sèches sont devenues plus répétitives à partir de la deuxième moitié du siècle étudié. L’analyse des ruptures et la caractérisation mensuelles ont

prouvé que le changement de la répartition spatio-temporelle intéresse le milieu des années 1930 et 1970 et la fin des années 1980 (Ellouze, 2010).

Dans ce contexte, cette étude présente l’intérêt de certaines méthodes statistiques pour

interpréter la variabilité temporelle des précipitations du bassin versant de la Medjerda et analyser les changements climatiques qui ont contribué à la diminution et l’instabilité de la

ressource eau. Le but est de développer des mécanismes de diagnostic à grande échelle et de les intégrer dans un plan cohérent d'informations spatialisées et statistiques pour détecter, suivre et aider à comprendre la nature et la périodicité de la sécheresse.

1. Méthodologie

La première étape de l’analyse consiste à faire le dépouillement et la vérification des séries

pluviométriques moyennant des critères statistiques, à savoir les tests d’indépendance, de

stationnarité et d’homogénéité. Ces hypothèses ont été vérifiées moyennant le modèle CFA (Consolidated Frequency Analysis package of Environment Canada (Pilon et Harvey, 1994)).

Des outils statistiques sont utilisés pour compléter l’analyse de caractérisation des sècheresses

annuelle et mensuelle et clarifier les causes et les tendances de la variabilité spatio-temporelle des précipitations. Les indices et les approches statistiques sont adoptés étant les plus répandus dans les analyses des sècheresses. Quatre indices statistiques sont appliqués pour l’analyse de la

variabilité et la tendance des précipitations annuelles dans chacune des régions délimitées, à savoir l’indice de pluviosité cumulé, le test de l’indice du nombre d’écart type, la distribution des

déciles et la distribution des fréquences. Une caractérisation finale du microclimat caractéristique de l’année étudiée (sèche ou humide), a permis de quantifier le nombre des épisodes secs et

humides de la région considérée et identifier la périodicité et la chronique de succession de ses épisodes.

Pour mieux approfondir les résultats obtenus, l’analyse mensuelle s’intéresse seulement aux

séquences sèches déjà identifiées et présentant une grande variabilité annuelle. L’indice de

précipitation standardisé est le modèle fréquentiel choisi pour la caractérisation de la sècheresse au pas mensuel. En effet, son utilisation est assez facile et tient compte des conditions d’humidité

9

antécédentes. En 1993, McKee et al, ont développé l'Indice de Précipitation Standardisé (SPI) à l’université du Colorado afin de définir et étudier la sécheresse pour une région donnée pendant un laps de temps déterminé.

Le SPI peut représenter efficacement la quantité de pluie pour un pas de temps donné, avec l'avantage de fournir une comparaison par rapport à la valeur normale permettant de caractériser la sècheresse pour le site étudié. Les résultats obtenus sont donnés sous forme d'écart types des moyennes basées sur la distribution des séries pluviométriques utilisées. Plus la taille des séries est longue, plus les résultats sont meilleurs et fiables. De plus, les valeurs du SPI peuvent être extraites pour un laps de temps bien défini, indépendamment de la longueur de la série de données et la chronologie utilisées.

2. Zone d’étude et banque de données

La zone d’étude (bassin versant de la Medjerda) est caractérisée par un climat semi-aride. Comparé au nord du pays, le secteur est bien suivi sur le plan hydrométéorologique. Les mesures et les prélèvements annuels, mensuels et même journaliers sont édités par la Direction Générale des Ressources en Eau (DGRE). La zone d’étude (Fig. 1) présentant une superficie de l'ordre de

22 000 km2, dispose d’un réseau hydrographique à répartition non uniforme et dont l’importance

diminue du nord-ouest vers le sud-est. Il est à noter qu’une partie du bassin se trouve en Algérie, toutefois, cette étude s’intéresse seulement à la partie tunisienne du bassin. Un total de 26

stations pluviométriques et 6 stations hydrométriques, bien réparties sur l’ensemble du bassin

versant de la Medjerda, ont été considérées. Les stations choisies se caractérisent par une chronologie d’observations relativement importante (69 ans en moyenne). Le bassin versant de la

Medjerda est subdivisé en cinq sous bassins (Fig.1) ; bassin1 : la basse vallée de la Medjerda ; bassin2 : le bassin versant de l’oued Mellegue ; bassin3 : le bassin versant de l’oued Tessa ; bassin4 : le bassin versant de l’oued Siliana et bassin5 : la haute vallée de l’oued Medjerda.

10

Figure 1. Situation géographique des stations des mesures de la zone d’étude (DGRE).

Le bassin versant de la Medjerda montre une grande variation d’altitudes même au sein des

sous bassins eux-mêmes, augmentant selon la direction nord-est, sud-ouest. Le bassin 4 présente une différence d’altitude en allant d’une altitude de 112 m au nord à 900 m au sud du bassin4. Le bassin versant de la Medjerda est un bassin transitoire de point de vue altitude entre le nord et le sud, en passant de 10 m pour les stations qui se situent au nord-est du bassin (zone côtière) jusqu’à 1020 m pour celles du sud-ouest du bassin située dans la région montagneuse de la dorsale Tunisienne (fig. 2).

11

Figure 2. Carte de relief du bassin versant de la Medjerda.

La pluviométrie moyenne annuelle de l’ensemble du bassin versant de la Medjerda est de

431.4 mm. Les moyennes les plus importantes sont observées au niveau de la vallée de la Medjerda située au nord du bassin versant. La basse vallée de la Medjerda (bassin 1) enregistre une pluviométrie moyenne de 473.6 mm. La haute vallée (bassin5) présente 442.3 mm de pluie moyenne. Les chaines de Khémirs, Mogods et Hédhil qui s’inclinent du sud-ouest vers le nord-est bordent la vallée de la Medjerda au nord (fig. 2). L’ouverture du bassin 1 à la mer l’expose

davantage aux flux pluvieux nordiques (de nord-ouest, nord et nord-est). La mer étant source de vapeur, le passage des flux pluvieux renforce ces potentialités pluviométriques. Tout en allant vers le sud (bassin 2,3 et 4) la pluviométrie diminue. La diminution de la pluviométrie dans la direction nord-sud s’explique par la présence des chaines des Khémirs et Mogods bordant la

vallée de la Medjerda au nord et les montagnes du Haut Tell au sud, les reliefs de la Kroumirie retiennent l’essentiel des précipitations qui régressent ensuite vers l’intérieur (fig 3).

Pour que les résultats de cette analyse soient théoriquement valides, les séries d’observation

doivent être indépendantes, homogènes et sans tendance. Ces tests sont effectués à un niveau de confiance égal à 99 %. Seulement 18 stations qui ont réussi les tests d’indépendance, de tendance

et d’homogénéité. Les tests ont été repris pour les huit stations au seuil de 95%. Ainsi, toutes les

stations pluviométriques ont des données fiables, à l’échelle annuelle, et l’homogénéité est

acceptée au niveau 5% de seuil.

12

Figure 3. Variation mensuelle des précipitations moyennes des 5 bassins de la Medjerda.

3. Discussion et résultats

Dans chacun des bassins délimités, les quatre critères C1, C2, C3 et C4 (écart à la moyenne, indice du nombre d’écarts-types, la distribution des fréquences et la distribution des déciles) sont appliqués localement pour chacune des séries de données. Une classification régionale en classes de sècheresses est établie pour chacun des sous bassins antérieurement délimités. Le nombre de cellules sèches annuelles est déterminé pour chaque groupe. Ensuite, on a calculé le pourcentage de ces cases par rapport à leur nombre total (le nombre de stations multiplié par les quatre critères). Une année est considérée normale si le pourcentage de cases sèches est inférieur à 25%. Ce pourcentage est inférieur à 40% pour une sècheresse moyenne. Au-delà de 40%, l’année est

considérée fortement sèche. L’année est humide seulement si aucune cellule sèche n’est détectée.

Le nombre d’années appartenant à chacune des classes ainsi définies, est présenté par la figure

(4). On remarque que pour les cinq groupes, le nombre des épisodes très secs et secs sont très

13

proches. Néanmoins, la sècheresse varie légèrement entre 32% du temps analysé pour le bassin 1 (situé au nord du bassin de la Medjerda présentant une ouverture sur la mer) et 37% pour le bassin 4 localisé au centre est. Le bassin 4 est le plus vulnérable à la sècheresse. Les bassins 1 et 5 bordées au nord par les chaines de Kroumirie et Mogods (fig. 2) ainsi que le bassin 3 (situé au centre) bordé au sud par la dorsale tunisienne présentent le pourcentage d’humidité le plus

important (37% du temps analysé).

La détection des années de forte sècheresse montre une légère variabilité pour les cinq bassins avec une valeur moyenne égale à 33% du temps analysé. La durée moyenne des épisodes secs varie entre une année et deux années. Chaque bassin présente des pourcentages de sècheresse et d’humidité qui sont presque égaux. Le bassin 4 dévoile le pourcentage de sècheresse le plus

élevé ainsi que le nombre de séquences sèches le plus important ( 26), formant ainsi le bassin le plus vulnérable, bordé au sud par un alignement des chaines de montagnes au nord de la Dorsale tunisienne.

Les années 1901, 1913, 1924, 1926, 1937, 1950, 1960, 1966, 1968, 1985, 1987/1988, 1993/1994, 1996, 2001et 2007 correspond aux années les plus sèches durant toute la période d’étude pour toute la région étudiée où les moyennes de précipitations annuelles subissent une diminution très importante. Les années 1931, 1939, 1969, 1972 et 2002/2003 sont les plus humides pour les différents bassins de Medjerda durant le temps analysé ce qui explique les importantes inondations provoquées par des pluies brutales et intenses au niveau du bassin versant de la Medjerda (Jemmali et al., 2009) durant les périodes (décembre 1931, janvier 1940, septembre 1969, mars 1973 et janvier-février 2003 respectivement). Les périodes de sècheresse les plus recensées, prolongées et communes pour les différents bassins de la Medjerda correspondent aux années entre 1942-1947, 1965-1968, 1987-1989 et 1992-1994.

En considérant les dates d’éventuelles sècheresses qui sont apparues à travers les méthodes précédentes, l’occurrence des pluies maximales et les valeurs du SPI pour trois échelles de temps

différentes (court, moyen et long termes) sont calculées pour chacune des stations météorologiques. Les valeurs du SPI-3 mois constituent le court terme. Le moyen et le long termes sont obtenus à travers les valeurs du (SPI-12 mois et SPI-24 mois) respectivement. Ensuite, la moyenne mensuelle du SPI est calculée pour chaque sous bassin et pour chaque échelle de temps. Une analyse comparative entre sous bassins portant sur la fréquence, la durée, l’intensité et la distribution spatiale des sècheresses à court, moyen et long termes est effectuée.

Une sècheresse est définie pour les valeurs du SPI inférieures à (-0,99). La durée de la séquence sèche coïncide alors avec la durée durant laquelle les valeurs du SPI restent inférieures à cette valeur (Lopez et al, 2006).

La représentation de l’occurrence mensuelle des pluies maximales pour chaque bassin permet

d’identifier la saison et le mois pour lesquels la tendance à la sècheresse est la plus forte. Les diagrammes (Fig. 4) donnant l’occurrence des pluies maximales qui sont représentés pour

chaque bassin montrent que pour les bassins 1,4 et 5 ; l’occurrence maximale est constatée pour

les mois décembre, janvier et février. La figure 4 dévoile aussi que l’occurrence des pluies

pendant la saison estivale ne dépasse pas pour chacun des 5 bassins les 4 évènements observés pour le bassin 2. L’importance de la pluviométrie pour l’ensemble du bassin versant de la Medjerda et la répartition saisonnière des précipitations sont expliquées par l’influence des

perturbations de nord-ouest, les perturbations régénérées et les perturbations d’ouest (Front

polaire : hiver et printemps), la « Goutte froides » d’altitude (front méditerranéen : automne-hiver) et les perturbations sahariennes (Front saharien : automne, hiver et printemps).

14

Les sècheresses modérées sévissent sur une période moyenne estimée à 10% du temps analysé. Des séquences sèches sévères ont été détectées pour les cinq bassins, débutant en mars et prenant fin en octobre de l’année 1900. Le bassin 5 présente le nombre le plus important

d’évènements secs (66 évènements) dont la durée moyenne égale à 1,85. Pendant 7,91% du

temps analysé, une valeur extrême du SPI est observée en mars 2000. La période la plus importante s’étende sur 8 mois à partir du mois de mars 1900 jusqu’à octobre.

Figure 4. Répartition des classes de sècheresse pour les différents bassins.

Les résultats obtenus suite à l’analyse de la répartition temporelle du SPI-12 mois (moyen terme), montrent que la fréquence des épisodes secs diminue alors que la durée moyenne devienne plus importante ( 3 mois) par rapport au court terme. La séquence sèche entre décembre 1900 et juin 1901 est commune pour les 4 bassins (1,2, 4 et 5) et comprend la valeur extrême du SPI-12 mois. Les années 1943 et 1961 présentent un maximum de mois secs pour la majorité des bassins ce qui confirme les résultats du pas annuel. Les bassins 1, 2, 4 et 5 présentent tous six séquences avec une durée supérieure à 6 mois successifs.

A long terme (SPI-24 mois), l’indice standardisé de précipitation, variant moins, permet

d’identifier avec plus de précision les épisodes de déficit ou d’excédent de précipitations, ayant

des conséquences sur l’hydrologie. La période entre décembre 1901 et juin 1902 correspond à la

séquence sèche commune pour les différents bassins. Le bassin 4 présente le nombre le plus important de séquences sèches. Douze évènements secs sont recensés dont le plus long s’étend

de décembre 1943 à octobre 1944, confirmant les résultats trouvés à l’échelle annuel. Les

sècheresses détectées présentent un pourcentage de 5,66% du temps total analysé présentant une durée moyenne de 4 mois. Deux évènements de grandes ampleurs pour le SPI-24 mois présentant une durée importante de 12 mois correspondant aux périodes entre août 1908 et juillet 1909 et la deuxième de novembre 1994 et octobre 1995 (les années 1907/1908 et 1994 sont très sèches au pas annuel) ont été recensés pour les cinq bassins.

La comparaison entre les cinq zones délimitées (Fig. 1), montre des conditions climatiques similaires et des périodes sèches communes plus persistantes et récurrentes vers les années 1980.

15

Les bassins 2, 4 et 5 représentent les zones les plus vulnérables. De ce fait, les sècheresses sont moins signifiantes dans les zones de relief élevé. Les deux bassins 1 et 3 (La basse vallée et le bassin versant de l’oued Tessa respectivement) présentent les fluctuations les moins importantes des précipitations prouvant que la corrélation entre le relief et la variance des précipitations est implicite.

L’estimation de l’extension géographique de la sècheresse est possible en utilisant les cartes

mensuelles établies à partir du nombre de stations météorologiques indiquant des sècheresses selon les trois échelles de temps définies. Les résultats sont résumés dans le tableau ci-dessous (Tab. 1). A court terme, un nombre important d’évènements secs est recensé au milieu des

années 1960, 1970, 1980 et 1990. Le bassin 5, situé au nord ouest, correspond à la zone la plus affectée par les déficits pluviométriques se présentant par un nombre élevé de pics de pourcentage de 100% contrairement aux autres bassins. Le phénomène de plus grande ampleur pour le SPI-3 mois est observé pour l’année 1968 (année très sèche pour la totalité du bassin

versant) dont 14 stations réparties sur les 4 bassins 1, 2, 3 et 4 montent un déficit pluviométrique pour les mois de septembre, octobre et novembre, due à l’arrêt des perturbations d’automne et

l’effet des perturbations sahariennes au cours de cette année. Les années 1960, 2000, 2001 et

2002 présentent des évènements secs très remarquables pour les différents bassins observés surtout pour les mois octobre-novembre, mars-avril, novembre-décembre, janvier-février-mars respectivement.

Pour le moyen terme (SPI-12 mois), on observe que la diminution des précipitations annuelles intéresse les mois de février et mars 1995 où 58% des stations sont touchées par des sècheresses modérées dans chacun des cinq bassins. Ces résultats confirment ceux de l’analyse annuelle,

dévoilant que l’année hydrologique 1994-1995 est très sèche pour la totalité du bassin versant. La comparaison entre les différents bassins montre que les bassins 1 (au nord est) et 3 (au centre) sont les moins touchés par la sècheresse présentant un seul pic. Les bassins 2 (au sud), 4 (au centre est) et 5 (au nord ouest) semblent être plus vulnérables révélant un nombre de pics détectés en (1961, 1962, 1994 et 1995), (1995 et 2002) et (1968, 1985, 1993 et 1995) respectivement.

A long terme (SPI-24 mois), les bassins 1 (nord est), 2 (sud) et 5 (nord ouest) présentent au maximum trois périodes de variation des précipitations mensuelles. Ces épisodes sont détectées en (1944, 1968 et en 1969), (1994, 1995 et 1996) et (1965, 1966 et 1989) respectivement. Le tableau 1 dévoile que le bassin 5 (au nord ouest) est touché par une sècheresse sévère (100%) observée en novembre 1989. Les bassins 3 (au centre) et 4 (au centre est) montrent chacun un seul pic observé en 1994 et 1995 respectivement. On remarque de plus, qu’à partir de l’année

2002, les événements secs sont moins récurrents et révèlent dans la plupart du temps des conditions modérées et proches de la normale pour tout le secteur d’étude avec une tendance

humide qui débute à partir des années 2003.

16

Tableau 1. Pourcentage des zones affectées par la sècheresse à différentes échelles de temps.

Echelle de temps

Paramètres observés

Bassin1

Bassin2

Bassin3

Bassin4

Bassin5

Court terme

SPI-3 mois

Fréquence 43

32

20 50

66

Durée moyenne (mois)

1,82

1,94

2,35

2,1

1,85

% du temps sous sècheresse

10,38

5 ,92

6,89

6,3

7,91

Valeur extrême du SPI

(date d’occurrence)

-2,36

(1900,

Mars-Juil)

-2,32

(1900,

Mars)

-1,33

(1966,

Mars)

-2,36

(1900,

Mars-Juil)

-1,54

(2000,

Mars)

Moyen terme

SPI-12 mois

Fréquence 19

16

3 25

28


3,26

3,94

10 3,44

2,89


11,32

5,5

8,38

6,03

7,11



-3,38

(1901,

Fév)

-3,13

(1901,

Mai)

-1,08

(1966, Avr)

-5,09

(1901, Avr)

-1,53

(1965,

Juin)

Long terme

SPI-24 mois

Fréquence 12

12

3 17

14


4,17

4,58

8 4,41

2,5


10,39

5,66

8,68

5,14

5,44



-3,35

(1902,

Fév)

-6,44

(1902,Fév)

-1,04

(1966, Juin)

(1967,Juin)

-5,7

(1902, Janv)

-1,78

(1966,

Avr)

17

Conclusion

Les résultats obtenus permettent de conclure que les sècheresses modérées sévissent en moyenne durant 7 % de la période analysée. Les périodes les plus remarquables pour l’intensité

et leur durée concernent essentiellement le sud de la zone d’étude. Ces dernières, commençant au début des années 1980, sont recensées pour les régions du centre mais avec moins de sévérité. A moyen terme, les déficits détectés confirment l’existence des intervalles secs déjà définis par

l’étude de l’échelle annuelle. Les sous bassins 2 (au sud), 4 (au centre est) et 5 (au nord ouest) sont les plus touchées par la diminution des quantités de pluies surtout pour les périodes de 1965 à 1968 et de 1987 à 1989.

Les valeurs du SPI à long terme calculés pour les cinq sous bassins, prouvent que les régions situées au nord et centre du bassin de la Medjerda (1 et 3 respectivement) présente les fluctuations les moins importantes des précipitations prouvant que la corrélation entre le relief et la variance des précipitations est implicite. Les déficits sont particulièrement dus aux manques des pluies au cours des saisons d’automne, hiver et printemps suite à la variance des hauteurs

pluviométriques des mois de décembre, octobre, novembre, mars et mai. Les distributions spatiales des sècheresses confirment que la récurrence des périodes sèches et leur sévérité diminue selon la direction nord-sud, montrant des conditions climatiques similaires et des périodes sèches communes pour les cinq sous bassins de la Medjerda.

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19

Apport des méthodes géochimiques et isotopiques dans l’étude de l’impact climatique et anthropique sur un aquifère

phréatique côtier de la Tunisie Nord Orientale

BEN AMMAR S.1,3, TAUPIN J-D.2, ZOUARI K.3, KHOUATMIA M.4 , BEN ASSI M.5 1 ISTEUB, La Charguia II, Univ. de Carthage, Tunis – Tunisie. [email protected] 2 Hydrosciences, UMR 5569 (IRD, CNRS, UM1, UM2), Montpellier-France. [email protected] 3 LRAE, ENI Sfax, Univ. de Sfax route de Soukra, Sfax – Tunisie. [email protected] 4 CNSTN, Sidi Thabet, Tunis – Tunisie. [email protected] 5 SONEDE, El Manar, Tunis – Tunisi. [email protected]

Résumé - Comme la plupart des aquifères phréatiques bordant les côtes orientales tunisiennes, celui de la plaine de Oussja-Ghar el Melah (Nord-est tunisien), souffre depuis plusieurs décennies d’une forte exploitation des

ressources et d’une dégradation significative de la qualité des eaux engendrées par une forte urbanisation de la

plaine, par une grande extension des terres cultivée et par le développement des cultures fortement consommatrices d’eau. Les résultats préliminaires tirées d’une étude hydrochimique (éléments majeurs et traces) et isotopique (

18O, 2H et 3

H) ont permis de montrer que le retour d’eaux d’irrigation riches en fertilisant chimiques et organiques et en

sels chlorurés déposés par les embruns marin en zone basse prés des côtes; serait la principale source de salinisation des eaux souterraines. Toutefois, dans les parties topographiques plus élevées la nappe garde encore les traces d’une recharge naturelle qui semble un peu plus ancienne.

Mots clés : Aquifère, Hydrogéochimie, Isotopes de l’eau, Tunisie

Abstract - Use of geochemical and isotope tools in climate and anthropogenic effect study in north eastern Tunisian coastal ground water.

During recent decades, phreatic aquifers situated in the eastern coastal part of Tunisia are suffering overexploitation and degradation of groundwater resources caused by great increase in water demand to satisfy agriculture and domestic uses and the urbanization. In the plain of Oussja-Ghar el Melah (north-east part of Tunisia), phreatic water resources are affected by diffuse pollution caused by intensive agricultural activities. Preliminary results from a dual geochemical (major and trace elements) and isotopic (18O, 2H and 3H) approach shows that the return of irrigation water rich in organic and chemical fertilizers and salts deposits caused by marine sprays are the main sources of groundwater salinization. In the upstream part of the plain, traces of a previous natural recharge are observed.

Keywords: Groundwater, Hydrogeochemistry, Water isotopes, Tunisia

Introduction

Au cours des dernières décennies, l’activité humaine et les changements climatiques ont

largement modifié les cycles hydrologiques notamment en zones côtières, occupées par environ 50 % de la population mondiale (Custodio E. et Bruggeman, 1987). En Tunisie, à l’échelle du

pays, 75 % de la population est en zone urbaine, et parmi celle-ci les 3/4 appartiennent à des villes situées sur le littoral .

Le bassin méditerranéen constitue une zone où l’abondance des eaux, la fertilité des terres et

le climat doux sur les côtes, ont engendré une migration continue vers les zones côtières. Cette augmentation de population s’est traduite par un changement d’occupation des sols et surtout par

un pompage intensif de l’eau souterraine afin de satisfaire, une demande domestique toujours

croissante mais surtout, des besoins en eaux de plus en plus importants dans le domaine agricole. Cette demande est due à l'extension des terres cultivées et notamment au développement des

20

cultures irriguées. Cette situation a engendré de graves conséquences sur les ressources en eau surtout phréatiques, marquées par une baisse des niveaux des nappes, qui peut localement être matérialisée par des processus d'intrusion marine et plus généralement par la dégradation de la qualité des eaux…

Les nappes phréatiques des côtes orientales de la Tunisie sont un exemple de ce type d’aquifères côtiers soumis à des contraintes climatiques et anthropiques sévères. Depuis plusieurs années, elles connaissent une dégradation qualitative et quantitative de leurs ressources qui est une conséquence directe de la forte exploitation afin de satisfaire une demande en accroissement continu (Fedrigoni et al., 2001; Trabelsi et al., 2007; Kouzana et al., 2009).

La plaine de Oussja Ghar Melah (OGM) est l’une des zones les plus cultivées de la Tunisie

nord orientale. La nappe phréatique qu’elle renferme constitue la principale ressource de la

région. Depuis plusieurs années, le problème de salinisation des eaux de cette nappe préoccupe les autorités régionales et les exploitants locaux. Cette augmentation de la salinité des eaux pourrait être un facteur limitant quand à leur utilisation et pourrait conduire à une dégradation de la qualité des sols. La surexploitation de la ressource en eau pourrait aussi conduire à une invasion d’eaux marines sur les portions côtières.

Ce papier présente les premiers résultats obtenus des mesures hydrodynamiques, géochimiques, isotopiques des stables de l'eau, et, tritium, permettant une évaluation régionale de la qualité des eaux et des temps de résidence.

1. Contexte général

La plaine côtière de OGM est située dans le NE tunisien, à environ 40 km au Nord de la capitale Tunis et à 30 km au SO de Bizerte. Elle est limitée, par une série de montagnes se relayant du nord (Nadhour; 300 m) au Sud-Ouest (Kechabta; 400 m), et du coté est, par la Méditerranée et la lagune de Ghar el Melah (Fig. 1).

Le climat de la région est de type semi-aride à hiver doux. La pluviométrie moyenne est de l’ordre de 500 mm.a

-1 et les températures moyennes sont modérées; variant entre 11°C en hiver et 27°C en été. Le fort contraste de pluviosité et de température entre un hiver doux et humide et un été chaud et sec, est atténué par la proximité de la mer.

La plaine se caractérise par des altitudes faibles qui dépassent rarement 20 m aux piedmonts des montagnes et qui sont proches de 3 m au centre de la plaine. Ces pentes topographiques faibles ont favorisé l’extension des terres humides et marécageuses dans la partie orientale aux environs de l’oued Medjerda et de la lagune de Ghar el Melah.

L’agriculture et la pêche sont les principales activités de la région. Le maraîchage sous

irrigation domine de loin les pratiques agricoles. Toutefois, l’arboriculture et la céréaliculture

sont majoritaires en zone de piedmonts. Les terres cultivées sont parfois fortement réduites par l'urbanisation croissante des agglomérations locales (Gournata, Ezzouaouine, Oussja et Ghar el Melah). Cette extension des zones urbaines est due à un accroissement de la population locale et au phénomène de périurbanisation en développement dans les zones proches de la capitale.

C’est ainsi que la pression sur les ressources en eau sur la zone d'étude a considérablement

augmenté durant les dernières décennies à cause d'une part, de l’extension des terres agricoles et

urbaines et d'autre part, à cause de l’augmentation considérable du nombre de puits en raison du

morcellement des terres suite aux héritages successifs et, qui a comme conséquence immédiate

21

un pompage des eaux souterraines en forte augmentation.

Figure 1. Situation géographique de la zone d’étude.

2. Cadre géologique

La zone d’étude fait partie du bassin molassique du NE tunisien qui a été engendré au

moment de l'importante subsidence au cours du Mio-Pliocène. Sur les reliefs de bordure qui, correspondent à des structures monoclinales, affleurent des formations gréso-sableuses et argileuses attribuées au Mio-Pliocène, d'une épaisseur de plus de 260 m au niveau du J. Nadhour (Burrolet, 1951). La zone basse de OGM correspond à une ancienne plaine deltaïque comblée par des dépôts fluviatiles récents de la Medjerda suite au retrait de la mer. Les travaux de géophysique et les récentes études (Ammar, 1986; Oueslati et al., 2006) ont montré qu’il s’agit

d’une structure synclinale constituée généralement par des alluvions détritiques (sablo-argileux et limoneux) d’âge Pliocène supérieur à Quaternaire issus de défluviations successives de la

basse vallée de Medjerda. L’épaisseur de cette formation varie de 100 à 300 m au sud de Gournata, environ 600 m à Oussja et dépasse 700 m en zone basse au voisinage de la lagune de Ghar el Melah. Ces dépôts récents constituent un réservoir hydrogéologique favorable où circulent les eaux de la nappe phréatique de OGM. Dans la région située à l’Est de la ville de

Ghar el Melah (entre la montagne de Nadhour et la mer ou la lagune) où la largeur de la zone n’excède pas quelques centaine de mètres; la nappe se loge dans les formations d’éboulis de

pente du J. Nadhour.

3. Hydrogéologie de la plaine

La nappe est alimentée à partir de l’infiltration directe des eaux pluviales et des eaux de

ruissellement centralisées dans les oueds descendant des reliefs de bordure vers la lagune notamment les oueds Saadane et el Kherba au Nord, l’oued el Melah dans la partie centrale et

l'oued Tlil au Sud. L’écoulement global des eaux souterraines prend une direction NO-SE. La zone basse traversée par la Medjerda et le lac de Ghar el Melah constituent l’exutoire naturel des

22

eaux souterraines et de surface (Fig. 2). Le niveau statique de la nappe est assez variable selon les zones de captage. Il se trouve entre 60 à 70 m de profondeur dans les zones hautes aux piedmonts des djebels et passe à moins d’un mètre en zones basses de la plaine notamment sur les bordures de la lagune de Ghar el Melah.

Les essais de pompages de nappe effectués sur quelques points d’eau indiquent une

transmissivité faible en raison de la lithologie fine de la formation aquifère (abondance d’argile

et de silts). Les valeurs de transmissivité varient de 3 à 9.10-4 m2/s au sud-ouest de la plaine et de 1 à 5,5.10-4 m2/s aux environs de Oussja.

L’exploitation actuelle des eaux de la nappe est proche de 13 Mm3 (Bouzourra, 2009). Elle

dépasse largement les volumes de recharge naturelle estimés à 7 Mm3. Cette surexploitation observée depuis plusieurs années est une conséquence directe de la pratique de cultures irriguées et de l’extension des terres cultivées. Les volumes les plus importants sont tirés dans la région située entre Ezzouaouine et Ghar el Melah où l'on observe la plus grande concentration de puits dont la plupart sont équipés de motopompes.

Figure 2. Piézométrie de la nappe phréatique de Oussja Ghar el Melah (d'après Bouzourra, 2009).

4. Hydrogéochimie

Pour cette étude les prélèvements ont été effectués entre mars et mai 2010. La campagne d’échantillonnage a intéressé 60 points d’eau (dont une source) (Fig. 3). L'étude de la chimie des

eaux permet de caractériser les processus d'acquisition de la minéralisation, en complément les isotopes stables de l'eau permettent de caractériser l'origine de l'eau et certains processus auxquels l'eau a été soumise lors de son parcours comme l'évaporation. Enfin le tritium permet une première évaluation du temps de résidence des eaux.

23

Température, pH et conductivité électrique ont été mesurés sur le terrain. Les analyses chimiques ont été faites au CNSTN (Centre National des Sciences et Technologies Nucléaires) par chromatographie ionique. Le seuil d'erreur sur le bilan ionique devant être inférieur à 5%, 58 points ont été retenus.

Les isotopes stables de l'eau ont été analysés au Lama (LAb. Mutualisé d'Analyse des isotopes stables de l'eau) d'Hydrosciences à Montpellier par spectrométrie de masse en Dual Inlet et équilibration avec CO2 pour l'oxygène 18 (erreur d'estimation 0,05‰) et en Flux continu par

réduction sur le chrome pour le deutérium (erreur d'estimation 0,8‰).

Les mesures du tritium dans l’eau ont été réalisées au Laboratoire de Radio-Analyses et Environnement (LRAE) à ENI Sfax, par scintillation liquide. Les résultats sont exprimés en unité tritium (UT) avec une incertitude de l’ordre de 0,3 UT.

Figure 3. Localisation des points d’eau échantillonnés.

4.1. Qualité de l’eau et faciès chimique

La figure 4 montre de larges variations des valeurs de la conductivité électrique des eaux. Les mesures in-situ indiquent que plus de 60% des échantillons prélevés présentent des valeurs supérieures à 3 mS/cm. Géographiquement on peut distinguer trois zones :

24

Figure 4. Répartition spatiale de la conductivité électrique.

- une première zone (A) située à l’Est de la ville de Ghar el Melah où la conductivité oscille

entre 3 et 8 mS/cm. Dans cette zone enserrée entre la lagune de Ghar el Melah et le djebel de Nadhour, le réservoir aquifère est formé par les formations détritiques d’éboulis de pente. Le

niveau de la nappe est très proche de la surface du sol et elle est parfois sub-affleurante.

- Une seconde zone (B) comprise entre la ville de Ghar Melah à l’Est et Gournata au Sud-ouest : Il s’agit de la région la plus cultivées de la plaine notamment dans les zones basses où

l’accès à la ressource est assez facile en raison de la faible profondeur de la nappe. Dans cette partie de la plaine la profondeur de la nappe ne dépasse pas les 10 m et les valeurs de conductivité électriques sont comprises entre 3 et 7,5 mS/cm alors que dans les zones hautes situées entre Ghar el Melah et Oussja on enregistre des valeurs comprises entre 1 et 2,5 mS/cm. Dans cette zone la nappe se trouve entre 15 et 70 m de profondeur, n'étant que peu cultivée, l’alimentation de la nappe est assurée par infiltration directe des eaux ruisselant au niveau des lits

des oueds Saadane et el Kherba.

- La troisième zone (C) est celle située à l’Ouest et au Sud de Gournata caractérisée par des

valeurs de conductivité variant entre 1,5 et 3,5 mS/cm.

La représentation des teneurs en éléments majeurs sur le diagramme de Piper (Fig. 5) montre que les eaux de la nappe phréatique de OGM, évoluent d'un faciès chloruré sodique et calcique dans les parties hautes de la plaine et la zone C vers un faciès chloruré sodique caractéristiques dans la zone A et la zone basse de la région B autour de la lagune de Ghar el Melah.

25

Figure 5. Faciès chimiques des eaux de la nappe phréatique de OGM (2010).

Les faciès chimiques observés sont en relation directe avec la nature de l’encaissant d’une

part et de la proximité du point d’eau, de la mer et de la lagune d'autre part. Le retour d’eau

d’irrigation qui caractérise les zones basses de la plaine intensivement cultivées et où le niveau

de la nappe est le plus proche du sol (inférieur à 10 m), est aussi un facteur important conditionnant la qualité et le type de l’eau souterraine. Les corrélations établies entre la

conductivité électrique et les concentrations en éléments majeurs montrent que la conductivité est bien corrélée avec les concentrations en chlorures et sodium (r2 respectifs de 0,93 et 0,83). Cependant les autres éléments ne montrent pas une corrélation nette avec la conductivité indiquant leur faible participation dans la charge saline des eaux.

La forte présence des Cl- et Na+ dans les eaux chargées des zones côtières et dans la partie basse de la plaine entre Gournata et Ghar el Melah serait le résultat de la conjugaison de deux facteurs importants caractérisant la région d’étude : l’effet des embruns marins et des dépôts secs

déposés sur le sol et le retour des eaux d’irrigation. Le niveau piézométrique près de la côte restant plus élevé que le niveau de la mer, le processus d'intrusion marine semble négligeable en l'état actuel.

4.2. Origine des sels dans les eaux de nappe

En zone semi-aride les sels déposés dans la zone non saturée, suite à l’évaporation des eaux pluviales et surtout celles utilisées pour l’irrigation, sont repris par dissolution pendant les

phénomènes pluvieux suivants ou par les eaux d’irrigation, et peuvent atteindre la zone saturée

de l’aquifère en entraînant ainsi une augmentation de la salinité des eaux souterraines.

Dans la zone étudiée, le retour des eaux d’irrigation est aussi confirmé par l’abondance des

nitrates à des concentrations élevées dépassant parfois les 100 mg/l (136 mg/l au puits N° 45). La répartition spatiale des teneurs en nitrates indique de fortes valeurs dans la zone basse de la partie centrale de la plaine de OGM (située entre Gournata et Ghar el Melah) avec des valeurs

Mg

SO4+

Cl+

NO

3

Ca

Na+K

CO

3+H

CO

3

Cl+NO3

SO4

Ca+M

g

0

100 0

100

0100 0 100

0

100 0

100

0 0

100

100

Cl-Na/CaCl-Na

26

0

10

20

30

40

50

60

70

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Cl- (mg/l)

NS

(m/T

N)

0

10

20

30

40

50

60

70

0 20 40 60 80 100 120 140 160

NO3 (mg/l)

NS

(m/T

N)

comprises entre 40 et 136 mg/l. Cette contamination est le résultat de l’utilisation intensive d’engrais d’origines chimiques et animales dans la culture maraîchère qui constitue la principale

activité de la région. Le rejet des eaux usées domestiques dans des fosses septiques mal imperméabilisées notamment dans les zones rurales autour des principales villes de la région (seules les villes de Ghar el Melah et Oussja sont raccordées à un réseau d’assainissement)

contribue aussi à ce type de contamination renforcée en zone basse par un niveau de la nappe proche du sol.

Les graphiques illustrant l’évolution des teneurs en NO3- et en Cl- en fonction de la

profondeur du niveau de la nappe (Fig. 6) indiquent bien que les fortes concentrations caractérisent les horizons les plus superficiels de l’aquifère, montrant ainsi un processus de

migration de la surface vers la nappe. Les puits dont le niveau de la nappe (niveau statique) est inférieur à 10 m par rapport au niveau du sol présentent donc les plus fortes valeurs en NO3

- (valeurs supérieures à 40 mg.l-1) et en Cl- (teneurs supérieures à 1 g.l-1)

Figure 6. Evolution des nitrates et chlorures en fonction de la profondeur du niveau de la nappe.

Le second processus de salinisation, qui est fortement marqué dans les zones proches de la mer (Est de Ghar el Melah) et de la lagune, est dû à la présence d'une grande quantité de sels déposée à la surface du sol sous forme d’embruns marins, voire de dépôts secs. Lors de fortes

averses, ces sels sont entraînés vers la nappe par lessivage par les eaux pluviales. En effet, La faible profondeur du niveau de la nappe et la nature sablo-argileuse des sols de la plaine facilitent le drainage vertical des eaux pluviales vers la nappe. Il en est de même si en plus la zone est irriguée. Ces eaux riches en espèces minérales chlorurées contaminent les eaux de la nappe et conduisent à leur salinisation progressive. L’origine marine des sels est confirmée par les fortes

teneurs en Br- mesurées (5 à 11 mg.l-1) dans l'eau des puits proches de la côte et de la lagune en zone basse de la plaine, dont les niveaux statiques (NS) sont les plus proches de la surface du sol, inférieurs à 10 m (Fig. 7).

27

Figure 7. Evolution des bromures en fonction de la profondeur du niveau de la nappe.

L'étude de la relation Cl-/Br-, qui est utilisée en hydrogéologie comme traceurs naturels de l’origine des sels dans les eaux souterraines, du fait qu’ils ne sont influencés ni par les processus

redox, ni contrôlés par les minéraux à faible solubilité (Knuth et al., 1990 ; Freeman, 2007), suggère pour les niveaux statiques proches de la surface, plusieurs processus. Dans la figure 8, les puits, qui correspondent aux teneurs les plus fortes en Br- et Cl-, montrent une très bonne corrélation (r2 = 0,97) avec un rapport Br-/Cl- constant (2,2 ‰), un peu supérieur à celui de l’eau

de Méditerranée (1,5 ‰). Vengosh et al. (1999) relie cette augmentation du rapport, à une salinisation par retour d’eau d’irrigation, qui se juxtapose au lessivage des aérosols marins. Les

puits présentant de faibles teneurs en Br- et qui sont situés loin de la lagune, notamment ceux de la partie sud-ouest de la plaine, présentent des rapports Br/Cl (≈ 1,5 ‰) qui s’alignent sur la

droite de dilution de l’eau de mer. Ceci semble indiquer une source principale pour les chlorures et bromures constituée par les sels déposés par les embruns marins en surface qui seraient ensuite lessivés par les eaux météoriques jusqu'à la zone saturée.

Figure 8. Relation Br-/Cl- dans les eaux souterraines de la plaine de OGM.

4.3 Etude isotopique

Les données d’analyses isotopiques 18O et 2

H issues d’une sélection de 31 points d’eau

montrent une large gamme de teneurs en isotopes stables variant entre -5,66 et -2,97 ‰ pour 18O

0

10

20

30

40

50

60

70

0 2 4 6 8 10 12

Br- (mg/l)

NS

(m/T

N)

y = 0,0022x

r2 = 0,97

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0 20 40 60 80 100

Cl- (méq/l)

Br- (

méq

/l)

Droite de dilution de l'eau de mer

28

et -32,3 et -19,1 ‰ pour 2H. Les teneurs moyennes sont de -4,63 et -27,9 ‰ pour

18O et 2H respectivement. L’excès en deutérium "d" est compris entre 2,1 et 13,2. Dans le détail, la

composition isotopique des eaux de la nappe permet de distinguer trois types d’eau issus

d’origines différentes (Fig. 9) :

- Une eau issue d’une infiltration directe des eaux pluviales (groupe G1) dont la composition

isotopique varie entre -5,66 et -5,15 ‰ pour 18O et -32,3 et -28,9 ‰ pour

2H. Sur le diagramme 18O vs 2H les point représentatifs de ce type d’eau se placent sur et autour de la droite météorique locale (d = 11) (Celle-Jeanton et al., 2001), ne montrant pas d'évaporation significative avec un excès en deutérium en général supérieur à 10. Ces eaux caractérisent les échantillons issus des puits situés dans la zone aval de la plaine à l’Est de la ville de Oussja.

Les faibles valeurs de tritium (inférieures à 1 UT) observées pour ces eaux indiquent qu’elles

sont issues d’une recharge aux alentours de 1950 (modèle piston flow) ou plus ancienne (modèle

de mélange). A noter que les teneurs en tritium de la pluie de la station la plus proche (Tunis), montre sur les dernières années un niveau naturel annuel du tritium variant entre 5 et 10 UT (IAEA/GNIP data). En complément, des datations au carbone 14 seraient nécessaires pour confirmer la meilleure des deux hypothèses sur l’âge de ces eaux.

Figure 9. 18O vs 2H des eaux de la nappe de OGM.

- Une eau à caractère évaporé issue d’une recharge par retour d’eau d’irrigation (groupe G2).

Ce type d’eau dont la composition isotopique varie entre -4,26 et -2,97 pour 18O et -26,9 et -19,1 ‰ pour

2H, et dont l'excès en deutérium est inférieur à 10 caractérise les point d’eau situés en

zone aval de la plaine où le niveau de la nappe est très proche du sol.

Les teneurs en tritium de ce type d’eau varient entre 1,43 et 3,81 UT. Cette composition

témoigne d’une eau à composante plus récente que la précédente (infiltration probablement entre 1950 et 1980).

- Une eau de composition isotopique (en stables) intermédiaire entre celles des deux groupes précédents. Ce type d’eau caractérise la partie médiane de la plaine entre Oussja et Gournata,

ainsi que sa partie sud autour de l’oued Tlil. Les stables de l'eau sont compris entre -5,00 et -4,00 ‰ pour

18O et -32,0 et -27,0 ‰ pour 2H, alors que les teneurs en Tritium affichent des valeurs

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0

Delta 18O (‰)

Del

ta 2 H

(‰

)

G1

G2

DML (d = 11)

G3

29

allant de 1,6 UT à plus de 5UT. Les quatre points d’eau échantillonnés au centre de la plaine entre Oussja et Gournata (38, 50, 51, et 57) affichent les teneurs en tritium les plus fortes (entre 4 et 5 UT), témoignant d’une composante récente (postérieure à 1980) et indiquant une recharge

actuelle à infiltration rapide à partir des eaux pluviales ou de l'écoulement dans les oueds au niveau des zone hautes de la plaine dans sa partie centrale.

Conclusion

Les résultats préliminaires obtenus par l’étude géochimique et isotopique des eaux

phréatiques de la plaine de Oussja Ghar el Melah ont permis d’identifier les différentes origines

possibles des eaux alimentant la nappe. La salinisation des eaux et la dégradation de leur qualité mesurées ces dernières années ont été jusqu'alors rattachées à des processus d'intrusion des eaux marines suite à une forte exploitation des ressources, cependant les conditions hydrodynamiques de la nappe près de la côte (niveau supérieur à celui de la mer) ne permet pas de valider cette hypothèse. L’utilisation combinée de traceurs naturels géochimiques et isotopiques a conduit à

penser que la dégradation de la qualité de l’eau souterraine est plutôt la conséquence directe

d’une contamination engendrée par une activité agricole intense fortement consommatrice d’eau.

Le retour d’eau d’irrigation dans la nappe engendre une contamination des eaux par les

fertilisants chimiques et organiques utilisées par les agriculteurs locaux. Ainsi de fortes teneurs en nitrates ont été enregistrées notamment dans les zones à forte activité agricole notamment dans la partie centrale de la plaine. Une autre fraction des sels mesurés dans les eaux de la nappe serait issue du lessivage des aérosols marins par les eaux pluviales. L’étude isotopique confirme

les interprétations issues de l’étude géochimique. Elle a permis aussi d’identifier les aires de

recharge actuelle de l’aquifère et de distinguer entre différents types d’eau à composante récente

et ancienne.

Bibliographie

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30

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31

EVOLUTION SPATIO‐TEMPORELLE DE LA NAPPE COTIERE KORBA-MIDA (CAP BON – TUNISIE) ET IMPACT DE SA

RECHARGE ARTIFICIELLE PAR LES EAUX USEES TRAITEES

GAALOUL Noureddine1, LAIGNEL Benoit2, CHEBIL Ali3, DRIDI Lotfi4 1 Maître de Recherche Institut National de Recherches en Génie Rural, Eaux et Forêts (INRGREF) E-mail : [email protected] 2 Professeur Université de Rouen 3 Chargé de Recherche Habilité INRGREF 4 Assistant à l’Institut Supérieur Agronomique de Chott Mériem (ISA - CM) Résumé L’expérience tunisienne de recharge artificielle à partir d’eaux usées traitées a débuté en 1985 au droit de la nappe de

l'oued Souhil, au nord-ouest de Nabeul. Une autre expérience a commencé en décembre 2008 au site de Korba-Mida. A travers cette expérience, on visait à la fois à reconstituer une partie des réserves de la nappe, fortement sollicitée, et à améliorer la qualité microbiologique des eaux usées traitées par recours à l'effet auto-épurateur de la zone non saturée. Le projet consiste à utiliser les eaux usées traitées de la station d’épuration de Korba (boues activées faible charge et lagunes de finition) en bordure de méditerranée pour lutter contre l’intrusion du biseau salé et recharger la nappe côtière et permettre à des irrigants de

récupérer l’eau infiltrée. Les résultats obtenus sur 4 ans (2009 à 2012) sont très satisfaisants : remontée des niveaux

piézométriques, amélioration de la qualité physico-chimique des eaux. Les données piézométriques confirment bien l’efficacité

du dispositif pour contenir l’avancée du biseau salé. Mots-clés : Recharge Artificielle, Eaux Usées Traités, Salinité, Korba-Mida, Tunisie. Abstract The Korba-Mida aquifer on the eastern coast of Cap- Bon (Tunisia) has underwent overexploitation since the 60’s (270

wells) to 2011 (9500 wells), leading to reversal of hydraulic gradient and saline intrusion. Water quality of groundwater is often degraded by different processes: salt water intrusion, diffuse pollution. The coastal aquifer of the Plio-Quaternary is one of the first studied examples of groundwater depletion, seawater and salinization. Since the sixties, large quantities of water have been collected by the agricultural and the industrial sectors resulting in a spatiotemporal evolution of piezometric depletion and degradation of groundwater quality due to sea water intrusion. Artificial recharge of groundwater has been introduced as an alternative method to cope with the scarcity of water resources and with an accentuated variability of climate in space and time. Crucial for local agriculture, aquifer management led to the implementation of artificial recharge with treated wastewaters at the end of 2008. Before recharge, the salinity of groundwater in wells and piezometers varied from 1 to 12 g/l. All the piezometric levels are below the sea level, over the entire study area and varies between zero from the Korba wastewater treatment plant to -7m at the left site of the Ennajar Wadi. After three years of recharge (1 Million m3) of wastewater treated in the three basins, there has been an increase in processes of salinity 1 g/l. The piezometric surface appears with positive values (1 to 2 m) near the recharge site.

Keywords: Artificial recharge, Waste water treated, Salinity, Korba-Mida, Tunisia.

Introduction

Dans les régions arides et semi-arides, des pays tels que la Tunisie font face à des problèmes croissants de déficit en eau, la réutilisation des eaux usées (REUT) pour la recharge des nappes et 1'irrigation des cultures est devenue une importante stratégie dans la conservation des ressources en eau (Gaaloul, 2011). En Tunisie, La recharge artificielle de la nappe par les EUT est pratiquée, à titre expérimental, depuis plusieurs années dans la région du Cap Bon. L’expérience tunisienne de recharge artificielle à partir d’eaux usées traitées a débuté en 1985 au

droit de la nappe de l'oued Souhil, au nord-ouest de Nabeul. A travers cette expérience, on visait à la fois à reconstituer une partie des réserves de la nappe, fortement sollicitée, et à améliorer la qualité microbiologique des eaux usées traitées par recours à l'effet auto-épurateur de la zone non saturée. Les résultats obtenus sont très satisfaisants : remontée des niveaux piézométriques,

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amélioration de la qualité physico-chimique des eaux. Soulignons que la qualité de l'effluent utilisé pour la recharge, notamment sa teneur en matières en suspension, a une incidence directe sur le fonctionnement, l'infiltration d'effluent insuffisamment épurés pouvant entraîner l'abandon pur et simple du système de recharge.

En 2008, un nouveau site de recharge de la nappe de Korba-Mida par les eaux usées traitées a été mis en place pour objectif la création d’une barrière hydraulique contre l’invasion de la nappe

par l’eau de mer. Nous nous sommes proposé d'étudier l'impact de cette pratique sur l'évolution de la qualité des eaux souterraines soumise à une recharge artificielle avec des eaux usées et l’impact quantitatif de la recharge depuis quatre ans (2008 à 2012).

1. Le contexte géographique et hydrogéologique

La péninsule du Cap Bon est située à 100 km à l'Est de Tunis. L'aquifère de la côte Est couvre une superficie d'environ 475 km2 et la nappe littorale de Korba se trouve en son milieu (figure1). Le climat semi-aride de la région est caractérisé par une pluviométrie moyenne annuelle comprise entre 400 et 500 mm, avec des irrégularités temporelles. L'été est chaud et sec, et l'hiver est froid et humide. Le mensuel d'évaporation est élevé (autour de 1300 mm par an), tandis que le taux d'humidité mensuel se situe entre 68 et 76%.

Plusieurs études hydrogéologiques (Ennabli, 1980; Paniconi et al.,2001, Ben Hamouda, 2008; Gaaloul, 2008; Gaaloul et al., 2008a; Kouzana et al., 2009; Gaaloul et al., 2011) montrent que la nappe phréatique de Korba est logée dans les formations Plio-Quaternaire à structures lenticulaires principalement constituées d’alluvions et colluvions, de sables, d’argiles et de

croûtes calcaire et gypseuse. Le substratum est constitué d’un imperméable de nature argileuse

et argilo sablomarneuse d’âge Moi-Pliocène.

La région de Korba-Mida est formée par des terrains Mio-Plio-Quaternaires. Le Miocène moyen correspond dans sa partie inférieure à une série détritique dite formation Béglia. Sa partie supérieure est formée par des grès lenticulaires et des marnes à niveaux de lignite appelés formation Saouaf. Le Miocène supérieur est absent dans la région d'étude à cause de l'érosion déclenchée par l'orogénie miocène. Sur les formations antérieures plissées et érodées reposent, en transgression et en discordance, les dépôts marins du Pliocène. Ils sont constitués par des alternances gréso-sablo-marneuses dont la partie sommitale est formée par des grès sableux. Ce faciès n'est pas constant, il passe latéralement à des sables argileux ou à des grès consolidés plus ou moins argileux. Le Pliocène affleure largement entre l'oued El Hajar au nord et l'oued Chiba au sud. Il est complètement masqué par les dépôts quaternaires dans les régions de Tafelloune et Diar el Hajjej (Figure 1).

Dans la région de Korba-Mida, l’aquifère Miocène captif est séparé du Plio-Quaternaire par ‎une couche argileuse de plus de 10 m d’épaisseur. Les nappes Plio-quaternaire et Miocène ‎s’écoulent vers la côte. L’aquifère du Miocène sous-jacent alimente le Plio-Quaternaire par ‎drainance ascendante. Le relief topographique constitué par les dunes fossiles est favorable à la ‎rétention et à l'infiltration des eaux de ruissellement, et de hautes conductivités hydrauliques y ‎ont été mesurées. La recharge représenterait moins de 10% des précipitations annuelles moyennes ‎‎(Ennabli, 1980) ou 30,4 Mm3 en 2008 (Gaaloul et al., 2008b) . Les récents modèles ‎hydrogéologiques ont montré que la situation piézométrique dans la partie centrale de l'aquifère ‎était encore critique en 2004 en raison d’une exploitation de 135% de l’aquifère (Paniconi et al.,

33

‎‎2001; Gaaloul et al., 2008b). L'invasion de l'eau de mer dans les terres atteint 1,5 km au sud de ‎l’oued Chiba et 5 km au sud d'El Diar Hajjej. Des approches multidisciplinaires ont été utilisées

‎pour étudier les conséquences de l'intrusion marine, combinant géophysique et hydrochimie ‎‎(Kouzana et al., 2009). Selon les cartes de salinité, cinq zones ont été identifiées, la moins ‎concentrée (2 à 4 g/L) se trouvait dans la partie amont et la plus concentrée (22 g/L) était sur notre ‎site d’étude. La salinité étant plus prononcée le long de la côte, de nombreux puits peu

profonds ‎ont été abandonnés (Gaaloul et al., 2011).‎

Figure 1. Localisation du site d’étude et de la carte géologique de la région de Korba-Mida

La piézométrie de 1962 (Daniel et al., 1963) a permis d’identifier le sens d’écoulement de la

nappe, se faisant du nord-ouest vers le sud-est en direction de la mer. Les courbes isopièzes au niveau de l’oued Chiba montrent que ce dernier draine la nappe. Par contre ces courbes sont divergentes au niveau des oueds Bouledine et Bou Youssef indiquant une alimentation de la nappe à partir de ces oueds. L’isopièze zéro figure à l’intérieur du continent qu’au Sud de Diarr

El Hojjaj et au Sud-Est de Tefelloune, marquant le démarrage d’une exploitation intensive très

localisée dans l’espace où deux cônes ont pris naissance (Figure 2a). La carte de salinité de 1962

(Daniel et al., 1963), montre que les eaux de la zone qui longe la côte ont des concentrations en sels relativement faibles, ne dépassant pas les 2 g/l, traduisant ainsi la bonne qualité des eaux à

34

proximité de la mer qui s'expliquer par la présence du cordon dunaire du Tyrrhénien qui favorise l'infiltration des eaux de pluie (Figure 2c).

L’état piézométrique de 2008 (Figure 2b) a connu une évolution vers un abaissement de

niveau piézométrique et une augmentation alarmante de la salinité suite à une intensification de l’exploitation de la nappe, indiquant ainsi une intrusion de l’eau de mer. La carte de salinité de 2008 (Figure 2d), a permis de rendre compte qu’il y a une apparition des zonalités où la teneur

en sels des eaux des piézomètres montre des valeurs très élevées pouvant atteindre 22 g/l. L’augmentation de la salinité est plus en plus accentuée le long de la côte ce qui explique un nombre élevé de puits de surface abandonnés. La salinité faible en bordure de la mer peut s’appliquer par la présence des dunes qui favorisent l’infiltration des eaux de pluie et/ou des

crues des oueds. La zone amont formant le piedmont de Jebel Abderrahmane et qui correspond essentiellement au miocène, est constitué par un dépôt marin et rarement le quaternaire, ce qui montre que les salinités élevées sont plutôt liées à la nature lithologique des formations où l’eau

est captée. L’exploitation excessive dépassant généralement le pouvoir régulateur de l’aquifère,

entraîne une dégradation continue de la qualité des eaux causée par les activités anthropiques, industrielles ou agronomiques. Cette augmentation de la salinité influe sur les rendements des cultures par la destruction de la structure du sol dans les zones situées proche de la côte où il y a un mélange entre l’eau douce et l’eau de mer.

35

Figure 2. Evolution piézométrique (m) : (2a) 1962 (Daniel et Chabot, 1963), (2b) 2008 (Gaaloul et al.,

2011) et évolution de la salinité en (g/l) : (2c) 1962 (Daniel et Chabot, 1963), (2d) 2008 (Gaaloul et al., 2011)

2. Matériels et méthodes

La station d’épuration des eaux usées domestique de Korba, mise en service en juillet 2002,

est une station à boues activées à faible charge. Le site de recharge de Korba-Mida (Figure 1) a une superficie de 4,46 ha, se situe à 500 m au Nord de la station d'épuration de Korba, il est distant de 1,5 Km de la côte et il se trouve à l'altitude 15 m. Le dispositif expérimental de site de

36

recharge est constitué par trois bassins d’infiltration rectangulaires (50m x 30m) d’une

profondeur moyenne de 1,5 à 1,7m et totalisant une superficie de 4500 m2. Deux bassins sont en fonctionnement simultané et un au repos. Le fond des bassins recouvrent d’une couche de sable

propre de 0,5 m, les berges maçonnées pour une protection contre l’érosion. Le site de recharge

Korba-Mida présente de bonnes caractéristiques pour l’infiltration verticale à savoir: Une

épaisseur suffisante de la zone non saturée, des terrains perméables, de natures exclusivement sableuses et gréseuses, dans la zone non saturée, sans intercalation argileuses au dessus de la nappe, des vitesses d’infiltration, dans les terrains directement sous les limons, au minimum de

l’ordre de 10 m/j et jusqu’à 50 à 60 m/j. Une étude granulométrique, montre que le site de

recharge est composé de 80 % de sable, 15 % de limons et 5 % d’argile. La représentation

graphique des résultats de l’analyse granulométrique sur le diagramme de classification détaillée

des textures (Triangle textural) montre qu’il s’agit d’un sol sablo-limoneux. Sur le plan hydrogéologique, les terrains dans lesquels est contenu l’aquifère superficiel, sont constitués de

grès perméables.

Le suivi de la qualité et des niveaux piézométriques des eaux de nappe au niveau du site de la recharge s'effectue grâce à un réseau de piézomètres (16) implantés à différentes profondeurs et à des distances variables par rapport aux bassins d'infiltration (Figure l). Ces piézomètres n'ont pas été crépinés aux mêmes horizons, ce qui permet d'avoir des informations sur la variation du pouvoir épurateur du sol en fonction de l'épaisseur de la zone non saturée traversée par l'eau infiltrée. Ces piézomètres ont été installés sur le site de la recharge, à l'amont des bassins, à proximité immédiate des bassins et, vers l'aval, dans le sens de l'écoulement naturel de l'aquifère. Ces seize piézomètres, associés aux trente trois puits qui exploitent la nappe, forment un réseau d'observation d'une densité exceptionnelle, sur un rayon de dix km de site recharge. Les puits sont utilisés par les agriculteurs et certains puits sont abandonnés. Ce réseau a été choisi de façon à couvrir la totalité de la nappe par des mesures du niveau piézométrique et des prélèvements d’échantillons d’eau. Les coordonnées géographiques des points d’observations et

de prélèvement ont été mesurées sur terrain avec un GPS.

Les échantillons d'eau souterraine ont été prélevés dans les seize piézomètres de contrôle sur le site de la recharge artificielle et dans les trente trois puits privés depuis décembre 2008 à nos jours. Les eaux ont été prélevées directement si le pompage est en cours, si non après un certain temps depuis le démarrage de la pompe. Dans les deux cas, on s’est assuré de la stabilisation de

la conductivité électrique de l’eau avant chaque échantillonnage. Les échantillons sont prélevés

dans des bouteilles en polyéthylène, préalablement lavées avec une solution alcaline et rincées plusieurs fois avec l’eau distillée.

Les mesures de la température, de la conductivité électrique et de pH ont été effectuées sur terrain à l’aide de sondes spécifiques d’un appareil multi-paramètres. Le niveau statique est mesuré à l’aide d’une sonde électrique de 50 m. Les mesures des niveaux statiques de la nappe et

les paramètres physico-chimique (pH, Température et conductivité électrique) ont été mesurés in situ par l’Institut National des Recherches en Génie Rural, Eaux, Forêts (INRGREF).

37

3. Résultats et discussion

Les analyses effectuées sur les effluents de la station par l’INRGREF montrent des teneurs

moyenne en MES variant entre 8 et 29 mg/l durant la période du décembre 2008 à décembre 2011. Ces valeurs témoignent d'un très bon fonctionnement de la station d'épuration des eaux usées de Korba ; le pouvoir colmatant de ces effluents est très faible. Toutefois, il n'est pas exclus que des teneurs en MES plus fortes puissent être observées dans les périodes où des margines ou des effluents d'autres activités agro-alimentaires sont rejetées dans le réseau d'assainissement; des données relatives à cette période de l'année seraient fort utiles. La salinité des eaux à la sortie de la STEP varie de 2,5 g/l au minium, à 5 g/l au maximum; valeurs qui dépassent largement tout seuil d’utilisation de l’eau. Sur les trois principaux paramètres DBO5, DCO, et MES les valeurs obtenues à la sortie du traitement secondaire ne dépassent pas les normes envisagées (successivement NT 106 03 (30, 90 et 30 mg/l).

Le volume total injecté dans le site de recharge durant la période de décembre 2008 à mars 2012 est de l’ordre de 1,15 million de m

3 d’eaux usées traitées. L’épaisseur de la lame d’eau

varie entre 40 et 50 cm par bassin. La capacité d’infiltration exprimée en unité de volume par

unité de temps ne peut être une constante dans de pareils cas, seul un ordre de grandeur situant ce paramètre dans un intervalle de confiance peut être avancé. Les fluctuations piézométriques au niveau de trois piézomètres montrent que l’impact négatif de la recharge par les eaux usées

traitées diminue lorsque la distance aux bassins d’infiltration augmente (cas des bassins 1 et 3).

Ceci s’explique par le fait que d’une part, les eaux infiltrées arrivent dans les piézomètres

éloignés des bassins, après dilution dans les eaux de nappe qui sont d’une meilleure qualité.

D’autre part, les micro-organismes véhiculés par les eaux usées sont affaiblis par le traitement subi en station d’épuration ; ceux qui ne sont pas éliminés par le sol au cours de la percolation des eaux seront d’avantage affaiblis suite à l’antibiotisme et à la compétition de la microflore

tellurique qui limite leur survie en zone saturée.

Les niveaux piézométriques dans les trois bassins (B1, B2 et B3) sont stables jusqu’en 2010 et

déclinent légèrement en 2011, indépendamment des effets saisonniers bien visibles sur la gauche du diagramme. Les fluctuations piézométriques sont influencées par la position géographiques des piézomètres (les piézomètres 2, 8 et 4 sont respectivement à 5m au nord, 10m à l’Ouest et

2m au Nord Ouest aux limites des bordures des bassins 1,3 et 2), au cycle d’injection effectué sur

les 3 bassins (rotation 1 et/ou 2 bassins en repos par cycle) et à l’arrêt de la recharge et par

conséquent la diminution de la pression laissent favoriser le phénomène de mélange. Les précipitations journalières cumulées à la station de Korba entre la période du décembre 2008 à mars 2012 sont très faibles 1347 mm. L’évapotranspiration journalière cumulée à la station de

Chiba entre la période du décembre 2008 à mars 2012 est de l’ordre de 4180 mm.

Les piézomètres situés tout prés des bassins d’infiltration indiquent, pendant les périodes de recharges des cotes de surface libre pouvant aller jusqu’à 11,50 m. Directement sous les bassins,

la surface libre est encore plus haute (8; 4 et 2), cela signifie que la hauteur de zone non saturée directement sous les bassins d’infiltration, là où transite l’essentiel des effluents infiltrés, est

inférieure à 4,5m. Cette épaisseur est compatible avec les besoins de l’épuration et notamment de

l’élimination des germes pathogènes.

Deux hypothèses peuvent être avancées pour expliquer ces constatations : la première relative à un phénomène de dilution et la seconde relative à un phénomène de substitution des eaux dans la nappe au profit des eaux de recharge (piston flow).

38

Le tracé des cartes piézométriques de l’ensemble de la nappe phréatique de Korba-Mida montre des courbes isopièzes plus ou moins parallèles à la côte indiquant un drainage vers la mer Méditerranéenne. La figure 3a montre l’évolution spatiale du niveau piézométrique avant la

pratique de la recharge artificielle dans la région de Korba. Les niveaux piézométrique sont tous inférieurs à celui de la mer sur toute la zone d’étude et varient entre zéro au niveau de la STEP

de Korba et -7m au niveau de la rive gauche de l’Oued Ennajar qui est une zone de dépression.

L’écoulement est unidirectionnel et se dirige globalement vers la mer méditerranée (exutoire naturel). Les rabattements les plus importants sont enregistrés essentiellement entre les puits 60, 27, 23, 151, 176 et le site de recharge, ce qui indique une surexploitation de la nappe plus accentuée. Par conséquent, une inversion du gradient hydraulique et l’intrusion des eaux de la

mer s’effectuent.

En 2012, le volume total injecté sur les trois bassins d’infiltrations est de un million et demi

de m3 ‎d’eaux usées traitées, une remontée de niveau de la nappe justifié par l’apparition des

niveaux ‎piézométriques qui varient entre 1 à 2 m au niveau du site de recharge (Figure 3b). Une remontée ‎piézométrique a été enregistrée presque le trois quarts de la zone d’étude et atteint son

maximum ‎de 4 à 7 m au juste au dessous des bassins d’infiltration. Cette remontée a été

également constatée ‎à travers le suivi de l’évolution temporelle du niveau piézométrique au droit

des puits N°1 et du ‎puits N° 176 de la zone de recharge (Figure 3b).‎ Les écoulements de la nappe Korba-Mida présentent une direction générale NW-SE (vers la

‎mer). Au niveau du site de recharge, les niveaux piézométrique dans les trois bassins ‎d’infiltrations sont tous inférieurs à celui de la mer et varient entre zéro au niveau du bassin ‎tampon et -3m au niveau du bassin 2 d’infiltration. ‎

L’analyse de carte piézométriques 2012 révèle une apparition de nouveau des isopièzes

négatives ‎surtout dans la partie ouest du site de recharge de telle façon que l’isopiéze 0 a

enregistrée une ‎déplacement vers l’intérieur du continent , de même on observe bien que les

courbes isopiézes au ‎niveau des bassins de recharge marquent une atténuation remarquable de 5m à 3m au niveau du ‎bassin 3. (Figure 3b).

La salinité 2008 montre des valeurs élevées dépassant le 10g/l au bassin 2. Les zones ‎endommagées sont localisées à l’amont du site de recharge et enregistrent une salinité qui évolue

‎concentriquement de 3 à 10 g/l. La salinité varie entre 1 à 12 g/l sur toute la zone d’étude. Cette

‎augmentation de la salinité est due à l’appel du biseau salé suite à la multiplication de pompages

‎et la réduction des apports à l’aquifère. Les faibles salinités en bordure de la mer peuvent ‎s’expliquer par la présence de dunes qui favorisent l’infiltration des eaux de pluie, par le

‎déversement des eaux souterraines dans la zone côtière plus basse et/ou des crues des oueds. La ‎superficie de la zone où la salinité est inférieure à 5g/l est de l’ordre de 6,5 Km² (Figure 4a).‎

En 2012 (Figure 4b), les valeurs révèle une légère atténuation de salinité au niveau des bassins de ‎recharge par contre une évolution de la salinité au nord-est et nord oust de la zone d’étude.‎‎ La forme du dôme piézométrique induit par la recharge reflète une très forte hétérogénéité des ‎transmissivités. Deux axes privilégiés de recharge apparaissent : un axe Nord-Est (puits 40 et 31) ‎et un axe Sud-Est (puits 34 et piézomètres 8, 1; et 2). Compte tenu du sens de l’écoulement ‎naturel de la nappe, cet axe Sud-Est s’affirme progressivement comme l’axe

privilégié de la ‎recharge. ‎ La carte de la répartition des nitrates en 2008 (Figure 5a) révèle des valeurs ‎supérieurs à la

norme SEQ des eaux souterraines qui est de 20 mg NO3/l sur presque la totalité de la zone ‎d’étude. Les points les plus pollués ont été identifiés dans la partie Est où les teneurs en nitrates

‎dépassent les 100 mg NO3/l et atteignent un maximum de concentration de 500 mg/l. Environ 90

39

% de ces ‎eaux sont de qualité médiocre. La répartition spatiale des formes azotées a permis donc d’identifier les ‎zones contaminées par les nitrates. Cette pollution, principalement d’origine

agricole et potentiellement ‎causée par l’utilisation excessive des engrais, concourt à réduire les eaux de bonne qualité et peut ‎engendrer un risque sanitaire pour la population rurale qui s’approvisionne directement de l’aquifère ‎puisqu’elle ne répond pas à la norme de possibilité de

l’eau fixée par le SEQ à 25 mg NO3/l.

Figure 3. Carte piézométrique (m) de la nappe Korba-Mida de 2008 (avant recharge) et 2012 (après recharge).

Figure 4. Carte de salinité (g/l) de la nappe Korba-Mida de 2008 (avant recharge) et 2012 (après recharge) .

40

Figure 5: Carte de nitrate (mg/l) de la nappe Korba-Mida 2008 (avant recharge) et 2012 (après recharge)

Cette ‎détérioration serait accentuée par la sécheresse et les faibles apports d’eau. Il est vrai

‎que l’utilisation ‎excessive des fertilisants est considérée comme principale source de la pollution ‎nitrique qui diffuse des ‎eaux souterraines par lessivage mais d’autres sources ponctuelles de

‎nitrates comme les fosses septiques ‎peuvent être aussi mises en cause. Tant que les teneurs en ‎nitrates ne dépassent pas les 450 mg NO3/l, ‎cette eau peut servir à l’abreuvage des animaux

‎matures, moins vulnérables (bovins, ovins), mais ‎demandant une surveillance accrue. Aucune ‎restriction n’a été indiquée pour l’usage en irrigation ce qui ‎garantit son utilisation dans les ‎activités agricoles de la zone.‎

En 2012, l’évolution spatiale des teneurs en nitrates (Figure 5b), ‎montre une amélioration importante de la qualité des eaux au niveau du site de recharge surtout dans la ‎partie Est, et que les surfaces représentant une eau de mauvaise qualité (50 mg NO3/l à 100 mg NO3/l) ‎gagnent de l’espace au dépend des eaux de très mauvaise qualité (Supérieur à 100 mg NO3/l) surtout ‎pendant les mois d’étude.

Les analyses bactériologiques des eaux de l’aquifère mettent en valeur un état de contamination ‎bactériologique élevé. La présence des indicateurs de contamination fécale suggère que cette eau ‎est vulnérable malgré le rôle joué par le sol comme barrière physique pour la rétention et ‎l’élimination d’un grand nombre de germes pathogènes. Le dénombrement des coliformes totaux ‎au niveau du site de recharge est révélateur d’un développement bactérien en

hausse et l’analyse ‎des coliformes fécaux et d’Escherichia coli témoignent d’une contamination

fécale remarquable et ‎dépassent la norme tandis que le dénombrement des streptocoques fécaux révèle un état stable ‎au niveau du site de recharge. Ceci est probablement du à l’insuffisance du

traitement tertiaire ‎dans la désinfection de l’eau épurée et le manque d’entretien des bassins

d’infiltration induisant un ‎approvisionnement insuffisant du sol en oxygène et diminuant le pouvoir épurateur du sol. En ‎effet, ces boues sont fortement concentrées en polluants organiques, minérale et biologique et le ‎manque d’entretien des lits de séchages peut engendrer une

pénétration accidentelle de l’eau ‎libérée par ces boues dans la nappe. D’autres sources pourraient

être à l’origine d’une ‎contamination fécale dans la nappe, citons par exemple les fosses septiques, les déjections ‎animales et l’utilisation excessive de fumiers et de compost comme

amendement pour le sol. ‎L’eau de cette nappe peut être utilisée à des fins agricoles sans porter

préjudices mais reste ‎impropre de 30 germes par 100 ml pour les coliformes fécaux et les streptocoques fécaux.‎

41

Coliformes totaux :‎‎ La zone d’étude avant recharge (2008) montre une répartition des

surfaces révélant des ‎eaux de moyenne qualité indiquant la présence de plus que 5000 germes par100 ml surtout dans ‎la partie Nord où la contamination est plus marquée. sn A‎tarq s‎rpA‎ ,‎

l’évolution spatiale des coliformes totaux sur la zone d’étude, montre une amélioration de niveau

de contamination de 500 à 5000 germes par ‎‎100 ml. La partie Sud-Est a subi du recul des eaux ‎de moyenne qualité au profit des eaux de mauvaises qualités surtout au niveau site de recharge.‎

Coliformes fécaux :‎‎Au niveau de la partie Nord la qualité des eaux de la nappe de Korba ‎est médiocre où plus que 2000 à 20000 par 100ml ont étés dénombrés. Au niveau de la station ‎d’épuration des teneurs élevées ont été marquées. L’année 2012 montre une évolution de niveau

de contamination avec une amélioration noté dans la partie ouest.‎ Escherichia coli :‎‎La carte de situation en 2008 montre la répartition d’une qualité d’eau

‎correspondante : médiocre au Nord, moyenne au centre et au Nord ouest et de bonne qualité au ‎sud . En 2012, les eaux de bonne qualité ont pris du recul aux dépens des ‎eaux de qualité médiocre.‎

Streptocoques fécaux:‎‎La répartition des streptocoques fécaux au niveau du site de ‎recharge (2008) montre une forte contamination fécale indiquant la présence de plus de 2000 ‎germes par 100 ml. La situation en 2012 révèle une évolution de la contamination de la ‎partie sud Ouest indiquant la présence de 200 germes par 100 ml au niveau de site de recharge.‎

Conclusion

La recharge de la nappe Korba-Mida a permis, dans les trois années écoulées, de fournir un complément significatif de ressources en eau aux agriculteurs, dans le voisinage et à l’aval de

l’installation de recharge. Dans l’aquifère de Korba, la variabilité spatiale des concentrations en

éléments souligne la complexité des interactions eau-roche amplifiées par la salinisation issue de l’intrusion marine dans la nappe Plio-Quaternaire. L’écoulement souterrain de la nappe Korba-Mida est unidirectionnel et converge globalement vers la mer Méditerranée.

La surexploitation de la nappe a entraîné un rabattement général de son niveau piézométrique lequel a causé une intrusion marine surtout dans les zones de site de recharge. Le problème de l’intrusion marine et de la minéralisation des eaux de la nappe Korba-Mida est de plus en plus accentué. L’état piézométrique de l’aquifère ne fait généralement que se dégrader avec le temps mais avec la disparition des isopièzes négatives dans la zone dunaire qui révèle un impact positif de la recharge artificielle sur l’intrusion marine.

L’aquifère est sujet à une salinisation à un stade bien avancé et, en certains endroits, trop poussée, cette salinisation est due essentiellement à l’inversion du gradient hydraulique au

niveau de la zone côtière. A l’intérieur du continent le taux de salinisation est plus important

c’est-à-dire qu’il existe d’autres facteurs anthropiques qui sont à l’origine de cette salinisation.

Les eaux de nappe à proximité des puits ne sont pas affectées par la recharge artificielle.

42

Bibliographie

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43

SPATIALISATION DES RESSOURCES EN EAU DANS LE BASSIN VERSANT DU HAUT SEBOU (MAROC)

QADEM Abelghani.1-2, LEBAUT Sébastien.1, AKDIM Brahim. 2, LAAOUANE Mohamed.2, MANCEAU Luc.1

1 Centre d’Etudes géographique, Université de Lorraine, France

[email protected], [email protected], luc.manceau @univ-lorraine.fr 2 Laboratoire d’analyse Géo-environnementales et Aménagement, Université de Fès, Maroc.

[email protected], [email protected]

Résumé - Une gestion efficiente de la ressource en eau doit s’appuyer sur une connaissance précise et localisée de

celle-ci. Or les processus hydrologiques souterrains et de surface sont soumis à des variations spatio-temporelles en fonction des entrées météorologiques et des caractéristiques physiographiques des terrains. De plus ils sont étudiés de manières distinctes : les hydrogéologues étudient l’eau souterraine alors que les hydrologues étudient l’eau de surface. Pour les deux un problème d’échelle demeure vis à vis de la variabilité. Les hydrogéologues déterminent les potentialités d’un aquifère à partir de données issues de forages. Or les variations brutales au sein de la roche aquifère rendent l’interpolation et l’extrapolation de ces données

ponctuelles difficile et peu exploitable en terme d’écoulement. Pour les hydrologues l’unité de travail est le bassin versant. Le réseau de mesures utilisé n’est pas adapté à la prospection de la ressource en eau dans la mesure où les bassins versants équipés de stations sont souvent de taille supérieure à 100 km2, inscrits dans plusieurs aquifères. Ainsi les débits globaux enregistrés intègrent des différences qu’il est ensuite difficile de redistribuer dans l’espace.

L’idée de la démarche exposée est de concilier l’échelle des hydrogéologues et celle des hydrologues et donc de disposer de

résultats distribués en fonction d’un critère prédominant pour la ressource en eau souterraine à une échelle suffisamment grande pour s’affranchir de conditions très localisées, mais suffisamment petite pour intégrer les facteurs d’un milieu homogène : le bassin versant unitaire.

Cette démarche est appliquée sur le haut bassin du Fleuve Sebou (10% de la ressource en eau du Maroc), discrétisé en une quarantaine de bassins unitaires sur lequels des campagnes de mesure de débit en régime non directement influencé par les pluies ont été menées à la fin des années 1990 et en 2010 et 2011. Ces mesures rendent compte de l’hétérogénéité de la ressource.

Mots clés : profil hydrologique, Maroc, phase hydrologique, hydrométrie

Abstract – Spatial water resources in upper Sebou watershed (Morocco)

An efficient management of water resources must be based on his accurate knowledge and location. Actually, underground and surface hydrological processes are subject to spatiotemporal variations according to the meteorological entrances and ground physiographic characteristics. Furthermore they are studied by two different ways: hydrogeologists study groundwater and hydrologists study surface water. For both a scaling problem exists with respect to the variability. Hydrogeologists reach the potential of an aquifer from data collected in boreholes. However, the abrupt changes in the aquifer rock make difficult the interpolation and extrapolation of these data points in terms of flow. For hydrologists the work unit is the watershed. The hydrometric network used is not adapted to the prospecting of water resources as far as watersheds equipped with hydrometric stations are often of size superior to 100 km2 and include several aquifers. So the registered global runoff integrates differences which are difficult to redistribute in space.

The idea of the exposed approach is to reconcile the scale at which hydrologists and hydrogeologists working. Therefore, it is necessary to have distributed results according to a prevailing criterion for groundwater resources on a large scale enough to overcome localized conditions, but small enough to integrate factors of a homogeneous environment: the unitary watershed.

This approach is applied to the upper part of the Sebou River watershed (10% of the Morocco water resources), discretized in about forty unitary watersheds. On these, campaigns of low flow measurements not directly affected by rainfall were conducted in the late 1990s and in 2010 and 2011. These measurements reflect the heterogeneity of water resources.

Keywords: hydrological profile, Morocco, hydrological phase, hydrometry

44

Introduction

Cet article présente une méthodologie d’évaluation quantitative des ressources en eau dans le

bassin versant du Haut Sebou, dans le Moyen-Atlas marocain. Cette méthodologie s’inscrit dans

la problématique de l’exploration de la ressource en eau sur de vastes domaines peu accessibles ; Elle s’appuie sur la mesure de débits des cours d’eau en régime stabilisé, c'est-à-dire non directement influencé par les pluies. Ces mesures ont été faites dans le cadre de deux projets de recherche scientifique du CMIFM. Le premier a eu lieu à la fin des années 1990 et le second est en cours. Les résultats des mesures sont d’autant plus intéressants qu’ils renvoient à des

fonctionnements hydrologiques correspondants à des périodes pluviométriques très contrastées. On tire de ces résultats une répartition spatiale des écoulements inhérents « aux rendements » des aquifères. Ils mettent en lumière les secteurs présentant les ressources en eau les plus favorables.

1. Problématique et démarche utilisée

Une gestion efficiente de la ressource en eau doit s’appuyer sur une connaissance précise et

localisée de celle-ci. Or les processus hydrologiques souterrains et de surface sont soumis à des variations spatio-temporelles qui dépendent des entrées météorologiques et des caractéristiques physiographiques des terrains. Dans le cas d’une prospection de la ressource en eau soit on

s’appuie sur les données aux stations hydrométriques, très lâches, soit on effectue des sondages

dans les formations géologiques aquifères. Néanmoins pour ces deux types de prospection un problème d’échelle existe vis à vis de la variabilité spatiale. En effet, les variations brutales au

sein de la roche aquifère rendent l’interpolation et l’extrapolation des données ponctuelles issues

des forages, difficile et peu exploitable en terme d’écoulement. D’autre part, l’unité de travail

des hydrologues, le bassin versant, n’est pas adapté à la prospection de la ressource en eau dans

la mesure où les bassins versants équipés de stations ont plusieurs centaines de km² et sont inscrits dans plusieurs aquifères. Ainsi les débits globaux mesurés intègrent des différences qu’il

est ensuite difficile de redistribuer dans l’espace (Margat J., 1966).

L’idée de la démarche exposée est de concilier l’échelle des hydrogéologues et celle des

hydrologues, et donc de disposer de résultats de mesure distribués en fonction d’un critère

prédominant pour la ressource en eau souterraine peu profonde et de surface à une échelle suffisamment grande pour s’affranchir de conditions très localisées, mais suffisamment petite pour intégrer les facteurs d’un milieu homogène : le bassin versant unitaire. Cette démarche a

largement été utilisée dans le nord-est de la France où elle a permis notamment la réalisation de catalogue de débits d’étiage de référence pour l’Agence de l’Eau Rhin-Meuse (François D., Sary M., 1994). S. Lebaut (2001) a travaillé sur l’utilisation de ces données pour établir les paramètres

clefs de l’écoulement souterrain en milieux poreux sur des formations aquifères gréso-sableuses. A la fin des années 1990 les écoulements dans le bassin du Haut Sebou ont déjà été mesurés selon cette même démarche (Devos A., Nejjari A., 1998) dans un contexte climatique de sécheresse pluviométrique (cf. infra).

Les résultats dont on fait part ici s’appuient sur ces dernières données mais également sur des données récentes collectées en 2010 et 2011 dans le cadre d’un programme scientifique franco-marocain (Action Intégré du CMIFM n° MA 10-244: projet « SIGRES », 2010-2013); Ces deux années sont caractérisées par une pluviométrie importante (cf. infra). Ainsi nous disposons de données spatialisées de débits pour deux contextes pluviométriques contrastées. L’intérêt de cette

nouvelle prospection réside dans la durée qui sépare les deux prospections mais également dans

45

le contexte pluviométrique radicalement différent du précédent.

Pour que la « valeur débit » renvoie à des propriétés de ressource en eau des aquifères il est nécessaire, en plus de les mesurer sur des sous bassins de lithologie homogène, qu’ils

correspondent à un régime stabilisé de basses eaux ; Il s’agit donc de scruter la variabilité

spatiale des écoulements pour une situation hydrologique stabilisée c'est-à-dire pour une période où les écoulements ne sont pas directement influencé par des précipitations : soit en période de tarissement dont il est admis que le débit est celui des aquifères. Dans ce cas le débit témoigne d’un rendement des aquifères.

Les mesures sont donc faites dans des situations hydrologiques stabilisées sur l’ensemble des

sections verrouillant des bassins versants homogènes (bassins unitaires). On procède par campagne de mesure; Elles doivent être relativement circonscrites dans le temps de façon à avoir « un instantané » des écoulements dans l’ensemble du bassin-versant investigué. Les débits instantanés sont calculés sur la base d’une exploration du champ des vitesses par une perche

Pirée, en mode intégration. L’approche qualitative des potentialités de ressource en eau du haut

bassin du fleuve Sebou est menée à partir des résultats de 8 campagnes de mesure de débit sur les deux périodes.

2. Situation du domaine d’étude et contexte climatique/pluviométrique

2.1. Localisation

Le fleuve Sebou, d’une surface de 40000 km² est l’un des grands fleuves du Maroc. Il

représente le tiers des écoulements superficiels du Maroc. Son bassin versant supérieur, considéré à la station d’Azzaba, a une surface de 4678 km² (fig. 1).

Figure 1. Le bassin versant du Haut Sebou

46

Il s’inscrit dans le Moyen-Atlas septentrional entre 33° et 33°5 de latitude nord et 4°05 et 5°5 de longitude ouest. Dans ces limites le haut bassin du Fleuve Sebou draine environ 10% des écoulements superficiels du Maroc, en année moyenne.

2.2. Contexte morphostructural

Le bassin supérieur de l’oued Sebou s’inscrit dans le Moyen-Atlas marocain au contact du causse moyen-atlasique au nord et du Moyen-Atlas plissé au sud (fig. 2).

Figure 2. Le contexte morphostructural du bassin versant supérieur du fleuve Sebou (carte d’après G. Colo,

1961 in Devos, 1998 ; coupes in Nejjari 2002)

D’une manière générale les formations qui constituent le substratum du bassin du Sebou

appartiennent à une puissante formation carbonatée du Secondaire et du Tertiaire. Très schématiquement l’Oued Sebou s’inscrit dans 3 contextes morphostructuraux. Dans sa partie amont il s’inscrit dans des déformations synclinales constituant soit la bordure occidentale du

Moyen-Atlas plissé (coupe C) soit au cœur du Moyen-Atlas plissé (coupe B). Dans cette partie le Sebou n’a pas d’affluent majeur ; Il est alimenté successivement par la nappe contenue dans les épanchements basaltiques fracturés et celle d’une puissante formation perméable composée de

calcaires, de dolomies et de conglomérats. Plus à l’aval le Sebou s’est incisé dans les causses

moyen-atlasiques (coupe A) ; Dans cette partie le Sebou reçoit les écoulements de 2 affluents majeurs, l’oued Maâsser et l’oued Zloul qui s’écoulent tous les deux dans une cuvette synclinale

du Moyen-Atlas plissé. Tout à l’aval il bénéficie également d’une forte alimentation par des sources karstiques situées en rive droite.

2.3. Contexte climatique

Au-delà de l’ambiance climatique de type méditerranéenne dont témoignent les données

moyennes aux stations (fig. 3), pour la démarche méthodologique dont il est question ici, c’est

surtout la variabilité interannuelle des précipitations qu’il est intéressant de scruter.

Pour cette région du Maroc il existe 3 stations avec une longue série de données pluviométriques : la station de Fès, de Sefrou et d’El Hajeb. Nous avons appliqué des méthodes

47

de segmentation de données statistiques à la longue série de données pluviométriques à la station de Fès : 1915-2010 soit 96 années.

Figure 3 : Diagramme ombrothermique pour 3 nuances climatiques sur le Haut Sebou (données du Service

géologique du Maroc, 1977) La méthode du CUSUM, par la variable Cj (François D. et al., 1993), illustre très clairement

les tendances sèches et humides depuis le début du siècle dernier ; La méthode de segmentation de Hubert (Hubert P. et al. 1989) découpe la chronique 1915-2010 en trois séries pluviométriques homogènes de moyenne contrastée (551, 416 et 701mm ; fig. 4). Les périodes pour lesquelles les débits ont été mesurés sont les plus contrastées : 416 mm pour la fin des années 1990 et 701 pour la fin des années 2009-2010.

avec X : précipitations annuelles

Figure 4 : CUSUM des précipitations à la station de Fès et moyenne pour les 3 périodes homogènes

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ita

tio

n (

mm

)

Cj (

mm

)

moyenne 1915-1980: 551 mm

moyenne 1981-2008: 416 mm

moyenne 2009-2011: 675 mm

48

3. Les résultats

3.1. Protocole et calculs

Au total, sur les 2 périodes nous disposons de 8 campagnes de mesure de débits (tab. 1). Le nombre de points jaugés varie entre 39 et 88 par campagne ; Il est fonction des contingences matérielles et humaines mais également des conditions climatiques rencontrées lors des sorties ; Les orages ne sont pas rares durant la période estivale ce qui a occasionné l’interruption de

plusieurs campagnes.

Tableau 1. Nombre de points jaugés par campagne

Mai 96

Avril 97

Oct. 97

Juin 98

Juin 10

Mai 11

Juillet 11

Sept. 11

Nbre pts jaugés

64

88

62 80

44

39

36

39

Au final il y a 39 points communs aux 2 périodes de mesures (fig. 5).

Figure 5. Localisation des bassins unitaires jaugés communs aux 8 campagnes

Les mesures de débits obtenus pour les 39 bassins versants unitaires rendent compte des potentialités de la ressource en eau à travers 3 types de d’information.

- le rendement hydrologique en l/s/km² représente la production en eau du bassin unitaire. Il équivaut au débit sortant moins le débit entrant (fig. 6).

49

Figure 6 : Exemple de calcul du rendement hydrologique

- Le profil hydrologique

Le profil hydrologique représente la progression, d’amont en aval, des débits des rivières

principales en fonction de la surface ou du linéaire. L’analyse de ces profils hydrologiques, au

regard de la géologie des affleurements traversés par le cours d’eau, apporte des informations en

matière de rendement hydrologique des terrains.

- Le coefficient de tarissement

L’analyse du tarissement étudie la fonction Q=Q(t) en régime non influencé par les

précipitations (Hall F.R., 1968). Basée sur des équations théoriques qui régissent la circulation de l’eau souterraine, la décroissance des débits des aquifères peut être représentée comme une fonction des caractéristiques de l’aquifère : « le coefficient de tarissement renferme des

informations concernant le stockage et les caractéristiques des aquifères » (Tallaksen L.M., 1995). De nombreux auteurs ont formulé des équations de tarissement ; Notre choix s’est porté

sur la formulation la plus utilisée, celle de Maillet. A partir d’un débit initial (Q0), elle exprime

la décroissance du débit en fonction du temps (t) de la façon suivante:

Figure 7 : Exemple de construction d’une courbe de tarissement

La valeur du coefficient de tarissement renvoie donc à la vidange plus au moins rapide de l’eau contenu dans les formations aquifères du bassin versant. La détermination des valeurs du

coefficient de tarissement s’appuie sur 4 campagnes, celles d’avril et octobre 1997 et celles de

mai et septembre 2011. Elle procède d’un ajustement manuel des variables « débit » de telle

façon à ce que les 2 phases de tarissement distinctes ne fassent qu’une phase théorique répondant à la formulation de Maillet (fig. 7) (Sugiyama H., 1996). De la sorte on obtient un coefficient α de tarissement moyen (tab. 2).

3.2. Synthèse sur les ressources en eau du bassin du Haut Sebou

Le commentaire sur le potentiel des ressources en eau du bassin du Haut Sebou s’appuie donc

y = 7700e-0,015x

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

0 50 100 150 200

Q (

l/s)

jour

MA1

50

sur les 8 profils hydrologiques (fig. 8), la carte des rendements hydrologiques pour septembre 2011 (fig. 9) ainsi les valeurs de coefficients de tarissement (tab. 2).

Globalement, on peut distinguer 4 parties sur les profils hydrologiques.

A l’amont on peut distinguer deux sous parties. La première correspond à un fonctionnement

naturel de l’oued (point G1 à G8). Dans ce secteur les écoulements de l’oued sont tributaires de

l’aquifère basaltique mais selon deux modes de fonctionnement comme en témoignent la variabilité des débits et les coefficients de tarissement ; En position « perchés » dans les basaltes les débits varient fortement en liaison avec un coefficient de tarissement élevé (> 1,5.10-2) pour les sous bassins G2d et G3 par exemple. Par contre lorsque l’oued s’écoule à proximité du mur

de la nappe alors l’oued draine en permanence la nappe ce qui est en accord avec de faibles

coefficients de tarissement (<1,1.10-2) et des rendements supérieurs à 5l/s/km² (exemple de G4g) et l’existence de sources comme celle d’Aberchane dont le coefficient de tarissement est très

faible (7.10-3). La deuxième sous partie, de G11 à G20, est le domaine de la plaine agricole du Sebou. Les écoulements de surface sont largement utilisés pour l’irrigation. Un dense réseau de

canaux impact considérablement les écoulements naturels comme en témoigne la forte variabilité du débit pour ces points de mesure (de 0 à plus de 1m3/s pour une même période). Néanmoins la ressource en eau souterraine dans les basaltes est toujours importante dans ce secteur comme l’atteste le débit quasi constant de la source de Titzil (de l’ordre de 190 l/s pour mai, juillet et

septembre 2011).

Figure 8 : Profils hydrologiques du Sebou à l’amont d’Azzabba

L’ensemble de ce secteur amont est donc caractériser par des réserves aquifères conséquentes

1

10

100

1000

10000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Q (l

/s)

PKH

mai-96

avr-97

oct-97

juin-98

juin-10

mai-11

jul-11

sept-11

G1G3

G6G7 G8

G11G12 G20

G25 G26

G29 S1

S2

S8

51

mais largement sollicitées pour l’agriculture. La deuxième partie, à l’aval du secteur précédent, l’oued Sebou traverse une épaisse

formation carbonatée qui constitue un aquifère multicouche (calcaires et marnes) dont les rendements importants entrainent une faible variabilité des débits (points G20 à G26) en liaison avec un faible coefficient de tarissement et un rendement proche des 5 l/s/km² pour septembre 2011 (mois d’étiage).

La forte augmentation du débit au point G29 puis dans une moindre mesure au point S1 est le fait des apports de l’oued Mâasser puis de l’oued Zloul. L’oued Mâasser présente de plus

grandes potentialités de ressource en eau en liaison avec des formations gréseuses comme en témoigne le coefficient de tarissement de l’ordre de 1,5.10-2 pour MA1 et MA9. Sur ce bassin les aquifères sont surtout productifs à l’amont comme en témoigne les rendements élevés pour

MA1. Par contre les rendements négatifs à l’aval sont vraisemblablement le fait de phénomènes

d’inféro-flux ; Ceci serait le corolaire d’une nappe alluviale conséquente. L’oued Zloul ne

présente que de médiocres ressources en eau conformément à son substratum composé de calcaire et de dolomie ; Les rendements sont inférieurs à 1 l/s/km² pour septembre 2011 pour un coefficient de tarissement fort, de 3,1.10-2.

Dans le secteur aval l’oued Sebou traverse les causses du Moyen-Atlas. La forte augmentation du débit entre S1 et S8 est le fait d’un important secteur de sources dans des calcaires ; Trois sources karstiques sont bien individualisées en rive droite du Sebou. De forts rendements, près de 2,5 m3/s sur 400 m de linéaire (plus du tiers du débit à la station d’Azzaba) couplés à un faible

coefficient de tarissement (de l’ordre de 6.10-3) rendent compte d’un aquifère de forte

potentialité.

Figure 9 : Rendement hydrologique par bassin unitaire pour septembre 2011

52

Tableau 2 : Exemples de valeurs (en 10-2) du coefficient de tarissement

Au final l’organisation des écoulements dans le bassin versant du Haut Sebou est bien mise en

évidence, de façon similaire sur les 8 campagnes. Le fait intéressant et nouveau qui se dégage en comparant les profils hydrologiques pour les deux périodes est finalement l’absence de

différence de débit de basses eaux pour des pluviométries contrastées. Ceci rend compte d’une

faible inertie des aquifères, ce que laissaient présager les caractéristiques lithologiques des formations géologiques dont les perméabilités sont essentiellement de fissures (calcaires et dolomies). Néanmoins quelques secteurs constituent des émergences préférentielles des eaux souterraines à la faveur de contextes géologiques particuliers ; C’est le cas des « points bas dans les basaltes » dans la partie amont du bassin, de la partie médiane lorsque le Sebou est alimenté par un puissant aquifère multicouche ou à l’extrême aval lorsque le Sebou draine la zone saturée d’un aquifère karstique.

Conclusion

Les mesures de débits en régime non directement influencé sur l’ensemble du réseau

hydrographique permettent une appréciation fine de la ressource en eau du bassin versant du Haut Sebou. Néanmoins les résultats de cette démarche peuvent être biaisés du fait d’impacts

anthropiques sous la forme de prélèvement d’eau, notamment dans les secteurs les plus agricoles.

Il faut par conséquent s’appuyer sur de nombreuses campagnes de mesure pour espérer en extraire le « bruit anthropique ». Ceci étant, les résultats acquis pour les années 2010 et 2011 confirment ce qui a été mis en évidence dans les travaux précédents à partir des mesures faites à la fin des années 1990, dans un contexte de déficit pluviométrique marqué. Les conclusions les plus intéressantes sont apportées par la comparaison des valeurs de débits entre ces deux périodes ; Elle témoigne d’une très faible inertie de l’ensemble des systèmes aquifères. Cela

explique que, bien que cette partie du Moyen-Atlas soit constitué d’environ 50% de terrain

perméable et présente donc de bonnes potentialités de ressource en eau souterraine, elle ne soustrait pas pour autant les populations au risque de sécheresse hydrologique si les pluies viennent à manquer sur plusieurs années consécutives. Enfin, cette démarche de prospection, bien que nécessaire, ne suffit pas à la connaissance fine du fonctionnement de l’hydrosystème

Sebou. C’est la raison pour laquelle ces premiers résultats enrichiront une démarche de modélisation hydrologique dans de futurs travaux.

Remerciements :

Ces travaux s’inscrivent dans un « Partenariat Hubert Curien » Volubilis (Action Intégrée n° MA 10-244), mis en œuvre et financé par le ministère français des affaires étrangères et européennes, avec le soutien du ministère de l'Enseignement supérieur et de la Recherche français et marocain. Il est piloté par le Comité Mixte Interuniversitaire Franco-Marocain.

G1

G2d

G4g

Source

Aberchane

G7

G8

G20

G21d

Tam1

MA1

MA9

ZL8

Sources aval

α 1,9

1,1

1,5

0,7

0,8

1,3

0,5

0,9

3,7

1,5

1,7

3,1

0,6

53

Bibliographie :

Devos A., Nejjari A. 1998 : La sécheresse hydrologique récente dans le bassin supérieur du Sebou (Moyen-Atlas). Rapport AUPELF-UREF, 57 p.

François D., Gille E., Zumstein J-F., 1993 : Analyse des séries chronologiques et application aux données hydroclimatologiques. L’Eau, la Terre et les Hommes. Hommage à R. Frécaut, pp. 137-146.

François D., Sary M., 1994 : Etude méthodologique des débits d’étiage, 29 p.

Hall F.R., 1968: Baseflow recessions-A review. Water Resources Research, vol. 4, N°5, pp. 973-983.

Hubert P., Carbonnel J.P., Chaouche A., 1989 : Segmentation des séries hydrométéorologiques. Application à des séries de précipitations et de débits de l’Afrique de l’ouest. J. Hydrol. 10, 349-367.

Lebaut S., 2001 : L’apport de l’analyse et de la modélisation hydrologiques de bassins versants dans la connaissance du fonctionnement d’un aquifère : les Grès d’Ardenne-Luxembourg. Thèse de doctorat, Mosella, tome XXVI, n°1-2, 212 p.

Margat J., 1966 : Age des eaux souterraines et renouvellement des réserves des nappes. Réflexion sur les bases de l’hydrochronologie. Bulletin du B.R.G.M., n°6, pp 37-51.

Nejjari A., 2002 : La sécheresse, l’eau et l’homme dans le bassin versant du Haut Sebou (Moyen-Atlas septentrional – Maroc). Thèse de doctorat, 304 p.

Service géologique du Maroc, 1977 : Ressources en eau du Maroc – Domaines atlasique et sud-atlasique. Edition du service géologique du Maroc, 438 p.

Sugiyama H., 1996 : Analysis and extraction of low flow recession characteristics. Water Resources Bulletin, vol 32, N°3, pp 491-497.

Tallaksen L.M., 1995 : A review of base flow recession analysis. Journal of Hydrology,

54

ANALYSE DE LA FIABILITE DES SYSTEMES DE DISTRIBUTION D’EAU POTABLE EN ZONES ARIDES D’ALGERIE

(CAS DE LA REGION DE BISKRA)

MASMOUDI R.1, KETTAB A.2 1Laboratoire Aménagements Hydrauliques et Environnement- Université de Biskra- Algérie

BP.1339 RP 07000 Biskra- Email. [email protected] 2Laboratoire Sciences de l’eau- Ecole Nationale Polytechnique d’Alger

BP. 182 El Harrach Alger- Email. [email protected]

Résumé - Cette étude trouve son origine dans le constat des grandes difficultés qui touchent la prestation publique d’alimentation en eau potable en Algérie. L’analyse des mesures a permis d'apprécier le niveau de fiabilité des systèmes testés ainsi que les taux de pertes d'eau potable dans la région de Biskra (450 km au sud-est d’Alger).

Cette approche de réflexion sur l’état, le fonctionnement et le comportement du système d’eau potable permet de

dégager un bilan sur l’état de santé de ce système. Elle permettra également d’apprécier la qualité de service et contribuera à

l’établissement d’une base de données pertinente sur le système d’eau et son service.

Mots-clés : Fiabilité des réseaux, Distribution d’eau, Biskra, Pertes d’eau.

Abstract- Analysis of the reliability of the drinking water systems in dry zones of Algeria. Case of Biskra's region This study finds its origin in the report of the big difficulties which get the public performance of the drinking water

supply in Algeria. The analysis of measures allowed to appreciate the level of reliability of tested systems as well as the rates of losses of

drinking water in Biskra's region (450 km southeast of Algiers). This approach of reflection on the state, the functioning and the behaviour of the system of drinking water allows to

loosen a balance on the health of this system. It will also allow to appreciate the quality of service and will contribute to the establishment of a relevant data base on

the system of water and its service.

Keywords : Drinking water, water losses, Biskra, Reliability.

Introduction

En Algérie, la quantité des eaux de surface et des eaux souterraines s’est en moyenne

augmentée à la suite de plusieurs décennies de densification de soutirages souterrains et de réalisation de barrages. Cependant, l’Algérie figure parmi les pays les plus pauvres en matière de

potentialité hydriques. La disponibilité d’eau est en dessous du seuil théorique de rareté fixé par

la banque mondiale à 1000 m3 par habitant et par an. A cela, s’ajoute une forte croissance de la

population urbaine. Le volume annuel d’eau qu’on est en mesure de mobiliser est à peine plus de

5 milliards de m3 alors qu’il faudrait disposer entre 15 et 20 milliards de m3 par an.

Par ailleurs, les pertes totales dans les réseaux d’irrigation sont estimées à 40% des

prélèvements. Dans les villes, elles dépasseraient 50% et la dotation domestique moyenne nette est de l’ordre de 55 litres par habitant et par jour où le service de l’eau n’est pas continu. Le volume d’eau non facturé atteint 50% du volume mis en distribution. L’analyse de la demande

en eau potable dans les agglomérations urbaines et rurales doit être considérée comme une action d’intérêt national. La fiabilisation des systèmes de distribution d'eau potable et d’assainissement ne peut être concrétisée que par l’apport des études du comportement

physique et fonctionnel de ces systèmes et l’amélioration de leur gestion technique .

55

Dans ce contexte et particulièrement dans les régions arides du sud, maîtriser la gestion des ressources hydriques et minimiser les pertes d’eau sont autant d’enjeux stratégiques et

opérationnels pour la société et l’économie.

1. Objectifs et méthode

De nombreux travaux de recherche ont été entrepris pour tester les différentes approches relatives à l’amélioration des performances des systèmes de distribution d’eau potable. Les

congrès de l’international water association (IWA): Leakage 2005, Waterloss 2007 et 2009 ont

consacré leurs travaux à la recherche d’une meilleure connaissance des pertes d'eau dans le système de distribution ainsi que ses indices de performance (Liemberger et al. 2007), (Pearson et al. 2005), (lambert et al. 2009). Cependant très peu nombreux sont les travaux qui concernent les réseaux à faible niveau de comptage et sur lesquels la distribution est discontinue.

Le but de cette analyse est de fournir les indicateurs techniques et les paramètres de performance des systèmes de distribution de trois localités dans la région de Biskra située dans le sud-est algérien. Des estimations de la consommation et des pertes d'eau par différentes démarches sont fortement recommandées.

- la première démarche consiste à évaluer la consommation en eau potable à travers un panel d’abonnés et à extrapoler les résultats à la population toute entière. Les taux de pertes et les paramètres de performance seront calculés sur la base des résultats obtenus.

- la deuxième démarche permet d’évaluer des pertes d’eau dans les réseaux de distribution

directement par des mesures des débits nocturnes de distribution.

- La troisième méthode se base sur les informations collectées auprès de l’exploitant des

systèmes de distribution dans les trois villes testées.

Après avoir décrit succinctement le contexte de la ressource et la distribution de l'eau dans la région de Biskra, cet article présentera l'évaluation des consommations des usagers domestiques commerciaux et industriels. Enfin les pertes ainsi que les différents indicateurs techniques des systèmes analysés sont déterminés et les résultats des trois méthodes comparés.

2. Ressources en eau réservées à l’alimentation des populations

La totalité des eaux distribuées aux différents consommateurs dans les trois agglomérations étudiées proviennent des nappes souterraines. Un grand programme de mobilisation des eaux souterraines a été réalisé dans les deux dernières décennies et le nombre de points d’eau

mis en service au cours de l’année 2011 a atteint 69 forages, entre forages de moyenne profondeur (100 à 250 m) et de forages de grande profondeur (plus de 300 m). Une grande partie des eaux soutirées est refoulée vers les réservoirs de stockage, tandis que les forages situés à l’intérieur des localités injectent leurs débits directement dans les différents réseaux de distribution. On estime les volumes journaliers soutirés dans les trois localités principales de cette région en 2011 à 6828 m3 à Biskra, 973 m3 à Tolga et 646 m3 à Sidi-Okba. Ces volumes sont réservés aux différents usagers : domestiques, publics et industriels.

Cependant, il a été constaté que le problème de la multiplication des interruptions du service est quasi-total et que la plupart des usagers des trois localités souffre de l’insuffisance des

débits et des pressions assurées (les abonnés utilisent leurs propres moyens de stockage et de pompage pour couvrir leurs besoins en eau potable). Ce constat nous a amené à mener

56

une série d’analyse des différents paramètres relatifs à la consommation d’eau potable et à la fiabilité des systèmes de distribution ainsi qu’à des investigations sur les variations

temporelles de la consommation.

Les volumes produits journellement en 2011 s’élèvent à 6828 m3 à Biskra, 973 m3 à Tolga et

646 m3 à Sidi-Okba. La production brute par habitant sera donc de l’ordre de 260 l/j/habitant à

Biskra, 265 l/j/habitant à Tolga et 190 l/j/habitant à Sidi Okba, alors qu'elle était de 212, 225 et 104 en 2002 : l’évolution de la production totale en eau entre 2002 et 2011 a connu un accroissement aussi important que celui du nombre d’usagers.

3. Evaluation des consommations d’eau potable

3.1. Usagers domestiques

L’augmentation continue du nombre des usagers domestiques a fait que le volume consommé

connaisse le même sort. Passant de 35512 abonnés domestiques en 2002 à 52497 abonnés au cours de l'année 2011, la moyenne des nouveaux branchements s’élève à 1700 par an.

La quantification des volumes consommés est réalisée par l’exploitant selon deux

manières différentes. Une quantification issue du système de comptage mis en place et une estimation forfaitaires selon le type d’habitation et le nombre d’étages (Kettab, 2002). Les volumes annuels de la consommation domestique en eau fournis par l’exploitant apparaissent sur la figure 1:

Figure 1 : Volumes annuels en (m3) de la consommation domestique dans les trois villes testées

3.2. Usagers publics, commerciaux et industriels

Le développement des différentes activités enregistré dans la région de Biskra a fait qu’en

moyenne 64 nouveaux raccordements aux réseaux s’effectuent par année. Néanmoins, le problème

de la quantification des volumes réellement consommés demeure toujours posé. Bien que, les abonnés gros consommateurs d’eau soient généralement dotés de compteurs d’eau, nombreux

400000

1900000

3400000

4900000

6400000

7900000

9400000

(m3

) Biskra

Tolga

Sidi-Okba

57

sont les administrations et d’autres établissements raccordés aux réseaux mais qui ne sont pas équipés de compteurs. Concrètement, sur les 1493 abonnés, seuls 253 ont des compteurs avec un taux de défectuosité de plus de 55%. Ce ci va sans doute expliquer, le grand taux de pertes d’eau

qui caractérise cette région.

La consommation publique et des commerces a connu durant la période 2002-2011 une augmentation plus au moins importante : de 383723 m3 en 2002 à 674143 m3 en 2011. Cette augmentation est compatible à l’évolution du nombre d’usagers.

Par ailleurs, les industries consommatrices d’eau sont dotées de leurs propres

ressources. Le raccordement de celles-ci au réseau public ne se fait que pour couvrir les besoins du personnel.

4. Evaluation des pertes d’eau

Les volumes et les taux de pertes seront calculés en se basant entre autre sur les volumes consommés déterminés par deux démarches différentes. La première démarche consiste à quantifier le volume total consommé dans chaque ville en se basant sur les consommations domestique, commerciale-publique et industrielle facturées. Dans la seconde démarche, on procède à l’évaluation des pertes par l’introduction des consommations domestiques mesurées et

extrapolées à toute la population dans le calcul du volume global consommé.

L’utilisation de deux démarches différentes nous offre la possibilité de faire la

comparaison des résultats obtenus.

Les mesures des volumes consommés ont été réalisées au cours de la période chez les abonnés ayant de l’eau potable en continuité et qui sont dotés de compteurs non défectueux. Ces deux conditions, considérées comme indispensables pour la fiabilité des résultats, ont constitué une contrainte majeure dans le choix de la taille et la dispersion de l’échantillon, notamment en

raison de la discontinuité quasi-générale de la desserte en eau. Pour une meilleure représentativité, la constitution des échantillons a pris en compte les différents types d’habitation

existants dans la région. Les panels d’abonnés soumis à ces mesures sont de l’ordre de : 147 abonnés à Biskra, 68 à Tolga et 44 à Sidi Okba.

Ce travail nous a permis d’entreprendre le calcul des volumes domestiques consommés dans

la période 2002-2011 en utilisant la valeur du prélèvement individuel moyen mesurée.

Il a été constaté que les taux de pertes dans la ville de Biskra sont assez élevés. Ce taux est supérieur à 69 % en 2002 et prend sa valeur minimale d’environ 34 % en 2004. Le taux

moyen le plus élevé est de l’ordre de 70% a été enregistré au cours de la période: 2005 - 2011. En 2002, les plus grandes valeurs de ce paramètre atteignent 75% et 72% respectivement à Tolga et Sidi Okba.

Les résultats obtenus ont permis de constater que quelque soit la méthode utilisée les taux de pertes dans les trois localités étudiées sont anormalement élevés. Par ailleurs, les valeurs des taux de pertes calculées en utilisant deux démarches différentes pour chaque ville semblent être relativement proches.

58

Tableau 1 : Volumes et taux de pertes par bilan : Production-Consommation domestique facturée

Année

La ville

Volume de

Production (m3/j)

Consommation (m3/j) Vol

ume de Pertes (m3/j)

Taux des pertes

(%)

Domestique facturée

Commerciale et

publique

industrielle

2002

Biskra

40930

13635

954 30 263

11 64,

28

Tolga

7168

1751

34 0 538

3 75,

10

Sidi Okba

5275

2115

77 0 308

3 58,

45

2003

Biskra

40925

19776

1071

184 198

94 48,

61

Tolga

7541

2314

76 0 515

1 68,

31

Sidi Okba

6027

2585

75 0 336

7 55,

87

2004

Biskra

41722

25619

1609

284 142

10 34,

06

Tolga

8138

3774

114 0 425

0 52,

22

Sidi Okba

5647

2850

86 0 271

1 48,

01

2005

Biskra

41583

23587

1592

329 160

75 38,

66

Tolga

10111

3300

159 0 665

2 65,

79

Sidi Okba

6138

2240

120 0 377

8 61,

55

2006

Biskra

42042

23720

1510

284 165

28 39,

31

Tolga

10413

3901

216 0 629

6 60,

46

Sidi Okba

6791

2422

112 0 425

7 62,

69

2007

Biskra

48033

24637

1313

205 218

78 45,

55

Tolga

7144

3926

188 0 303

0 42,

41

Sidi Okba

4944

2455

81 0 240

8 48,

71

2008

Biskra

45127

24586

1369

274 188

98 41,

88

59

Tolga

10372

3738

160 0 647

4 62,

42

Sidi Okba

6730

2271

82 0 437

7 65,

04

2009

Biskra

55602

21907

1281

224 321

90 57,

89

Tolga

7294

3949

189 0 315

6 43,

27

Sidi Okba

5236

2559

152 0 252

5 48,

22

2010

Biskra

62680

19588

315 44 427

33 68,

18

Tolga

8447

4018

35 0 439

4 52,

02

Sidi Okba

6155

1886

21 0 424

8 69,

02

2011

Biskra

68275

18053

1263

259 487

00 71,

33

Tolga

9733

3853

157 0 572

3 58,

80

Sidi Okba

6463

1719

66 0 467

8 72,

38

Tableau 2 : Volumes et taux de pertes par bilan : Production-Consommation domestique mesurée extrapolée

Année

Ville

Volume de

Production (m3/j)

Consommation (m3/j)

Volume de

Pertes (m3/j)

Taux des pertes (%)

Domestique

mesurée

Commerciale et

publique

industrielle

2002

Biskra

40930

14807

954 30 251

39 61,4

2

Tolga

7168

1777

34 0 535

7 74,7

3

Sidi Okba

5275

1838

77 0 336

0 63,7

0

2003

Biskra

40925

20771

1071

184 188

99 46,1

8

Tolga

7541

2952

76 0 451

3 59,8

5

Sidi Okba

6027

2472

75 0 348

0 57,7

4

2 Bis 417 214 160 284 184 44,1

60

004 kra 22 26 9 03 1

Tolga

8138

3483

114 0 454

1 55,8

0

Sidi Okba

5647

2483

86 0 307

8 54,5

1

2005

Biskra

41583

21236

1592

329 184

26 44,3

1

Tolga

10111

3290

159 0 666

2 65,8

9

Sidi Okba

6138

2335

120 0 368

3 60,0

0

2006

Biskra

42042

26590

1510

284 136

58 32,4

9

Tolga

10413

3876

216 0 632

1 60,7

0

Sidi Okba

6791

2353

112 0 432

6 63,7

0

2007

Biskra

48033

27769

1313

205 187

46 39,0

3

Tolga

7144

3847

188 0 310

9 43,5

2

Sidi Okba

4944

2656

81 0 220

7 44,6

4

2008

Biskra

45127

28211

1369

274 152

73 33,8

4

Tolga

10372

4077

160 0 613

5 59,1

5

Sidi Okba

6730

2605

82 0 404

3 60,0

7

2009

Biskra

55602

19988

1281

224 341

09 61,3

4

Tolga

7294

4204

189 0 290

1 39,7

7

Sidi Okba

5236

2238

152 0 284

6 54,3

5

2010

Biskra

62680

20066

315 44 422

55 67,4

1

Tolga

8447

4121

35 0 429

1 50,8

0

Sidi Okba

6155

2212

21 0 392

2 63,7

2

2011

Biskra

68275

20701

1263

259 460

52 67,4

5

61

Tolga

9733

4148

157 0 542

8 55,7

7

Sidi Okba

6463

2365

66 0 403

2 62,3

9

5. Paramètres de performance des systèmes de distribution

Les rendements techniques permettent d’apprécier d’avantage la fiabilité et l’efficacité du

système de distribution. La détermination de ces indicateurs techniques dépend fortement de la quantité et de la qualité des grandeurs des paramètres de fonctionnement du système de distribution. Les données disponibles et les mesures effectuées ainsi que les résultats obtenus sur les pertes et les fuites d’eau permettent d’évaluer la fiabilité et le degré de performance des

systèmes étudiés par le calcul du rendement technique primaire ainsi que les indices linéaires de pertes, de fuites et de consommation.

5.1. Rendement technique primaire

C’est le rapport entre le volume comptabilisé et le volume mis en distribution. Dans la première évaluation, on considère le volume comptabilisé comme la somme des

volumes : domestique mesuré extrapolé, public et industriel. Les valeurs du rendement primaire se présentent comme suit (tableau 3):

Dans la seconde évaluation, on considère le volume comptabilisé comme la somme des volumes : domestique avec comptage extrapolé, public et industriel. L’évolution du rendement

primaire entre 2005 et 2011 est donnée comme suit (tableau 4):

Tableau 3: Rendement primaire des systèmes d’eau potable en 2011

Ville

Volume (m3/j) Rendement primaire

(%) Comptabilisé Mis en

distribution

Biskra

26792 68395 39

Tolga

4652 10336 45

Sidi-Okba

3118 6986 44

62

Tableau 4: Rendements primaires des réseaux de Biskra au cours de la période 1995-2004

Année

Ville

Volume (m3/j) Rendement primaire

(%) Comptabilisé Mis en

distribution

2005

Biskra

16846 44357 46

Tolga

5133 8043 31

Sidi-Okba

4484 3350 73

2006

Biskra

16890 44251 53

Tolga

5428 8756 40

Sidi-Okba

4780 3623 89

2007

Biskra

17325 45506 50

Tolga

6994 8875 40

Sidi-Okba

5097 3987 98

2008

Biskra

18110 46200 46

Tolga

6389 8936 34

Sidi-Okba

5098 4037 99

2009

Biskra

18499 47011 42

Tolga

6778 9237 37

Sidi-Okba

5369 4128 56

2010

Biskra

18565 48984 30

Tolga

6986 9321 30

Sidi-Okba

5507 4250 43

Biskra

18989 49589 30

63

2011

Tolga

7045 8393 28

Sidi-Okba

5685 5376 31

Quelque soit la méthode d’évaluation utilisée, les rendements techniques de l’ensemble des

réseaux sont faibles. Quoique la ville de Sidi-Okba a présenté des rendements primaires anormalement élevés. Ceci peut s’expliquer par les incertitudes des données utilisées, notamment

les débits consommés.

Les rendements issus des résultats des mesures des volumes de consommations domestiques sont de l’ordre de 40%, ce qui démontre, une fois de plus l’absence de performance et de fiabilité

des systèmes de distribution analysés.

5.2. Indices linéaires de pertes, de fuites et de consommation

Le calcul des indices linéaires de pertes et de fuites des trois villes a été entrepris en se basant sur les pertes calculées par deux méthodes différentes. ‘A’ représente le bilan : production – consommation domestique mesurée extrapolée. ‘B’ désigne le bilan : production – consommation domestique facturée. Ce calcul a conduit aux valeurs suivantes (tableau 5):

Tableau 5: Indices linéaires de pertes des systèmes d’eau potable en 2011

Ville

Longueur du réseau (km)

Volume de pertes (m3/j)

Indice linéaire de pertes ILP (m3/j/km)

A

B

A

B

Biskra

397 46052

48700

116 122

Tolga

121 5428

5723 44 47

Sidi-Okba

89 4032

4678 45 52

Tableau 6: Indices linéaires de fuites des systèmes d’eau potable de Biskra

Ville

Volume de fuites (m3/j)

Longueur du réseau (km)

Indice linéaire de fuites ILF (m3/j/km)

Biskra

18134 397 45

Tolga

4542 121 38

Sidi-Okba

3960 89 44

Les valeurs des indices linéaires de pertes des réseaux testés dépassent largement les valeurs

64

guides. A Biskra par exemple, l’ILP calculé est de l’ordre de 120 m3/j/km, alors que la valeur

guide correspondante est égale à 20 m3/j/km. Ce grand décalage entre les valeurs calculées et les valeurs de référence de cet indice

confirme, une fois de plus que les systèmes d’eau potable de la région de Biskra ne sont pas

fiables. Les indices linéaires de fuites obtenus montent que les réseaux étudiés manquent

d’herméticité et sont loin d’être étanches. Les valeurs de référence de cet indice, variant de 1 – 3 m3/j/km dans les zones rurales et de 7 – 12 dans les zones urbaines (Deb, 1994), montrent clairement que les indices de fuites obtenus sont très élevés.

L’indice de consommation exprime le rapport entre les volumes consommés et la longueur

totale des canalisations d’adduction et de distribution. Le calcul a conduit aux résultats suivants:

Tableau 7: Indices linéaires de consommation d’eau potable en 2011

Ville

Volume total consommé (m3/j)

Longueur du réseau

(km)

Indice linéaire de consommation ILC (m3/j/km)

Biskra

18989 397 47

Tolga

7045 121 58

Sidi-Okba

4685 89 52

Les résultats des indices linéaires de consommation comparés aux valeurs guides, conduisent à des indices acceptables. Ces indicateurs de performance constituent un outil de vérification et de contrôle de la bonne exploitation des réseaux de distribution.

Conclusion

Les résultats obtenus dans cette analyse représentent une base d'évaluation des besoins en eau potable dans les agglomérations du sud algérien à prendre en compte dans les aménagements futurs.

Les taux de pertes dans les réseaux sont anormalement élevés, ce qui nécessite des investigations supplémentaires pour localiser les fuites. Il semble donc capital, à très court terme de procéder à la généralisation de l'utilisation des compteurs et d'entreprendre une réhabilitation des réseaux. Les valeurs incomparables des indices linéaires de pertes et de fuites avec les grandeurs de référence mettent l’exploitant dans l’obligation de procéder à la réduction du taux

de pertes et d’améliorer l’étanchéité des systèmes d’eau potable par :

- Installation des compteurs individuels - Installation des compteurs généraux et par secteur - Procéder à court terme à la détection des fuites sur le réseau - Réparation des fuites et réhabilitation et rénovation du réseau - Formation de personnel d’entretien et d’intervention - Sensibiliser les usagers vis-à-vis du gaspillage de l’eau

65

Ces actions doivent être suivies par la mise en œuvre d’une stratégie d’exploitation visant à

optimiser le service rendu aux usagers et à assurer régulièrement les relevés des compteurs. Il est également nécessaire de développer des approches d’aides au choix des options techniques de réhabilitation des systèmes : renouvellement, rénovation.

L'efficacité de ces mesures pourra être démontré en renouvelant tout ou partie de l'étude présentée ici, immédiatement après la mise en place des mesures correctrices.

A long terme, il est impératif de procéder à l’élaboration de schémas directeurs pour

programmer et hiérarchiser les opérations de renouvellement des réseaux et prévoir les investissements futurs.

L’ensemble des réflexions doit converger vers une optimisation de l’utilisation de la ressource afin de la préserver et de retarder voir d’éviter la réalisation de nouveaux

investissements.

Quels que soient les démarches envisagées pour passer à un système capable de distribuer une eau satisfaisante tant en quantité qu’en qualité, il est fortement recommander que l’utilisation des

ressources en eau soit liée étroitement aux demandes des usagers. Cette alternative revient, pour les prestataires, à étudier précisément les paramètres de la demande en eau, et éventuellement à impliquer les usagers dans les opérations de maîtrise de la demande lorsqu’une pénurie

quantitative de ressources en eau se présente.

Bibliographie

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region, the Algerian south, 6th International Conference IWRA, Menton, France.

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Pearson D., Trow S. W., 2005 : Calculating economic levels of leakage. IWA Leakage, Jeju, Korea.

66

EVALUATION DES CHANGEMENTS DANS LA PLUVIOMETRIE DU BASSIN VERSANT DE LA TAFNA (NORD-OUEST DE

L’ALGERIE)

GHENIM AN 1, MEGNOUNIF A 2, DJELLOUL SMIR SM 3 1 Université de Tlemcen, Faculté de Technologie, BP 230, 13000 Algérie, [email protected] 2 Université de Tlemcen, Faculté de Technologie, BP 230, 13000 Algérie, [email protected] 3 Direction de l’hydraulique de la wilaya de Tlemcen, djelloul.mohamed @ caramail.com

Résumé – Les changements climatiques et notamment la réduction des précipitations ont eu pour conséquence des modifications du régime pluviométrique dans plusieurs régions Méditerranéennes. Dans ce travail, en se basant sur les données mensuelles issues de 16 postes pluviométriques situés dans le bassin versant de la Tafna, on se propose d’examiner les principaux changements qui ont affecté le régime des pluies. D’une tendance globale déficitaire, la pluviométrie a subi une cassure d’homogénéité brutale et conséquente. Elle a eu lieu entre le milieu et la fin des années 1970. Au-delà de cette date, on note une occurrence accentuée d’années sèches et l’apparition de sécheresses aigues. Au cours de la séquence sèche, la saisonnalité et la concentration des pluies n’ont pas changé. On note même une réduction de l’agressivité des précipitations

pendant cette période.

Mots-clés : Pluviométrie mensuelle, pluviométrie saisonnière, Tafna, Algérie

Abstract – Evaluation of changes in rainfall in Tafna watershed (north-west of Algeria) Climate change, including reduced rainfall has resulted in changes in rainfall patterns in several Mediterranean

regions. In this work, based on monthly data from 16 rainfall gauges located in Tafna watershed, we propose to examine the major changes that have affected the rainfall. With an overall trend to deficit, rainfall has been brutal and consistent break of homogeneity. It took place between the mid to late 1970s. Beyond this date, there is a heightened occurrence of dry years and the onset of acute droughts. During the dry sequence, seasonality and concentration of rainfall have not changed. There is even a reduction of the aggressiveness of rainfall during this period.

Keywords : Monthly rainfall, seasonal rainfall, Tafna, Algeria.

Introduction

L’évaluation rationnelle du potentiel en eau est d’une importance primordiale pour la planification, la protection et le contrôle de cette ressource pour laquelle l’analyse de la pluviométrie est le point de départ (Basistha et al., 2009). Dans les zones arides et semi-arides, celle-ci est caractérisée par une grande variabilité dans le temps, dans l'espace, en quantité et en durée (Noy-Meir, 1973). En plus, sous l’effet des fluctuations du climat que subit le globe

terrestre, ces zones sont sujettes à des déficits pluviométriques importants (Ghenim et al., 2010 ; Meddi et al., 2010 ; Sebbar et al., 2011). En Algérie, plusieurs estimations de la baisse de la pluviométrie enclenchée depuis la décennie 1970 ont été publiées (Laborde, 1993 ; Meddi et Meddi., 2009 ; Ghenim et al., 2010 et 2013). Elles varient entre 20 et 36% (Meddi et Meddi, 2009). Dans ce contexte, le bassin versant de la Tafna souffre depuis près de 4 décennies d’une

réduction de ces apports pluviométriques. Ceci s’est traduit par un fort déficit d’écoulement de

surface (Ghenim et al., 2010), un abaissement dangereux des surfaces piézométriques (Khaldi, 2005) et des pénuries aigües en eau potable.

Sur la base des données de 16 postes pluviométriques, on s’intéresse à la tendance et la détection des principaux

changements qui ont affecté la pluviométrie. L’outil statistique est utilisé pour détecter les dates de rupture d’homogénéité des séries de mesure. Une attention particulière est focalisée sur le comportement des pluies durant l’année hydrologique de part et d’autre de la date de rupture. En ce sens, la saisonnalité, la concentration et l’agressivité des pluies sont appréciés par différents indices.

1. Zone d’étude

D'une superficie de 7 245 km2, le bassin versant de la Tafna s'étend, à l'extrême ouest de

67

Meffrouche

Pierre du chat

TlemcenLalla Setti

Bensekrane

Chouly

B.Bahdel

H.Boughrara

S.Medjahed

KhemisSebdou

B.OuassineSabra

Hennaya

Remchi

Lalla Maghnia

MER MEDITERRANEE

0 100

N

200KM

slgé is

Sqrqiop‎nlavioméq itas

F opqi s‎slgé o-Mr ocrips

0 20KM

40

Bassin versantde la TAFNA

l'Oranie, entre 1° et 2° de longitude ouest et de 34°5’ à 35°3’ de latitude nord. Le bassin versant

est traversé par deux chaines montagneuses, les monts des Traras au nord ouest et les monts de Tlemcen au sud. Les premiers, culminant à 1136 m, dressent une barrière entre le bassin et la mer. Ils correspondent à une série de crêtes de direction NE – SW au Djebel Fillaoucène. Les plaines du bassin s’étendant entre ces massifs élevés dessinent un édifice régulier formé essentiellement de terrains mésozoïques et cénozoïques.

Figure1. Situation du bassin versant de la Tafna et répartition des stations pluviométriques utilisées

Le bassin versant de la Tafna est équipé d’une trentaine de stations pluviométriques, soit une

station pour environ 240 km2. Si le bassin est relativement bien fourni en pluviomètres selon les recommandations de l’Organisation Mondiale de Météorologie (Dubreuil, 1974), la répartition spatiale de ces stations demeure hétérogène. En effet, une certaine concentration est remarquée du côté est et du côté sud du bassin alors que le couloir qui longe la limite nord-ouest du bassin semble être un peu dégarni. Ce couloir coïncide à peu près avec les monts des Traras. De plus, la

68

durée de fonctionnement et la qualité des observations sont variables d’une station à une autre.

De nombreuses stations ont commencé à fonctionner pendant la période coloniale. Après l’indépendance, certaines stations se sont arrêtées momentanément ou définitivement, alors que d’autres sont de date post-indépendance. Pour le besoin de cette étude, 16 stations ont été sélectionnées (tableau 1). Elles répondent aux critères selon lesquelles chaque station doit couvrir au moins trois décennies, les lacunes ne doivent pas contenir plus de cinq années consécutives et moins de 10 % de lacunes sur la série totale à l’échelle mensuelle.

Tableau 1. Principales caractéristiques des stations pluviométriques

N° Stati

on L

atitude L

ongitude

Altitude

(m)

Période M

oyenne (mm)

CV (%)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1

0 1

1 1

2 1

3 1

4 1

5 1

6

Béni Bahdel

Meffrouche

Tlemcen

Bensekrane

LallaMaghnia

Lalla Setti

Chouly

H.Boughrara

S. Medjahed

Khemis

B. Ouassine

Sabra

Hennaya

P. du chat

Sebdou

Remchi

34°42'33''

34°51'19''

34°52'26''

35°04'28''

34°51'12''

34°51'58''

34°52'00''

34°53'28''

34°46'33''

34°38'04''

34°50'20''

34°49'48''

34°55'20''

35°08'41''

35°03'34''

35°03'34''

01°29'48''

01°17'31''

01°19'29''

01°13'26''

01°43'54''

01°19'29''

01°07'60"

01°38'20''

01°38'29''

01°33'46''

01°46'00''

01°32'03''

01°23'17''

01°26'46''

01°48'20''

01°25'33''

660

1110

810

247

395

1007

747

225

390

870

413

608

515

60

65

284

1925-26 à 2009-10

1942-43 à 2009-10

1914-15 à 2009-10

1923-24 à 2005-06

1914-15 à 2009-10

1946-47 à 2009-10

1943-44 à 2009-10

1946-47 à 2009-10

1951-52 à 2009-10

1924-25 à 2004-05

1946-47 à 2009-10

1914-15 à 2009-10

1946-47 à 2009-10

1967-68 à 2009-10

1971-72 à 2004-05

1924-25 à 1986-87

480.1

659.7

592.9

449.3

386.9

594.7

469.8

269.5

330.6

503.4

285.2

423.1

419.2

322.9

377.0

396.5

29.0

29.0

26.5

30.2

35.4

28.2

28.0

37.5

34.5

36.0

30.7

26.7

25.3

28.1

27.4

36.2

2. Méthodologie

Au cours du siècle dernier, la pluviométrie du nord de l’Algérie a connu 4 phases distinctes selon une étude basée sur 120 stations (Laborde, 1993):

– De 1922 à1938, la pluviométrie est supérieure à la moyenne de 6 %. – De 1939 à 1946, la pluviométrie est déficitaire de l’ordre de 11% principalement à

l'ouest et au centre du pays.

69

– De 1947à 1972, la pluviométrie est excédentaire. – A partir de la fin 1973, une longue phase sèche s’est affirmée.

Pour le bassin de la Tafna, on a soumis les différentes séries pluviométriques au test de segmentation de Hubert (Hubert et al., 1989) afin de détecter d’éventuelles ruptures

d’homogénéité. Cette procédure a pour principe de découper la série en segments chronologiques de telle sorte que la moyenne calculée sur tout segment soit nettement différente de la moyenne des segments voisins. Pour un ordre donné, la segmentation retenue est celle qui minimise l’écart

quadratique entre la moyenne du segment et des segments adjacents. On s’est basé ensuite sur les

résultats de la segmentation pour comparer l’évolution de la pluviométrie du bassin versant de la

Tafna avant et après rupture. Cette comparaison s’est faite à l’aide d’indices de saisonnalité, de

concentration, d’agressivité et de sécheresse.

L’indice de saisonnalité SI, mis au point par Walsh et Lawler (1981), permet de définir le degré de variabilité des précipitations mensuelles au cours de l’année hydrologique. Il est donné par l’équation :

12

1ii

a 12

PaPm

P

1SI (1)

Le SI peut être appliqué à une période prédéfinie d’une année ou plus. iPm et Pa désignent

respectivement la moyenne mensuelle et annuelle de la période considérée.

L’Indice de Concentration des Précipitations, PCI, est dérivé à partir des précipitations mensuelles en utilisant la relation suivante (Oliver, 1980 ; Nel et Sumner, 2006) :

212

1ii

12

1i

2i

Pm

Pm.100PCI

(2)

iPm représente la hauteur mensuelle du mois i de l’année considérée.

L’évaluation qualitative de la saisonnalité et de la concentration des pluies selon des fourchettes de valeurs est donnée dans le tableau 2.

70

Tableau 2. Echelles d’appréciation de la saisonnalité et de la concentration des pluies selon les indices SI et

PCI

La répartition des pluies durant l’année hydrologique influence l’agressivité de celles-ci. Afin d’apprécier cette agressivité, l’Indice de Fournier Modifié, IFM, proposé par Fournier (1960) et

modifié par Arnoldus (1980) est donné par l’équation 3 (tableau 3):

12

1i

2i

Pa

PmIFM (3)

où iPm et Pa désignent respectivement la hauteur mensuelle du mois i et la hauteur annuelle de la l’année considérée.

Afin d’apprécier le degré de sécheresse pluviométrique, on utilise l’indice SPI (Standardized Precipitation Index) (McKee et al. 1993). Celui-ci prend en compte la variabilité de la pluie pour des périodes définies, de préférence les plus longues

possibles. Il est adapté pour surveiller la sécheresse et l'évaluation des scénarios climatiques pour des durées de

1, 3, 6, 12, 24, 36, 48 mois et même plus. Le SPI peut être formulé comme suit:

(4)

(5)

où: x représente les valeurs des précipitations; β et γ, les paramètres d'échelle et de forme de la fonction , (avec S, positif et les coefficients négatifs); c0, c1, c2 et d1, d2, d3 sont les paramètres de calcul, ayant pour valeurs : c0=2.515517, c1=0.802853, c2=0.010328, d1=1.432788, d2=0.189269, d3=0.001308 ; G(x) désigne la probabilité de distribution des précipitations. Lorsque G(x) > 0.5, H(x) =1- G(x), S=1. Pour G(x) ≤ 0.5, H(x) =G(x), S=-1.

Généralement, quatre classes équiprobables sont introduites pour délimiter différents

seuils de sécheresse (tableau 3).

SI Saisonnalité PCI

Concentration

0.19 0.20-0.39

0.40-0.59

0.60-0.79

0.80-0.99

1.00-1.19

>1.19

Très uniforme Uniforme, mais avec une saison humide

définie Plutôt saisonnière, avec une saison sèche

courte Saisonnière Nettement saisonnière avec longue saison

sèche Maximum de pluie en 3 mois ou moins Extrême, maximum de pluie en 1à 2

mois

8.3-10

10-15

15-20

20-50

50-100

Uniforme Modérément

saisonnière Saisonnière Fortement

saisonnière Irrégulière

71

Tableau 3 Echelles d’appréciation de l’agressivité des pluies (IFM) et degrés de sécheresse selon le SPI


Dans la région du Maghreb, les recherches investies dans la

répartition spatiale et temporelle des apports pluviométriques restent très insuffisantes. Dans cette région le réseau des stations pluviométriques est à la fois mal réparti et de faible densité. Un poste couvre, en moyenne, une superficie d’environ 280 km

2 (Bouanani 2004). De plus, rares sont les stations disposant de longues séries d’observation. Cela limite généralement le nombre

de stations pluviométriques à utiliser dans une étude.

Pour le bassin versant de la Tafna, seules 16 stations pluviométriques sur les 30 fonctionnelles sont retenues. Les précipitations accusent une variabilité spatiale allant en moyenne de 285 à 660 mm (tableau 1). La plus forte valeur annuelle (1062 mm), a été enregistrée à la station de Meffrouche durant l’année 1973-74 et la plus faible (74 mm) à la station de Hammam Boughrara en 1982-83. Quant à l’échelle temporelle, le coefficient de variation Cv révèle une variabilité assez importante des hauteurs interannuelles (tableau 1). La plus forte variabilité est observée au niveau de la station de Remchi avec un coefficient de variation Cv = 36%.

Quoique les périodes d’observation relatives aux différents sites soient peu communes ainsi

que l’existence de lacunes dans les séries pluviométriques et les divergences dans la répartition spatiale et le positionnement des stations pluviométriques, la hauteur annuelle des précipitations est influencée par la position altimétrique (figure 2A) comme souligné dans différentes études (Basistha et al., 2009). Un accroissement linéaire presque parfait est observé pour les stations situées sur le versant nord des monts de l’Atlas bien exposés aux influences océaniques. Par contre, la relation est moins bonne pour les stations à faible altitude ou encaissées entre les montagnes. Cependant, l’accroissement moyen enregistré pour l’ensemble des stations est de 30

mm de pluie pour un gradient altimétrique de 100 m. En considérant une moyenne interannuelle pour l’ensemble du bassin versant de 435 mm, l’accroissement relatif serait proche de 6.9%. Ce

taux est comparable à 5.5%, estimé par Nel et Sumner (2006) en Afrique du Sud.

Au cours du siècle dernier, la pluviométrie dans le bassin versant de la Tafna a été globalement déficitaire. Les coefficients angulaires relatifs aux périodes d’étude complètes

(tableau 1) oscillent entre -0.23 (soit un déficit moyen de 0.23 mm/an) à la station de Sebdou et -4.66 à Lalla Setti (tableau 4, figure 2B).

Néanmoins, l’application de la procédure de segmentation aux séries annuelles révèle l’existence d’une rupture d’homogénéité subdivisant ainsi les périodes d’études en deux séquences distinctes : l’une humide et l’autre sèche (tableau 4, figure 3A). Ces cassures dans l’évolution chronologique de la pluviométrie ont eu lieu entre le milieu des années 1970 et le

IFM

Agressivité

SPI

Degré de sécheresse

0-60

60-90

90-120

120-160

>160

Très faible

Faible

Modérée

Forte

Très forte

0 à -0.99

-1.0 à -1.49

-1.50 à -1.99

≤ -2.0

Sécheresse légère Sécheresse

modérée Sécheresse forte Sécheresse

extrême

72

début des années 1980. Les stations de Bensekrane, Khemis et Remchi ont subi une rupture une décennie plus tôt. Seule la série relative à la station de Sebdou n’a pas connu de rupture (tableau 4). Néanmoins, le taux de baisse de la pluviométrie occasionnés sur la zone d’étude varie de 23 à 36%, soit en moyenne 29% en comparaison avec la période précédente. Ce résultat confirme l’existence d’une sécheresse pluviométrique sur le nord de l’Afrique (Philippe, 2007) et quantifie le déficit pluviométrique qui, de manière générale, concorde avec les valeurs publiés pour la région du Maghreb. Il avoisine les 20% dans la Mitidja en Algérie centrale (Meddi et Meddi, 2009) et varie de 22 à 34% pour les bassins versants de la Tafna et la Macta (Meddi et al., 2010). En Tunisie, il est situé entre 10 et 35% par Kingumbi et al. (2001) et jusqu’à 50% pour

la période 1999-2002 (Gargouri et al., 2008). Au Maroc, il oscille entre 8 et 28% (Sebbar et al., 2011). Pour l’Afrique du Nord, Philippe (2007) présente des estimations entre 10 et 20%. Il faut souligner que sur la région d’étude, le déficit en apport pluviométrique a engendré une baisse dramatique dans les apports en eau drainés par les cours d’eau. Ceux de la Tafna à Béni Bahdel et du Meffrouche ont subi des réduction respectives de 69 et 60 % (Ghenim et al., 2010 ; Ghenim et Megnounif, 2013). Dans le nord ouest de l’Algérie, Meddi et Hubert (2003) estiment

cette réduction à 67%.

Les déficits pluviométriques enregistrés ont eu lieu principalement pendant les saisons d’hiver

et de printemps (tableau 4) pendant lesquelles on enregistre plus de 75% des précipitations annuelles. Bien que, pour la plupart des stations, la pluviométrie est à la baisse, la tendance de la pluviométrie de part et d’autre de la date de rupture est à l’accroissement (figure 3B). En effet, la rupture a été brutale et conséquente.

Figure 2. Variation des précipitations annuelles en fonction de l’altitude (A) et tendance globale de la

pluviométrie à la station de Lalla Setti (B).

P= -4.66 T + 746

0

200

400

600

800

1000

120019

46-4

719

49-5

019

52-5

319

55-5

619

58-5

919

61-6

219

64-6

519

67-6

819

70-7

119

73-7

419

76-7

719

79-8

019

82-8

319

85-8

619

88-8

919

91-9

219

94-9

519

97-9

820

00-0

120

03-0

420

06-0

720

09-1

0Pré

cipi

tatio

nsan

nuel

les

(mm

)

B

y = 0.297 x + 278.8R² = 0.726

0

100

200

300

400

500

600

700

0 200 400 600 800 1000 1200

Pré

cipi

tatio

ns m

oyen

nes

annu

elle

s (m

m)

Altitude (m)

A

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1925

-26

1930

-31

1935

-36

1940

-41

1945

-46

1950

-51

1955

-56

1960

-61

1965

-66

1970

-71

1975

-76

1980

-81

1985

-86

1990

-91

1995

-96

2000

-01

2005

-06Pré

cipi

tatio

ns a

nnue

lles

(mm

)

0

200

400

600

800

1000

1200

1914

-15

1919

-20

1924

-25

1929

-30

1934

-35

1939

-40

1944

-45

1949

-50

1954

-55

1959

-60

1964

-65

1969

-70

1974

-75

1979

-80

1984

-85

1989

-90

1994

-95

1999

-00

2004

-05

2009

-10Pré

cipi

tatio

ns a

nnue

lles

(mm

)

P = 0.82 T + 618

B

P=2.31 T + 310

A

73

Figure 3. Segmentation des précipitations annuelles relatives à la station de Béni Bahdel (A) et tendance de la pluviométrie de part et d’autre de la date de rupture à la station de Tlemcen (B).

Après les dates de rupture, aucune modification notable n’est observée dans la concentration

des pluies. Les valeurs moyennes des PCI varient de 10 à 20 attestant d’une concentration

modérément saisonnière à saisonnière (tableau 2). Seules trois stations ont enregistrées des valeurs maximales du PCI supérieures à 30 (figure 4). Quant à l’agressivité des pluies, on note

une diminution durant la séquence sèche pour l’ensemble des stations (figure 5). Les valeurs moyennes ont perdu jusqu’à 37% de l’agressivité d’avant rupture. Du fait que l’essentiel du

déficit pluviométrique a été ressenti durant la saison humide (hiver et printemps), la répartition saisonnière des pluies durant la période de sécheresse a diminué d’hétérogénéité. Cela s’est

répercuté sur les indices de concentration et d’agressivité des pluies. En effet, le PCI et l’IFM

sont élevés lorsque les pluies occurrent pendant une période très réduite de l’année hydrologique

et faibles lorsque les pluies sont réparties de façon homogène. Ainsi, la concentration moyenne entre les séquences humide et sèche est restée dans les mêmes proportions pour l’ensemble des

stations quoique pour des années particulières, les pluies ont été fortement saisonnières. Ces pluies ont été moins agressives pendant la séquence sèche en tenant compte des valeurs mensuelles des précipitations. Toutefois, une exploration de la concentration des pluies à une échelle temporelle plus fine semble nécessaire pour confirmer ou infirmer cette baisse de l’agressivité. En effet, il est à souligner que le résultat énoncé dans cette étude est opposé à celui publié par de De Luis et al. (2010), attestant d’une diminution des précipitations conjuguée à un

accroissement de la concentration dans la partie Méditerranéenne de l'Espagne entre 1951 et 2000.

Avant et après rupture, l’indice SI demeure compris entre 0.40 et 0.59 attestant d’une

répartition plutôt saisonnière, avec une saison sèche courte (tableau 2, figure 6). En adoptant le critère de Adejuwon et al.(1990), les huit mois d’octobre à mai où l’on enregistre plus de 90%

des pluies annuelles constituent la saison humide. La saison sèche, plus courte dure quatre mois de juin à septembre. Pendant cette saison, il tombe moins de 8% des pluies annuelles

Durant la période d’étude, la fréquence des années sèches (SPI12 mois <0) n’est significative

que pour des sécheresses légères. Cette fréquence varie entre 7% (station de Khemis) à 37% (station de Béni Ouassine) avant date de rupture. Son intensité a nettement augmenté après rupture pour atteindre une fréquence de 63% à la station de Lalla Maghnia. Des sécheresses plus fortes ont fait leur apparition confirmant ainsi la tendance à la sécheresse que connait le bassin versant après le milieu des années 1970. L’examen de la figure 7 montre clairement la distinction entre les deux périodes (humide et sèche) en relation avec les quantités des pluies précipitées. La fréquence plus prononcée en années sèches avec une tendance à des sécheresses aigues constitue le principal changement entre les deux séquences avant et après rupture.

74

Figure 4. Concentration des pluies avant et après dates de rupture pour l’ensemble des stations d’étude.

Figure 5. Agressivité des pluies avant et après dates de rupture pour l’ensemble des stations d’étude.

Figure 6. Saisonnalité des pluies avant et après dates de rupture pour l’ensemble des stations d’étude.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

PCImoy PCImax PCImin

Indi

cede

Con

cent

rati

on d

es P

réci

pita

tion

s (P

CI)

N des stations pluviométriques

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

PCImoy PCImax PCImin


Après ruptureAvant rupture

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

IFMmoy IFMmax IFMmin

Indi

ce d

e F

ourn

ier

Mod

ifié

(IF

M)

Avant rupture

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

IFMmoy IFMmax IFMmin

Après rupture

N des stations pluviométriquesN des stations pluviométriques

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Indi

ce d

e sa

ison

nalit

é (S

I)


Avant rupture

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16N des stations pluviométriques

Après rupture

75

Tableau 4. Coefficients angulaires, Segmentation des séries pluviométriques et déficits saisonniers

MavR : Moyenne avant rupture, MapR : Moyenne après rupture, DA(%) : déficit pluviométrique à l’échelle

annuelle en %.

Figure 7. Fréquence des sécheresses avant (a) et après (b) les dates de rupture pour l’ensemble des stations

pluviométriques.

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

S. Extrême S. Forte S.Modérée S. Légère

Fréq

uenc

e des

séch

eres

ses

N° des stations pluviométriques(a)

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

S. Extrême S. Forte S.Modérée S. Légère

Fréq

uenc

e des

séch

eres

ses

N° des stations pluviométriques(b)

N°

Coef.

Angul

Segmentation Déficits saisonniers (%) D

ate rupture M

avR M

apR D

A (%) A

utomne H

iver Prin

temps E

té

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1

0 1

1 1

2 1

3 1

4 1

5 1

6

-2.21

-4.46

-1.78

-2.71

-1.05

-4.66

-3.28

-0,40

-2.60

-4.40

-1.16

-1.29

-1.14

-0.90

-0.23

-3.70

1974-75

1977-78

1976-77

1965-66

1980-81

1975-76

1975-76

1980-81

1975-76

1959-60

1980-81

1975-76

1980-81

1980-81

- 1

965-66

540.8

758.7

645.0

511.3

424.1

729.5

535.9

353.3

435.6

633.3

342.6

496.8

489.5

395.5

377.0

447.5

394.5

548.3

495.0

381.6

277.4

501.4

399.0

229.8

278.1

413.8

241.0

373.1

370.6

295.3

377.0

294.9

27.05

27.72

23.25

25.37

34.59

31.26

25.53

34.95

36.15

34.66

29.65

24.89

24.29

25.35

- 3

4.09

2.26

9.57

1.64

24.63

12.82

7.34

8.31

8.47

3.07

23.22

2.49

16.28

19.00

4.59

- 25

.44

51.29

36.02

70.07

54.52

46.15

32.81

24.67

30.83

20.96

45.89

39.46

35.80

21.89

18.39

- 5

3.93

43.08

50.45

20.00

15.17

33.79

52.93

58.31

56.20

78.54

27.02

52.94

37.04

49.10

70.62

- 13.5

8

3.37

3.96

5.28

5.68

7.24

6.92

8.70

4.50

2.57

3.86

10.09

10.87

10.01

6.40

- 7

.05

Moy

11.21

38.64

43.82

6.33

76

Conclusion

Notre étude est une analyse des apports pluviométriques enregistrés au niveau de 16 stations réparties dans le bassin versant de la Tafna. Elle a mis en évidence l’influence des

caractéristiques géographiques sur la répartition des précipitations. La conjugaison de la variabilité altimétrique et l’éloignement de la mer accentuent le contraste climatique qui présente tous les degrés intermédiaires entre un climat de montagne et un climat de plaine.

Une rupture brusque et conséquente des pluies a lieu entre le milieu et la fin des années 1970. Le déficit pluviométrique moyen observé après la date de rupture est entre 23 et 36%. Il est essentiellement ressenti durant la saison humide (hiver et printemps).

La répartition saisonnière des pluies durant la période de sécheresse a diminué d’hétérogénéité. La concentration moyenne ainsi que la saisonnalité des pluies entre les

séquences humide et sèche n’ont pas connu de changements notables alors que l’agressivité a

diminué pendant la séquence sèche.

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78

CHANGEMENT CLIMATIQUE ET EFFETS DE LA SECHERESSE SUR LES FORETS DU TELL ALGERIEN

Hafiza TATAR Maitre de Conférences.Laboratoire LASTERNE Université Constantine1

Résumé Dans un contexte de changement climatique mondial , les forêts méditerranéennes sont confrontées à toute une série de menaces liées à l’élévation des températures. L’Algérie à l’instar des autres pays méditerranéens enregistre une certaine hausse des

températures doublée d’une baisse des précipitations que nous avons pu saisir grâce à une analyse comparative de données actuelles et anciennes (Seltzer,191361936) . Ce double phénomène se manifeste par un stress hydrique croissant au sein des massifs forestiers, provoquant altération des arbres , disparition, changement et ou adaptation de certaines espèces, évolution régressive des paysages forestiers, mais aussi un risque tout aussi croissant des feux de forêts de grande envergure, menaçant de façon sérieuse, la survie même du patrimoine forestier.

Mots clés : Changement climatique, Impact, Forêt, Tell. Abstract in a context of global climate change, Mediterranean forests are facing a variety of threats mostly related to rising temperatures . Algeria like other Mediterranean countries recorded some increase in temperatures, coupled with a decrease in rainfall that we could observe through a comparative analysis of current and historical data (1913-1936 Seltzer.) This Double phenomenon is manifested by increasing water stress in the forests, causing, damage trees, disappearance, or change and adaptation of many species, regressive evolution of forest landscapes, but also an equally an increased risk of large forest fires , seriously threatening the survival of the forest heritage. Key-words: climate change,Impact,Forest,Tell.

Introduction

Aujourd’hui, il n’ya plus de doute sur le changement climatique mondial .D’après de

nombreuses études et notamment les recherches du GIEC (Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'évolution du Climat), le réchauffement climatique est bien une réalité. A l’échelle régionale, il affecte déjà de nombreux systèmes naturels, parmi lesquels les écosystèmes forestiers. Le Tell algérien qui se caractérise par un climat de type méditerranéen aux nuances variées et qui porte la presque totalité du patrimoine forestier national, connait déjà des modifications sensibles des régimes de précipitations et de températures.

Comment se manifestent ces modifications et quelles sont leurs conséquences sur les formations forestières en particulier ?

L’étude comparative des données météorologiques régionales récoltées ces 30 dernières années(depuis 1980) et celles de Seltzer(1913-1936) fait apparaître une augmentation des moyennes des températures maximales en période estivale de l’ordre de 0,9°C par décennie à l’Est et 1°2 à l’Ouest. La pluviométrie, quant à elle, a enregistré une diminution relative de prés de 10% pendant cette même période à l’Est alors qu’à l’Ouest, elle a connu une baisse moyenne

de plus de 18 %. Le déficit hydrique relatif (DHR), qui permet de quantifier les capacités d’un

sol à subvenir ou non aux besoins hydriques, s’est particulièrement accentué sur l’ensemble du

Tell(27%). A l’Ouest, pour la région de Tlemcen, Sidi Bel-Abbes..,le déficit hydrique saisonnier paraît avoir plus évolué qu’à l’Est sur les monts d’El Milia, de Souk-Ahras…

La végétation forestière, par son tempérament social, sa taille, sa sensibilité aux influences climatiques, constitue un réactif significatif de ce changement. Les changements thermiques notamment, influent sur les capacités de survie hivernale et estivale des plantes.

L'objectif de cette étude est de préciser les modifications spatio-temporelles du climat du Tell, et permettre une meilleure mise en relation de ces données avec la dynamique actuelle

79

des formations forestières. 2. Les caractéristiques du climat Tellien

Le Tell algérien, est soumis à l'influence conjuguée de la mer, du relief et de l'altitude. Il présente un climat de type méditerranéen, caractérisé par une longue période de sécheresse estivale variant de 3 à 4 mois à l’Est, à 5 à 6 mois à l’Ouest. Les précipitations accusent une grande variabilité mensuelle et surtout annuelle. Elles se caractérisent par un régime marqué, par un maximum en hiver et un minimum en été, présentant toutefois deux variantes :un régime méditerranéen typique pour le Tell oriental, notamment en exposition Nord, bénéficiant de pluies copieuses tombant surtout en hiver ,et un regime méditerranéen à tendance altérée plus ou moins continental pour le Tell occidental, caractérisé par la faiblesse et la grande irrégularité des pluies.

Les températures en moyenne, moins variables, sont marquées par une moyenne des minimales du mois le plus froid "m" variant, avec la continentalité et l’altitude entre – 2 et 9°C , et une moyenne des températures maximales du mois le plus chaud "M" variant, de 28°C à 31°C sur le littoral, de 33°C à 38°C dans les terres intérieures.

3. Méthodes et interprétation

L’analyse comparative des données climatiques sur les périodes 1913-1938(Seltzer)etles dernières décennies va nous permettre de dessiner les grandes tendances évolutives du climat Tellien et leurs conséquences sur le couvert végétal. Pour ce faire et pour des raisons de représentativité régionale et de disponibilité de données, la région de Constantine pour l’Est, de Bouira pour le Centre et de Tlemcen pour l’ouest, ont été retenues.

Grâce au quotient d’Emberger, il a été possible de faire ressortir l’évolution des paramètres

bioclimatiques comme la sécheresse et l’amplitude thermique.

Cette évolution climatique régionale a été également saisie à travers un indicateur pertinent : le déficit hydrique relatif (DHR), qui permet de quantifier les capacités d’un sol à subvenir ou

non aux besoins hydriques.Il est déduit du bilan hydrique qui est un calcul sur un intervalle de temps donné, en fonction de certaines caractéristiques de fonctionnement, les entrées et pertes d’eau d’un système, en l’occurrence le système Sol-Plante.

Pour ce type de calcul, nous avons retenu parmi les nombreux modèles celui de Thornthwaite (Thornthwaite, 1948) car c’est un modèle simple pour lequel nous disposons des données nécessaires : précipitations et températures au pas de temps mensuel.

Ce calcul initialisé en janvier (avec une RU max) et réalisé sur l’année, fournit des valeurs d’ETP et d’ETR mensuelles indispensables pour déterminer le déficit hydrique relatif subi par

la plante (déficit hydrique relatif DHR = ((ETP - ETR) / ETP).

Des calculs du déficit hydrique relatif annuel ont donc pu être réalisés pour la région selon les valeurs de la RU max à l'aide des données météorologiques sur les 2 périodes (1913-38 et la période actuelle, selon la disponibilité des données sur les dernières décennies 1976-2007).

Les déficits de la saison végétative, c'est-à-dire de Mars à septembre, ont également été établis, car de cette période dépend la survie de la plante.

80

3.1. Évolution des paramètres.

Ce sont principalement les données climatiques centrées sur la période de végétation qui nous intéressent et qui semblent les plus pertinentes, soit la période de Mars à Septembre, et plus particulièrement les mois de Juin, Juillet et Août où les stress hydriques sont les plus marqués. Nous avons donc tout naturellement choisi d’analyser les tendances évolutives des températures et des précipitations annuelles, puis des mois de la période végétative avec un intérêt plus prononcé pour les mois d’été. Nous nous sommes également intéressés à l’évolution des moyennes des températures maximales et des moyennes de précipitation sur les 2 périodes.

3.1.1. Les températures

L’évolution des moyennes des températures entre la période Seltzer et la période actuelle montre une augmentation inégale selon que l’on soit à l’Est au centre ou à l’Ouest du Tell.(cf tableau1) A l’Est, elle varie entre 1°C et 0,1°C (Constantine : 0,13°C), à l’Ouest, elle varie entre

5°C et 1,4°C( Tlemcen : 1,2°C) Au centre, elle varie entre 2,7°C et 0,2°C. ( Bouira : 1,1°C.)

Tableau1 :Températures en°C

Stations

Période

Jan

Fev

Mar

Avr

Mai

Jui

Jlt

Aout

Sep

Oct

Nov

Dec

Tlemcen

1913/36

9 9

,55 1

1,6 1

4,25 1

6,80 2

1,35 2

4,75 2

6,0 2

2,30 1

7,95 1

3,05 1

0

1982/2003

9,6

10,02

11,82

14,83

17,91

22,45

25,13

26,12

22,83

17,45

13,62

10,05

Constantine

1913/36

7,10

8,55

10,6

13,1

16,8

21,55

25,35

25,45

22,8

17,0

11,95

7,75

1978/2007

6,87

7,95

10,98

12,85

17,5

22,38

25,62

25,98

22,71

16,9

12,05

7,78

Bouira

1913/36

7,2

8,3

10,55

12,35

17,2

21,65

25,7

25,95

22,75

17

11,85

7,95

1981/2000

9 1

0,1 1

1,4 1

3,7 1

7,9 2

2,5 2

6,9 2

6,3 2

2,9 1

8,5 1

3,5 9

,55

Source :Seltzer.ONM

Cette progression affecte tous les secteurs de la région et de manière assez complexe; les zones les plus chaudes pour la période 1913-1938 restent les plus chaudes pour la période actuelle. Elles se situent notamment sur les versants sud du Tell, dans les bassins intramontagnards où des pôles de chaleur sont enregistrés, comme la région de Guelma à l’est

ou encore la région de Zenata à l’ouest de Tlemcen. L’élévation de la température est cependant, plus sensible à l’ouest où une hausse de prés de 5°C a été relevée à la station de Zenata. En

effet, sa moyenne annuelle, qui était de 15,90° entre 1913et1936, est passée actuellement à 20,68°C (Benmansour,2007). Quant aux températures moyennes du mois le plus chaud, le mois d’Août en l’occurrence, elles sont passées pour la région de Tlemcen(Zenata), de 26°C(1913-1938) à 29,27°C (1976-2005). A Constantine, elles n’ont subit qu’une légère hausse, de l’ordre

de 0°53 durant ce même mois, elles sont passées de 25°45 à 25°98 C, mais plus à l’est à même

latitude , Souk-Ahras enregistre une élévation moyenne de 1°04, avec pour le mois d’Août, le

mois le plus chaud une élévation de 1°64 C. Pour le Tell central, le mois habituellement le plus

81

chaud, le mois d’Août n’a connu qu’une hausse dérisoire de 0,3°C, alors que le mois de Juillet

est devenu le mois le plus chaud avec une majoration de 1,2°C par rapport à la période Seltzer. Pour le mois le plus froid(Janvier) les températures n’ont pas beaucoup évolué et ont même

enregistré une légère baisse dans la région de Constantine, alors qu’à Souk-Ahras elles ont augmenté de 1,1°C, à Bouira de 2,2°C et à Tlemcen de 0,6°C.(.fig.1)

Fig.1 : Evolution des températures

Les amplitudes thermiques sont ainsi devenues plus importantes, et ce constat est préoccupant

pour la végétation, car celle ci est concentrée essentiellement sur cette partie nord sujette à des hausses conséquentes. L'augmentation généralisée des températures annuelles et estivales en particulier, porte préjudice au bon développement de la végétation, les fortes chaleurs entraînant une augmentation des besoins en eau des plantes et une moindre disponibilité de l'eau dans le sol.

3.1.2. Les précipitations Contrairement aux températures, les précipitations moyennes sur ces 30 dernières années ont

diminué au niveau de toutes les stations. Pour l’ensemble du Tell, on enregistre une baisse de

plus de 19% .Elles sont en moyenne de 17% pour le Tell oriental, le volume moyen annuel est passé de 753 mm (1913-1938) à 622 mm(1978-2007) . Pour le Tell central, la moyenne annuelle est passée de 673 mm à 548 mm, soit une baisse de plus de 18%, et pour le Tell occidental de 453 mm à 352 mm, soit une baisse de 22% en moyenne.

0

5

10

15

20

25

30

Constantine 1913/36

Constantine 1978/2007

T°C

0

5

10

15

20

25

30

Jan

Mar

Mai

Jlt

Sep

No

v

Tlemcen 1913/36

Tlemcen 1982/2003

0

5

10

15

20

25

30

Bouira 1913/36

Bouira 1981/2000

T°C

82

Fig.2 : Evolution des précipitations

Tableau 2 : Précipitations (mm)

Stations

Période

Jan

Fev

Mars

Avr

Mai

Jui

Jlt

Aout

Sep

Oct

Nov

Dec

Constantine

1913/38

101

80

59

53

52

25

6 7 24

45

57

85

1976/2007

73,6

58,03

55,5

56,6

41,6

18,8

6,3

10,19

36

39

57

84,08

Bouira

1913/38

82

72

59

57

31

41

7 1 7 14

33

68

1981/2000

49,5

52,6

63

50

29,2

11,1

3,5

8,4

21,1

39,4

48,5

54,5

Tlemcen

(Safsaf)

1913/38

70

72

72

61

48

16

2 3 15

40

70

76

1982/2003

52, 3

58,4

71,2

35,7

39,7

6,7

3 1,8

20

29,4

43,2

37,9

Source Seltzer.0NM

Pour la période estivale, les quantités observées présentent une relative stabilité. Tableau 3 :.Les précipitations estivales

Période Tell oriental Tell central Tell occidental

1913-1938 39,6 mm 35,4 mm 19,8 mm

1976-2007 33,7 mm 29,6 mm 18,3 mm

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

Jan

Mar

s

Mai

Jlt

Sep

No

v

Tlemcen (safsaf) 1913/38

Tlemcen (safsaf) 1982/2003

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

Jan

Mar

s

Mai

Jlt

Sep

No

v

Bouira (Centre) 1913/38

Bouira (Centre) 1981/2000

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

Jan

Mar

s

Mai

Jlt

Sep

No

v

Constantine (Est) 1913/38

Constantine (Est) 1976/2007

83

La superposition des données des températures et des précipitations fait ressortir nettement les secteurs qui semblent le plus affectés par cette évolution et les plus contraignants pour la couverture végétale. Il s’agit de quelques pôles de chaleur et de sécheresse localisés à l’ouest du

Tell en particulier. L’exemple des stations de Zenata et Saf saf (Tlemcen) où des cas de dépérissement sérieux ont été enregistrés, illustrent parfaitement cette situation. L’analyse de leurs données climatiques révèle parallèlement à la hausse des températures, la remarquable diminution des précipitations durant ces dernières décennies : Saf-saf recevait une moyenne de précipitation de 545 mm, aujourd’hui elle n’en reçoit plus que 400,73 mm ; quant à Zenata, elle en recevait 475 mm, aujourd’hui elle ne reçoit plus que et 264mm.

3.1.3. La synthèse climatique

La synthèse climatique met en évidence cette évolution. Le quotient pluviothermique d’Emberger (1955) parfaitement adapté au climat méditerranéen, permet de saisir et de visualiser à travers un diagramme, cette situation. Calculé pour les deux périodes, il montre des décrochements significatifs. Il est établi en fonction de « m » (moyenne des minima du mois le plus froid en degré C) et du Q2 (.quotient pluviothermique, calculé comme suit : Q2 = 2000 P / M2-m2 où P : pluviosité moyenne annuelle exprimée en mm, M : moyenne des maxima du mois le plus chaud et m : moyenne des minima du mois le plus froid sont exprimées en ° K (t°K=t°C+273)).

Calculé pour les différentes stations et pour les deux périodes, l’analyse comparative (fig3) permet de cerner d’une part l’état bioclimatique actuel de la région, et d’autre part, elle permet

d’apprécier les modifications intervenues.

.

Fig.3 : Evolution du quotient pluviometrique d’Emberger

Elles se manifestent par un déplacement vertical ou latéral de la majorité des stations.

L’observation du climagramme (fig4) montre pour l’ouest, une nette transition des stations du sub-humide tempéré au semi-aride tempéré témoignant d’une sécheresse accrue de la région. Pour le centre, les décrochements se sont faits surtout vers l’est traduisant un réchauffement

avéré de la région, et pour l’est la station de Constantine a subit un glissement vertical, passant

du subhumide inférieur frais au subaride supérieur frais, quant à Souk-Ahras, son glissement plus vers la gauche, passant de l’hiver tempéré à l’hiver froid, reflète une accentuation des

contrastes thermiques de la région.

Tous ces déplacements sur le climagramme traduisent la tendance vers une sécheresse accrue. Les contraintes hydriques sont partout présentes dans le Tell. La déshydratation qui

0 20 40 60 80

100

Q2 Période Seltzer

Q2 Période récente

Q Q2

84

intervient de plus en plus tôt et de plus en plus longtemps endurcit les plantes contre les effets de la chaleur et dans certains cas peut entrainer un changement dans le métabolisme même des plantes. Le stress hydrique qui se produit généralement simultanément avec le stress thermique, limite la croissance et la production végétale. On peut l’apprécier grâce au calcul du déficit

hydrique.

3.2. Le déficit hydrique relatif, indicateur climatique pour la végétation forestière Comme nous avons pu le constater le climat du Tell a évolué et montre un réchauffement

(augmentation moyenne de 0,8°C des températures moyennes et pour la dernière décennie une augmentation de1,1°C.)

Le déficit hydrique dont dépend la survie des arbres est un bon indicateur de l’état de la

végétation. Il renseigne sur le degré de stress hydrique auquel sont soumis les végétaux. Il est le résultat d’un déséquilibre entre deux termes qui sont, les besoins en eau qui augmentent avec la température, l’ensoleillement et la vitesse du vent, et l’eau disponible qui dépend des

précipitations durant la période végétative, et du stock d’eau accumulé dans les horizons

supérieurs du sol durant l’hiver.

Figure. 4 : climagramme d’Emberger

Ce stress hydrique semble avoir augmenté de façon significative ces dernières décennies

avec l’évolution des conditions climatiques régionales. Le calcul du déficit hydrique relatif

-

Q2- 1913-1938 – Période Seltzer

-

Q2 Période actuelle

Tlemcen

Tlemcen

Safsaf

Médéa

Safsaf

Médéa

Hafir

Hafir

Zenata

S.B.A

S.B.A

S. Ahras G

uelma

Guelma

cne

cne

S. Ahras B

ouira

Bouira

85

annuel et saisonnier (période végétative) en montre l’évolution. En moyenne, le DHR annuel a connu une hausse de prés de 27%, et les conséquences immédiates sont la réduction de l’accroissement en volume des essences forestières et l’apparition des dépérissements de

certaines espèces. Le chêne liège vieillissant, semble déjà affecté dans les massifs du sud de Souk-Ahras , de même que le chêne vert dans la région de Sétif .

3.2.1 Détermination du déficit hydrique relatif annuel

Le déficit hydrique relatif annuel actuel (avec une RU max initiale de 100mm) varie de 40 à 69% sur l'ensemble de la région. .Comme le confirme la carte du déficit hydrique (fig 5), il est particulièrement accentué à l’ouest (> 60%), Safsaf et Zénata(région de Tlemcen) ont des déficits respectifs de 61% et 69%. Il apparaît relativement plus faible au fur et à mesure que l’on se

dirige vers l’Est, au centre il est toujours inférieur à 60% (46% à Médéa, 57 % à Bouira), dans le constantinois, il ne dépasse pas les 55% (42% à Souk-Ahras, 49% à Guelma).

Sur la période Seltzer, les déficits relatifs annuels étaient nettement moins marqués. Ils variaient entre 39% à l’Est, et 55% à l’Ouest, en relation avec le volume des précipitations. Il existe en effet une forte corrélation entre les deux grandeurs. Les zones où le DHR est élevé correspondent assez bien aux zones de précipitations inférieures à 400 mm/an. Les zones pour lesquelles le DHR est relativement plus faible correspondent aux zones de précipitations supérieures à 600 mm/an.

Figure 5 :Le déficit hydrique Source/Mebarki et Laborde.2009

86

Stations

DHR (%)annuel

DHR %)saisonnier

DHR (%)estival

Période 1913-38 Période récente

1913-38 Période récente

1913-38

Période récente

Constantine

49 54 62 66 81 90

Souk-Ahras

39,5 42 53 55 70 88

Bouira

41 47 52 55 77 90

Médéa

43 48 56 59 71 88

Tlemcen

43 52 55 62 69 88

S-B- Abbes

55 61 66 70 80 90

Tableau 4 : Le déficit hydrique relatif

3.2.2 Déficit hydrique relatif de la période végétative

Le déficit hydrique relatif pour les mois de Mars à Septembre renseigne mieux sur l’intensité

du stress hydrique auquel sont soumises les plantes, dans la mesure où il ne prend en compte que les besoins pendant la période de végétation. Il est de manière générale beaucoup plus accentué que le DHR annuel, Il est partout supérieur à 50% et montre combien l’alimentation en eau est

déficiente .Le déficit estival est encore plus accentué, et souvent, il est à l’origine de nombreux

dépérissements .Les espèces les plus résistantes, les thermophiles, végètent et ne réalisent qu’un

accroissement médiocre durant les mois de contrainte hydrique. Or, de façon globale, ces déficits ont augmenté de manière significative et continue, au cours des trente dernières années. Ils menacent notamment les mésophiles, de substitution et même de disparition. Les peuplements de chêne liège des monts constantinois par exemple, connaissent depuis quelques années un affaiblissement généralisé. Les sujets âgés sur sols superficiels ont particulièrement mal réagit aux sécheresses successives des années 1999 - 2000.,et 2005-2007où des pics de chaleur jamais atteints ont été enregistrés.

Ce constat est encore plus "alarmant" pour les déficits estivaux lesquels favorisent en plus l’éclosion des incendies.

4. Impact de la sécheresse sur les formations forestières.

Les écosystèmes forestiers, qui sont marqués par une certaine longétivité et une certaine permanence, en dehors de toute agression exceptionnelle (incendie, tempête…), ont du mal à

développer des capacités à s’adapter aux modifications brutales des conditions du milieu et des

facteurs extérieurs. Le stress thermique et le stress hydrique auxquels ils sont souvent soumis ces dernières décennies les mettent en difficulté. Ils subissent des effets multiples tant sur le plan

87

qualitatif( morpho-biochimie….substitution…) que sur le plan quantitatif.

La canicule les expose en plus à des effets indirects comme les incendies.

4.1. Les effets directs.

Les effets directs sont multiples. Parmi les plus répandus, on peut citer l’altération de la

croissance qui est la réponse la plus fréquente d’une plante soumise à une situation

environnementale défavorable, et le stress hydrique qui affecte en premier lieu la croissance et la différenciation des cellules, et ensuite perturbe les échanges gazeux.

Il a été signalé cet état de fait au niveau de jeunes reboisements d’Eucalyptus et surtout de

chênes liège sur les hauteurs de Guelma, des peuplements de peuplier blanc dans la région de Tlemcen. Les arbres présentent des signes de réduction de la croissance des feuilles, de flétrissement et de chlorose. Dans les cas extrêmes, il apparaît un brunissement et des zones de tissu morts (nécrose), voire même la mort de l’arbre (Forêt de Draa Snouber,Souk-Ahras ) .

En 1990 et 1991, on a pu noter un net ralentissement de la croissance en hauteur des chênes (Quercus ilex) de la région de Bougaa (Tell est), ralentissement attribué au stress de l’année

1989.Des jaunissements suivis de chute de feuillage prématurée, ont été observés et ont touché 28% du peuplement.

Durant l’année 2001, dans la région de Tlemcen, les peupliers blancs, suite au déficit hydrique ont perdu entre 10 et 20% de leur feuillage, et la vitesse de croissance a diminué également, passant de 5,5cm/an à 3,3 cm/an (Conservation des Forêts,2002)

L’année 2004 de nombreux feuillus ont été affectés par les pertes de feuillage importantes. De nombreux cas de mortalité ont été observés notamment chez les sujets âgés et en exposition Sud (9% des peuplements)

Dans la région de Souk-Ahras, les feuillus méditerranéens comme les caroubiers ont connu des dépérissements significatifs suite aux canicules consécutives des années 1999/2000,2000/2001(Conservation des Forêts, S-Ahras,2002)

Les résineux plus résistants à la sécheresse ont été à leur tour affectés. Des cas de mortalité disséminés ont été signalés ça et là et concernent prioritairement les sujets âgés.Les sécheresses récurrentes et prolongées des dernières décennies auraient endommagé plus de 20% des reboisements récents, et prés de 16% des anciens peuplements (DGF, 2010)

Des mesures menées dans la région de Sétif (Djebel Anini et Tafat) sur une période de 5 ans (2004-2008) ont montré une diminution significative de la croissance des parties aériennes et souterraines du chêne vert, d’où une diminution de la biomasse sérieuse.(Haichour.R,2009).

4.I.2. La diminution de la biomasse

Les températures élevées favorisent l’ETP qui entraine un épuisement plus rapide de l’eau.

Une étude (Haichour.R,2009) a montré qu’il y avait une corrélation négative entre la production

de la biomasse du chêne vert et celle de la température maximale Le déficit de biomasse enregistré pour une année exceptionnellement chaude ( 2004 pour la région de Sétif avec moyenne des maxima de plus de 33°C),a été de 27%

88

4.I.3. Le développement de ravageurs pathogènes

Le stress hydrique rend les peuplements plus sensibles aux attaques parasitaires En effet, de nombreuses observations ont montré que l’éruption des parasites des forêts coïncide avec des

périodes de chaleur et de sécheresse exceptionnelles. Aux États-Unis et en Europe, les attaques d’Armillaria sp. sur les chênes ont été souvent associées aux effets de la sécheresse. En Italie, la relation entre le stress hydrique et la sensibilité de Quercus cerris à Hypoxylon mediterraneum a été confirmée au laboratoire sur des jeunes plants et sur des arbres en forêt. En Algérie, les attaques de Lymantria dispar sur le chêne liège, de Taumetopoea sp. sur les pins et le cèdre de l’Atlas et de Phoracantha sur les Eucalyptus ont été dévastatrices pendant les années de sécheresse. En 1994, année marquée par des températures nettement supérieures à la moyenne sur l’ensemble du Tell, de nombreux peuplements ont été infectés par les parasites. Dans la

région Nord de Constantine sur l’aire écologique du chêne liège, les forêts de El gatoucha de Aberkane et de Hadadj, ont subi des attaques de Lymantria dispar sur près de 18 ha. A l’ouest, et

plus particulièrement à Sidi Bel Abbés l’année 1998 marquée par une sécheresse excessive

(174mm de précipitations annuelles sur une moyenne trentenaire de 360mm) a enregistré plus de 15 foyers de Taumetopea sp .Toujours à l’Ouest dans la région de Tlemcen Le déficit pluviométrique accentué enregistré au cours de l’année hydrologique 1999-2000 (336 mm à Tlemcen, 350 mm à Hafir ) a été à l’origine non seulement d’une importante décoloration des

feuilles, surtout dans les forêts de montagne, mais aussi il a favorisé l’action des insectes

xylophages qui a provoqué le dessèchement et la mort des branches, en plus de la perte de feuillage observée sur plus d’un tiers des arbres Elle a été également à l’origine de la majorité

des cas de dépérissement “ aigu ” enregistrés en été et en automne de la première année.(Sur les

900 arbres examinés plus de 60% ont montré des signes de dépérissement.(Bouhraoua,2002).

Cette corrélation s’explique par le fait que la sécheresse favorise, d’une part, la survie et le

développement des insectes et des pathogènes en leur créant des conditions physiques favorables et, d’autre part, les conditions trophiques au niveau des arbres. Les plantes stressées sont plus chaudes que les plantes bien arrosées. Ainsi des différences de 2 à 4 °C et même jusqu’à 15 °C ont été rapportées entre des plantes stressées et non stressées (Mattson,1987). En Algérie, et malgré l’absence d’une étude consacrée à ce sujet, les sécheresses qui se sont produites ces 3 dernières décennies ont causé l’échec de nombreux périmètres de reboisement et la mortalité

d’un grand nombre d’arbres plantés et même de ceux des forêts naturelles. Les dépérissements

ont causé ainsi des pertes financières énormes.

4.I.4 . L’évolution régressive des paysages forestiers

Depuis une trentaine d’années beaucoup de maquis arborés se sont substitués aux forêts et

sont toujours inventoriés comme telle. A l’est, dans la région de Souk-Ahras par exemple, une partie de l’ancienne futaie de chêne liège de Ouled Bechih ne constitue plus qu’une multitude de

maquis plus ou moins dense. Son évolution régressive, liée en partie aux conditions climatiques plus sévères (sécheresse et canicule), a aboutit à une régression qualitative de la forêt. Plusieurs groupements se sont substitués à la formation initiale :

-Un groupement à Quercus suber et Arbustus unédo, considéré comme un maquis dégradé.

-Un groupement à Quercus suber et Erica arboréa, considéré comme un maquis très dégradé.

89

-Un groupement à Quercus suber et Cistus avec Calycotome spinoza, considéré comme un maquis excessivement dégradé

D’est en ouest, cette situation est assez fréquente, notamment au niveau des peuplements de

feuillus plus sensibles aux stress thermique et hydrique.

4.2. Les effets indirects : Les incendies.

Les incendies ont toujours parcouru les forêts méditerranéennes. En Algérie leur périodicité était marquée par un grand incendie environ une fois tous les 20 ans. Depuis une trentaine d’années, on assiste à une périodicité beaucoup plus courte , aux conséquences beaucoup plus graves. Souvent liés à une vague de chaleur exceptionnelle et à un déficit hydrique prononcé (1971, 1983,1994……) les incendies se sont multipliés dans l’espace et dans le temps. Les bilans

d’incendies affichés durant cette dernière décennie ,considérée comme la plus chaude du siècle, enregistrent des pertes jamais égalées de surfaces forestières et de terres boisées et agricoles en Espagne, Italie,Portugal et Algérie.

En Petite Kabylie par exemple, lorsque nous comparons la courbe de la sécheresse exprimée par ETR et le nombre d’éclosions d’incendies, la relation est évidente(fig6). .

Figure 6 : Petite Kabylie : Relation ETR – Nombre d'incendies 1985/2000 Conclusion

L’évolution climatique constatée ces 30 dernières années se révèle par un décalage respectif vers les hautes et les basses températures, ce qui répond à une augmentation du phénomène de continentalité. De même qu’elle se révèle par une augmentation des déficits hydriques relatifs

autant annuels que saisonniers, résultats d’une baisse des volumes de précipitation et d’une

modification de leur distribution temporelle.

Elle se concrétise localement par des effets directs sur la végétation (effets sur le métabolisme des arbres, sur la biomasse….) et des effets indirects comme la multiplication des

incendies de forêts .Des débuts de régression qualitative des formations végétales, voire de quelques cas de dépérissement et même de mortalité sur les stations les plus critiques (station de Zenata N-ouest de Tlemcen…..) ont été remarquées.

L’arbre est un support de biodiversité extraordinaire. Sous quelque forme qu’ils soient, nos

arbres pourraient bien être rapidement menacés, et leur avenir hypothéqué par ces changements climatiques avérés. Il est donc important de réagir rapidement pour limiter l’impact de tels

changements, en sachant que quoi que nous fassions, ces changements climatiques auront un impact non négligeable sur la biodiversité régionale. Dans l’état actuel de nos connaissances, il semble très difficile aujourd’hui d’en mesurer l’importance.

0

200

400

600

800

avr mai jui juil aout sep oct ETR Nbre d'incendies

90

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91

PERIODICITE SAISONNIERE DES CHANGEMENTS HYDROCHIMIQUES DES EAUX DES AQUIFERES ALLUVIAUX : Cas

de la nappe alluviale de Drean-Annaba (EST ALGERIEN)

LARBI DJABRI* - AZZEDINE HANI*- SAAD. BOUHSINA**

*Laboratoire Ressource en Eau et Développement Durable. Université Badji Mokhtar

d’Annaba Algérie : [email protected]

*Laboratoire Ressource en Eau et Développement Durable. Université Badji Mokhtar

d’Annaba Algérie. [email protected]

**Université de Dunkerque, [email protected]

RESUME : l’étude de la variation de la qualité des eaux, montre l’impact des changements climatiques sur la qualité

des eaux. En effet le chimisme des eaux peut être influencé directement ou indirectement par les paramètres climatiques. Ce changement peut se matérialiser par une variation périodique des concentrations mettant en évidence la relation de cause à effet qui semble exister entre la période d’observation et les concentrations. Les eaux prélevées à partir des puits domestiques ont été analysées les résultats obtenus ont montré au niveau du diagramme de TICKEL, une variation de la composition chimique et par la même un changement de faciès entre les périodes considérées. Cette variation a été confortée par les résultats obtenus par l’analyse en composantes principales, l'étude des rapports et la thermodynamique. Ainsi, nous pouvons dire que le changement observé reste tributaire des paramètres climatiques.. Ces paramètres conditionnent l'attaque chimique (dissolution, lessivage). La composition chimique des eaux reste également influencée par les apports se faisant à partir de l’amont.

Mots Clés : eaux, minéralisation, Diagramme de Tickel

Seasonal hydrochemical changes of water from alluvium aquifers: Drean-Annaba aquifer case study (NE Algeria) To put in evidence the climate change impact on water resources, we assessed the variation of chemical characteristics

of waters in the region. We noticed a seasonal variation in water chemical composition; this latter is influenced by climate periodic changes. To highlight those changes, we used the CPA and the Tickel diagram. The first method shows the influence of climate and environment (geology ...) on the waters chemical composition. The second confirms the climate impact that composition. Thus, the high evapotranspiration generated by temperature rising causes a significant increase of concentrations. These parameters condition the chemical attack (dissolution, leaching). Moreover, the waters chemical composition is also influenced by the supplies which are from the upstream area. Keywords: water, mineralization, Tickel diagram.

1-Introduction :

La zone étudiée reste soumise aux variations climatiques, ces derniers peuvent avoir des répercussions négatives sur la qualité des eaux. Ces aléas peuvent être de courte durée donc saisonniers ou peuvent durer plusieurs années dans le cas d’une sécheresse. Si pour les seconds l’influence climatique est facilement mise en évidence pour les premier il n’en est pas de même

car souvent difficilement décelables. Par le biais de ce travail, nous allons essayer de mettre en évidence l’impact des variations saisonnières sur la qualité des eaux.

D’une manière générale et surtout au niveau des eaux superficielles et des eaux peu

profondes, les variations climatiques saisonnières se traduisent par une variation significative de la qualité des eaux, ce qui entraine une variation notable de la minéralisation (salinité) des eaux. Pour mettre en évidence la relation de cause à effet existant entre la variation de la composition

92

chimique de l’eau et les variations climatiques saisonnières un intérêt particulier doit être accordé à la variation de la salinité des eaux.

En réalité la salinité des eaux est un problème qui se pose de plus en plus dans les pays limitrophes de la Méditerranée. Cette situation a contraint les chercheurs à se pencher sur ce problème. A titre indicatif, nous citerons les travaux effectués au Maroc par Y. Hsissou et al. (1997) qui ont mis en évidence l’influence du biseau salé et des faciès évaporitiques sur la

salinité de la nappe côtière d’Agadir. A. El Mandour (1998), dans son travail, a démontré la présence d’une salinité stratifiée dans la plaine de Triffa (Maroc). En Israël, Y. Yechieli

(2001), en utilisant la méthode TDEM (sondage électromagnétique en domaine temporel) a localisé l’interface eau douce-eau salée au niveau de la mer morte. Puis A. Melloul (1995) a utilisé les ACP pour comparer le comportement des aquifères en Egypte et en Israël. En Espagne, l’équipe de l’Université d’Almeria, avec Pulido-Lebœuf et al. (2003) et M. Sanchez et

al. (1999 et 2002), ont utilisé l’outil hydrochimique pour mettre en évidence la salinité des eaux dans les zones littorales. En Algérie, les travaux effectués par L. Djabri (1987, 1996, 2012) mettent en évidence la salinité des eaux dans deux aquifères à climat et géologie contrastés : nappe alluviale de Tébessa (semi-aride) et nappe superficielle de Annaba-Bouchegouf-Guelma. N. Zenati (2000) a démontré que la présence d’un lac (lac Fetzara) a eau fortement salée peut

influencer la salinité des eaux souterraines par apports des eaux minéralisées. L’écoulement se

fait du lac vers la nappe en transitant par l’oued Meboudja. TH.DEBIECHE (2002), B Aoun

Sebaiti (2003 et 2010) et A Hani, ont mis en évidence une salinité des eaux de la nappe profonde de Annaba dont l’origine serait liée aux apports en provenance la zone sud, ce changement est accéléré par le fait que la nappe devient libre dans la région de Drean. Nous présentons les paramètres chimiques et climatiques régissant la variation saisonnière de la salinité des eaux de la région d’Annaba, ce qui nous permettra de déterminer la relation hydrochimiques entre le climat, l’Oued, la nappe, la mer et le lac. Le schéma suivant (fig.1) récapitule le mode de

fonctionnement du système aquifère étudié.

93

Fig. 1 : Schéma possible de fonctionnement des systèmes aquifères de la région

d’Annaba

Le précédent schéma décrit de manière succincte les différentes relations existants entres

les différents facteurs, il met également en évidence les déplacements des éléments pouvant influencer la salinité des eaux. En surface le lac par le biais de l’Oued Meboudja se déverse dans l’oued Seybouse qui alimente la nappe superficielle, cette dernière dans sa partie aval reçoit la

mer. Il existe également une alimentation souterraine engendrée par l’infiltration, ce qui explique

Lac Fetzara

Oueds Oued Mebedja Oued Seybouse

Nappe superficielle

Nappe profonde

Lac Gyps

e + Halite

CaSO4,2H2O Nappe Ca(HCO3)2

OOued Aval

Oued Amont

Formation à Gypse CaSO4,2H2O

Evaporation

Mer Nacl

94

les concentrations remarquées dans les eaux des puits et forages.

2- Matériel et méthodes Les prélèvements d’eau ont été réalisés selon un pas mensuel. Les paramètres physico-

chimiques (pH, T°C, conductivité) sont mesurés in situ à l’aide d’un appareil multiparamètres de

marque WTW (Multiline P3 PH/LF-SET) et une sonde lumineuse de type SEBA KLL pour la mesure du niveau piézométrique. L’analyse des éléments chimiques s’effectue par absorption

atomique à flamme (PERKIN-ELMER 11005) pour les cations. Les anions et les éléments traces sont dosés par le spectrophotomètre photolab spectral de marque WTW. Ces éléments ont été dosés au laboratoire d’hydrochimie de Besançon (France). Les isotopes ont été déterminés au

laboratoire du CDTN (Alger). Pour un problème de commodité, chaque point a fait l’objet de

deux prélèvements:

- le premier acidifié, avec HCl pur pour le dosage des cations,

- le second sans ajout (dosage des anions).

Les échantillons ont été transportés dans une glacière à 4°C, température de conservation.

3-Cadre de la région d’étude :

3-1- Situation géographique La région étudiée est située dans le Nord-Est algérien (fig. 2). Elle est limitée au Nord par

la mer Méditerranée, au Sud par Dréan, à l’Est par l’oued Mafragh et à l’ouest par le lac Fetzara.

L’alimentation de la plaine se fait à l’Ouest par les eaux de ruissellement en provenance de

l’Edough, au Sud par les apports qui se font de la partie amont.

Fig. 2 : Situation géographique de la zone étudiée

95

3-2-Caractéristiques géologiques :

La région étudiée est située dans le Nord- Est algérien (fig. 2). Elle est limitée au Nord par la mer Méditerranée, au Sud par Drean, à l’Est par l’Oued Mafragh et à l’ouest par le lac

Fetzara. La plaine est alimentée à l’ouest par les eaux de ruissellement en provenance de l’Edough, au Sud par les apports qui se font à partir des monts d’Ain Berda et Guelma, situés à

l’amont. La zone d’étude se caractérise par l’affleurement de deux formations, sédimentaires et

métamorphiques (fig.3). Ces affleurements sont datés du Paléozoïque au Quaternaire. Les formations métamorphiques datent du Paléozoïque et affleurent dans la partie l’Ouest et

constituent le massif de l’Edough, Belilieta et Boukhadra, constitué surtout de gneiss. L’âge

des formations sédimentaires, s’étale du Mésozoïque au Quaternaire. Ce dernier est constitué de

formations dunaires alluvionnaires formant la roche réservoir. On distingue le Quaternaire ancien (hautes terrasses): renfermant la nappe des alluvions dont le matériau est composé de sables, d’argiles, de graviers, ... Quaternaire récent: correspond à la basse et à la moyenne

terrasse. Quaternaire actuel: les alluvions sont représentées par des dépôts de lit actuel de l’oued; il s’agit de sable et de cailloutis.

Fig.3 : Caractéristiques géologiques de la zone d’étude. Légende : 1 : Quaternaire récent et actuel; 2: Dunes; 3: Quaternaire ancien; 4: Marécage

ou lac; 5: Grés et argile numidiens ; 6: Formations métamorphiques ; 7: Faille; 8: Axe des fosses.

4- Caractéristiques climatiques : La carte réalisée par ANRH-GTZ, (2003), figure 4, montre que la zone d'étude fait

partie des régions les plus arrosées de l'Algérie du Nord. Les précipitations oscillent entre 600 et 800 mm/an.

96

Fig.4 : Précipitations annuelles médianes « normales» (1965-95) (D’après ANRH-GTZ ,2003)

4-1-Variations des paramètres climatiques : 4-1-1-Les précipitations

4-1-1-1-Les précipitations mensuelles : les calculs réalisés sur les données recueillies au niveau des trois stations, montrent que le mois de décembre demeure le plus pluvieux et par opposition le mois de juillet reste le plus sec (Tableau 1). Tableau 1. Précipitations moyennes mensuelles.

Mois

Station

S O N D J F M A M J J A

Salines

34.4

66.5

89.0

116.3

100.1

79.7

67.2

60.4

35.6

14.6

2.2

9.4

Pont Bouchet

32.2

48.0

83.5

104.7

96.1

70.4

58.3

56.5

40.3

11.4

2.3

8.9

Bouchegouf

30.0

42.1

61.0

90.8

88.7

59.8

62.9

54.6

48.1

16.5

3.2

13.4

4-1-1-2-Les précipitations annuelles :

Les deux graphiques suivants, montrent les variations annuelles des précipitations par rapport à la moyenne calculée au niveau de chaque station. Ainsi pour la station des salines la précipitation moyenne annuelle calculée est de 700 mm/an par contre au niveau de la station de Pont Bouchet, la valeur moyenne obtenue est de 600 mm/an.

ANNABA

BATNA

BISKRA

CONSTANTINE

GUELMA

SKIKDA

TEBESSA

BEJAIA

M 'SILA

150

200

250

300

350

400

650 700 750 800 850 900 950 1000

0 100 200 300 400 600 800 1000

Précipitations annuelles "normales" (période moyenne :1965 - 95)

M E R M E D I T E R R A N E E

T U

N I

S I

E

ANNABA

97

Fig.5 Variations des précipitations annuelles de 1980-1981 à 2006-2007.

Les graphes réalisés (fig.5), indiquent une succession d’épisodes bénéficiaires et

déficitaires. Cependant les épisodes déficitaires sont plus nombreux et plus long. Ainsi au niveau des deux stations, on note que la période déficitaire s’étale de l’année 1966-1967 à l’année 1996-1997, donc au cours de cette période l’infiltration est insignifiante ou nulle. Ce qui se traduit par

une recharge très faible ou quasiment nulle, ce qui accélère la dégradation de la qualité des eaux. .

0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0

p(m

m)

Station des Salines P(mm) Moyenne

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

1000

P(m

m)

Station de Pont Bouchet P(mm) Moyenne(mm)

98

4-1-1-3-Les précipitations saisonnières : Pour mettre en évidence les apports saisonniers en précipitations, nous avons élaboré la

figure 6, montrant la distribution saisonnière des précipitations. On remarque que la saison hivernale est la plus arrosée avec environ 50% du total des précipitations. Par contre, on enregistre pratiquement la même quantité de précipitation au cours des saisons printanière et automnale (23 et 28% pour les Salines et 27 et 28 % pour Pont Bouchet). L’été se caractérise par

une faible précipitation de l’ordre de 4% du total enregistré. Traduit en termes de qualité des eaux, nous pouvons dire que cette dernière va évoluer de

la manière suivante : -en hiver les concentrations sont faibles, -en été les concentrations sont importantes, -à l’automne et au printemps, on remarque une tendance vers l’un ou l’autre, c'est-à-dire

vers une augmentation des concentrations du printemps vers l’été et vers une baisse des

concentrations de l’automne vers l’hiver.

Fig.6 : Répartition saisonnière des précipitations (stations les Salines et Pont

Bouchet)

- 4-2-Estimation de l’infiltration mensuelle par la méthode des chlorures (SCHOLLER

1962)

C'est une méthode basée sur la reconcentration par évapotranspiration des apports en chlorures par les précipitations, et consiste à comparer les concentrations en chlorures dans les eaux de pluie et les eaux souterraines.

28%

45%

23%

4%

Répartition mensuelle et saisonniére des pluies à la

station des salines

Automne

Hiver

Printemps

Eté

26%

Hiver 43%

Printemps

27%

4%

Répartition saisonniére des pluies dans station Pont

Bouchet

99

Tableau 10 A. Estimation de l’infiltration par la méthode de Schoeller, Pour le mois d’avril, plaine de Annaba

Nous remarquons une variation spatiale de l’infiltration. Elle peut être nulle durant les mois où il

ne pleut pas. Ce qui influence directement la composition chimique des eaux, provoquant un changement des faciès. 5-Impact des variations climatiques sur la qualité des eaux Pour mettre en évidence le lien entre les variations temporelles de la qualité des eaux et les variations climatiques à l’échelle saisonnière, nous avons utilisé plusieurs méthodes. 5-1-Apport de l’ACP (analyse en composantes principales) :

L’analyse en composantes principales constitue un moyen efficace pour la détermination des

éléments intervenant dans la variation de la composition chimique d’une eau. Ainsi dans le cas

de la région d’étude, nous avons utilisé deux ACP, avec une matrice comportant 11 variables et 11 individus. La première se rapporte à la période du mois février 2009 par contre la seconde caractérise le mois de septembre 2010. 5-1-1-Pour la première ACP (février 2009) : L’inertie totale pour les deux axes (F1& F2), est de 74.99 % (Fig. 6). Le facteur F1, fournit (49.74%), et montre une opposition entre deux familles, la première regroupant, l'ammonium, le phosphate et le potassium provenant de l’utilisation des engrais. La deuxième, comporte, outre les nitrates et les nitrites, les éléments majeurs caractérisant la minéralisation des eaux comme le Na, le Ca, le Mg, le SO4 et le Cl, ces éléments semblent avoir la même origine. Les bicarbonates s’opposent aux autres éléments indiquant ainsi une alimentation exogène, ils proviennent de la zone amont (Ain Berda) caractérisée par l’affleurement des calcaires qui lors des précipitations enrichissent les eaux en HCO3. Les bicarbonates accompagnent le K, Le Po4 et NH4, ce qui laisse supposer un effet de chasse.

Le facteur FII avec 19.30%, indique une opposition entre les eaux fortement minéralisées et polluées par les nutriments et le phosphate aux eaux de bonnes qualités.

Puits P

2

P

3

P

4

P

5

Les

Salines

1

8.89

9.

26

1

5.58

8.

66

P.

Bouchet

2

4.77

1

2.14

2

0.44

1

1.36

100

Fig.6. Cercle ACP des eaux souterraines (eau de surface).

5-1-2-Pour la seconde ACP (septembre 2010) Le traitement donne un pourcentage d’information de l’ordre de 55.36 %. L’observation du cercle ACP, montre selon l’axe FI (33.02 %), montre une situation

analogue à la précédente, indiquant une probable contamination des eaux de la nappe par les eaux des Oueds (Fig.7).

Selon l’axe FII (22.34 %), on remarque que les eaux sulfatées magnésiennes polluées par les nitrates et le potassium s’opposent aux restes des eaux, confirmant ainsi l’origine externe de

cette eau, en effet les formations gypsifères sont présentes en amont de Guelma (in Djabri et al. 2007).

La présence conjointe des nitrates et du potassium indique que les engrais utilisés sont de type NPK.

101

Fig.7 : Cercle ACP 2, Septembre 2010

L’ACP, réalisée montre une variation saisonnière des familles des eaux. Elle met également en

évidence des apports d’eau provenant de la zone Amont. Ces apports influencent la composition

chimique des eaux de surface surtout.

5-2-Variations des faciès chimiques des eaux

5-2-1Diagramme de Tickel :

Le dépouillement des analyses réalisées au cours des périodes considérées dans les ’ACP,

réalisées. Ainsi quarante (40) échantillons dont vingt (20) pour chaque période ont été considérés.

5-2-1-1-Pour la période de Février 2009 :

L’observation des figures 8a, b, c et d, montre que le faciès chloruré sodique est dominant

mais souvent les concentrations des bicarbonates et des sulfates sont proches des chlorures, de ce fait il n’y a pas de domination France des chlorures. Par ailleurs au niveau des cations le calcium présente parfois des concentrations importantes montrant des eaux calciques ou secondairement calciques. Ceci en évidence une compétition entre les trois anions et les deux actions calcium et sodium. Cette dernière est engendrée par les précipitations provoquant un apport d’eau riche en

bicarbonates et en calcium, s’expliquant par une dilution des calcaires à l’affleurement dans la

zone Amont.

102

A B

C D

Fig.8 (A, B, C et D) : Diargrammes de Tickel, février 2009

1

10

100

1000

Ca (mg/l)

Mg (mg/l)

Na (mg/l)

K (mg/l) HCO3 (mg/l)

Cl (mg/l)

SO4 (mg/l)

S1

S2

S3

S4

S5

1 10

100 1000

Ca (mg/l)

Mg (mg/l)

Na (mg/l)


Cl (mg/l)

SO4 (mg/l)

S6

S7

Dj

Fe

Mb

1

10

100

1000

Ca (mg/l)

Mg (mg/l)

Na (mg/l)


Cl (mg/l)

SO4 (mg/l)

PB

PC

PA

PD

PH

1 10

100 1000

10000 Ca mg/l

Mg mg/l

Na mg/l

K mg/l

Cl mg/l

SO4 mg/l

HCO3 mg/l

Conductivité

µs/cm

P2.1

P2.2

P6.2

P12.2

P13.2

103

5-2-1-2-Pour la période de Septembre 2010 :

L’observation des diagrammes réalisés Fig.9 a, b, c et d, montre une baisse considérable du calcium, de ce fait les apports en provennace de la zone amont n’influencent plus le faciès

chimique.

A B

0,1 1

10 100

1000 10000

Ca (méq)

Mg (méq)

Na (méq)

K (méq)

Cl (méq)

SO4 (méq)

HCO3 (méq)

Conductivité

µs/cm

P1.1

P2.1

P6.1

P12.1

P13.1

1 10

100 1000

10000 Ca mg/l

Mg mg/l

Na mg/l

K mg/l

Cl mg/l

SO4 mg/l

HCO3 mg/l

Conductivité

µs/cm

P1.1

P2.1

P6.1

P12.1

P13.1

104

C D

Fig.9 (A, B, C et D) : Diargrammes de Tickel, septembre 2010.

Les diagrammesde tickel, confiement les résultats issus de l’ACP, pour étayer notre

hypothèse, nous allons démontrer les tendances à l’enrichissement et à l’appauvrissement des

éléments chimiques, ce qui nous amène à réaliser une étude dynamique des éléments majeurts. 5-3-Mécanismes d’acquisition du chimisme des eaux : Pour mettre en évidence l’impact des variations saisonniaires sur la qualité des eaux, nous

avons considéré les points d’eau anlysés analysés au cours des deux périodes considérées. Ainsi

notre interprétation, consernera les cations et les anions seperemment. L’interprétation se fera fera toujours dans le sens : mois de février 2009 vers le mois de septembre 2010.

5-3-1-Diagramme des cations (fig.10)

1 10

100 1000

10000 Ca mg/l

Mg mg/l

Na mg/l

K mg/l

Cl mg/l

SO4 mg/l

HCO3 mg/l

Conductivité

µs/cm

P2.1

P2.2

P6.2

P12.2

P13.2

1 10

100 1000

10000 Ca mg/l

Mg mg/l

Na mg/l

K mg/l

Cl mg/l

SO4 mg/l

HCO3 mg/l

Conductivité

µs/cm

F1.2

F2.2

F5.2

F6.2

F13.2

105

Fig.10 : interprétation dynamique des cations

Légende :

Fevrier 2009 . 0 Seprembre 2010 Sens de déplacement En observant le diagramme triangulaire précedent, on remarque une tendnace à

l’enrichissement en calcium et en sodium pour l’échantillon N°3.Cette augmentation du calcium

s’accompagne d’un enrichissement en magnésium particulièrement pour les échantillons 1, 2 et 6

par contre pour les échantillons 4 et 5, l’accroisssement en magnésium est faible. A partir de

l’observation réalisée, on déduit les formations gypsifères après leur dissolution enrichissent les

eaux en calcium, par ailleurs les apports de l’Oued Seybouse accélèrent le déplacement du calcium de l’amont vers l’aval.

5-3-2-Diagramme des anions (fig.11) : L’observation du diagramme montre une compétition entre les chlorures et les sulfates.

On remarque tantot un enrichissement en chlorures tantot un enrichissement en sulfates. Cette compétition est liée à l’affleurement des formarions salifères tel que la halite et le gypse. Les

bicarbonates augmentent légerement. Cette situation est liée à la dilution qui se produit après les précipitations. Ceci entraine un apport d’eau riche et sulfates et en chlorures.

106

Fig.11 : interprétation dynamique des anions

Légende :

Fevrier 2009 . 0 Seprembre 2010 Sens de déplacement L’interprétation réalisée a montré que la qualité des eaux de la région reste très

vulnérables aux variations saisonnières du climat. Ainsi nous remarquons en période pluvieuse l’existence d’une dilution qui provoque un apprt exogène en minéraux conférent aux eaux les faciès observés.

Les résultats obtenus, nous ont permit la détermination des mecanismes de salinité des eaux. Ces derniers sontcondensés dans la figure suivante.

Ainsi, nous remarquons : -Au contre bas du massif de Séraidi, zone nord ouest, la minéralisation des eaux est

provoquée par l’hydrolise qui de produit, entrainant un enrichiment des eaux en minéraux

alcalins et alcalino terreux, -au niveau de la partie nord, la minéralisation est provoquée par les échanges avec la mer, -au niveau de la partie centrale la minéralisation est provoquée par les apports issus des

deux cours d’eau (Meboudja et Seybouse). -par contre les apports en eau issus de la région de Guelma, sont à l’orgine de la

minéralisation des eaux au niveau de la zne sud.

107

6-Conclusion : La zone étudiée est caractérisée par un climat méditéranéen, ce dernier comprend deux

saisons l’une sèche et l’autre humide. Au cours de la saison sèche la forte température entraine

une augmentation des concentrations des éléments chimiques se traduisant par un accroissement de la salinité des eaux. Par contre, au cours de la saison humide les précipitations conduisent à la dilution, ce qui conduira à la déversification de la composition chimique des eaux. En effet, là où le gypse affleure, les eaux seront sulfatées calciques par contre l’eau chlorurée sodique sera

présente près de la hailté. Ces foramtions (gypse et halite) affleurent en amont de la plaine de nappe, cependant les

eaux en s’écoulant vont entrainer dans leur déplacement le calcium, le soduim, les chlorures et les sulfates, expliquant ainsi les variations du chimisme des eaux.

108

7-Bibliographie

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Annaba. Mémoire de Magister, Université de Annaba, 85 p, 2003. DEBIECHE.H. (2002): Evolution de la qualité des eaux (salinité, azote et métaux lourds) sous l’effet de

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(N.E, Algérien), TIA’C 2012, Alicante (Espagne), pp , 95-118 DJABRI L. (1996): Mécanisme de la pollution et vulnérabilité des eaux de la Seybouse - Origines géologiques, industrielles, agricoles et urbaine. - Thèse d'Etat à l'Université de Annaba, 176 p, 1996. EL MANDOUR A. (1998): Contribution à l’étude hydrogéologique de la plaine de Triffa. Salinisation et

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la plaine-Ouest d’El-Hadjar, Lac Fetzara, N.E Algérien, Mémoire de Magister, Université de Annaba, 148 p, 1999.

109

REPRESENTATIVITE DE LA QUALITE DES EAUX D’UNE RIVIERE SUD MEDITERRANEENNE EN ALGERIE A L’ECHELLE

GLOBALE

MESSAI-MAANE Samira1, LAIGNEL Benoit2, MADANI Khodir3.

1 Laboratoire de Biomathématique, Biophysique, Biochimie et Scientométrie, université

F. ABBAS, Sétif 19000, Algérie. E-mail : [email protected]

2 UMR 6143 CNRS Morphodynamique Continentale et Côtière, département de Géologie, bât IRESE A, place

Emile Blondel, 76821 Mont-Saint-Aignan, France. E-mail : [email protected]

3 Laboratoire de Biomathématique, Biophysique, Biochimie et Scientométrie, université A. MIRA, Bejaia 06000,

Algérie. E-mail : [email protected]

Résumé – Les ressources en eau en Algérie deviennent de plus en plus limitées et difficiles à exploiter et sont exposées

non seulement à une diminution de la quantité du fait d’une sècheresse très marquée depuis les années 90 mais aussi à une forte dégradation de la qualité des cours d’eau par différentes formes de pollution. En effet, les résultats des mesures analytiques réalisées en étiage sur l’oued Soummam qui se déverse à la mer au niveau de la ville de Bejaia, ont montré que ce dernier est

exposé à une forte pollution d’origine organique. Cette charge est exprimée par une DBO5 et une DCO très élevées et dépassent respectivement 100 et 140 mg/l ce qui a provoqué la baisse de la concentration en OD à des valeurs < 5 mg/l. Il n y’a que très

peu d’études sur la qualité des eaux de surface en Algérie, d’où l’intérêt de cette étude qui vise à déterminer la représentativité de la qualité des eaux de cet oued à l’échelle globale et qui servira comme référence dans le futur.

Mots clés : Eaux de surface, Qualité, Oued Soummam, Algérie. Abstract – Representativeness of the water quality of a Mediterranean southern river in Algeria on a total scale The water resources in Algeria become increasingly limited and difficult for exploitation and they are exposed not only

to a reduction of the quantity due to the very marked drought since the Nineties but also to a strong deterioration of the waterways quality by different forms of pollution. Indeed, the results of the analytical measurements carried out in period of low water level of the Soummam wadi that flows into the sea of Bejaia town, showed that the river is exposed to a strong organic pollution. This charge is expressed by very high BOD5 and COD which exceed 100 and 140 mg/L respectively these caused the fall of the OD concentration to values lower than 5 mg/L. There is a few studies on the quality of surface water in Algeria, so the interest of this study aimed to the determination of the representativeness of the water quality of this river on a total scale which will be useful like reference in the future.

Keywords : Surface water, Quality, Soummam Wadi, Algeria.

Introduction

Dans le monde entier, la qualité des cours d’eau est altérée par différentes formes de

pollution, le plus souvent d’origine anthropique.

Les actions anthropiques peuvent être regroupées en deux grandes catégories : (1) les modifications de la morphologie et de l’hydraulique des fleuves (rectification, canalisation,

dérivation, suppression des zones humides, barrage, digue…) ; (2) les déversements diffus dans

110

les zones agricoles ou rurales et/ou les rejets ponctuels et concentrés dans les zones industrielles ou urbaines. Ces rejets modifient fortement le comportement des écosystèmes aquatiques imposant des charges biodégradables ou non, parfois considérables, et qui vont perturber le bilan en oxygène.

A cela s'ajoute des facteurs naturels, tels que les fortes précipitations entraînant du ruissellement, de l'érosion, des crues et ainsi des eaux fortement chargées en matière en suspension (MES). Ces MES véhiculent des polluants adsorbés, modifient la clarté de la colonne d’eau (et ainsi l'activité de la photosynthèse), colmatent les fonds et les berges des cours d'eau,

modifiant ainsi les habitats de la faune aquatique (Pesson P., 1976).

En Algérie, les ressources en eau sont particulièrement exposées quantitativement et qualitativement : diminution de la quantité du fait d’une sècheresse très marquée depuis les

années 90 et la dégradation de la qualité à cause des rejets industriels et urbains importants. Malgré ces problèmes reconnus, très peu d’études ont été réalisées sur la qualité des eaux de

surface.

C'est pourquoi, nous proposons une étude de la qualité de l'eau à l’embouchure d'une rivière

algérienne, l'Oued Soummam. Cet oued est particulièrement intéressant à étudier du fait de son contexte : il se jette dans la mer méditerranée, son bassin versant se situe dans une zone fortement urbanisée et industrialisée, il présente de fortes crues inondant la ville de Béjaia située à son embouchure. Cette étude a ainsi pour objectifs de :

(1) connaître l’état de la qualité des eaux à l’embouchure de l’oued Soummam (2) comparer la qualité de ces eaux avec d’autres rivières à l’échelle globale (3) discuter de l'origine de la dégradation de la qualité de l'eau de l'oued Soummam

1. Matériel et méthodes

1.1. Contexte de la zone d’étude

Le bassin versant étudié, la Soummam maritime appartient à la wilaya de Bejaia et est situé dans la partie centrale de l’Algérie septentrionale. Il s’étend sur une distance de 45 Km, depuis la ville de Sidi-Aich jusqu’à la ville de Béjaia située à son embouchure vers la mer. Il draine une

superficie de 1100 Km2, dont 77 Km2 est occupé par la plaine alluviale. Son altitude moyenne est de 430,7 m (données de l’Agence Algérois-Hodna-Soummam : AHS). Le bassin est bordé au Nord par les crêtes du djebel Aghbalou et du djebel Gouraya, au Sud par les chaînes des Bibans et les chaînes des Babors, à l’Ouest par le seuil de Sidi Aich et à l’Est par la Mer méditerranée

(Fig. 1).

111

Figure 1. Localisation de la zone d’étude du bassin Soummam- maritime

Du point de vue géologique, le bassin est caractérisé dans ses grandes lignes par de la marne et du calcaire de l’Oligocène en rive gauche, et du grès, de la marne, du calcaire et de l’argile du

Crétacé inférieur, moyen et supérieur en rive droite (Duplan l., 1959).

Le climat qui règne sur le bassin est de type méditerranéen humide, avec une température moyenne maximale de 25°C en août et minimale de 12°C en janvier. La pluviométrie moyenne annuelle est de 716 mm avec un maximum de précipitations au mois de janvier et un minimum au mois de juillet (Agence des Bassins Hydrographiques Algérois-Hodna- Soummam, 2000).

Le débit de l'Oued Soummam à son embouchure montre de grandes irrégularités inter-mensuelles et saisonnières : le débit moyen est de 25 m3/s, maximum de 116 m3/s et minimum de 0,6 m3/s (Coyne et Bellier., 1973).

La surface agricole utile représente 583 Km2, tandis que la forêt couvre 225 Km2. Les terres situées dans la vallée sont très fertiles et sont exploitées de manière intense (irrigation, mécanisation...). Les activités agricoles principales sont le maraîchage, le fourrage, la culture des oliviers et des agrumes, et l'élevage de bovins laitiers et avicole (Direction de la Planification et de l’Aménagement du Territoire Algérien, 2002).

Le bassin étudié compte près d’un million d’habitants, avec une densité moyenne de 250

hab/Km2, dont 50% se trouve concentré le long de la vallée. Par ailleurs, plusieurs industries, en particulier d'agro-alimentaire et de textile, sont implantées le long des deux rives. Il est possible de distinguer en particulier deux grandes zones industrielles, une située à l’amont du bassin, à la

ville d’Akbou, l'autre à l’aval, à la ville de Bejaia. Un certain nombre de collectivités n’ont pas

de réseau d’assainissement (68% de taux de raccordement) et très peu d’unités industrielles

disposent de stations d’épuration, si bien qu'une partie des eaux domestiques et des effluents

112

industriels sont rejetés directement dans l’oued sans aucun traitement préalable.

1.2. Echantillonnage et analyses

Les campagnes d’échantillonnage ont eu lieu en étiage durant les mois de mai, juin et juillet, et ceci pendant trois années successives : 2002, 2003 et 2004. Après chaque prélèvement, les échantillons d’eau sont conservés dans des bouteilles en polyéthylène de 1 litre à 4°C.

La température, le pH, l’oxygène dissous sont mesurés directement sur le terrain. Le pH est mesuré avec un pH mètre de terrain de type PHYWE et l’oxygène dissous à l’aide d’un oxymètre

portatif PIONNER 20 muni d’une sonde à oxygène dissous de type DOX 20T.

Les autres paramètres, la concentration en MES, la DBO5 et la DCO sont mesurés au laboratoire. La concentration en MES est déterminée après filtration sous vide en utilisant des filtres en cellulose à 0,45 m. La DBO5 est mesurée par la méthode de dilution et la DCO par la méthode d’oxydation au bichromate de potassium (Rodier J., 1996).

2. Résultats : Caractérisation physico-chimique des eaux de l’oued Soummam

Les paramètres mesurés sont exprimés sous forme de moyennes par étiage (moyenne sur les trois mois de mesures pour chaque année) et d’écarts type (Tab. 1).

Tableau 1. Valeurs moyennes et écarts type des paramètres mesurés à l’embouchure de l’oued Soummam

durant les étiages 2002, 2003 et 2004

Paramètres

Année

T '(°C)

pH Cond.

(mS/cm) OD

(mg/l) MES

(mg/l ) DBO5

(mg/l ) DCO

(mg/l)

2002 23,67

3,79 7,73

0,74 9,26

0,19 3,27

0,21 130,67

43,14 82,67

6,43 120,67

34,08

2003 27,77

1,66 7,89

0,35 9,36

0,30 5,87

1,11 196,20

5,41 118,10

10,53 174,00

20,30

2004 22,73

3,94 6,90

0,61 6,96

1,35 5,40

1,06 239,67

20,55 113,00

8,89 136,00

19,08

Les températures moyennes de l’eau sont systématiquement supérieures à 22°C. La

température la plus élevée a été enregistrée en 2003 (27,7 °C). Le pH est proche de 8, sauf en 2004, où il est de 6,9. Les valeurs en oxygène dissous sont relativement basses, inférieures à 6 mg/l. On note une amélioration de plus de 63 % entre 2002 et 2003, avec des valeurs qui sont passées respectivement de 3,2 à 5,9 mg/l. Entre 2003 et 2004, on remarque une certaine stabilité.

La charge organique exprimée par la demande biochimique et chimique en oxygène est très élevée : les concentrations moyennes de la DBO5 et de la DCO sont respectivement supérieures à

113

82 et 120 mg/l. Celles-ci ont augmenté de 42 et 44 % entre 2002 et 2003. En 2004, la DBO5 a diminué de 4,4% et la DCO de 22 %, par rapport à 2003.

La concentration en MES est comprise entre 131 et 240 mg/l, et on constate une nette augmentation d’environ 50 % de 2002 à 2003, et de 22,4% entre 2003 et 2004.

D’après les critères d’appréciation globale de la qualité des eaux de surface définis par (Bontoux J., 1993) , ces paramètres dépassent de loin les normes et soulignent donc la mauvaise qualité des eaux de l’oued Soummam, quelle que soit l’année étudiée (Tab. 2).

Tableau 2. Classification des eaux de l’oued Soummam selon les normes de qualité des eaux de surfaces

De ce fait, les eaux de l’oued Soummam sont inaptes à la plupart des usages, tels que la

baignade, l’irrigation et l’abreuvage, et peuvent ainsi constituer une menace pour la santé

publique et l’environnement.

De plus, on observe une nette augmentation de la charge polluante en 2003 et 2004 par rapport à 2002 (Fig. 2).

Classes

Paramètres

1A

Excellente

1B

Pollution

modérée

2

Pollution

nette

3

Pollution

importante

4

Pollution

excessive

OD

(mg/l)

> 7

5 – 7

3 – 5

< 3

< 3

DBO5 (mg/l)

< 3

3 – 5 5 – 10

10 – 25

> 25

DCO (mg/l)

<20

20 – 25 25 – 40

40 – 80

> 80

MES (mg/l)

< 30

< 30 < 30

30 – 70

> 70

114

Figure 2. Concentrations moyennes de la DBO5, la DCO et les MES à l’embouchure de l’oued Soummam

durant les étiages 2002, 2003 et 2004

3. Discussion

3.1. Représentativité de la qualité de l'eau de l'oued Soummam à l’échelle globale

La comparaison de nos valeurs avec celles de la bibliographie est difficile dans la mesure où la période d’étude et la nature des paramètres considérés pour évaluer la qualité de l'eau diffèrent

d’une rivière à une autre.

De plus, dans la plupart des études récentes (Sanchez E., et al, 2007 ; Gol’d Z.G., et al, 2003 ; Said A., et al, 2004; Wu J.T., 1999 ; Bordalo A., et al, 2006; Nives S.G., 1999 ; Lumb A., et al, 2006), la qualité des eaux est exprimée par un indice dont la valeur renseigne sur la bonne ou mauvaise qualité sans préciser quels sont les paramètres responsables.

Dans le cas de l’oued Soummam, les mesures ont été faites seulement en période d’étiage où

la qualité des eaux est la moins bonne, comme ceci a été démontré par des études sur d’autres

rivières (Sanchez E., et al, 2007 ; Bordalo A., et al, 2006).

Cependant, une synthèse bibliographique de la qualité des eaux de quelques rivières à l'échelle du globe a tout de même été effectuée à titre de comparaison (Tab. 3). Cette synthèse est loin d'être exhaustive, mais elle a le mérite de resituer la qualité des eaux de l'oued Soummam par rapport à d'autres rivières. Celle-ci a consisté à relever les valeurs minimales et maximales de la DBO5, de la DCO, des MES et de l’OD sur 10 rivières ou fleuves dans le monde : Han, Keelung, Fuji, Narmada, Seine, Guadarrama, Provo, Douro, Martil et Oum-Er-Rbia (Tab.3).

115

Tableau 3. Comparaison de la qualité des eaux de l’oued Soummam avec celle de quelques rivières à

l’échelle globale

Cette synthèse montre tout d'abord une grande variabilité des chiffres : de 0 à 10,5 mg/l pour l'OD, de 0,7 à 410 mg/l pour la DBO5, de 1,9 à 304 mg/l pour la DCO, de 2 à 165 mg/l pour les MES. Si l'on compare uniquement les valeurs les plus élevées de DBO5, DCO et MES des rivières mondiales avec celles de la Soummam, on constate que celles de la Soummam se situent systématiquement dans les fourchettes les plus hautes, soulignant ainsi la mauvaise qualité des eaux de cet oued à l'échelle mondiale : la concentration la plus élevée en DBO5 de la Soummam est de 130 contre 2,4 à 410 mg/l pour les rivières mondiales, la valeur la plus élevée en DCO de la Soummam est de 196 contre 4,5 à 304 mg/l pour les autres rivières, la concentration la plus élevée en MES de la Soummam est de 261 contre 3 à 70 pour les rivières mondiales.

Compte tenu de ces résultats, on déduit que les eaux de l'oued Soummam semblent se situer parmi les rivières les plus polluées à l’échelle de la planète.

Cette synthèse montre également que la qualité des eaux des rivières de la méditerranée méridionale apparaît très dégradée : la Soummam, comparée à deux autres rivières du Sud de la méditerranée (Martil et Oum-Er-Rbia : 2ème fleuve du Maroc), bien que fortement polluée, apparaît de meilleure qualité que ces deux rivières.

Etude

Rivière,

Pays

Sur

face du bas

sin (Km2)

OD

(mg/l)

MES

(mg/l)

DBO5

(mg/l)

DCO

(mg/l)

Chang

(2005) Wu

(1999) Sankaran

Unni (1998) Shrestha et

al (2006) Meybeck et

al (1998) Sanchez. et

al (2006) Gray

(2004) Bordalo et

al (2006) Hilali et al

(1998) Faouzi et al

(1998) Notre étude

Han, Coréa Keelung,

Taiwan Narmada,

Inde Fuji, Japon Seine,

France Guadarram

a, Portugal Provo,

USA Douro,

Portugal Martil,

Maroc Oum-Er-

Rbia, Maroc Soummam,

Algérie

- 501 300

0 357

0 65

000 59 - 196

00 - - 112

5

2,4

-9,9 0,9

-8,8 2,3 7,9

-10,5 - 5,7

-9,9 9,7

-10,1 6,2

-7,8 0 –

9,5 1,0

– 10,0 3,1

– 6,9

8,4

-70 - - 2,7

-17,9 41

- 165 5,7

-35,5 2,0

-3,0 10,

5 -14,0 - - 100

-261

2,1

-95,8 1,0

-12,8 1,8

- 16,0 0,7

-3,1 - 3,8

-6,1 - 1,3

-2,4 26

– 147 3, 0

– 410 78

-130

3,

7 -51,0 3,

6 -35,6 6,

0-144,0 1,

9 -4,5 - 12

,5 -16,3 - 8,

0 -10,6 20

– 304 - 10

0 -196

116

3.2. Facteurs à l’origine de la mauvaise qualité des eaux

La qualité des eaux est très variable pour les rivières considérées dans la synthèse précédente (Tab.3). D'après (Sanchez E., et al, 2007 ; Wu J.T., 1999 ; Bordalo A., et al, 2006; Nives S.G., 1999 ; Hilali M., et al, 1998 ; Faouzi M., et al, 1998 ; Chang H., 2005 ; Sankaran Unni K., 1998), les facteurs anthropiques tels que le degré d’urbanisation et l’activité

industrielle et agricole ont un impact majeur sur la qualité des eaux des rivières à l’échelle du

globe.

En effet, par exemple, la qualité des eaux est mauvaise dans la rivière Han à cause des eaux usées urbaines provenant de la ville de Séoul. La qualité très mauvaise des eaux de Narmada (forte pollution organique) est due essentiellement aux rejets urbains, comme dans le cas de l’oued Martil qui reçoit l’ensemble des rejets liquides, aussi bien urbains qu’industriels, de

la ville de Tetouan, et de l’oued Oum-Er-Rbia, où la pollution est générée par les rejets des agglomérations avoisinantes. La qualité de l'eau est également moins bonne dans les secteurs urbains de la rivière Guadarrama près de la ville de Las Rozas . La rivière Keelung, quant à elle, reçoit de fortes concentrations en nutriments (eutrophisation) provenant des pratiques agricoles.

Dans le cas de l’oued Soummam, l'état dégradé des eaux, démontré par la charge élevée en DBO5, en DCO et en MES est du principalement à la nature et à l’importance des rejets

domestiques (très riches en matières organiques) et des industries agroalimentaires (corps gras, laiterie, abattoirs, etc…). Ceci explique les faibles concentrations en oxygène dissous, liées à une consommation de celui-ci pour la biodégradation. En effet, l’embouchure de la Soummam se

situe dans une zone très urbanisée, où la ville de Bejaia présente une forte densité de population, avec plus de 1300 hab/Km2, associée à un volume de rejet urbain important de 30 000 m3/j. De plus, dans cette région, l’industrialisation est également très développée, comprenant l’industrie

des corps gras, textiles, matériaux de construction principalement. A titre d'exemple, le volume des effluents rejetés par les unités de corps gras dépasse 1350 m3/j. A cela s'ajoute, des eaux déjà chargées arrivant de l’amont, où plus de 50% de la population de la wilaya (1 million

d’habitants) sont concentrés le long de la vallée de la Soummam. Le volume des eaux usées de

l'ensemble du bassin est estimé à plus de 100 000 m3/jour, sachant que le taux de raccordement au réseau d’assainissement est de 68%. (Direction de l’hydraulique de la wilaya de Bejaia, 2000). Plusieurs industries sont implantées le long de la vallée, avec notamment l’existence

d’une zone industrielle (laiteries, textiles, carrière, etc.) en pleine expansion à la ville d’Akbou ;

sachant qu’il y a peu d’unités qui disposent de stations d’épuration, rejettent ainsi leurs effluents

sans aucun traitement vers l’oued. Aux facteurs anthropiques, s'ajoutent les facteurs naturels qui renforcent la dégradation de la

qualité des eaux de l’oued Soummam, tels que : (1) les fortes précipitations provoquant des processus de ruissellement, de lessivage et d'érosion des terres et de remise en suspension des particules dans le lit de l'oued et ainsi des crues accompagnées d'une très forte charge en suspension et du transport de polluants associés aux MES ; (2) les températures élevées en période d'étiage entraînant une activation des réactions de dissolution et de biodégradation,.

Les facteurs biologiques peuvent également intervenir. Ainsi, on peut évoquer par exemple l’accroissement de l’activité biologique en période sèche qui entraîne une dégradation de la

matière organique par les microorganismes et donc une consommation d’oxygène plus

importante.

117

3.3. Facteurs à l'origine de la variation interannuelle de la qualité des eaux

La qualité des eaux de l'Oued Soummam est mauvaise durant les trois étiages. Cependant, on constate une forte dégradation de la qualité des eaux de l’oued pour les étiages 2003 et 2004 par

rapport à celui 2002.

L'explication est d'ordre climatique. En effet, la majorité des cours d’eau méditerranéens sont

caractérisés lors d'événements pluvieux intenses par des crues violentes qui sont à l’origine

d’apports très élevés en matières particulaires. Par exemple les crues estivo-automnales de l’oued

Abid au Maroc (Cherifi O., et al, 1998) l’année 1995 ont transporté 2,5 x 10 5 t de MES.

Dans le cas de l'oued Soummam, les étiages de 2003 et 2004 ont été précédés chacun par de fortes périodes de précipitations en avril (Fig. 3).

Figure 3. Précipitations moyennes mensuelles dans la région de Bejaia en 2002, 2003 et 2004 (Office

National Agérien de la Météorologie)

Comme expliqué dans le paragraphe précédent, les fortes précipitations ont provoqué de fortes crues et inondations accompagnées d'une forte charge en suspension minérale et organique, liée respectivement à l'érosion des terres agricoles et à la remise en suspension des particules situées dans le lit de l'oued, mais également à la mobilisation des déchets ménagers souvent localisés à proximité du lit mineur de la Soummam tout au long de son cours. La crue d'avril 2003 a d'ailleurs été particulièrement violente : l’oued a débordé de son lit pour atteindre

la route nationale, entraînant des inondations qui ont isolé des villes pendant plusieurs jours.

En revanche, les fortes précipitations ont permis l’augmentation du débit du cours d’eau et

donc d’améliorer la vitesse d’écoulement qui contribue à la diffusion de l’oxygène dans l’eau et

à la dilution des polluants dissous. Ce phénomène explique ainsi l'amélioration du taux d’oxygène de l’étiage 2003 par rapport à 2002, l'étiage 2002 ayant étant très marqué et donc à l'origine de concentrations en OD relativement basses (Tab. 2).

Conclusion

L’oued Soummam présente, en étiage, à son embouchure, une forte charge polluante d’origine

organique, matérialisées par une DBO5 et une DCO qui dépassent respectivement 100 et 140

118

mg/l et une charge particulaire (MES) dépassant les 180 mg/l, le tout à l'origine de faibles valeurs en OD < 5 mg/l.

L'analyse comparative avec 10 rivières à l'échelle du globe, montre que l'oued Soummam, au même titre que d'autres rivières du Maghreb, se situe parmi les plus pollués. Cette pollution importante, comme la plupart des pollutions des cours d'eau à l'échelle mondiale, s'explique principalement par des facteurs anthropiques.

A cela s'ajoute des facteurs climatiques, tels que les fortes précipitations à l'origine des crues et de charge particulaire importante et les températures élevées en étiage responsables d'une activation des réactions de dissolution et de biodégradation. Le facteur précipitation/crue/forte charge en MES est d'ailleurs à l'origine de la diminution de la qualité des eaux des étiages de 2003 et 2004 par rapport à 2002.

Cependant, cette étude doit être poursuivie au delà des périodes d'étiage, à l'aide de mesures en continu afin de déterminer les flux dissous et particulaires vers la mer Méditerranée.

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120

Evaluation des ressources en eau en Tunisie

HABAIEB Hamadi1, FRIGUI Hassen Lotfi2

1Professeur, Directeur du département Génie Rural, Eaux et forêts à l’Institut National Agronomique de

Tunisie, 43 avenue Charles Nicolle, 1082 Tunis-Mahrajène, Tunisie. e-mail : [email protected] 2Directeur des eaux de surface à la Direction Générale des Ressources en Eau, 43, rue Saida Manoubia,

1008 Tunis-Monflery, Tunisie. e-mail : [email protected] Résumé – La Tunisie reçoit en moyenne un volume d’eau de 36 Milliards de m3 de précipitations annuelles (avec une

très grande variabilité de 11 à 90 milliards de m3), alors que le potentiel en eau est de 4,875 Milliards de m3 : 2,700 Milliards de m3/an représentent les eaux de ruissellement (grands barrages, barrages collinaires, lacs collinaires) et 2,175 Milliards de m3/an représentent des eaux souterraines (puits de surface, puits profonds et forages d’eau). Les eaux de ruissellement sont localisées surtout au nord de la Tunisie. Par contre les eaux souterraines sont localisées surtout au sud pour les nappes profondes. La confrontation entre les ressources et les besoins, qui croissent d’une année à l’autre, fait apparaître un déficit. Pour combler ce déficit, une stratégie s'articulant sur la recherche de ressources non conventionnelles et l'économie de l'eau a été adoptée. Cette stratégie comporte essentiellement la réutilisation des eaux usées et traitées et les eaux de drainage, le développement des techniques d'économie d'eau (eau potable et irrigation), le dessalement et le transfert de l'eau…

Mots-Clés : Eau, Gestion, Tunisie

Abstract - Tunisia receives an average water volume of 36 billion m3 of annual rainfall (with considerable variability from 11 to 90 billion m3 ), while the water potential is 4.875 billion m3 : 2.700 billion m3 / year represent runoff (dams , hill dams, small lakes) and 2.175 billion m3/year represent groundwater (shallow wells, deep wells and boreholes) . Runoff takes place mainly in the north of Tunisia, while groundwater deep aquifers are located in the south. A deficit between resources and needs is growing continuously. To reduce this deficit, a strategy based on mobilization of unconventional resources and water conservation has been adopted. This strategy essentially involves the reuse of treated wastewater and drainage water, the development of water -saving techniques (drinking and irrigation), desalination and water transfer

Keywords : Water, Management, Tunisia

Introduction

En raison de sa rareté, l'eau constitue un enjeu fondamental pour le développement actuel et futur de la Tunisie. Une politique hydraulique, appuyée sur une politique des barrages et de transferts du nord et du centre vers le littoral est menée ces 4 dernières décennies.

L’eau douce en Tunisie est une ressource rare, inégalement répartie, et de plus en plus consommée et convoitée.

Pour une gestion et une utilisation rationnelles et durables des ressources en eau, plusieurs objectifs ont été déjà définis (Ministère de l’Agriculture, de l’environnement et des Ressources

hydraulique 2004) :

Evaluation des ressources en eau, Mise en valeur et gestion intégrée des ressources en eau, Protection des ressources en eau, de la qualité des eaux et des écosystèmes aquatiques, Approvisionnement en eau potable et assainissement, Garantie de la ressource en qualité et en valeurs suffisantes pour les besoins d’une production

alimentaire durable, Adaptation aux situations extrêmes, sécheresse, inondation et changements climatiques.

Cette communication présentera, d’une part, la répartition spatiale et temporelle de la

pluviométrie et des ressources en eau et la stratégie adoptée en Tunisie pour combler le déficit entre les besoins et les ressources en eau, d’autre part.

121

1. Répartition spatiale et temporelle de la pluviométrie

Le régime des pluies en Tunisie est le régime méditerranéen, mais il est loin de présenter un caractère uniforme. La Tunisie comme toute l’Afrique du nord est placée sur une zone de

discontinuité climatologique. Elle reçoit en moyenne un volume d’eau de 36 Milliards de m3 de

précipitations annuelles (avec une moyenne de 220 mm/an).

Pour étudier la répartition spatiale et temporelle de la pluviométrie, nous avons divisé la Tunisie en 6 régions relativement homogènes par leurs caractéristiques physiques, en particulier du point de vue du régime climatique (Figure 1) : sud-ouest (SO), sud-est (SE), centre-ouest (CO), centre-est (CE), nord-ouest (NO) et nord-est (NE) (Benzarti & Habaieb 2001).

Figure1- Répartition spatiale de la pluviométrie en Tunisie- Figure2- Fonctions de répartition des pluies

régionales en Tunisie ( Benzarti & Habaieb 2001).

122

Les pluies annuelles régionales calculées ont été classées dans l'ordre croissant de leur fréquence expérimentale, pour une période de 88 années qui s’étale de 1909 à 1996. La

représentation graphique de ces fréquences en fonction des pluies (figure 2) fait apparaître un gradient régional latitudinal nord-sud très net mais un gradient est-ouest variable suivant les régions et suivant les fréquences (Benzarti & Habaieb 2001).

Le gradient latitudinal atteint, à l'ouest du pays, une valeur de 50 % entre le nord et le centre et de 60 % entre le centre et le sud. À l'est, les valeurs sont plus faibles et ne dépassent pas 45 % et sont réduites de moitié entre le centre et le sud (Benzarti & Habaieb 2001).

Dans le sens horizontal, le gradient ouest-est est très faible au nord (10 %) mais très fort au sud où, à l'inverse du nord du pays, l'est est plus pluvieux que l'ouest et le gradient s'élève à 60 %. Au centre, le gradient est nul et les deux courbes de fréquence des valeurs du centre-est et du centre-ouest se confondent (Benzarti & Habaieb 2001).

2- Les ressources en eau en Tunisie Afin d’évaluer les ressources en eau, un réseau national de suivi a été mis en place. Ce réseau

est composé de plusieurs réseaux spécifiques de mesure de la quantité et de la qualité des ressources en eau de surface et souterraine (réseaux pluviométriques, hydrométriques, et piézométriques et de qualité).

Le potentiel des ressources en eau en Tunisie a subi une évolution considérable depuis les années 70 (tableau 1) :

Tableau.1- Le potentiel des ressources en eau en Tunisie (Khanfir, (2011)

Année 1977

1980

1985

1990

2011

Eaux de surface (Milliards de m3) 2,000

2,580

2,630

2,700

2,700

Eaux souterraines (Milliards de m3) 1,100

1,520

1,720

1,870

2,175

Total (Milliards de m3) 3,100

4,100

4,350

4,570

4,875

Les ressources en eau mobilisables sont passées de 2,6 Milliards de m3 en 1990 (soit 53% des

ressources) à 4,5 Milliards de m3 en 2011 (soit 92% des ressources).

Tableau 2- Les ressources en eaux mobilisables en Tunisie Année 1

990 1

999 2

001 2

004 2

006 2

011 Ressources en eau mobilisables (Milliards

de m3) 2

,600 3

,600 3

,850 4

,060 4

,180 4

,500 % des ressources en eau mobilisables 5

3 7

3 7

9 8

4 8

6 9

2

2.1- Evaluation des eaux de surface

Les ressources en eau de surface sont très variables dans le temps et dans l’espace. La

moyenne interannuelle des apports en eau de surface est estimée à 2,7 milliards de m3 par an. Les eaux de surface sont concentrées dans la partie nord du pays. Le Nord qui rassemble les principaux oueds de la Tunisie et qui reçoit les plus grandes quantités de précipitations (plus de 400 mm/an). Le potentiel en eau de surface du pays est déterminé grâce au réseau national de

123

mesures pluviométriques et hydrométriques des différents bassins versants. La répartition régionale des ressources s’établit comme suit :

Tableau 3- La répartition régionale des ressources en eau de surface de Tunisie

Région

Nord Centre Sud T

otal Ouest

Est

Total

Ouest

Est

Total

Ouest

Est

Total

Ressources

Milliards m3

1,585

0,605

2,190

0,190

0,180

0,370

0,020

0,120

0,140

2,700

% 58,7

22,4

81,1

7,0

6,7

13,7

0,7

4,5

5,2

100

Les ressources en eau mobilisable représentent 93% des ressources en eau de surface :

Tableau 4- Les ressources en eau de surface mobilisables

Année 2004

2006

2008

2011

Ressources en eau de surface mobilisables (Milliards de m3)

2,200

2,300

2,400

2,500

% des ressources en eau de surface mobilisables

82 85 89 93

L’état de la mobilisation des eaux de surface se résume comme suit :

Tableau 5- L’état des ressources en eau de surface mobilisables

Année 2004 2006 2008 2011 31 grands barrages (capacité > 1 million de m3)

1,927 2,000 2,084 2,170 89% 92% 96% 100%

226 barrages collinaires (capacité 100 000 à 1 000

000 m3)

0,160 0,180 0,188 0,195 82% 92% 96% 100%

800 lacs collinaires (capacité <100 000 m3)

0,113 0,120 0,128 0,135 84% 89% 95% 100%

Le réseau de surveillance instantané (pluie, oued et barrage) comporte 114 centres d’appel et

130 stations de mesures automatiques.

2.2- Evaluation des ressources en eaux souterraines

Le potentiel des ressources en eaux souterraines pour l’année 2011, établi par la Direction

Générale des Ressources en Eau, se répartit comme suit (Khanfir 2011) :

Nappes phréatiques : 0,753 Milliards de m3 Nappes profondes renouvelables : 0,772 Milliards de m3 Nappes profondes non renouvelables : 0,650 Milliards de m3

124

Total : 2,175 Milliards de m3 Ces ressources se répartissent comme suit :

Tunisie du nord : 31%. Tunisie du centre : 25%. Tunisie du sud : 44%.

Les ressources en eau mobilisables représentent 92% des ressources en eau souterraines :

Tableau 6- Les ressources en eaux souterraines mobilisables

Année 2004

2006

2008

2011

Ressources en eau souterraines mobilisables (Milliards de m3)

1,860

1,880

1,900

2,000

% des ressources en eau souterraines mobilisables

86 86

87 92

L’essentiel des ressources souterraines provient des nappes du sud, dont les plus importantes

sont les nappes profondes fossiles du Continental intercalaire et du Continental Terminal.

Le caractère fossile des nappes du sud pose le problème de la durabilité de leur exploitation, d’autant plus que cette région est de plus en plus considérée comme une région de mise en valeur

par l’eau, puisque la surface des oasis a plus que doublé en 30 ans, passant de 15 000 à 36 000

hectares irrigués. Quant aux nappes de surface, elles sont exploitées à la limite de leurs ressources; les plus importantes, celles du centre et du Sud tunisiens, affichent des situations de surexploitation, avec tout ce qui s’ensuit comme aspects de dégradation qualitative et

quantitative de l’eau (intrusions salées et baisses des niveaux piézométriques).

Ces ressources en eau souterraine proviennent de :

100 000 puits de surface 6 255 puits profonds et forages d’eau

La salinité des ressources en eau souterraine se résume dans le tableau suivant : Tableau 7- La salinité des ressources en eaux souterraine

Salinité (g/l) Pourcentage (%) S < 1,5 g/l 22% 1,5 g/l < S < 3g/l 48 % S > 3g/l 30 %

2.3- Principales Menaces des ressources en eau

Les menaces principales pour les ressources en eau en Tunisie se résument à :

La surexploitation des ressources en eau souterraines, La pollution des ressources eau (cours d’eau, nappes,….) par les rejets solides ou liquides

dans le milieu, les cours d’eau et les nappes d’eau souterraines vulnérables, L’envasement des retenues des barrages, des lacs collinaires de même que l’engravement

des cours d’eau naturels suite à la multiplication des ouvrages de rétention en amont des bassins

versants, La fréquence d’années sèches successives, Les crues et inondations : Les inondations sont fréquentes en Tunisie ; la crue de

l’automne 1969 reste la plus importante dans la région du centre du pays Les apports ont été

estimés à 3 milliard de m3. Aussi les fortes pluies de mars 1973 ont été la cause de crues

125

exceptionnelles sur le nord du pays. Les apports ont été estimés à 1 Milliard de m3 au niveau de la Medjerda.

En conclusion, on peut avancer que la population de la Tunisie est de l’ordre de 11 millions

d’habitants. Chaque habitant a 410 m3/an de ressources mobilisables. Ce qui représente une

quantité relativement faible. Pour le Maghreb, et pour l’année 2009, à part le Maroc ou chaque

habitant dispose de 900 m3/an, l’Algérie et la Lybie disposent respectivement pour chaque

habitant 300 et 150 m3/an. Ce qui représente aussi des quantités faibles. Cette disponibilité en eau a connu une réduction ces dernières années suite à l’accroissement de la population.

(Eugenia & Giovanni (2013).

Pour combler ce déficit, une stratégie s'articulant sur la recherche de ressources non conventionnelles et l'économie de l'eau a été adoptée en Tunisie..

3- Stratégie de la gestion des ressources en eau La stratégie de la gestion des ressources en eau vise à répondre aux besoins du pays aux fins

du développement durable et est fondée sur l’idée que l’eau fait partie intégrante de l’écosystème

et constitue aussi bien une ressource naturelle qu’un bien social et économique dont la quantité et

la qualité déterminent l’affectation. Pour atteindre ces objectifs, des mesures ont été prises : mise en application des plans directeurs des ressources en eau, mobilisation totale des ressources en eau à partir des sources conventionnelles mettant à profit (Ministère de l’Agriculture, de

l’environnement et des Ressources hydraulique, 2004) :

la construction des retenues de toutes tailles (construction de barrages, de barrages collinaires et des lacs collinaires), les travaux de conservation des eaux et du sol, les puits et les forages.

En plus plusieurs programmes ont été élaborés et mis en application : réutilisation des eaux usées et traitées et les eaux de drainage, le développement des techniques d'économie d'eau (eau potable et irrigation), le dessalement et le transfert de l'eau…

3.1- Réutilisation des eaux usées et traitées

Le développement de l'urbanisation, du tourisme et de l'industrie ont poussé les autorités tunisiennes à entreprendre les mesures adéquates afin de protéger les sites de rejet des eaux usées d'une pollution certaine à plus ou moins longue échéance. La création des stations d'épuration autour des principales concentrations urbaines et touristiques est devenue impérative comme mesure de prévention et de réduction du risque. Avec la réalisation des stations d'épuration dans les diverses régions du pays, le volume des eaux épurées rejetées devient de plus en plus important. Ces eaux constituent actuellement des ressources non négligeables pour la création des périmètres irrigués. Les rejets des eaux usées des stations d'épuration peuvent atteindre 240 Millions de m3/an. Cette eau de "seconde main" est toujours disponible indépendamment des saisons. Le recyclage de ces importantes quantités d'eau en agriculture (culture fourragère et certaines cultures fruitières) est une solution judicieuse. La réutilisation de ces eaux traitées débouchera sur deux profits capitaux pour l'agriculture (en tenant profit des éléments fertilisants que l'eau usée peut apporter à la plante) et pour l'environnement (en éliminant une eau traitée présumée encore dangereuse pour certains milieux récepteurs). Mais comme même il faut prendre des précautions lors de l’utilisation de ces eaux (étude de l’environnement axe à

creuser).

126

3.2- Réutilisation des eaux de drainage

Les eaux de drainage constituent une ressource non négligeable. Les superficies irriguées sont estimées à 345 000 ha qui représentent 7% de la superficie agricole utile, tout en mobilisant presque 1 500 Millions de m3/an d'eau d'irrigation. Approximativement, nous pourrons récupérer de ces eaux d'irrigation 150 Millions de m3/an (salinité entre 3 et 4 g/l) qui pourront être surveillés (sur le plan qualité) et réutilisés.

3.3- Dessalement des eaux saumâtres

Le dessalement des eaux saumâtres a été réalisé au sud de la Tunisie où la pluviométrie est très faible. 14 stations ont été installées dans les villes de Gabès, Jerba, Zarzis et Kerkenah. Ces eaux profondes sont captées à partir des forages. Elles débitent 58 300 m3/j. Ces eaux vont répondre à la demande en quantité et en qualité des différents secteurs de l’économie (eau potable, eau agricole, eau industrielle).

Notons tout de même qu’en Tunisie, on a 4 stations de dessalement de l’eau de mer qui sont

localisées au sud du pays.

3.4- Développement les techniques d'économie d'eau

L'économie de l'eau demeure une composante principale de la gestion des ressources en eau. L'ensemble des pertes entre la production de la ressource et son utilisation est estimé à 15%. Plusieurs tentatives d'économie d'eau ont été utilisées en Tunisie.

Pour le secteur agricole Le recours à l’irrigation est une néceessité absolue en Tunisie pour garantir la production

agricole notamment pour les cultures stratégiques ou ayant un rôle important dans la balance commerciale du pays. L’agriculture est le premier bénéficiaire de la politique de mobilisation des eaux, puisqu’elle en est le premier consommateur. Ainsi, la superficie irriguée en Tunisie est

passée de 65 000 hectares en 1956, à 145 000 en 1975 et environ 345 000 ha aujourd’hui.

Autrefois spatialement limitée, l’irrigation a aujourd’hui, grâce à la mobilisation des ressources

en eau de différentes natures, essaimé du nord au sud du pays, marquant de profondes mutations dans le paysage agraire et la société rurale. Plusieurs initiatives ont été prises par les autorités tunisiennes :

application des mesures d’encouragement pour équiper les périmètres irrigués par les

techniques d’économie d’eau, par exemple l'utilisation de l'irrigation goutte à goutte;

actuellement l'Etat finance entre 40 à 60 % du prix du matériel utilisé pour l'irrigation dans le but d'une économie de l'eau. En 2004, 75% de la surface totale irriguée en Tunisie sont équipés de système économe en eau. L’efficience de l’irrigation a été améliorée de 25% en 10 ans et les

revenus des agriculteurs sont en hausse en arboriculture et en maraichage (El Atiri 2005) Modernisation des conduites d'adduction et des réseaux d'irrigation permettant de réduire

le taux des pertes, les actions de modernisation ont nécessité une réhabilitation importante de certains réseaux publics et l’introduction de nouveaux outils de gestion pour garantir les

performances des services d’approvisionnement de l’eau (passage en réseaux sous pression,

automatisation, installation de compteurs…) (El Atiri 2005). Orientation des périmètres irrigués vers les produits à grande valeur marchande et vers

une intensification plus appropriée,

127

Introduction des techniques nouvelles de contrôle de l'irrigation (irrigation déclenchée par mesure automatique du stock d'eau dans le sol, ferti-irrigation permettant de valoriser au mieux les intrants, contrôle de fertilisants dans le sol,…),

Implication progressive des utilisateurs de la ressource dans les programmes de gestion y compris la participation dans l’entretien et la maintenance des équipements de mobilisation et d’exploitation des eaux (multiplication des groupements de développement agricole : « GDA » ayant pour tâche le partage et la gestion de l'eau).

Modification du cadre institutionnel et réglementaire du secteur irrigué par réformes qui se sont succédées depuis 1990, elles ont eu pour but de décentraliser la gestion de l’eau et de

faire prendre en charge progressivement les frais d’exploitation par les usagers (El Atiri 2005). Encouragement à la collecte des eaux par la petite hydraulique : travaux de conservation

des eaux et du sol (lacs collinaires, tabias,…), citernes…

Pour l'eau potable : La desserte de l’eau potable et la facilité de l’accès des populations à cette ressource sont

développées à travers la mise en ouvre des programmes de la société nationale de distribution des eaux (SONEDE) assure l’alimentation de la population urbaine et rurale agglomérée et la

direction générale de génie rural, département du Ministère de l’Agriculture, assure

l’alimentation en eau potable en milieu rural dispersé. Ces programmes vise à : La modernisation des conduites d'adduction et des réseaux de distribution d'eau ainsi que

l'instauration des systèmes de détection et de contrôle de fuites. Par rapport aux volumes d'eau distribués, le pourcentage des volumes d'eau perdus à la consommation est évalué à 18% en 2010, malgré l'augmentation des volumes d'eau distribués qui sont d’environ 480 Millions de m3

en 2010. L'amélioration des caractéristiques des accessoires sanitaires (robinetterie, chasses d'eau) La sensibilisation des utilisateurs en commençant par les gros consommateurs (hôteliers,

administration, usines,…) La révision de la tarification des eaux : taux progressifs en fonction du volume consommé

(Figure 3). Une étude faite par la Société Nationale de Distribution de l'Eau, a permis de constater qu'entre 1984 et 2012, une bonne partie des gros consommateurs (> 150 m3/trimestre) a été répartie en moyens et faibles consommateurs (<70m3/trimestre) (Tableau 9).

Figure3- Prix de l’eau potable par trimestre en Tunisie (SONEDE 2011)

128

Tab.9- Répartition par tranche des consommations (Helali 2013) Tranche

m3/trimestre % de consommation

1984 2012 0-20 6 9,7 21-40 13 23,6 41-70 15 24,7

71-150 15 42,0

>150 51

Selon Helali (2013) :

40% des abonnés ont une consommation inférieure à 20 m3/trimestre et un montant de la facture inférieur à 4,5 Euros/trimestre.

71,5% des abonnés ont une consommation inférieure à 40 m3/trimestre et un montant de la facture inférieur à 10 Euros/trimestre.

91.5% des abonnés ont une consommation inférieure à 70 m3/trimestre et un montant de la facture inférieur à 23,5 Euros//trimestre.

3.5- Le transfert de l'eau

La Tunisie se trouve confrontée au problème de non coïncidence des secteurs de consommation de l'eau avec sa production. Le développement agricole est soutenu dans les diverses régions du pays et une concentration urbaine est accélérée dans les zones côtières. Le transfert de l'eau est destiné à corriger les écarts de distribution spatiale et à réduire les inadéquations ressources/besoin en accordant la priorité à la satisfaction en eau potable et au rendement maximum du m3 d'eau. Pour permettre une gestion souple de l'ensemble des ouvrages, deux grands axes ont guidé leur conception : possibilité d'interconnexion entre les barrages (situés dans un même bassin versant) et possibilité du transfert d'un bassin versant à un autre. Cette conception a permis d'optimiser la gestion en :

évitant le plus possible les déversées de barrages rejetés vers la mer et de stocker ainsi le maximum d'eau,

améliorant la qualité d'eau utilisée par la possibilité de mélange entre les apports des affluents de différentes qualités.

Le transfert se fait du nord-ouest vers l’est du pays (nord et centre). Notons que les plus

grands barrages du nord sont interconnectés par de nombreux canaux de transfert, si bien que l’eau de l’extrême nord ou de la Medjerda peut arriver jusqu’à la région de Tunis, le Cap-Bon, le Sahel de Sousse et la région de Sfax, ce qui fait un parcours de plus de 500 kilomètres. L’interconnexion des barrages du nord a permis d’effectuer des régulations en fonction du stock

disponible dans chaque réservoir, ainsi que de sa salinité. Ainsi, le transfert des eaux a constitué un volet essentiel dans la politique hydraulique de l’Etat, pour faire face aux besoins de l’irrigation et ceux en eau potable des zones urbaines littorales (Daoud & Trautman 20014)

3.6- Alimentation de la nappe phréatique :

La recharge artificielle des nappes en Tunisie est conçue comme un moyen pour régulariser les écoulements de surface, assurer un stockage souterrain des eaux, éviter leur déperdition dans la mer ou les dépressions salées et préserver les nappes contre l’invasion saline ou la baisse continue de leur surface piézométrique. Cette recharge peut s’effectuer à l’aide d’un large

éventail de techniques permettant d’optimiser les conditions locales du site d’injection. En effet,

129

cette méthode permet d’assurer une infiltration qui peut aller jusqu’à 70 % des eaux utilisées

pour la recharge. (Smida et al 2009)

En Tunisie, l’alimentation de la nappe phréatique a été réalisée au Cap Bon et le centre de la

Tunisie. Entre 1992 et 2010, il y a eu injection de 700 millions de m3.

4- Evaluation de la stratégie La stratégie de gestion des ressources en eau a mis au point une panoplie d’instruments

pour maitriser la demande d’eau et améliorer la valorisation de l’eau. La tarification de l’eau,

l’introduction des techniques économisatrices d’eau et la création d’associations d’usagers d’eau

sont les principaux moyens mis en ouvre. A partir d’observations et de documents divers Toutefois, on peut formuler une esquisse acceptable d’évolution de la stratégie.

Il est évident que l’on peut noter l’engouement des usagers à adopter les techniques

d’économie d’eau. Ce comportement pourrait, en partie, être expliqué par les incitations

financières accordées lors de l’adoption de ces techniques. Il n’est pas, néanmoins, possibles que

de telles adoptions ont impliqué une réduction de la consommation globale d’eau. Des

augmentations des rendements des cultures ont été observées dues à une meilleure répartition des apports d’irrigation.

En ce qui concerne la création d’associations d’usagers d’eau, il y a lieu de noter

l’augmentation rapide du nombre de ces institutions. Ces dernières, ne sont, toutefois pas le

résultat d’une action collective décidée par les usagers eux même, mais une action de type « top down ». Leur autonomie ainsi que leur pérennité dépendront donc de l’action du régulateur ayant

été à l’origine de leur création Bachta & Elloumi .(2005). Conclusion

La Tunisie a des traditions dans la gestion des ressources en eau. Parmi les infrastructures hydrauliques historiques crées, on peut citer l’Aqueduc romaine (de longueur 132 km) depuis

2000 ans, les bassins des Aghlabides (de volume 50 000 m3) au 9ème siècle, le système de partage des eaux Ibn Chabat (au oasis de Tozeur au sud tunisien) au 13èm » siècle et récemment la connexion de plusieurs barrages et le transfert des eaux.

La politique de gestion des ressources en eau, en Tunisie, a engagé d’importantes ressources tant financières qu’hydriques. Elle a non seulement contribué à la production agricole mais aussi

à la régularité de ses outputs et de ses effets sur le développement régional. L’évaluation de la

gestion adoptée cadre très bien avec les objectifs annoncés : création d’institution qui organisent

les rapports des divers acteurs à la ressource hydrique et les rapports entre eux, création d’ouvrages qui captent et régularise l’essentiel du potentiel hydrique, adoptée l’économie d’eau

au niveau des infrastructures et des abonnés, amélioration des rendements des réseaux au niveau de la production et de la distribution des eaux, recours aux ressources non conventionnelles, protection des ressources contre la pollution et la surexploitation des nappes, création de 350 000 ha de périmètre irrigués,

Les objectifs pour 2030 seront : la gestion de la demande et le contrôle de la consommation, fixer une économie de l’eau à 30% pour les ressources conventionnelles à 7% des ressources en

eau à partir des ressources non conventionnelles (réutilisation des eaux usées et des eaux de drainage, dessalement des eaux saumâtres,…)

130

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131

LE REGIME HYDROLOGIQUE DU FLEUVE SENEGAL, ENTRE VARIABILITE CLIMATIQUE ET EFFET DES BARRAGES : UNE

APPROCHE STATISTIQUE

CISSE Mohamed Talla1, SOUSSOU Sambou2, DIEME Yaya2

1 Département des Sciences Expérimentales, Université de Thiès, BP : 967 Thiès, Sénégal, Email : [email protected] , [email protected]

2 Département de Physique, Université Cheikh Anta Diop de Dakar, : 5005 Dakar Fann, Sénégal, Email : [email protected], [email protected]

RESUME

Dans un contexte de variabilité climatique, les barrages de Manantali et de Diama ont été construits pour maîtriser le fleuve Sénégal. Nous nous proposons dans cet article d’étudier l’évolution du régime hydrologique du fleuve Sénégal afin

d’appréhender à la fois l’effet de la variabilité climatique et celui des barrages sur les écoulements. Une approche statistique nous

a permis de constater la rupture climatique des années 1970 qui s’est traduit par une diminution des écoulements de plus 50% des cotes moyennes interannuelles, sur tout le bassin. Toutefois, une augmentation significative des écoulements, de l’ordre de 21%, est observée sur tout le bassin aux environs de l’année 1994. Cette reprise des écoulements marque la fin de la persistance de la sécheresse et témoigne l’entrée dans une nouvelle ère climatique plus humide que celle des décennies 1970 et 1980 à l’échelle du

bassin du fleuve Sénégal. Par conséquent, dans la vallée du fleuve Sénégal les écoulements sont soutenus, depuis le début des années 1990, par l’effet cumulé des barrages et de la variabilité climatique.

Mots clés : cotes, écoulements, barrages, variabilité climatique, rupture, fleuve Sénégal, approche statistique

ABSTRACT

In the context of climate variability, Manantali and Diama dams were built to control the Senegal River. This is the context that we propose to study the evolution of the hydrological regime of the Senegal River to capture both the effect of climate variability and dams on flows. Using a statistical approach we notice climate break of the 1970s which resulted in a decrease of flows over 50% of the interannual mean water level, across the all the river basin. However, a significant recovery of the average of annual flow, in the order of 21%, is observed from around 1994 which demonstrates beginning of a new climate era wetter than the 1970s and 1980s years across the Senegal River Basin. In addition, in the river valley, the average of annual flow is supported, since the late 1980s and early 1990s, by the cumulative effect of dams and climate variability.

Keywords : ratings, flows, dams, climate variability, break, Senegal river, statistical approach

1. INTRODUCTION

Le fleuve Sénégal, deuxième cours d’eau le plus important de l’Afrique de l’Ouest, draine un

bassin versant d’environ 340 000 Km2. Ce bassin couvre en partie les territoires guinéens,

maliens, mauritaniens et sénégalais. Il comporte trois régions principales qui se distinguent de par leurs configurations topographies, géologiques, hydrologiques et climatologiques. On distingue le haut bassin depuis le Mont Fouta-Djallon jusqu’à Bakel ; la Vallée, de Bakel à Dagana et en fin la partie terminale du fleuve, en aval de Dagana qui constitue le Delta. Le fleuve est formé par la rencontre de trois principaux affluents que sont le Bafing et le Bakoye, au Mali et la falémé coulant tantôt en territoire sénégalaise tantôt constituant la frontière sénégalo-malienne. Ces trois grands affluents se situent tous dans le haut bassin, en amont de Bakel, c’est

ainsi que la station de Bakel est considéré comme station de référence où se fait l’évaluation des

132

ressources en eau du cours d’eau.

L’évolution du régime du fleuve Sénégal marque toute l’historique d’une variabilité

climatique caractérisée surtout par la grande sécheresse des décennies 1970 et 1980 des régions soudano-sahéliennes (Hubert et al., 1987, 1989; Sircoulon, 1987; Demarée, 1990 ; etc). Pour faire face à cette sécheresse et valoriser cette importante richesse naturelle, la gestion concertée du fleuve s’impose et s’avère inéluctable. C’est dans ce contexte que les États riverains du fleuve

Sénégal (Mali, Mauritanie et Sénégal) ont créé en 1972 l’Organisation pour la Mise en Valeur du

fleuve Sénégal (OMVS). De nombreuses études ont permis à l’OMVS de définir un programme de développement concerté qui concerne trois secteurs que sont : l’irrigation, la production

d’énergie hydroélectrique et la navigation. Le déroulement de ce programme requiert une bonne

maîtrise du fleuve, ce qui passe par des infrastructures hydrauliques de bases. C’est dans ce cadre

qu’il a été décidé la construction de deux barrages, un en amont, sur le Bafing (à Manantali), barrage à but multiple dont la production d’énergie, et un autre en aval du cours d’eau, à Diama

dans le delta à 26 Km de l’embouchure (barrage anti-sel). Depuis la mise en service des barrages, 1986 à Diama et 1988 à Manantali, la gestion des ressources en eau du fleuve est basée sur les manuels de gestion des deux barrages qui tiennent compte des besoins en production d’énergie. Cette gestion impose un hydrogramme à Bakel et ainsi influence toute la dynamique des écoulements dans la vallée (de Bakel à l’embouchure). Aujourd’hui, on assiste à un retour des

grandes crues dans le tout le bassin du fleuve Sénégal, surtout dans sa vallée (en aval de Bakel) causant, parfois, des inondations historiques (1999, 2001, 2003, 2005). Toutefois, ce retour des années humides est constaté dans le Sahel, en général, par plusieurs auteurs (Gommes et Petrassi, 1996 ; Ozer et al., 2003 ; Hubert et al 2007 ; Ali et al,. 2008 ; Lebel et Ali, 2009 ; etc.). Néanmoins, d’autres auteurs soutiennent la persistance de la sécheresse (L’hôte et al (2002a ; 2002b). Cependant, si le retour des années humides s’affirme dans le bassin du fleuve Sénégal, il

serait judicieux de savoir la cause ; serait-il dû à la variabilité climatique et/ou à l’action

anthropique c'est-à-dire les barrages ?

Cette étude vise à mettre en évidence à la fois l’impact de la variabilité climatique et celui des

barrages sur le régime hydrologique du fleuve Sénégal. L’atteinte de cet objectif se fera par une

analyse statistique de séries chronologiques car cette dernière permet de comprendre les mécanismes générateurs des séries d’observations (Kendall et Stuart, 1943). Les conclusions de cette étude permettront de savoir si le régime actuel du fleuve Sénégal est artificiel et entièrement maîtrisé par les barrages de Diama et de Manantali ou si il est naturel et reste toujours tributaire des aléas climatiques. En outre, la quantification de l’impact des barrages sur les écoulements sera

un outil d’aide à la gestion des inondations.

2. MATERIELS ET METHODES

2.1. ZONE D’ETUDE

Le bassin versant du fleuve Sénégal se situe à l’Ouest du Continent Africain, Il va de

10°20’N à 17° N et de 7°W à 12°20’ W. Sachant que toute série chronologique n’est qu'une

représentation partielle d'un phénomène complexe générant un nombre substantiel de séries différentes (Lubes-Niel et al., 1994), nous analyserons trois stations dans la zone influencée par les barrages et trois autres dans la zone non influencée, pour que notre étude soit assez représentative. Dans la zone influencée par les barrages (la vallée), nous étudierons la station de Bakel, de Matam et de Podor. Dans la zone non influencée par les barrages (le haut bassin), nous étudierons une station sur chaque grand affluent. Il s’agit de Dakka Saïdou sur le Bafing, de

133

Oualia sur le Bakoye et de Gourbassi sur la Falémé (Cf carte 1).

2.2. METHODES D’ANALYSE

Notre approche méthodologique se basera ainsi sur l’étude de l’homogénéité des séries et

la détection de points de rupture de distribution. On procédera par une application de plusieurs méthodes statistiques complémentaires.

- D’abord nous utiliserons une méthode graphique basée sur les indices centrés et réduits, ou indices standardisés, qui nous permettra de faire une analyse exploratoire. Dans l’étude de la

variabilité climatique les indices standardisés sont couramment utilisés (Nicholson, 1983 ; Le Barbé et Lebel, 1997 ; L’Hôte et al., 2002 ; entre autres). Cette méthode est populaire du fait de sa simplicité et de sa facilité d’interprétation. Toutefois, les conclusions tirées de cette méthode

sont subjectives car aucun test statistique n’y est associé, d’où la nécessité de la compléter par des tests statistiques.

- Ensuite, le test d’homogénéité de Buishand (1982, 1984) associé à l’Ellipse de Bois (1971)

sera appliqué sur les mêmes séries pour avoir une idée sur l’existence de ruptures dans les séries.

- Puis, les tests de ruptures de Pettitt (1979) et de Lee & Heghinian (1977) seront appliqués pour déceler les éventuelles ruptures ainsi que leurs années d’occurrence. Cependant, ces tests ne peuvent détecter deux ruptures à la fois sur une même série. Entre rupture due à la variabilité climatique et celle due aux barrages, il ne sera mise ne évidence que celle qui impact le plus sur les écoulements.

- En fin, nous appliquerons la procédure de segmentation des séries de Hudert (1989), pour détecter à la fois toutes les ruptures sur une même série ce qui n’est pas possible avec les tests précédents et mieux, calculer l’ampleur des ruptures.

L’étude de l’homogénéité des séries et la détection des ruptures se fera avec le logiciel

Khronostat. Ce logiciel, développé par l’IRD en 2002, est conçu pour analyser la variabilité climatique en se basant sur la statistique des séries chronologiques hydrométéorologiques (Descroix, 2011). Ces méthodes courantes en analyse de séries hydrométéorologiques ont suffisamment fait la preuve de leur efficacité (Paturel et al., 1995 ; Aka et al., 1996 ; Gautier, 1998 ; Callède et al., 2004 ; Sambou et al., 2009).

134

Figure 1 : Réseau de suivi hydrologique du fleuve Sénégal

135

3. RESULTATS DE L’ETUDE

3.1 ANALYSE GRAPHIQUE DES INDICES CENTRES ET REDUITS

La distribution graphique des indices centrés et réduits des hauteurs d’eau moyennes

annuelles du bassin du fleuve Sénégal laisse apparaître une variabilité temporelle marquée par une alternance de périodes humides et sèches (figure 2). Sur tout le bassin, les indices centrés et réduits ont mis en évidence la sécheresse persistante de la zone sahélienne, ayant débuté autour des années 1970 (figure 2). Cette sécheresse qui a durée plus de deux décennies a été constatée et étudiée par plusieurs auteurs dont : Rodier et Roche, 1973 ; Roche et al., 1976 ; Sircoulon, 1976 ; Dhonneur, 1981 ; Lamb, 1982, 1985 ; Nicholson, 1983, 1985 ; Le Barbé et Lebel, 1997, Nicholson et al, 2000 ; L’hôte et al, 2002 ; Sandra et al., 2003.

Par ailleurs, la distribution des indices révèle la fin de la persistance de la sécheresse. Sur toutes les stations du bassin, on note le retour des années humides au milieu des années 1990 (figure 2). Ce constat général et en particulier sur le haut bassin, où le climat est le seul facteur influent, suggère une nouvelle ère climatique plus humide que celle des décennies 1970 et 1980, ayant débutée autour de l’année 1994 dans le bassin du fleuve Sénégal.

Figure 2. Distribution des indices des cotes moyennes annuelles du fleuve Sénégal dans la vallée et le

haut bassin.

La comparaison entre le régime hydrologique de la vallée et celui du bassin amont indique globalement une succession d’années humides à excédentaires dans la vallée alors que dans le

haut bassin on assiste à une alternance d’années sèches et humides. La période récente, à partir 1994, est plus humides dans la vallée, influencée par les barrages, que dans le haut

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Années hydrologiquesFigure 2e. Indices des cotes moyennes annuelles à Podor

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1975

-76

1980

-81

1985

-86

1990

-91

1995

-96

2000

-01

2005

-06

Ind

ices

cen

trés

réd

uit

s

Années hydrologiquesFigure 2b. Indices des cotes moyennes annuelles à Dakka

Saïdou

-2-1.5

-1-0.5

00.5

11.5

2

1960-6

1

1965-6

6

1970-7

1

1975-7

6

1980-8

1

1985-8

6

1990-9

1

1995-9

6

2000-0

1

2005-0

6

Ind

ices c

en

trés r

éd

uit

s

Années hydrologiquesFigure 2d. Indices des cotes moyennes annuelles à Gourbassi

-2.5-2

-1.5-1

-0.50

0.51

1.52

1960-6

1

1965-6

6

1970-7

1

1975-7

6

1980-8

1

1985-8

6

1990-9

1

1995-9

6

2000-0

1

2005-0

6Ind

ices c

en

trés r

éd

uit

s

Années hydrologiquesFigure 2f. Indices des cotes moyennes annuelles à Oulia

136

bassin, non influencé.

Toutefois, les conclusions tirées des méthodes graphiques sont subjectives. Notre analyse sera complétée par des tests statistiques pour appréhender le niveau de signification des changements ainsi constatés.

3.2. ANALYSE DE L’HOMOGENEITE DES SERIES HYDROLOGIQUES

Le test de Buishand nous révèle qu’aucune des séries hydrologiques étudiées n’est

homogène. L’hypothèse nulle (absence de rupture) est rejetée à tous les seuils (99%, 95% et 90%). C’est à dire que chaque série, quelque soit la station (haut bassin ou vallée), possède au

moins une rupture. Au niveau de toutes les stations, le graphique des Ellipses de Bois indique des points de rupture, à tous les seuils, à la fin des années 1960 et au début des années 1970 (figure 3). En outre, les stations de la vallée, influencée par les barrages, matérialisent un deuxième point rupture significative à 95 % et 90 %, au début des années 1990 (figure 3a et 3c). L’Ellipse de Bois n’est pas représenté pour la station de Podor par ce que ladite série ne

satisfait pas les conditions de normalité.

Figure 3 : Test d’homogénéité des cotes moyennes annuelles du bassin du fleuve Sénégal : Ellipse

de Bois

Ce résultat consolide les conclusions tirées de la méthode graphique. Le test de Lee & Heghinian ainsi que celui de Pettitt nous permettront de déterminer les dates exactes des ruptures.

3.3. ANALYSE DE LA STATIONNARITE DES SERIES HYDROLOGIQUES

L’application des tests de Pettitt et de Lee & Heghinian donne un résultat homogène sur

toutes les séries étudiées. La rupture climatique des années 1970 est bien mise en évidence

137

(tableau 1), comme on a pu le constater avec la méthode graphique qui au-delà du constat d’occurrence d’une rupture nous indique qu’il s’agit d’une baisse des écoulements. Ce constat

est général dans toutes les stations du bassin du fleuve Sénégal quelque soit le sous bassin (haut bassin ou vallée).

On constate qu’au niveau de la station de Podor, l’analyse indique une rupture après la

mise en service des barrages ; 1991 pour le test de Pettitt et 1993 pour le test de Lee et Heghinian (tableau 1). Ce résultat s’explique par le fait que les tests utilisés ne peuvent

détecter à la fois deux ruptures sur une même série. Ainsi, dans la vallée entre rupture climatique et rupture due aux barrages, il ne sera mise en évidence que celui qui impacte le plus sur les écoulements. Dans le bassin amont, la deuxième rupture climatique que nous fait suggérer l’analyse graphique ne sera aussi détectée que s’il est plus important que la première.

Le poids des années humides aurait masqué la reprise climatique.

D’où la nécessité d’appliquer la procédure de segmentation des séries de Hubert qui

permettra de détecter à la fois toutes les ruptures des séries et de calcul leur amplitude.

Tableau 1 : Test de rupture de Pettitt et de Lee & Heghinian des séries de cotes moyennes annuelles des stations bassin du fleuve Sénégal.

Stations

Stations non influencées par les barrages

Stations influencées par les barrages

D

akka Saïdou

Gourbassi

Oulia

Bakel

Matam

Podor

Années de rupture

Test de Pettitt

1976

1971

1976

1971

1971

1991

Test de Lee &

Heghinian

1969

1971

1971

1969

1969

1993

3.4. SEGMENTATION DES SERIES HYDROLOGIQUES

La segmentation des séries nous a permis d’obtenir des résultats complémentaires à ceux

obtenus avec les méthodes antérieures. La rupture climatique des années 1970 est observée sur toutes les stations (haut bassin et vallée). Le déficit découlement dépasse les 50 % de l’écoulement moyen interannuel dans tout le bassin (tableau 2).

En outre, la segmentation des séries des cotes moyennes annuelles confirme la reprise climatique constatée sur tout le bassin avec l’analyse des indices centrés réduits. Cette

nouvelle phase climatique, plus humide que celle des décennies 1970 et 1980 a débutée dans le bassin du fleuve Sénégal autour de l’année 1994. Cette reprise climatique s’affirme surtout

grâce aux résultats obtenus sur le haut bassin, non influencé par les barrages où elle est de l’ordre de 21 % de l’écoulement moyen interannuel (tableau 2). Sur tout le bassin, à l’exception de la station de Podor, on note que la première rupture (celle des années 1970) est

plus importante que la récente (tableau 2). Ce résultat justifie le fait que les tests de Pettitt et de Lee & Heghinian l’aient détecté comme seule rupture. Toutefois, la situation inverse

constatée à la station de Podor, avec une baisse des écoulements de 51,75 % en 1968 et une augmentation de ces derniers de 62,20 % en 1992 (tableau 2) explique le fait que les tests de rupture aient détecté la dernière rupture comme unique rupture à la station de Podor. Ce constat confirme la thèse que les tests de Pettitt et de Lee & Heghinian ne détectent que la rupture la plus importante et démontre, de plus, la pertinence de compléter les tests par la procédure de segmentation des séries de Hubert.

138

Tableau 2 : Segmentation des séries des cotes moyennes annuelles dans le bassin du fleuve Sénégal.

Stations de la vallée, influencées par les barrages

Première

rupture

Stations

Années de

rupture

Cote avant rupture

Cote après rupture

Sens de

variation

Taux de variation

Bakel

1970 345,

48 225

,75 -

43,84 %

Matam

1970 297 157 - 65,17

% Pod

or 1968 258 149

- 51,75 %

Variation

moyenne -

53,59 %

Deuxième

rupture

Bakel

1994 225,

75 301

,75 +

27,85 %

Matam

1995 157 254 + 45,16

% Pod

or 1992 149 280

+ 62,20 %

Variation

moyenne +

45,07 %

Stations du haut bassin, non influencées par les barrages

Première

rupture

Stations

Années d’occurrence

Cote moyenne

avant

Cote moyenne

après

Sens de

variation

Taux de

variation Dak

ka Saidou 1978

163, 35

119,88

- 29,1

1 % Gou

rbassi 1972

157,35

83,07

- 65,0

8 % Oua

lia 1972

191,85

93,46

- 76,9

0 % Vari

ation moyenne

- 57,03 %

Deuxième

rupture

Dakka Saidou

1995 119,

88 144,

51 +

16,49 %

Gourbassi

1995 83,0

7 110,

53 +

24,06 %

Oualia

1994 93,4

6 126,

7 + 24,4

9 % Vari

ation moyenne

+ 21,6

8 %

4. DISCUSSION

Ces résultats s’accordent avec le constat global fait par plusieurs auteurs dans le Sahel en

général et en particulier sur le fleuve Sénégal. La rupture climatique des années 1970 est mise en évidence par plusieurs études antérieures menées dans la même zone, et utilisant partiellement ou intégralement les mêmes méthodes statistiques : Sircoulon (1987), Olivry et al (1993), Servat et al (1998), Soussou et al (2009), Bodian et al (2011), entre autres. Cette première rupture climatique est caractérisée dans le bassin du fleuve Sénégal par une baisse des écoulements de plus de 50 %. Cependant, Roche et al (1976) calcul le déficit

139

d’écoulement du fleuve Sénégal à Bakel depuis 1968 et montre qu’il atteint son maximum en

1972 avec un taux de variation de 66 %, tandis que Sircoulon (1987) évalue le même déficit à 44 % durant la période de 1968 à 1985. Servat et al (1998) observent un déficit sur l’écoulement moyen à Bakel de 50 % en 1967. Olivry et al (1993) montre une diminution de

l’hydraulicité des cours d’eau du Sahel (fleuve Sénégal, la Gambie et le Niger) de 40 % sur la période de 1970 à 1990. Sur le fleuve Niger, Guillaumie et al (2005) constate une réduction des débits d’écoulement de 50 à 60 % alors que sur la même période la pluviométrie de la

zone baisse de 20 à 30 %. Toujours dans la zone Sahélienne, Mahé et al (2000) évaluent à 68 % la diminution des débits du Bani à Douna au Mali suite à la rupture climatique de 1970.

En outre, la deuxième rupture constatée sur le bassin du fleuve atteste une augmentation des écoulements depuis les environs de 1994, de l’ordre de 21 %. Cette déduction appuie les

propos de Ozer et al (2003) qui soutiennent l’hypothèse d’une fin de la sécheresse au sahel

durant les années 1990. Ce constat concorde ainsi avec les résultats de divers auteurs ayant travaillé sur la variabilité climatique dans le Sahel. Nous en citerons tout d’abord, Gommes et

Petrassi (1996) qui atteste le retour d’années humides dans le Sahel depuis 1988 et l’entrée

dans une période alternant années sèches et années de bonne pluviométrie. Ailleurs, Brooks (2004) affirme une amélioration de la pluviométrie dans le Sahel vers les années 1990. Olsson et al (2005) montre que l’augmentation de la couverture végétale dans le Sahel est en partie

due à la récente hausse de la pluviométrie. Ozer et al (2009) affirme que l’Est du Niger est

sortie de la grande sécheresse au début des années 1990. Plus précisément dans le bassin du fleuve Sénégal, Sène et Ozer (2002) soutiennent la fin de la sécheresse sur certaines stations pluviométriques du Sénégal dont deux situées sur le fleuve Sénégal (Podor et Saint Louis). Nouaceur (2009) en caractérisant l’évolution des précipitations de la Mauritanie montre une

hausse de la pluviométrie sur deux stations (Rosso et Kaédi) situées dans la vallée du fleuve Sénégal, en rive droite. En outre, ces résultats appuient ceux obtenus par Hubert et al (2007) à travers une analyse d’un siècle de débits de la station de Bakel où il constate une

augmentation des écoulements depuis 1993 ou 1994.

Cependant, dans la vallée du fleuve, influencée par les barrages, la hausse des écoulements constatée est deux fois plus importante que celle observée sur le haut bassin où le climat est le seul facteur influent. Elle est de l’ordre de 45 % et témoigne ainsi l’influence des

barrages. On en déduit que les écoulements ou précisément les inondations observées aujourd’hui dans la vallée du fleuve Sénégal sont dus à l’effet cumulé des barrages et de la

variabilité climatique.

5. CONCLUSION

Cette étude participe à la compréhension de l’impact de la variabilité climatique et de

l’action anthropique sur le régime hydrologique du fleuve Sénégal. Les résultats de l’étude

confirment le caractère général de la rupture climatique des années 1970 qui a été observée aussi bien sur le haut bassin que sur la vallée du fleuve Sénégal. Le déficit d’écoulement

correspondant s’évalue à plus de 50 % des cotes moyennes interannuelles. En outre, cette étude contribue à la compréhension de la récente évolution du climat dans le Sahel. Dans un contexte d’avis controversés sur ces deux dernières décennies (années 1990 et années 2000),

les résultats de cette étude confirment, à l’échelle du bassin du fleuve Sénégal, l’entrée dans

une ère climatique plus humide que celle des décennies 1970 et 1980, depuis les environs de 1994. L’augmentation des écoulements du fleuve Sénégal durant ces dernières années est environ de 21% de l’écoulement moyen interannuel.

Par ailleurs, dans la vallée du fleuve Sénégal, influencée par les barrages, la récente augmentation des écoulements constaté (qui est de l’ordre de 45 %) est due la fois à la reprise

climatique et aux barrages.

140

Le fleuve Sénégal, après le Niger, draine le plus grand bassin versant de la zone sahélienne. Vu la taille de ce bassin, cette étude est importante pour la caractérisation de l’évolution des ressources en eau de surface du Sahel dans un contexte de variabilité climatique et sous l’ère des politiques de grands barrages. Il serait ainsi pertinent de faire la

même analyse sur les minima et les maxima annuels au niveau des mêmes stations afin de savoir si les ruptures ainsi décelées concernent aussi les crues et les étiages.

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143

CARTOGRAPHIE DE LA VULNERABILITE SPATIALE DE L'ALLUVIONNMENT DES LACS COLLINAIRES DE LA DORSALE

TUNISIENNE MOYENNANT L'UTILISATION DES OUTILS STATISTIQUES MULTIVARIES

IMEN AYADI1, HABIB ABIDA2

(1) Maître Assistant, Institut Supérieur des Sciences et Techniques des Eaux de Gabès, Zérig; 6071 Gabes, Tunisie, e-mail: [email protected]

(2)Professeur, Département des Sciences de la Terre, Faculté des Sciences de Sfax, BP 1171, 3000 Sfax, Tunisie, email: [email protected].

Résumé

Dans cette étude, des outils statistiques multi variés ont été utilisées afin d'établir les affinités entre la variabilité de l'envasement et les paramètres hydro-géomorpho-anthropiques dépeignant les bassins versants de 26 lacs collinaires situés dans la Dorsale Tunisienne. Les résultats ont décelé que la surface de drainage n’est pas le facteur déterminant de

l’envasement. Un modèle de régression linéaire multiple est un outil satisfaisant pour prévoir le taux de sédimentation avec un coefficient de corrélation de 89%. L'interprétation des représentations géographiques issues des diagrammes en étoiles, l'analyse en composantes principales et l'analyse factorielle discriminante, a montré que le processus de l'alluvionnement progresse de l'Ouest et du Sud-Ouest et du Nord-Est pour converger vers un plafond localisé au Centre-Est de la Dorsale.

Mots clés: envasement, lacs collinaires, Dorsale tunisienne, méthodes multi-variées.

ABSTRACT

Applied to the annual sedimentation rate series of 26 small hillside reservoirs located in Tunisian Dorsal, statistical methods, based on principal component analysis, showed that the Gravilus compacity index, the overall index slope, the drainage length and the runoff depth explain most of the variability in sediment yield. A multiple regression model was then developed showing reasonable accuracy with an efficiency of 89%. The spatial mapping of these indices, especially using discriminate factorial analysis gave optimal results. In addition, there is a global trend of increasing sedimentation risk from the West and the Southwest to the Northeast of the semi arid region of the Tunisian Dorsal. However the greatest siltation rate occurs in the mid-eastern parts of the Dorsal that represents the "degradation front.

Keywords: siltation, reservoirs, Tunisian Dorsal, multivariate analysis.

Introduction

L'érosion hydrique est un phénomène de plus en plus préoccupant en Tunisie, à l’instar des

pays du Maghreb. Les impacts induits par ce fléau aléatoire sont reconnus pour avoir des conséquences néfastes sur l'environnement et l'économie des pays, et ce par la perte conséquente aussi bien du sol qu'en diminution progressive de la capacité de stockage des ouvrages hydrauliques, compromettant ainsi la satisfaction des besoins. Cependant, la menace la plus grave de l'érosion hydrique est relative à l’envasement plus ou moins prématuré des

retenues des barrages et des lacs collinaires.

144

Le problème d’alluvionnement se pose avec acuité tant sur le plan national qu’international. L'expérience mondiale montre que la distribution des taux de colmatage des

barrages varie en moyenne de 1% du volume globale des sédiments emmagasinés (Bingui et al, 2002). Toutefois, les taux d'alluvionnement dans le Maghreb semi aride sont parmi les plus élevées. En fait, l'infrastructure hydraulique maghrébine est amputée annuellement de 3,5% de la réserve globale Denmak (1982) réduisant ainsi leur longévité. En Tunisie, et en raison d'une érosion hydrique importante favorisée par l'agressivité des pluies, l'alternance de périodes sèches et humides, la fragilité des formations géologiques et l'action anthropique, le problème de l'envasement entraîne une perte importante de la capacité des ouvrages hydrauliques, évaluée à 5 tonnes/ha/an pour les lacs collinaires et 15 tonnes/ha/an pour les barrages (Boufaroua et al, 2006).

Etant donné que le processus d’alluvionnement est "à discontinuité temporelle et spatiale", la caractérisation et la prédiction numérique ou cartographique du phénomène de l'envasement se sont imposées en tant qu'outils d'aide à la décision pour une gestion rationnelle et durable des ressources en eau et en sols. Dans ce contexte, le recours aux traitements statistiques multi-variés se révèle comme étant un moyen efficace, d'une part, pour la définition des interactions déterminantes entre les différents facteurs hydro-morphologiques et anthropiques et le processus de sédimentation, et d'autre part, pour le développement d'une typologie de la variabilité spatiale de l'envasement.

C'est dans cette prospective que cette étude vise à étudier l'aspect de régionalisation et l'élaboration des cartes de variabilité spatio-temporelle l'alluvionnement de 26 lacs collinaires situés dans la zone semi-aride de la Tunisie Centrale, en utilisant l’analyse en composantes

principales, la régression multiple ainsi que l'analyse factorielle discriminante.

1. Présentation de la banque de données

La zone d'étude se présente comme une succession d’alignements montagneux

remarquables, qui s’étend du nord-est au sud-ouest, du cap Bon jusqu’à la frontière algérienne

(figure 1). La Tunisie Centrale, et plus précisément la dorsale, se distingue par des précipitations annuelles comprises entre 250 mm et 500 mm, ayant un caractère orageux et intense en automne et au printemps, marquées par une grande irrégularité inter annuelle (Zahar, 1997). Ces pluies sont liées à des humidités relativement faibles en été, assez élevées en hiver. Les températures sont fortement continentales à grande amplitude diurne et annuelle (18° à 20° C). Ces conditions climatiques, sévères pour la région, occasionnent un déficit hydrique important et quasi-permanent, ce qui favorise l’appauvrissement du couvert végétal,

et la dégradation des sols.

145

Figure 1. Localisation géographique de la zone d'étude

La Dorsale est assimilée à «une région naturelle» plus ou moins individualisée entre les plateaux, plaines, bassins et glacis voisins (Temple-Boyer et al, 2007). La majorité des basins versants des lacs collinaires, définit surtout par la topographie et le relief montagnard, ont des superficies variant de quelques hectares à quelques dizaines de km2 et sont installés sur les couches tendres de marnes délimitées par des sommets constitués par les couches dures calcaires ou gréseuses généralement de forte pendage. En ce qui concerne la mise en culture, les couvertures végétales de la zone d'étude, naturelles et cultivées, varient beaucoup allant d'un milieu forestier à un milieu agricole. Quant aux ouvrages hydrauliques de CES, les aménagements les plus répandus dans la Dorsale tunisienne sont les banquettes qui jouent un rôle important de stockage des eaux de ruissellement sur les versants et limitent les transports solides, ainsi que les travaux de reboisements réduisant considérablement le ruissellement et l’érosion lorsque la végétation est dense .

L'ensemble des paramètres hydromorphométriques ainsi que les données météorologiques sont résumés dans le Tableau 1 et correspondent aux mesures obtenues pour les années consécutives (1994-2006) de suivi de l’ensemble des 26 lacs collinaires considérés.

La méthode de mesure est celle mise au point en 1996 par le laboratoire d’hydrologie de la mission IRD-Tunis (Pépin, 1996). Le paramètre exprimant l’envasement a été normalisé en

taux d’abrasion (Ta). A l'issu du tableau 1, il est remarquable que les valeurs des taux d’abrasion oscillent spatialement entre 1.8 et 32.9 t ha-1 an-1, traduisant une forte hétérogénéité des sédiments piégés dans les lacs collinaires.

146

Tableau 1. Statistique des paramètres hydromorphométriques des bassins versants

Avec: S surface, Ic indice de compacité (S

PIc 28.0 ; Roche, 1963), Ig indice de pente globale (

LHHIg 955 ; Roche 1963), Ltw longueur principale du talweg, m-a pourcentage de S occupée par des

marnes ou argiles, ar-fr pourcentage d’occupation des sols en arbres et forêts, CES de S aménagée en des travaux de conservation des eaux et des sols, C/A rapport de la capacité initiale par l'apport liquide interannuelle,

I30 intensité de pluie maximale enregistrée en 30 minutes, Ce coefficient d'écoulement moyen ( PLC R

E ), Lr

lame ruisselée moyenne, Ta l'alluvionnement spécifique.

2. Méthodologie et approche d'analyse

Afin d'identifier les principaux facteurs et sources de variabilité des caractéristiques de la sédimentation, une analyse multi-variée des variables synthétisés dans le tableau 1 est entretenue moyennant une analyse en composantes principales (ACP), une analyse factorielle discriminante (AFD) et une régression multiple. L'étude a été appréhendée par le biais du logiciel statistique STATlab (1997) pour 216 observations issues de 26 individus (lacs collinaires) et 12 variables (figure 2).

2.1. Analyse en composante principale (ACP)

Il s'agit de l'ensemble des méthodes permettant de procéder à des transformations linéaires d’un grand nombre de variables inter-corrélées de manière à obtenir un nombre relativement limité de composantes non-corrélées nommées "composantes principales", ou axes, tout en gardant le maximum d’informations (Castellano et al, 2007). L’idée à la base de l’analyse en composantes principales qui est une technique indépendante (Vogt, 1993; Baillargeon, 2003), est à la fois statistique, fondée sur l'étude de la covariance ou de la corrélation entre variables (Duby et al, 2006), et géométrique consistant en la représentation des variables dans un nouvel espace géométrique selon des directions d'inertie maximale permettant alors de regrouper selon des facteurs identiques les individus présentant des caractères d'origine ou d'évolution similaire.

Variables Minimum Moyenne Maximum

S (km2)

Ic

Ig (m/km)

Ltw(km)

m-a (%)

ar-fr (%)

CES (%)

C/A

L30 (mm/hr)

Ce (%)

Lr (mm)

Ta (t/ha/an)

0.85

1.1

9

1.40

30

0

1

0.24

29.00

1.72

4.47

1.8

4.94

1.49

68.08

3.89

74.42

18.81

28.42

2.37

90.13

10.37

44.52

15

18.1

4

248.00

12.85

100

89.3

52

16.63

252.00

34.32

152.83

32.9

147

2.2. Analyse factorielle discriminante (AFD)

L'analyse factorielle discriminante (connue en anglais par Canonical Discriminant Analysis) est une méthode d'analyse multidimensionnelle pouvant être à la fois:

• descriptive c'est à dire une technique de la statistique exploratoire qui utilise un ensemble de observations décrites par variables, réparties en groupes (Villa-Vialaneix, 2009).

• ou bien explicative vu qu'elle offre la possibilité d’interpréter les axes factoriels, combinaisons linéaires des variables initiales, et ainsi comprendre les caractéristiques expliquant l'appartenance des individus à des groupes (Gilbert et al, 1991). Il s’agit

essentiellement d’une méthode géométrique.

2.3. Méthode de régression multiple

Le modèle de régression linéaire multiple consiste à une analyse statistique dans un espace à plusieurs dimensions et constitue une simple extension de régressions polynomiales et de l'analyse des tendances de surface. Le produit ultime de l'analyse est, sans doute, la détermination d'une équation régressive utilisée comme prototypes de prévision opérationnels, d’une variable dépendante à partir de plusieurs variables indépendantes, pour autant que des

mesures de ces différentes variables soient disponibles (Junaidah et al, 2004; Jordan, 2007). La régression multiple adoptée est une régression ascendante par Stepwise « ou pas à pas ».

Figure 2. Illustration de l'interface Statlab en ACP et AFD


3.1. Caractérisation et délimitation de l'envasement basée sur l'analyse en composante principale (ACP)

L'application de l'ACP a montré que le premier axe de l’ACP, représentant 34% de la

variance totale, met en en corrélation étroite les paramètres de l'envasement (Ta) et l'indice de pente global (Ig). L’axe CP1 détermine alors l'effet du relief (figure 3a).

148

Une représentation géographique des contributions à l'inertie totale des individus sur la première composante de l'ACP a été alors effectuée. La carte générée est composée par des courbes d'iso-valeurs ayant des valeurs positives correspondant aux bassins ayant un envasement important et négatif indiquant les régions à faible taux de sédimentation (figure 3b).

Il se dégage de cette figure que la dégradation spécifique décroît d'Est Sud-Est et d'Ouest Nord-Ouest, alors qu'elle augmente dans la partie centrale de la Dorsale septentrionale et au Nord du Cap Bon. L'alluvionnement s'amplifie au niveau du Centre Est de la Dorsale, particulièrement au niveau du bassin Sadine (ayant la courbe iso-valeur la plus importante 3). Ce constat est expliqué par l'effet de l'altitude et la continentalité conjugué à un état de sol dégradé montrant alors un paysage à ravinement très hiérarchisé. Il est néanmoins à signaler que l'isohyète de sédimentation diminue brusquement au niveau du basin versant El Gouazine (n°16) du fait, de son aménagent en plus de 60% en banquettes et son couvert forestier.

En outre, la deuxième composante principale se trouve individualisée par l'effet des paramètres l'hydro-climatiques (érosivité des pluies et ruissellement) (figure 4a). La représentation géographique des contributions à l'inertie totale des individus sur ce second axe (figure 4b), dévoile que les faibles taux d'envasement sont enregistrés à l'abri des crêtes de la Dorsale, ainsi que les plaines, ayant une hydrodynamique peu intense et un climat semi-aride adouci, en place, par l'effet maritime. Par contre, la dégradation spécifique la plus importante correspond aux zones ayant des fortes intensités pluvieuses qui se trouvent dans la région semi-aride Centrale de la Dorsale et au niveau de la zone sub-humide du Nord-Est du Cap Bon. Ce facteur résulte de la disposition des reliefs jouant l'effet de "barrière". Il s'avère ainsi que la surface couvrant la Dorsale se trouve partagée en deux parties: d'Est et d'Ouest convergeant vers un centre spécifique passant par le lac collinaire Sadine. La même diminution des courbes iso-valeurs est enregistrée pour le lac Gouazine.

Figure 3. Représentation géographique du taux d'envasement suivi sur la première composante

principale (CP1).

149

Figure 4. Représentation géographique du taux d'envasement suivi sur la deuxième composante principale (CP2).

3.2. Caractérisation et typologie de l'envasement basé sur l'analyse factorielle discriminante(AFD)

Dans le but de raffiner l’analyse des relations existantes entre la variable expliquée et les

variables explicatives, pouvant justifier la distribution et le regroupement des variables données par les axes de l’ACP, on a procédé à une analyse factorielle discriminante (AFD) en prenant la variable filtre « le taux d’envasement (Ta) » comme paramètre discriminatif.

La répartition des variables sur la figure 5a montre que l'axe FD1, recoupant 93% de l'information totale, est concrétisé par le coefficient d'écoulement, la lame ruisselée et le taux d'envasement. Ces dernières variables s'opposent selon FD1 à la surface de drainage, la longueur de talweg, le pourcentage des aménagements CES et le rapport de la capacité initiale du barrage donc on peut affecter à cet axe "l'effet d'écoulement".

L'axe FD2 oppose les variables d’occupation du sol (ar-fr) aux attributs de ruissellement. Ce résultat montre l’impact des couverts forestiers dans les processus "d’apports solides".

La représentation géographique issue des axes FD1 et FD2 permet d'élaborer une régionalisation de la zone d'étude en cinq classes vis-à-vis de leur comportement à l'envasement (figure 5b). L'examen de cette figure fait apparaître que la majorité des lacs collinaires présente une certaine continuité géographique. Cependant, plusieurs exceptions sont à relever (comme c'est le cas des lacs n°16, 2, 25).

Afin d’avoir une meilleure représentativité géographique de la gravité du phénomène

étudié, une carte d'iso-valeurs des coordonnées factorielles des individus issues de l'axe FD1 a été élaborée (figure 6). Les valeurs, ainsi produites, varient de (-7) jusqu'à (+10), pour les

150

zones à faible et fort taux d'abrasion, respectivement.

L'examen de cette figure dévoile que le fléau de l'alluvionnement progresse de façon continue de l'Ouest et du Sud-Ouest de l'axe principal de la Dorsale, d'une part, et de la partie Nord-Est du Cap Bon, d'autre part, pour converger vers un plafond localisé au centre Est de la Dorsale. Il s'agit de la zone de marne et d'argile favorisée par l'affleurement de la roche mère calcaire, qui est la plus vulnérable à l'érosion par ravinement pouvant aboutir parfois à des "badlands". Cette zone est concentrée précisément au niveau du lac collinaire Sadine (22), là où le maximum d'ablation est recordé ( +10). Ce lac peut être alors considéré comme un noyau principal de dégradation et de délivrance des sédiments.

Figure 5. Représentation géographique de la typologie de l'envasement issue des axes (1x2) de l'AFD

151

Figure 6. Carte des isohyètes issues de l'AFD représentant la tendance de l'envasement dans la zone d'étude.

3.3. Caractérisation de l'envasement basé sur la régression linéaire multiple

Les résultats de l'application de la régression linéaire pas à pas, lors de la phase de calage appliquée à 174 observations pour la période d'investigation 1994 à 2002, a abouti au développement d'un modèle régressif affectant la variabilité du taux d'envasement spécifique (Ta). Ce modèle est basé sur l'indice de compacité (Ic), la longueur du talweg principal (Ltw), l'indice de pente (Ig) et la lame ruisselée (Lr).

LrLtwIgIcTa 06.07.01.01.4 (Eq 1)

Les résultats issus de la phase de calage, ont généré une bonne concordance avec les valeurs mesurées des taux d'envasement spécifiques (figure 7). Le nuage de points formé se trouve bien réparti de part et d'autres de la première bissectrice, avec des coefficients de corrélation acceptables. Ceci peut indiquer alors que le modèle développé est satisfaisant.

Figure 7. Comparaison entre les taux d'envasement mesurés et simulés (respectivement pour Ta) issus

de l'exercice de calage.

152

La performance des modèles régressifs ne peut être confirmée que moyennant l'établissement d'une phase de validation, et ce par le biais de données différentes de celles utilisées lors du calage. Dans la présente analyse, l'exercice de validation de l'équation issue de la régression linéaire multiple, a été élaboré en se basant sur les données d'envasement annuelles observées lors de la période hydrologique 2002-2006 (42 observations).

Afin de juger les qualités des simulations élaborées, on a fait appel à certains critères statistiques pour comparer les séries d'abrasion observées et simulées. Les résultats d'application du coefficient d'efficience de Nash et Sutcliff (1970) (ME) et du coefficient de corrélation (R2) sont présentés dans le tableau 2.

Tableau 2. Résultats de l'analyse statistique de la phase de validation

n° R2 ME

Eq (1) 0.89 0.87

Avec:

;

s

moyin

i o

moyi

SD

SS

SD

OO

nME

1

1

n

imoyi

n

iii

OO

SOR

1

2

1

2

2 1

Les résultats figurants dans le tableau 2 sont considérés acceptables et révèlent une bonne corrélation surtout entre les valeurs observées et simulées pour Ta, avec un coefficient de corrélation assez élevé (89% respectivement). Les coefficients de l'efficience de Nash et Sutcliff, quant à eux, confirment la fiabilité de la régression Eq.1 (ME =87%). En effet, ce modèle a généré des évaluations raisonnables du taux d'envasement (Ta) tout en intégrant un nombre limité de variables explicatives. Ainsi, il peut être considéré comme la régression prédictive la plus appropriée et la plus robuste qui peut être appliquée dans le contexte d'étude.

Pour mieux juger l'aptitude du modèle développé, la comparaison des données observées et simulées forment un nuage de points situé autour de la droite (y=x) pour les différentes formules élaborées. La représentation graphique de la figure 8 met en relief les valeurs calculées en fonction des valeurs observées des taux d'abrasion spécifiques. Il en ressort que le modèle (Eq 1.) illustre une bonne reproduction des taux d'envasement pour la majorité des lacs collinaires. Ce résultat certifie d’avantage la compétence du modèle choisi.

153

Figure 8. Comparaison entre les taux d'envasement mesurés et simulés (respectivement pour Ta) issus de l'exercice de validation.

Conclusions

L'objectif de cette étude est la mise au point d’une méthodologie simple et pratique pour

chercher, d'une part, les liens préférentiels entre les divers attributs explicatifs de l’envasement, et d'autre part, pour extraire une typologie de la variabilité de l'alluvionnement des retenues de 26 lacs collinaires répartis sur la Tunisie Centrale, de la Dorsale jusqu'au Cap Bon.

Le traitement des données par différentes analyses multi-variées paramétriques (analyse en composantes principales, analyse discriminante factorielle) a révélé que la sédimentation des retenues des lacs collinaires suivis dépend de l'indice de compacité, de l'indice de pente global, de la longueur de talweg et de la lame écoulée. Ainsi, et exception faite de quelques bassins versants, ces résultats ont permis d'imprégner la zone d'étude par une tendance globale de variation de l'alluvionnement allant du Sud-Ouest au Nord-Est avec un noyau spécifique localisé au Centre-Est de la Dorsale. En effet, il s'est avéré que les milieux les plus dégradés couvrent presque la totalité de la zone semi-aride de la Tunisie Centrale, et ce, du fait de l'altitude des massifs montagneux, de la continentalité croissante vers l'Ouest, de l'augmentation de l'aridité vers le Sud et enfin de l'opposition de versants. Par ailleurs, la régression linéaire multiple (pas à pas) a confirmé ces résultats. En fait, les exercices de calage et de validation ont dévoilé que le coefficient de corrélation ainsi que le coefficient d'efficience de Nash et Sutcliff (de l'ordre 89% et 87% respectivement) confirment la fiabilité de la formule simulant le taux d'abrasion (Ta).

Bien que les résultats générés aient clarifié l'étude des facteurs conditionnels de l'envasement, il est remarquable que ce phénomène reste aussi complexe au point qu'il ne peut être appréhendé que par l'intégration de plusieurs attributs en même temps. Ceci suggère non seulement la complexité du suivi de colmatage des retenues des lacs collinaires, mais aussi son caractère non-linéaire. Afin de palier à un tel problème, le recours à d'autres techniques non paramétriques, telles que l’application de l'intelligence artificielle, s'impose.

154

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155

Les Impacts potentiels des Changements Climatiques sur les ressources en eau de surface : Cas du bassin versant de la

Soummam, Algérie

AZZI. A 1, MEDJERAB. A 2.

1Office National de la Météorologie, 1 avenue khemisti, BP 153 Dar El Beida, Alger– Algérie. E-Mail : [email protected]

2FST/GAT/USTHB, BP: 32, El- Alia Bab- Ezzouar 16111, Alger- Algérie. E-Mail : [email protected]

Résumé - Ce travail se propose d’évaluer les influences directes et indirectes des changements climatiques sur les

ressources en eau de surface en identifiant les tendances majeures: des précipitations, des températures, des écoulements annuels et des apports au barrage de la région. Les résultats obtenus ont montré que les précipitations et l’hydraulicité sont

à la baisse à partir de l’année 1970. Les apports au barrage Lekhel, affiche des sécheresses récurrentes sur la période 1994- 2000. Alors que les températures maximales et minimales annuelles durant les périodes étudiées, ont connus de nette tendance à la hausse à partir de 1984 pour les stations littorale et 1996 pour les stations des hauts plateaux.

Mots clés : Changements climatiques, tendances, ressources en eau.

Abstract - The potential impacts of climate change on surface water resources: watershed the Soummam, Algeria

This work aims to assess the direct and indirect influences of climates changes on water resources by identifying the major trends of series of precipitations, temperatures, annual flows and contributions of an important dam of the region. The results gotten showed that the precipitation and hydraulicity, have experienced a clear downward trend since 1970. The analysis of contributions of Lekhel dam, displays recurrent droughts over the period 1994-2000. Statistical analysis of the annual maximum and minimum temperatures showed that during the period studied, they have experienced a upward trend from 1984 to 1996.

Keywords: Climates changes, trends, water resources.

Introduction

Bien qu’elle représente la région la plus arrosée d’Algérie, et celle qui détient la plus importante des ressources en eau de surface avec un écoulement annuel moyen pouvant dépasser les 120 m 3/s sur les bassins telliens (Mébarki, 2005 & Cherfouh, 2011). L’Algérie

orientale ressentira d’avantages les effets des changements climatiques. L’étude de l’évolution

des facteurs du climat (GIEC, 2007) met en évidence, pour ces dernières décennies, une augmentation des températures et une accentuation de la variabilité climatique. Cela s'est particulièrement caractérisé par une modification de l’intensité et de la répartition des

précipitations et une amplification des phénomènes extrêmes.

La zone d’étude couvre une superficie de 9163 Km² et représente une portion de l’Algérie orientale. Elle est limitée au Nord par les chaînes montagneuses du Djurdjura (Lala Khadidja 2308m) et ses contreforts qui s’étendent jusqu’à la mer Méditerranée, au Sud par les contreforts des monts du Hodna, à l’Est par les chaînes des Babors (2004m) et le plateau de Sétif et à l’Ouest par le plateau de Bouira. On peut identifier trois grandes régions naturelles, qui s’étendent approximativement d’Ouest en Est (Fig. 1,3). La région offre une grande diversité climatique (Fig. 2).

Ce travail se propose de répondre à la question suivante : Y a-t-il un changement climatique dans la région d’étude, à travers l’identification des tendances majeures des séries

historiques des précipitations, des températures, des écoulements de surface et des apports au barrage.

156

Figure 1. Carte de situation Figure 2. Carte bioclimatique

Figure 3. Carte des zones naturelles.

1. Données et Méthodes d’approche

Cette étude a été réalisée à partir de fichiers de données pluviométriques mensuelles de 29 stations bien réparties dans la zone d’étude, et rigoureusement critiquées par des méthodes statistiques (test d’homogénéité de Wilcoxon, ajustement des données à une loi racine normale, application des tests d’adéquations de Khi-deux et de Kolmogorov- Smirnov...).

Le nombre important de lacunes essentiellement durant la période 1951- 1966, nous a pas permis de retenir un nombre important de stations et nous a contraint à travailler sur deux périodes distinctes. La première période date de 1920 à 1950, elle comprend 14 stations, la

157

deuxième période commence de 1967 à 2007, elle comprend 21 stations. Les 29 stations retenues dans l’étude sont situées dans trois zones naturelles bien distinctes: le Littoral, l’Atlas Tellien et les Hautes Pleines Telliennes.

Pour détecter l’existence d’une éventuelle tendance dans les séries de données pluviométriques, deux approches ont été utilisées, la moyenne mobile, calculée au pas de temps de 5ans et les tests non paramétriques de Spearman et Mann-Kendall, qui permettent de franchir des contraintes imposées par d’autres méthodes paramétriques et qui ont montré leur

efficacité dans ce genre d’application. Afin de consolider les résultats de ces deux tests, nous avons utilisé le test de Pettitt, qui présente la particularité de localiser le moment de la rupture de la moyenne au sein de la série avec un niveau de signification qui traduit l’importance

réelle du changement détecté. Ces calculs ont été appliqués aux données annuelles.

Pour détecter une éventuelle tendance dans les séries de températures, deux approches ont également été utilisées. D’abord, le calcul des écarts entre les températures minimales annuelles et la température moyenne minimale interannuelle de la série et, l’écart entre les

températures maximales annuelles et la température moyenne maximale interannuelle de la série, va nous permettre de détecter les anomalies des températures. Ensuite, l’application des

tests d’homogénéité de Pettitt (1979) et Buishand (1982) appliqués sur les séries des températures moyennes annuelles, vont nous permettre de déceler (détecter) les années de rupture de la stationnarité.

Pour mettre en évidence l’impact des changements climatiques sur les ressources en eau de surface, nous avons examiné l’hydraulicité (rapport de l’écoulement (débit) annuel total sur l’écoulement (débit) annuel moyen) des stations hydrométriques de Fermatou et de Sidi Yahia) et la tendance des apports du barrage Lekhel.

2. Résultats et discussions

2.1. Tendance des pluies annuelles.

L’analyse des graphiques relatifs à la distribution des précipitations annuelles sur la période 1936-2007, montre une alternance des périodes sèches et humides de durées variables d’une station à l’autre.

Figure 4. Tendance des pluies annuelles sur la période 1936- 2007.

On remarque aussi une nette tendance à la baisse des précipitations qui s’est manifestée à

partir du début des années 1960 et 1970. La courbe de la moyenne mobile calculée au pas de temps de 5 ans, fait ressortir les années de changement : 1970 et 1973 pour les stations de

158

Béjaîa et Bouira. Les années excédentaires se situent essentiellement avant les années 1960 et 1970, alors que les années déficitaires se localisent principalement après l’année 1970 (Fig. 4).

Les tests de Spearman et de Mann-Kendall appliqués aux séries de données pluviométriques annuelles pour deux périodes : 1920 à 1950 et 1967 à 2007 mettent en évidence ce qui suit :

Pour la période 1920 à 1950 : détection d’une tendance décroissante significative au niveau

de 95% pour trois (03) stations. Les 11 stations restantes n’ont connu aucune tendance significative (Fig. 5 et 7).

Pour la période 1967 à 2007 : détection d’une tendance décroissante significative au niveau

de 95% pour les quatre (04) stations. Les 14 stations restantes n’ont connu aucune tendance significative (Fig. 6 et 8).

L’analyse des figures 5, 6, 7 et 8 montre à l’échelle annuelle que c’est essentiellement la

partie Nord- ouest de la zone d’étude qui a connu une tendance à la baisse des pluies.

Pour la période 1920 à 1950. Cette partie regroupe les villes de : Bouira, Akbou et El Kseur, alors que pour la période 1967 à 2007, elle regroupe les villes de: Bouira, Mchedallah et Ighil Ali auxquelles s’ajoute la ville de Tixter qui occupe la partie Sud- est de notre zone d’étude.

Le début du changement pour la période 1920 à 1950, s’est observé à la fin de l’année

1926, et s’est accentué vers les année 1940. La tendance à la baisse des pluies a touché deux zones naturelles ; les plaines et vallées (inférieures à 200 mètres) et la partie ouest de l’Atlas

tellien. Pour la période 1967 à 2007, le début du phénomène s’est observé vers l’année 1970

et il s’est accentué vers la fin de la décennie 1980. Le phénomène s’est étalé jusqu’à la fin de

l’année 2004. La tendance à la baisse des pluies a touché la zone naturelle de l’Atlas tellien et

une partie des Hauts plateaux.

Figure 5. Test de Mann-Kendall progressif appliqué Figure 6. Test de Mann-Kendall progressif appliqué

à la station de Bouira sur la période (1920– 1950). à la station de Bouira sur la période (1967– 2007).

159

Figure 7. Carte de tendance des pluies annuelles sur la période (1920– 1950).

160

Figure 8. Carte de tendance des pluies annuelles sur la période (1967– 2007).

2.2. Tendance des températures:

L’analyse statistique des températures annuelles maximales et minimales a montré que durant les périodes étudiées, ces températures ont connus une nette tendance à la hausse.

L’écart entre la température minimale annuelle et la température minimale moyenne interannuelle et l’écart entre la température maximale annuelle et la température maximale moyenne interannuelle présentent des anomalies positives (tendance à la hausse des températures minimales et maximales) (Fig. 9).

Les résultats de l’application des deux tests statistiques˝Pettitt et Buishand˝ au niveau de signification de 95%, confirment ces anomalies positive (ruptures), et affichent la date de la rupture au sein des températures maximales et minimales qui s’est manifestée à partir de 1984 pour les stations du littorales comme Béjaîa, et à partir 1996 pour les stations des hauts plateaux comme Sétif.

161

Figure 9. Anomalies de températures maximales et minimales

2.3. Tendance des débits annuels

L’irrégularité interannuelle et saisonnière des écoulements, constitue une caractéristique hydrologique importante. L’examen de l’hydraulicité de deux stations hydrométriques Fermatou et Sidi Yahia sur la période 1970 à 1996, indique que pour la période 1972 à 1979, l’hydraulicité est en baisse, accentuée vers l’année 1979. Cette hydraulicité décroissante s’est

maintenue jusqu’à l’année 1996.

Figure 10. Hydraulicité à la station de Sidi Yahia et Fermatou

2.4. Tendance des apports au barrage Lakhel

L’étude de la tendance des apports du barrage Lakhel, malgré la breveté de la période des relevés 1994- 2005 et 2010- 2011, a montré une période de sécheresse récurrente qui a commencé à partir de l’année 1994, et qui s’est accentuée vers l’année 2000 (Fig. 11).

Année

Année

162

Figure 11. Apports annuelle au barrage Lekhel

Cette figure schématise clairement la tendance à la baisse des apports annuels, bien que d’après les résumés annuels du temps en Algérie (source: ONM), la période 2005 à 2010, est considérée comme humide étant donnée qu’elle affiche des valeurs de bilan pluviométrique relativement positif.

Conclusion

Cette étude a montré que les quantités des pluies annuelles ont effectivement nettement diminué. L’analyse statistique des températures maximales annuelles et minimales annuelles

a montré que durant les périodes étudiées, les températures ont connu une nette tendance à la hausse. Les tests d’homogénéité de Pettitt et Buishand ont fait ressortir l’année 80 comme le

début d’apparition des anomalies positives au sein des températures, ce qui est tout à fait en accord avec plusieurs études empiriques et scénarios réalisés à l’aide de modèles de

circulation générale. Cependant, la courbe des apports au barrage Lekhel sont à la baisse depuis 1994, cette baisse amorcée vers les années 2004 et 2005, alors que les débits annuels sont à la baisse depuis la fin des années 70, début des années 1980.

Bibliographie

Azzi. A., 2011: La tendance générale des pluies dans le nord centre de l’Algérie cas : le bassin versant de la Soummam. Séminaire sur la prévision saisonnière et services climatiques pour la gestion des ressources et l’adaptation aux changements climatiques 24 au 26 janvier 2011 à Alger- Algérie. Buishand T.A., (1982): Some methods for testing the homogeneity of rainfall data. Journal of hydrology, 58, 11-27. Giec/Ipcc., (2007) : Groupe de travail 1 du Giec, quatrième rapport d’évaluation, bilan 2007 des changements

climatiques les bases scientifiques physiques, résumé à l’intention des décideurs, 25p Mebarki.A., (2005) : Hydrologie des bassins de l’est algérien, ressource en eau aménagement et environnement. Thèse de doctorat d’état, option : hydrologie. Université Salah –Mentouri de Constantine.360 pages. ONM/CCN., (2005): Résumé annuel du temps en Algérie, données de base, 50p ONM/CCN., (2008): Résumé annuel du temps en Algérie, données de base, 49p ONM/CCN., (2009): Résumé annuel du temps en Algérie, données de base, 50p ONM/CCN., (2010): Résumé annuel du temps en Algérie, données de base, 51p Pettitt A.N., (1979): A non-parametric approach to the change-point problem. Appl. Statist., 28(2), 126-135. Stewart. Ph., 1968 : Quotient pluviométrique et dégradation biosphérique : quelques réflexions. Bull. Soc. Hist. Nat. : Afrique du Nord. T. 59, 23-36, Alger.

163

Synthèse cartographique des bilans hydriques de l'Algérie du Nord par modèle distribué

Azeddine MEBARKI1 et Jean Pierre LABORDE 2

1Université de Constantine, Laboratoire LASTERNE, Faculté des Sciences de la Terre, de la Géographie et de l’Aménagement du Territoire, Campus de Zouaghi, route d’Ain

El Bey, Algérie. [email protected] 2Ecole Polytechnique de l’Université de Nice-Sophia Antipolis, Département

Hydroinformatique et Ingénierie de l’Eau 1645, Route des Lucioles, 06410 BIOT, France. [email protected]

Résumé - L'exploitation des bases de données mensuelles des précipitations et des

évapotranspirations potentielles (ETP), établies par l’Agence Nationale des Ressources

Hydrauliques, a permis la généralisation par cartographie automatique (modèle distribué), sur un maillage de 2 km de coté, des bilans hydriques mensuels de l’Algérie du Nord. La modélisation du passage de l’ETP à l’évapotranspiration réelle (ETR), est établie suivant la démarche de Thornthwaite de décroissance linéaire de la Réserve Facilement Utilisable (RFU) du sol, puis en supposant que l’ETR dépend du stress hydrique. Les déficits hydriques et la durée de la saison sèche sont présentés sous forme de cartes qui reflètent les forts contrastes bioclimatiques de la région. Les déficits hydriques annuels moyens varient de 400 mm sur les massifs bien arrosés du Tell maritime à plus de 2 m sur le piémont Saharien. Corrélativement, le nombre de « mois secs» s’accroit du Nord (4-5 mois) vers le Sud (12 mois).

Mots-clés : bilan d’eau, déficit hydrique, cartographie automatique, Algérie du Nord.

Abstract - Mapping synthesis of northern Algeria water balance with a distributed model

The monthly precipitation and potential evapotranspiration databases of National Agency for Hydraulic Resources allowed the assessment and the mapping of the monthly water balance elements of northern Algeria on a regular digitalized grid of 2 km a side. The Thornthwaite’s water balance model which considers a linear decrease of the soil water content is applied in comparison with a second approach assuming that the actual evapotranspiration depends on water stress. The water deficit and the number of months representing the dry season are represented as maps showing the pronounced bioclimatic contrasts of this region. The average annual water deficit varies from 400 mm in the rainiest massifs of the Tell maritime to over 2 m in Sahara piedmont. Correspondingly, from North to South the number of "dry months" increases by 4-5 to 12 months.

Keywords: water balance, water deficit, automatic mapping, northern Algeria

Introduction

En Algérie du Nord, l’indigence pluviométrique en saison sèche, conjuguée à une

évapotranspiration élevée, se traduit par des déficits hydriques remarquables. La demande en eau agricole est manifestement importante toute l’année dans les zones semi-arides et arides de l’intérieur où les pluies se raréfient et le pouvoir évaporant de l’atmosphère atteint des

proportions extrêmes (Bensaad, 1974 ; Côte, 1996). Avec les impacts du changement global,

164

une réduction des disponibilités en eau et une augmentation des besoins sont à prévoir pour l’agriculture pluviale et irriguée (Rousset et Arrus, 2006). En effet, la région Méditerranéenne est identifiée comme l’une des régions les plus vulnérables aux

changements climatiques et anthropiques (de Marsily, 2010; Milano, 2012 ; Milano et al, 2013).

Dans ce contexte géographique méditerranéen très contrasté, la modélisation du bilan

d’eau est envisagée sur la base des résultats issus des études de synthèse sur les précipitations (P) et les évapotranspirations potentielles mensuelles (ETP), réalisées par l’Agence Nationale

des Ressources Hydrauliques (ANRH, 2002 ; ANRH-GTZ, 2003). Par ailleurs, la prise en compte du compartiment sol, en particulier sa capacité à stocker l’eau (Réserve Facilement

Utilisable notée RFU) est nécessaire dans l’approche du bilan hydrique, réalisée à l’aide de la

méthode de Thornthwaite, l’une des plus connues pour le calcul du bilan en eau (Thornthwaite and Mather, 1955).

Les termes du bilan, calculés sur une grille régulière de 2 km de coté, se prêtent à

l’interpolation spatiale et peuvent être générés pour différentes valeurs standard de la RFU (Mebarki et Laborde, 2009). La cartographie obtenue, outre son intérêt dans le cadre des études hydrologiques régionales, se veut être un outil d’évaluation globale des besoins en eau

d’irrigation et de la variabilité spatiale de la durée du stress hydrique (nombre de « mois secs ») à l’échelle de l’Algérie septentrionale (Mebarki, 2007 ; 2009).

Des méthodes analogues de cartographie, mais à fine résolution spatiale (au pas de 50 m),

ont été appliquées dans des régions de la France bien pourvues en données de mesures climatologiques et morpho-pédologiques (Cantat et al, 2009 ; Piedallu, 2012 ). Dans ces travaux axés sur la caractérisation de la contrainte hydrique aux fins de répondre à des besoins pratiques (d’ordre agricole et forestier), les réserves utiles maximales des sols ont fait l’objet d’études détaillées (sondages et cartographie).

1. Cadre géographique et données climatologiques de base

1.1. Un cadre physique très contrasté

Avec un littoral long de 1200 km, l’Algérie du Nord couvre une superficie de 400 000 km2, juxtaposant au Sud une immense étendue désertique de 2 millions de km2, le Sahara (fig. 1).

Le trait majeur est l’ordonnancement, parallèlement à la mer Méditerranée, en grands

éléments physiques bien tranchés, tant topographiques que bioclimatiques (Côte, 1996). Les deux ensembles orientés WSW-ENE forment l’ossature des massifs montagneux: l’Atlas

Tellien au Nord, surplombant des plaines côtières étriquées, et l’Atlas Saharien au Sud, dominant la grande cuvette du Bas Sahara. Entre ces deux alignements, s’intercalent de vastes étendues (les Hautes Plaines) semi-arides, parsemées de nombreux lacs salés (chotts et sebkhas).

Du Nord au Sud, une succession d’étages bioclimatiques caractérise ce territoire,

allant de l’étage humide méditerranéen à l’étage subaride pré-saharien (Côte, 1998).

165

Figure 1. Localisation géographique et relief (MNT) de l'Algérie du Nord (X et Y en km, coordonnées Lambert Nord Algérie)

1.2. Les grilles disponibles : données d’entrées du modèle

Après les étapes d’analyse critique des données de mesures et la mise au point de modèles, les études de synthèse entreprises par l’ANRH ont abouti à la construction de grilles mensuelles des pluies (P) et des évapotranspirations potentielles (ETP), se rapportant à une période « normale » (30 ans). Ces grilles de 2 x 2 km , épousant le quadrillage kilométrique Lambert de l’Algérie du Nord, constituent les données principales d’entrée du modèle bilan.

Les précipitations mensuelles

Les cartes de précipitations mensuelles médianes ont été établies en fonction des mesures ponctuelles de pluie mais aussi en tenant compte du relief (étudié à travers un Modèle Numérique de Terrain) et de la distance à la mer. Les données exploitées sont issues du réseau pluviométrique de l’ANRH disposant d’au moins 20 observations sur la période considérée.

Suivant les mois, le nombre de stations traitées varie de 499 à 535 (Laborde et al, 2003).

Cette démarche a permis de construire les 360 cartes de précipitations mensuelles de septembre 1965 à août 1995. C’est sur cette période commune que nous avons fait ressortir, pour chacun des 12 mois de l’année, la grille des précipitations médianes. La carte pluviométrique du mois de mai en montre un exemple (fig. 2). Elle illustre les forts contrastes géographiques, Nord-Sud et secondairement Est-Ouest, qui caractérisent les précipitations en

166

ce mois, variant de plus de 50 mm sur les auréoles montagneuse du Tell Nord oriental à moins de 10 mm au Sud de l’Atlas saharien.

Les évapotranspirations potentielles mensuelles

L’ANRH a proposé une formule qui donne une bonne approximation de l’ETP

Penman, à partir de la température moyenne mensuelle et de la position de la station.

La valorisation des données de températures mensuelles disponibles (t en °C), la mise au point de deux coefficient correctifs, mensuel (Km compris entre 0,90 et 1,22) et régional (Kr lu sur une carte d’isolignes variant entre 0,85 et 1,25), et enfin la prise en compte de le durée

théorique des jours du mois (H en heures par mois) ont présidé à la mise en œuvre de cette

nouvelle formule algérienne dite " ETPANRH" :

ETPANRH = Kr * Km * (H -187) * (0, 032 t + 0,077)

Sa généralisation spatiale sur une grille deux fois kilométrique, a donné lieu à une cartographie des ETP moyennes mensuelles de l’Algérie du Nord. C’est sur cette base que 12

cartes des ETP moyennes mensuelles ont été éditées, comme l’illustre l’exemple de la carte

des ETP du mois de mai (fig. 3). Cette dernière montre de nets contrastes dans les pertes liées au pouvoir évaporant de l’atmosphère entre le Sud subaride et aride où l’ETP peut atteindre

plus de 260 mm, et le Nord du pays où l’ETP peut descendre jusqu’à 100 mm.

Figure 2 : Précipitations médianes du mois de mai

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

ALGER

BATNA

BLIDA

BOU SAADA

CONSTANTINEGUELMA

MASCARA

ORAN

SIDI BEL ABBES

TEBESSA

TIZI OUZOU BEJAIA

MOSTAGANEM

SETIF

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

100

200

300

400

Précipitations mensuelles médianes en mm

M A

R O

C

T U

N I

S I

E


167

Figure 3 : Evapotranspirations potentielles moyennes du mois de mai

2. Approche des éléments du bilan hydrique

Sur les bases théoriques du bilan hydrique simplifié, le programme Hydrolab écrit sous forme de macros d’Excel (Laborde, 2000a), a permis de procéder au calcul de façon rapide et automatique les éléments du bilan pour l’ensemble des points de la grille, représentés sur un tableau Excel par 501 colonnes x 201 lignes (100 701 valeurs au total). Puis, à l’aide du logiciel de type Surfer, il a été possible de représenter sous forme de cartes les données élaborées en sortie de modèle.

2.1. Bilan simplifié de Thornthwaithe Cette méthode est basée sur la notion de réserve en eau facilement utilisable

(RFU). La quantité d'eau stockée dans RFU, pouvant être reprise pour l'évaporation par l'intermédiaire des plantes, est bornée par 0 (RFU vide) et RFU max (capacité maximale dont la valeur varie en fonction de la nature du sol - texture et structure- et de la profondeur d'enracinement de la végétation).

On admet que la satisfaction de l'ETP a priorité sur l'écoulement, c'est-à-dire qu'avant qu'il n'y ait d'écoulement, il faut avoir satisfait le pouvoir évaporant (ETP = ETR). Par ailleurs, la complétion de la RFU est également prioritaire sur l'écoulement (Laborde, 2000b).

Il était nécessaire de se fixer, au préalable, la réserve facilement utilisable maximale globalement représentative de la variété des sols algériens. Deux termes intermédiaires suffisamment courants sont retenus : 50 mm (RFU très fréquente des sols d’épaisseur

moyenne, sablo-limoneux) et 100 mm (RFU des sols profonds de texture moyenne à fine). . On établit ainsi un bilan à l'échelle mensuelle, à partir de la pluie P, de l'ETP et de la RFU :

Si P > ETP, alors : ETR = ETP L'excédent des précipitations sur l'évapotranspiration potentielle (P – ETP) est affecté en

premier lieu à la RFU, et si la RFU est complète, à l'écoulement Q ; Si P < ETP :

on évapore toute la pluie et on prend à la RFU (jusqu'à la vider) l'eau nécessaire pour satisfaire l’ETR, soit :

ETR = P + min (RFU du mois précédent ; ETP– P) RFU = 0 ou RFU du mois précédent + P – ETP

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

100

200

300

400 ALGER

BATNA

BLIDA

BOU SAADA

CONSTANTINEGUELMA

MASCARA

ORAN

SIDI BEL ABBES

TEBESSA

TIZI OUZOU BEJAIA

MOSTAGANEM

SETIF

M A

R O

C

T U

N I

S I

E


100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

ETP moyennes du mois de mai (en mm)

0km 100km 200km

168

si RFU = 0, la quantité (ETP – ETR) représente le déficit agricole Da ( water deficiency), quantité d'eau correspondant sensiblement à l'apport d'irrigation qu'il faudrait fournir à la plante pour qu'elle évapore au taux maximum.

2.2. Bilan tenant compte du stress hydrique de la végétation

La procédure précédente suppose que l'évapotranspiration réelle est égale à l'évapotranspiration potentielle, jusqu'à ce que la RFU soit vide. Cependant, avant que la RFU ne soit vide, la végétation subit un stress hydrique et diminue son évapotranspiration. Il en résulte que si la part de la RFU encore en eau diminue, la végétation n'évaporera plus toute la RFU, mais une part réduite. Pour passer de l'intensité de l'évapotranspiration potentielle ep(t) à l'intensité de l'évapotranspiration réelle er(t), on supposera que cette dernière est proportionnelle à ep(t) et au rapport de l'état de la RFU noté r(t), à sa capacité maximale R.

L'évapotranspiration réelle er(t) est alors variable dans le temps :

R

)t(r)t(e)t(e pr

La variation de la réserve en eau r(t) au cours d'un intervalle de temps dt est :

R

)t(r)t(e)t(i)t(e)t(i)t(rd pr

en appelant i(t) l'intensité des précipitations.

L’intégration de cette équation ne pose pas de problème en supposant que l'intensité de

la pluie i(t) et que l'intensité de l'évapotranspiration )t(ep restent constantes à l'intérieur du

mois. On trouvera le détail dans la notice de l’ANRH (2002). 3. Comparaison des bilans issus des 2 méthodes

Les résultats issus du bilan simplifié de Thornthwaite seront notés ETRth, RFUth et Dath et ceux obtenus en tenant compte du stress hydrique (deuxième méthode) seront notés respectivement ETRsh, RFUsh et Dash. Dans ce dernier cas, la RFU n’atteint jamais zéro et

nous ferons quelques itérations pour trouver l’état initial de la RFU du début septembre,

cohérent avec l’état final de la RFU de fin août (1 ou 2 itérations suffisent).

A titre de comparaison, nous présentons les bilans calculés suivant les deux méthodes sur 3 points de localisation (Jijel, Constantine et Biskra), répartis du Nord au Sud de l’Est algérien

(fig. 4). Sur chacun de ces lieux, on relève de faibles écarts entre les valeurs de Da : pour Biskra, à

l’instar de toutes les régions du Sud, Dath et Dash ont des valeurs identiques, P étant toujours inférieur à ETP. Cependant, il est à noter un épuisement plus rapide de RFUth (bilan de Thornthwaite). Concernant l’évapotranspiration réelle, ETRsh (bilan lié au stress hydrique) n’atteint pas les valeurs de ETRth pendant une bonne partie de l’année, mais elle décroit moins

vite à la fin du cycle, en relation avec l’épuisement moins brutal de RFUsh.

169

JIJEL (x=774,999

y=394,938)

CONSTANTINE (x=851,293 y=347,728)

BISKRA (x=777,328 y=

176,769)

Figure 4: Comparaison des bilans hydriques du Nord au Sud de l’Est algérien (les coordonnées x et y

sont en km du quadrillage Lambert Nord Algérie) 4. Ampleur des déficits en eau agricole

La carte du déficit mensuel en eau agricole du mois de mai présentée à titre d’exemple (fig. 5), est le résultat du croisement des données d’entrée du modèle (grilles de l’ETP et de P du mois de mai abordées plus haut), avec une RFU maximale du sol fixée à 50 mm. Elle permet d’apprécier la très forte variabilité spatiale du stress hydrique en cette période sensible de l’année pour le fonctionnement des systèmes agricoles, avec des valeurs mensuelles de Da oscillant entre 20 et 260 mm.

La figure 6 représente la répartition du déficit annuel moyen en eau agricole, somme des

12 grilles mensuelles de Da construites suivant la méthode du bilan simplifié de Thornthwaite (avec une RFU maximale de 50 mm). La carte se présente sous forme de bandes zonales longitudinales, de 400 à plus de 2 200 mm, avec juxtaposition de vastes zones méridionales au déficit très accusé et une bande côtière étroite souffrant relativement moins du stress hydrique (Mebarki, 2007). Comparativement à la région de l’Est, la région de l’Ouest à dominance semi-aride, accuse un déficit hydrique nettement plus important : les zones de 800-1000 mm pénètrent jusqu'au littoral de l'Oranie.

0

100

200

300

400

500Pluie

ETP

0

5

10

15

20ETR th

ETR sh

0

5

10RFU th

RFU sh

0

100

200

300

400

sept

embr

e

nove

mbr

e

janv

ier

mar

s

mai

juille

t

Da th

Da sh

0

100

200

300

400

500Pluie

ETP

0

50

100

150

200ETR th

ETR sh

0

50

100RFU thRFU sh

0

100

200

sept

embr

e

nove

mbr

e

janv

ier

mar

s

mai

juille

t

Da th

Da sh

0

100

200

300

400

500Pluie

ETP

0

50

100

150

200ETR th

ETR sh

0

50

100RFU thRFU sh

0

100

200

300

sept

embr

e

nove

mbr

e

janv

ier

mar

s

mai

juille

t

Da th

Da sh

170

Figure 5 : Déficit en eau agricole du mois de mai (bilan de Thornthwaite avec RFUmax = 50

mm)

Figure 6: Déficits en eau agricole annuels moyens (bilan simplifié de Thornthwaite, avec RFU max

= 50 mm)

Cette carte ne diffère pas dans ses grands traits de celle établie par application de la méthode du stress hydrique, seules des nuances apparaissent dans les zones montagneuses de l’Atlas Tellien (fig. 7).

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

100

200

300

400

20 60 100 140 180 220 260

Mer MéditerranéeM

A R

O C

T U

N I

S I

E

Déficit en eau agricole (en mm) du mois de MAI (Bilan Thornthwaite :RFUmax =50 mm)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

100

200

300

400 ALGER

BATNA

BLIDA

BOU SAADA

CONSTANTINEGUELMA

MASCARA

ORAN

SIDI BEL ABBES

TEBESSA

TIZI OUZOU BEJAIA

MOSTAGANEM

SETIF

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

MER MEDITERRANEE

Déficit en eau agricole annuel moyen (mm) (bilan Thornthwaite avec RFU max=50 mm)

0km 100km

M A

R O

C

T U

N I

S I

E

171

Figure 7: Déficits en eau agricole annuels moyens (bilan tenant compte du stress hydrique, avec

RFU max = 50 mm)

Pour des bilans calculés avec une RFUmax =100 mm, la cartographie a mis en évidence un léger décalage spatial vers le Sud des zones d’égal déficit hydrique, car les sols en restituant plus d’eau et plus longtemps, atténuent relativement le stress hydrique des plantes et par voie de conséquence le recours à l’irrigation. Ceci est, toutefois, valable uniquement pour les régions Nord-Est et Nord-Centre, les plus humides de l’Algérie septentrionale (fig. 8).

Figure 8: Déficits en eau agricole annuels moyens (bilan simplifié de Thornthwaite, avec RFU max

= 100 mm) 5. La saison sèche et sa variabilité spatiale

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

100

200

300

400

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

MER MEDITERRANEE

Déficit en eau agricole annuel moyen (en mm) : bilan stress hydrique, RFUmax = 50 mm

M A

R O

C

T U

N I

S I

E

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

100

200

300

400 ALGER

BATNA

BLIDA

BOU SAADA

CONSTANTINEGUELMA

MASCARA

ORAN

SIDI BEL ABBES

TEBESSA

TIZI OUZOU BEJAIA

MOSTAGANEM

SETIF

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

MER MEDITERRANEE

Déficit en eau agricole annuel moyen (mm) (bilan Thornthwaite avec RFU max=100 mm)

0 km 100 km

M A

R O

C

T U

N I

S I

E

172

Avec la méthode de décroissance exponentielle de la réserve du sol qui considère que la RFU n’est jamais complètement épuisée, la détermination d’un « mois sec » s’est heurtée à la

difficulté de généraliser un seuil minima de la RFU suffisamment représentatif du stress hydrique.

L’approche du bilan simplifié de Thornthwaite est donc retenue pour considérer comme « mois sec » tout mois de l'année concerné par un déficit agricole Da, la réserve en eau du sol étant totalement épuisée (Mebarki, 2009). Le nombre annuel de « mois secs » est totalisé aux nœuds de chaque maille élémentaire, ce qui permet de procéder à la cartographie de cette nouvelle couche d’informations, traduisant une forte extension de la saison agronomiquement sèche, en allant du Nord (5 mois) vers le Sud (12 mois) (fig. 9).

S’agissant de la région Est, la plus contrastée du pays, on dénombre 5 à 6 « mois secs »

sur les zone littorales et telliennes, 7 à 9 sur les marges Sud de l’Atlas Tellien et les massifs de l’Atlas Saharien (Aurès-Nememcha), 10 à 12 sur une grande partie des Hautes Plaines de l’Est et enfin, partout 12 « mois secs » sur le Piémont saharien. Si on tient compte des bilans calculés avec une RFUmax =100 mm, on relève une répartition spatiale de 4 à 12 « mois secs » dans l’année au lieu de 5 à 12.

Figure 9: Carte d’iso-mois « secs » (bilan simplifié de Thornthwaite avec RFUmax = 50 mm) Conclusion

Dans l’approche simplifiée du bilan en eau de Thornthwaite, nous avons admis une réponse linéaire de la RFU à la demande climatique alors que d'autres modes de réponse de la réserve en eau du sol peuvent être envisagés (Cosandey Cl. et Robinson M., 2000). Les grilles utilisées pour le calcul des bilans en eau se fondent sur des données empreintes d’une marge

d’incertitude qui reste, toutefois, acceptable au pas de l’interpolation spatiale de 2 km sur

l’ensemble du Nord algérien. La démarche proposée peut s'appliquer à d'autres régions climatiques et il conviendrait de

procéder à une validation comparativement à des indices purement climatiques (fondés sur la

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

100

200

300

400 ALGER

BATNA

BLIDA

BOU SAADA

CONSTANTINEGUELMA

MASCARA

ORAN

SIDI BEL ABBES

TEBESSA

TIZI OUZOU BEJAIA

MOSTAGANEM

SETIF

Nombre de mois secs dans l'année (RFUmax = 50 mm)


M A

R O

C

T U

N I

S I

E0km 200km 400km

5 6 7 8 9 10 11 12

Aures -Nememcha

HAUTES PLAINES DE l'EST

A T L A S T E L L I E N

PIEMONT SAHARIEN

173

différence entre les pluies et les ETP), le plus souvent utilisés dans la communauté internationale, les données de réserve en eau des sols étant le plus souvent inaccessibles (Piedallu et al., 2011). Elle permet de rendre disponibles, pour des besoins d’études

préliminaires, les données sur les bilans hydriques tant sur les cartes que sous forme de fichiers grid qui peuvent être exploités directement sous Surfer ou à l'intérieur de Systèmes d'Information Géographique (SIG).

Les déficits hydriques constituent un indice pertinent pour représenter la contrainte

hydrique ; ils peuvent être également assimilés à la demande moyenne en eau d’irrigation

qu'il y a lieu de moduler selon les cycles de cultures et de confronter, éventuellement, avec celle issue des données de mesures sur des parcelles expérimentales (stations INRA et INSID en Algérie).

En plus de la brutalité des contrastes bioclimatiques, spatiaux et saisonniers, l’ampleur des

déficits hydriques dans le Nord algérien est nettement mise en évidence, seule une bande côtière étroite est relativement épargnée par opposition à de vastes zones méridionales au déficit hydrique très accusé. C’est un facteur limitant très important de la productivité végétale, nécessitant la mobilisation de quantités d’eau annuelles unitaires considérables pour l’irrigation (de 4000 à plus de 22000 m3/ha/an) sur des durées de stress spatialement très variables (de 4 à 12 mois dans l’année).

La récente étude d’actualisation du Plan National de l’Eau a montré qu’une baisse

modeste de la pluviométrie en Algérie du Nord aurait des conséquences très importantes sur les bilans hydriques et les ressources en eau disponibles (SOFRECO et al, 2010). Aussi, les modifications du régime des pluies et la hausse de l’évapotranspiration pourraient-elles accentuer les risques de sécheresses aux périodes cruciales des cycles des cultures (Rousset et Arrus, 2006).

Références bibliographiques

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174

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175

L’état qualitatif et quantitatif des ressources en eau de la wilaya de Bejaia

BIR Hassiba 1, MADANI Khodir2, MERZOUK Belkacem3

1 Laboratoire 3BS Université A. MIRA Bejaia, Route de Targa Ouzemmour, Bejaia, 06000, Algérie; e-mail: [email protected]. 2 Laboratoire 3BS Université A. MIRA Bejaia Université A. MIRA, Route de Targa Ouzemmour,

Bejaia, 06000, Algérie; e-mail: [email protected]. 3 Laboratoire 3BS Université A. MIRA Bejaia Université A. MIRA, Route de Targa Ouzemmour,

Bejaia, 06000, Algérie; e-mail: [email protected]

Résumé Le présent travail d’établir un diagnostic de l’état quantitatif des eaux dans la wilaya de Bejaia, et le suivi de la

qualité de deux ressources importantes (Oued Soummam et sa nappe alluviale), par des mesures de certains paramètres physico-chimiques (OD, MES, SO4

2- NO2-, NO3

2-, Cl-,…). Nous avons choisi 09 stations pour l’Oued et 33 points de prélèvements pour sa nappe. Les résultats montrent que la wilaya se caractérise par une richesse hydrique importante (960 Hm3/an) mais très aléatoire. Les résultats d’analyses des eaux montrent que l’Oued Soummam est exposé à une forte

pollution par les eaux usées domestiques et industriels. Les eaux des 09 stations sont de très mauvaise qualité concernant les taux de DCO (278,35<DCO<1168 mg/l), des MES (>163 mg/l), des NO2

- (>1,3 mg/l), des SO42- (>772,2 mg/l), de Cl- (>150

mg/l), de PO43- (> 0,2 mg/l) et de la turbidité (oscille entre 183 et 647 NTU). Ceci a provoqué la baisse de la concentration

en OD à des valeurs < 5 mg/l. Pour les eaux souterraines, les résultats montrent que les eaux de la nappe sont exposées à la pollution par les sulfates (75.75% des forages ont des [SO4

2-] > 250 mg/l), les Cl- (106,5<Cl- <1022,4 mg/l) et nitrites (NO2-

> 2 mg/l). Mots clés : ressources en eau, Bejaia, pollution, qualité et quantité des eaux. Abstract This paper proposes to establish a diagnosis of the quantitative status of water the province of Bejaia, and

monitoring the quality of two important resources (Soummam river and its alluvial aquifer), by measuring of some physicochemical parameters (DO, SS, SO4

2 - NO2- , NO3

2 - , Cl - ,…). We selected 09 stations for Soummam River and 33 sampling points for its slick. The results show that the province is characterized by a high water wealth (960 Hm3/year) but very random. The analysis results show that the stream of Soummam is exposed to a heavy pollution by domestic and industrial wastewaters. In 09 stations, waters are in a very bad quality for COD levels (278.35 <COD < 1168 mg/l), SS (> 163 mg/l), of NO2

- (> 1.3 mg/l), of SO42 - (> 772.2 mg/l), Cl- (>150 mg/l), of PO4

3 - (> 0.2 mg/l) and turbidity (varies between 183 and 647 mg/l). This caused the decrease in DO concentration to < 5 mg/l. For groundwater, the results show that the waters of the alluvial aquifer of Soummam are exposed to pollution from sulfates (75.75 % of the drilling have [SO4

2 -] > 250 mg/l), Cl- (106.5<Cl- <1022.4 mg/l) and nitrite (NO2

-> 2 mg/l). Keywords: water resources, Bejaia, pollution, quality and quantity of water.

Introduction Une connaissance des ressources en eau disponible, des besoins des différents usagers est

nécessaire pour mieux gérer l’eau [1]. L’objectif de ce travail est l’étude de l’état des lieux de

la ressource en eau dans l’un des départements de l’Algérie qui est la wilaya de Bejaia,

l’évolution de sa mobilisation, son usage, et la qualité de deux ressources en eau importantes dans la région (Oued Soummam et sa nappe).

1. Zone d’étude

La zone étudiée, Bejaia correspond à 35,8 % de la superficie totale du bassin versant de la Soummam 9125 Km2, et possède un réseau hydrographique riche et diversifié est traversée par l’oued Soummam: Sahel et Bou-sellam (Fig.1). L’oued Soummam se jette à la mer au

niveau de la ville de Bejaia après un parcourt de 80 Km (Fig. 1). Son débit moyen est estimé à 25 m3/s, mais ses crues sont violentes et dévastatrices : le débit 116 m3 /s. Quant au débit d’étiage, il est estimé à 0,6 m

3/s [2]. Elle est délimitée par la wilaya de Jijel à l’Est, les

wilayas de Bouira et de Tizi Ouzou à l’Ouest, les wilayas de Bordj Bou-Arreridj et Sétif au Sud, et la mer Méditerranée au Nord [3].

176

Figure 2. Carte schématique de la zone d’étude avec localisation des points de prélèvements

Elle est caractérisée par [4]: un relief montagneux à forte dénivelée, aux altitudes relativement élevées et

aux pentes très marquées. Ce relief est modelé par les massifs du Djurdjura d’une part

et ceux des Babors et des Bibans d’autre part, séparés par la vallée de l’oued

Soummam un climat de type méditerranéen, aux précipitations appréciables et aux

températures douces au niveau du littoral. Au niveau des reliefs montagneux, les hivers sont froids et enneigés. La lame d’eau précipitée sur l’ensemble de la wilaya a

été estimée à 788,7mm et la température moyenne annuelle est de 17,6°C. un réseau hydrographique dense et important, qui combiné au régime

pluviométrique favorable, offre d’importantes potentialités en eau de surface. Les

oueds de la wilaya sont circonscrits au sein de trois bassins versants, dont le plus important est celui de l’Oued Soummam qui traverse la moitié Ouest de la wilaya et

la divise en deux entités géographiques bien distinctes : les versants Nord et Sud de l’oued Soummam.

Sur le plan géologique, la wilaya de Bejaia, appartenant au domaine tellien, présente une structure complexe et diversifiée à cause des chevauchements enregistrés entre les différentes formations. Globalement la wilaya correspond aux grands ensembles géologiques ci-après :

- Les formations de l’ensemble oligocène rencontrées principalement au niveau du versant Nord de l’oued Soummam.

- Les formations du crétacé concentrées essentiellement sur le versant Sud de l’oued Soummam.

- Les formations du jurassique : Ces formations à dominante calcaire dur correspondent principalement à la chaîne des Babors.

177

- Les formations du miocène et du quaternaire : Ces formations occupent en général les terrasses alluviales et les bas piémonts qui les surplombent. On les rencontre principalement au niveau de la vallée de la Soummam, où les dépôts alluvionnaires du quaternaire reposent sur un substratum tertiaire de marnes éocènes.

2. Les ressources en eau de la zone d’étude Les ressources hydriques regroupent les eaux de surface et les eaux souterraines. Ces

dernières, en l’absence d’études hydrogéologique récentes et fiables, sont encore mal

connues. 2.1. Les eaux de surface En ce qui concerne les ressources superficielles, la wilaya de Bejaia est entaillée de

nombreux cours d’eaux, dont le principal est l’oued Soummam avec des débits qui montrent

de grandes irrégularités inter-mensuelles et saisonnières. À son embouchure, il présente un apport annuel moyen de 733 m3/an [5]. Les potentialités en eau de surface la wilaya de Bejaia sont de 854 Hm3 par an [3]. La mobilisation de ces eaux se fait par :

2.1.1. Les barrages

Barrage Tichi-Haf dont les apports annuels moyens sont de l’ordre de 170,4 Hm3 [4], dispose d’une capacité installée de 75Hm

3. Le volume régularisé estimé à 64Hm3 /an est réparti entre l’AEP et l’agriculture dans les proportions suivantes : - 47 Hm3

/an pour l’A.E.P d’une population de près de 540.000 Habitants ;

population localisée dans les communes du couloir Akbou- Bejaia.; - 17 Hm3 destinés à l’irrigation des terres agricoles (3.800 Hectares).

Cet ouvrage, compte tenu des apports annuels moyens estimés à 170,4 Hm3, régularise entre 115 et 164 Hm3/an [4] et contribue à l’AEP de Sétif et BBA et à l’irrigation d’une partie

des terres agricoles de la wilaya de Bouira.

Barrage Ighil Emda dont les apports annuels moyens sont estimés à 189,7Hm3[4] dispose d’une capacité initiale installée de 154 Hm

3 ; cette capacité se trouve aujourd’hui réduite à près de 102 Hm

3 et ce, compte tenu du niveau d’envasement qui

s’élève à plus de 33%. Ce barrage mis en eau en 1954 est destiné essentiellement à

l’AEP de Sétif et l’irrigation des hautes plaines sétifiennes, la wilaya de Bejaia ne bénéficie que de 3 Hm3

/an pour l’AEP de Dra El Gaid. Barrage projeté de Azib Imizar d’une capacité de 12 Hm

3 et d’un volume régularisable

de 31 Hm3/an est destiné à l’AEP de quatre communes : Toudja, Adekar, Beni Ksila et

Taourirt Ighil et à l’irrigation du périmètre du 17 juin d’une superficie de 600

hectares ; périmètre situé dans la commune de Beni Ksila.

Aussi, l’étude de faisabilité du barrage d’Akbou sur l’oued Soummam est en cours [5].

2.1.1. Les retenues collinaires

Parmi les 43 retenues collinaires recensées dans la wilaya, seules 17 sont exploitées dont 8 partiellement. Leur capacité totale est estimée à 0,659 Hm3. Exception, faite de la retenue collinaire localisée dans la commune d’Adekar, les retenues collinaires en exploitation sont

toutes destinées à l’irrigation. La non exploitation des autres retenues collinaires est due

essentiellement à un niveau de dégradation (23/26), tel que leur réhabilitation engendrerait un lourd investissement dont l’impact économique n’est pas certain. Cette situation de dégradation serait liée à une absence d’entretien et de maintenance de ces infrastructures de la PMH.

178

2.2. La ressource en eaux souterraines

L’évaluation des ressources en eau souterraine est basée sur les résultats des études des

principales nappes du pays et des estimations basées sur une approche de l’infiltration de la

pluie [8]. Le potentiel des eaux souterraines est estimé à 106 Hm3. Les ressources en eaux souterraines à Bejaia sont localisées dans :

Les nappes alluviales de la Soummam d’une capacité de 72 Hm3 ;

Nappe de la plaine côtière d’une capacité de 16 Hm3

;

Les nappes Karstiques d’une capacité de 18 Hm3

[6,7].

Elles constituent la ressource la plus utilisée à Bejaia. Le potentiel en eau souterraine mobilisable est estimé à 106 Hm3 par an, 102 Hm3

de ces eaux sont mobilisées. La mobilisation des eaux souterraines se fait par :

2.2.1. Les forages

Sur les 190 forages recensés au niveau de la wilaya (tab.1), seuls 127 sont en exploitation et assurent une production annuelle de 51 Hm3, soit 39,50% de la capacité globale des forages (129 Hm3/an) [8]. Il est à noter que cette capacité est localisée pour l’essentiel dans la

commune de Bejaia. Commune pour laquelle on relève l’existence de 26 forages

développant globalement 725 l/s dont uniquement 15 sont en exploitation et assurent une production annuelle de 7,3 Hm3 soit près du tiers (30,87%) du volume global que peuvent développer les 26 forages.

Tableau 1. Répartition de la ressource en eau souterraine de la wilaya de Bejaia

Ressource

Puits Sources Forages Tot

al

m3/j

m3/an

m3/j

m3/an

Existant/Exploité

Débit l/s

Volume exploité

Mobilisation

m3/an

m

3/j m

3/an D

ébit e

n eau

22250

8121250

78402

28616730

190/127 4

091 1

39918 5

1070070 129

013776 16

5751756

2.2.2. Les puits

Au nombre de seize mille (16000) [9], les puits assurent l’A.E.P des populations de plusieurs communes de la wilaya notamment celles des zones éparses, ainsi que l’irrigation

des jardins et l’abreuvement du cheptel. Ils assurent une mobilisation annuelle de 8,12 Hm3,

soit 4,90% de la ressource reconnue mobilisable (165,75Hm3/an).

2.2.3. Les sources Elles sont très nombreuses 850[9], et assurent une production de 28,62 Hm3/an soit

17,27% de la ressource reconnue mobilisable (165,75Hm3/an). Il est relevé pour ce type d’alimentation d’importantes capacités localisées au niveau des communes de Bejaia, Taskriout, Darguina et Kherrata. En effet, la production annuelle de 19,89 Hm3, relevée au niveau de ces quatre communes représente plus de 69,50% du volume global développé.

179

3. Etude qualitative des ressources en eau

Dans le but d’évaluer la qualité de l’eau de l’oued Soummam et de sa nappe alluviale, un

plan d’échantillonnage a été établi et des points de prélèvements ont été arrêtés [10]. Ces

points ont été choisis de façon à représenter les endroits les plus affectés [11, 12].

3.1. Matériels et méthodes 3.1.1. Echantillonnage et analyses

Notre travail a porté sur le choix de 09 stations de prélèvement pour les eaux de surface et

33 points de prélèvements pour les eaux souterraines (Fig.1).Après chaque prélèvement, les échantillons d’eau sont conservés dans des bouteilles en polyéthylène de 1litre à 4°C. Les

mesures de la température, pH, la conductivité électrique ont été réalisées in situ à l’aide d’un

appareil portable multifonctionnel (multimètre), et l’oxygène dissous à l’aide d’un oxymètre

portatif PIONNER 20 muni d’une sonde à oxygène dissous de type DOX 20T. La turbidité

est mesurée à l’aide d’un turbidimètre au laboratoire de l’ADE de Bejaia. L’alcalinité et la

dureté ont été analysées au même laboratoire des méthodes volumétriques [13]. La concentration en chlorures a été déterminée par volumétrie et la quantité de matières en suspension a été obtenue par pesée différentielle du filtre avant et après filtration [14, 15 Mouni]. Les analyses de NO2

-, NO32-, SO4

2- et PO4 3-, ont été réalisées dans ce laboratoire à

l’aide d’un spectrophotomètre. La DBO5 est mesurée par la méthode de dilution et la DCO par la méthode d’oxydation au bichromate de potassium [13].

3.2.2. Localisation des stations de prélèvement

Les stations Ont été choisies comme indiqué dans la figure 1.

4. Résultats et discussions 4.1. Les eaux de surface

Les résultats des analyses obtenues pour différents échantillons sont présentés dans le

tableau 2 et les figures 2,3, 4 et 5. La qualité est évaluée par comparaison des résultats d’analyses aux bornes de grille de

qualité des eaux superficielles de l’Agence nationale des ressources hydrique (ANRH, 2009). A travers les résultats obtenus, on remarque que:

L’Oxygène dissous (OD) varie de 3,39 à 6,52 mg/l (Tab.2). Les résultats d’analyses de l’OD de l’eau montrent que les eaux sont polluées dans la station S1 (OD <5 mg/l), et peu polluée dans les stations S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8 et S9 (5 <OD <8 mg/l).

Le pH oscille entre 7,47 à 7,85 (Tab.2). Toutes les valeurs de pH ne dépassent pas la norme fixée de 5,5 à 9,5.

La température varie entre 14,9 à 20,3 °C. La valeur la plus élevée est observée au niveau de la station S1 (Tab.2). Selon la grille de qualité des eaux superficielles de l’ANRH, toutes les eaux des stations étudiées sont entre d’excellente

et de bonne qualité concernant la température. Les résultats d’analyses de la conductivité électrique (CE) de l’eau montrent

que les eaux sont de bonne qualité pour la station S6 (conductivité entre 750 et 1300

180

μS/cm) et de qualité moyenne dans le reste des stations (conductivité entre 1300 et

2700 μS/cm). Toutes ses valeurs ne dépassent pas la norme algérienne fixée à 2800,00 μS/cm [16].

Tableau 2. Les résultats d’analyses physico-chimiques des eaux de l’oued Soummam.

Ech

S

1

S

2

S

3

S

4

S

5

S

6

S

7

S

8

S

9

M

oy.

E

cart type

C

v

T (°C) 2

0,3 2

0,2 1

7,6 1

9,3 1

9,2 1

8,4 1

4,9 1

6,4 1

6,9 1

8,13 1

,83 0

,1 DCO (mg/l)

733,2

1168

717,76

589,44

459,34

- - 4

06,02 2

78,35 6

15,58 2

70,98 0

,44 DBO5 (mg/l)

10

5 5

0 5 5 5 5 5 5

10,55

14,88

1,41

MES (mg/l)

214

163

211

245

256

264

429

654

198

263,33

183,47

0,68

OD (mg/l)

3,39

5,52

5,67

5,77

5,87

6,52

5,46

6,36

5,45

5,55

0,89

0,16

PH 7

,47 7

,73 7

,68 7

,76 7

,85 7

,77 7

,71 7

,67 7

,59 7

,7 0

,11 0

,01 Cond

(µs/cm) 1

845 1

712 2

030 2

090 1

732 8

04 1

512 1

442 1

963 1

681,11 3

95,89 0

,23 NH4

+ (mg/l)

0,44

58,62

3,37

2,02

1,91

- - 1

,05 0

,48 9

,69 2

1,59 2

,2 NO2

- (mg/l)

1,3

2,2

1,9

5,6

1,4

- - 4

,1 1

,5 2

,28 1

,73 0

,76 NO3

2- (mg/l)

2,8

14,99

3,3

2,818

3,14

- - 2

,54 2

,4 4

,54 4

,26 0

,94 Cl-

(mg/l) 3

12,4 2

48,5 4

40,2 3

26,6 2

84 1

13,6 9

91,1 2

05,9 3

12,4 3

59,41 2

53,23 0

,7 SO4

2-

(mg/l) 2

425,2 7

72,2 2

604,2 2

354,2 8

46,8 1

562 2

328,2 1

977,4 2

193,8 1

896 6

84,55 0

,36 PO4

3-

(mg/l) 0

,25 0

,25 0

,28 0

,22 0

,21 0

,2 0

,45 0

,41 0

,25 0

,28 0

,08 0

,31

Turbidité (NTU)

2

27

1

83

2

25

2

62

2

76

2

00

4

71

6

47

2

12

2

78,33

1

83,24

0

,65

Les concentrations de la DBO5 enregistrées varient de 5 à 50 mg/l (Tab.2 et fig.6). Les résultats d’analyses des DBO5 de l’eau montre que les eaux sont de qualité

moyenne dans les stations S1, S2, S4, S5, S6, S7, S8 et S9 (DBO5 de 5 à 10 mg/l), et de très mauvaise qualité dans la station S3.

Les valeurs des MES varient de 163 et 654 mg/l. En comparant les valeurs obtenus avec celle de la grille de l’ANRH, les résultats d’analyses des MES de l’eau montrent

que les eaux sont de très mauvaise qualité (MES> 15 mg/l). Cela est dû à la forte présence des particules organiques composées de microorganismes et des produits de dégradation animaux ou végétaux ainsi qu’aux sels minéraux insolubles.

Les formes azotées

- Les nitrates (NO32-) : En comparant les résultats obtenus avec celles de la

grille de l’ANRH, les résultats d’analyses des nitrates montrent que les eaux sont de qualité moyenne la station S2 (10 <NO3

2-< 20 mg/l) et de qualité bonne dans le reste des stations (NO3

2-< 10 mg/l) (fig.3).

181

- Les nitrites (NO2-): Les teneurs en NO2

- varient de 1,3 à 5,6 mg/l (fig.3). La valeur la plus élevée est enregistrée au niveau de la station S4 (Tab.2). Les valeurs des nitrites dépassent dans toutes les stations la norme fixée à 0,1 mg/l. L’augmentation de

la teneur en NO2- est due aux réactions de dénitrification qui se produisent dans le

cours d’eau. - L’Ammonium (NH4

+) : Les teneurs en NH4+ varient de 0,44 à 58,62

mg/l(fig.3). Les résultats d’analyses de l’ammonium de l’eau montrent que les eaux

sont de qualité mauvaise dans les stations S1, S4, S5, S8 et S9 (NH4+ varie entre 0,1

et 3 mg/l) et de très mauvaise qualité dans les stations S2 et S3 (NH4+ > 3 mg/l). La

diminution de ces teneurs de l’amont à l’aval de l’oued est due aux réactions de

transformation de NH4+ en NO2

- puis en NO32- et aux phénomènes de décantations. On

a enregistré une valeur très élevée à la station S2 à cause des eaux usées rejetées.

Figure 2. Variation du pH, Température OD dans les eaux d’Oued Soummam Figure 3. Variation de formes azotées dans les eaux d’Oued Soummam

Figure 4. Variation du Cl-, SO42- et PO4

3- dans les eaux d’Oued Soummam Figure 5. Variation de la DCO dans les eaux d’Oued Soummam

182

Les sulfates (SO42-) : Les teneurs des SO4

2- mésurées varient de 772,2 à 2604,2 mg/l. En les comparant à la grille de qualité des eaux de l’ANRH, elles dépassent 400 mg/l,

ce qui signifie que l’eau est de très mauvaise qualité dans toutes les stations de mesures.

Les phosphates (PO43-) : La valeur des phosphates la plus élevée est observée au

niveau de la station S7 (Fig.4). En se référant à la grille de qualité des eaux, les résultats montrent que les eaux sont de qualité mauvaise dans les stations S1, S2, S3, S4, S5, S6 et S9 (PO4

3 - entre 0,1 et 3 mg/l) et de qualité très mauvaise dans les stations S7 et S8 (PO4

3- > 3 mg/l). Toutes les eaux des stations présentent une eutrophisation du cours d’eau et cela s’explique surtout par la présence d’une flore

algale et aquatique sur la surface de l’eau. Les chlorures (Cl-) : Les résultats d’analyses montrent que les eaux sont de bonne

qualité dans les stations S6 (10 < Cl- <150 mg/l) , de qualité moyenne dans les stations S2, S5, S8 et S9 (150 < Cl- < 300 mg/l), de qualité mauvaise dans les stations S1 et S3 (300 < Cl- < 500 mg/l), de qualité très mauvaise dans les stations S7 (Cl- > 500 mg/l).

La turbidité : Les résultats d’analyses, montrent que les valeurs de la turbidité varient

d’une station à une autres ; les valeurs les plus élevées sont enregistrés aux stations S7 (471 N.T.U) et S8 (647 N.T.U) (Tabl.2). Cela s’explique par la présence d’une grande

quantité de particules colloïdes en suspension d’argile et de matière organique divers

dans ces deux stations.

4.2. Les eaux souterraines Les résultats obtenus pour chaque paramètre étudié sont notés dans le tableau 3.

La température : Dans la zone d’étude, la température ne présente pas de grandes variations d’un ouvrage à l’autre et reste toutefois voisine de la température

moyenne annuelle de la région soit 17,6 °C, avec un minimum de 16, 3 °C (P 2) et un maximum de 23 °C (D 13). Elle est conforme à la norme (25 °C) (tab.3).

Le pH : Les valeurs du pH des eaux de la nappe alluviale du Soummam ne montrent pas de variations notables, avec un minimum de 6,39 au forage B 3 et un maximum de 7,97 au forage D 8 (Cv =0,11) ce qui montre la stablilité de l’eau. Sauf le cas de puits EF 6 qui est de 11,18 qui se situe dans une zone agricole à Amizour.

La conductivité électrique : Le tableau 3 montre une très grande variation dans les différents points de mesure. La conductivité électrique est de l’ordre de 878

μS/cm au forage Djbira, elle augmente à 4180 μS/cm au forage B 3. Sur les 33 points choisis, 22 ouvrages ont une minéralisation importante mais elle reste conforme à la norme algérienne de potabilité (2500 µS/cm).

L’oxygène dissous (OD) : Les concentrations en OD varient entre 2,97 et 6,68 mg /l(Tab.3). Sur les 33 points choisis, 18 ouvrages ont une concentration en OD non conforme à la norme algérienne de potabilité (5 mg/l). Les forages Eriad, DE 10, M3, Rahmani et Djebira ont une concentration en OD > 5 mg/l, qui se montrent ces derniers sont bien oxygénés.

Les matières en suspension : Les valeurs des MES obtenues pour la majorité des points d’eau analysés sont nulles(Tab.3). On a remarqué que les valeurs extrêmes

183

de MES sont détectées au niveau de forage de Cevital qui est de 28 mg/l et le forage EF 6 qui est de 14 mg/l.

Tableau 3. Les analyses physico-chimiques des eaux de la nappe alluviale de la Soummam

N°

Nom

T°C

pH

CE

OD

MES

Turbidité

PO4³ˉ

Clˉ

NO₂ ˉ

TA

TAC

NO₃²ˉ

SO₄ ²-

TH

1 I

2/ 3 2

0,5 6

,86 1

830 3

,2 2 1

0,0015

269,8

0,083

0 6

,2 -

328,34

62

2 W

3 1

9.9 6

,71 3

410 4

,39 0 0

0,0017

440,2

0,085

0 9

,3 -

746,2

111

3 T

7 1

7,6 6

,79 9

90 4

,83 2

8 3

2 0

,02 1

06,5 0

,064 0

77

- 3

09,12 3

6,6

4 C

5 1

9,2 7

,64 1

948 - 0 0 -

360

0 0 2

5,54 1

8,96 3

71,9 6

0,6

5 E

RIAD 1

8,2 7

,22 1

814 5

,94 0 0 -

250

0,02

0 3

2,6 2

5,85 2

95,9 6

3,4

6 H

M 21 - 6

,8 3

360 4

,31 0 0

0,3

758,4

0,107

0 6

,2 -

1343,2

104

7 Q

7 - 6

,86 3

130 4

,61 0 0

0,01

426

0,056

0 4

,5 -

367,5

72,4

8 T

8 1

9 6

,85 2

840 3

,27 0 0

0,13

560,9

0,14

0 7

,6

369,38

98,6

9 W

7b 2

0,5 6

,83 2

550 4

,52 0 0

0,008

511,2

0,107

0 6

,2

365,65

65,8

10

B 3

18,1

6,39

4180

4,22

0 0 0

,08 1

022,4 0

,092 0 7 -

1380,4

108

11

D 10

19

6,92

3940

- 0 0 0

,1 8

52 0

,132 0

7,2

- 8

95,4 1

08 1

2 D

13 2

3 7

,8 1

580 - 2 0 -

374,5

0,001

0 2

7,2 1

8,5 3

25,47 6

9,2 1

3 D

E 2b 2

0,1 6

,93 3

220 4

,28 0 2

0,017

624,8

0,137

0 5

,9 -

1044,6

89,6

14

D 8

20,8

7,97

3220

- 0 0 - 4

07,5 0

,009 0

27,64

11,14

250,36

64,9

15

DE 10

20,1

7,19

3330

6,68

1 0 0

,015 7

24,2 0

,069 0 5 -

932,8

96,8

16

GH 7 -

6,84

1710

4,32

2 0 0

,018 2

34,3 0

,137 0

15

- 2

29,46 6

4 1

7 M

3 2

1,1 7

,56 2

460 6

,03 1 0

0,013

440,2

0,146

0 4

,7 -

1156,6

72

18

M 6

18,4

7,31

1830

5,63

14

22

0,02

291,5

0,14

0 9

,8 -

63,43

69

19

O 7B

20,8

7,49

1252

- 0 0 - 1

59 0

,1 0

31,4

0,94

84,99

38,6

20

OP 2

22,2

7,39

2420

- 0 0 - 4

51 0

,015 0

26,9

2,48

77,69

71,4

21

Q 5

20,4

7,51

1133

- 0 0 - 1

65 0 0

29,6

4,3

60,7

34

22

Puits EF6 -

11,18

1210

3,52

0 0 0

,017 1

56,2 0

,09 0

3,2

- 3

9,17 3

4 2

3

Forage EF6

20 ,1

7,05

2910

4,19

3 0 0

,043 6

46,1 0

,146 0

13

- 2

966,26 9

0 2

4

QR4 b Cevital

18,6

6,73

2370

3,01

2 0 0

,016 3

12,4 0

,132 0

7,6

- 1

193,8 9

0 2

5 F

1B 1

6,5 6

,84 1

140 2

,97 0 0

0,012

106,5

0,069

0 1

7 -

1134,2

47,4

26

puits Rahmani

17,8

6,97

3100

5,59

0 0 0

,01 6

24,8 0

.064 0

5,6

- 8

58 8

8

27

puits Oued Ghir

20,5

6,85

1470

3,26

0 0

,4 0

,037 1

56,2 0

,09 0

10,8

- 3

17,15 5

8,6

2 P 1 6 1 4 0 1 0 1 0 0 9 - 3 6

184

8 uits Mellala

9,1 ,73 640 ,35 ,2 ,021 91,7 ,092 ,2 50,73 8

29

P 2

16,3

7 1

770 4

,63 0

0,3

0,013

262,7

0,107

0 1

5,2 -

259,5

83,4

30

puits Bir Slam

18,2

6,84

2500

0 1

,4 0

,02 4

26 0

,085 0

8,5

- 3

67,5 8

7,6 3

1 P

1 - 7

,1 2

500 0

0,8

0,02

305,3

0,083

0 2

0,7 -

368,26

91,2

32

Puits ferme abadi

17,6

7,34

1350

4,7

0 3 0

,015 2

13 0

,056 0

11,6

- 2

46,25 5

0,4

33

Forage djbira

16,5

6,99

878

5,5

0 0

,5 0

,015 6

3,9 0

,107 0

7,9

- 3

17,71 4

5,6 N

° N

om T

°C p

H C

E O

D M

ES T

urbidité P

O4³ˉ C

lˉ N

O₂ ˉ T

A T

AC N

O₃²ˉ S

O₄ ²- T

H

1 I

2/ 3 2

0,5 6

,86 1

830 3

,2 2 1

0,0015

269,8

0,083

0 6

,2 -

328,34

62

2 W

3 1

9.9 6

,71 3

410 4

,39 0 0

0,0017

440,2

0,085

0 9

,3 -

746,2

111

3 T

7 1

7,6 6

,79 9

90 4

,83 2

8 3

2 0

,02 1

06,5 0

,064 0

77

- 3

09,12 3

6,6

4 C

5 1

9,2 7

,64 1

948 - 0 0 -

360

0 0 2

5,54 1

8,96 3

71,9 6

0,6

5 E

RIAD 1

8,2 7

,22 1

814 5

,94 0 0 -

250

0,02

0 3

2,6 2

5,85 2

95,9 6

3,4

6 H

M 21 - 6

,8 3

360 4

,31 0 0

0,3

758,4

0,107

0 6

,2 -

1343,2

104

7 Q

7 - 6

,86 3

130 4

,61 0 0

0,01

426

0,056

0 4

,5 -

367,5

72,4

8 T

8 1

9 6

,85 2

840 3

,27 0 0

0,13

560,9

0,14

0 7

,6

369,38

98,6

9 W

7b 2

0,5 6

,83 2

550 4

,52 0 0

0,008

511,2

0,107

0 6

,2

365,65

65,8

10

B 3

18,1

6,39

4180

4,22

0 0 0

,08 1

022,4 0

,092 0 7 -

1380,4

108

11

D 10

19

6,92

3940

- 0 0 0

,1 8

52 0

,132 0

7,2

- 8

95,4 1

08 1

2 D

13 2

3 7

,8 1

580 - 2 0 -

374,5

0,001

0 2

7,2 1

8,5 3

25,47 6

9,2 1

3 D

E 2b 2

0,1 6

,93 3

220 4

,28 0 2

0,017

624,8

0,137

0 5

,9 -

1044,6

89,6

14

D 8

20,8

7,97

3220

- 0 0 - 4

07,5 0

,009 0

27,64

11,14

250,36

64,9

15

DE 10

20,1

7,19

3330

6,68

1 0 0

,015 7

24,2 0

,069 0 5 -

932,8

96,8

16

GH 7 -

6,84

1710

4,32

2 0 0

,018 2

34,3 0

,137 0

15

- 2

29,46 6

4 1

7 M

3 2

1,1 7

,56 2

460 6

,03 1 0

0,013

440,2

0,146

0 4

,7 -

1156,6

72

18

M 6

18,4

7,31

1830

5,63

14

22

0,02

291,5

0,14

0 9

,8 -

63,43

69

19

O 7B

20,8

7,49

1252

- 0 0 - 1

59 0

,1 0

31,4

0,94

84,99

38,6

20

OP 2

22,2

7,39

2420

- 0 0 - 4

51 0

,015 0

26,9

2,48

77,69

71,4

21

Q 5

20,4

7,51

1133

- 0 0 - 1

65 0 0

29,6

4,3

60,7

34

22

Puits EF6 -

11,18

1210

3,52

0 0 0

,017 1

56,2 0

,09 0

3,2

- 3

9,17 3

4 2

3

Forage EF6

20 ,1

7,05

2910

4,19

3 0 0

,043 6

46,1 0

,146 0

13

- 2

966,26 9

0 2

4

QR4 b Cevital

18,6

6,73

2370

3,01

2 0 0

,016 3

12,4 0

,132 0

7,6

- 1

193,8 9

0 2

5 F

1B 1

6,5 6

,84 1

140 2

,97 0 0

0,012

106,5

0,069

0 1

7 -

1134,2

47,4

26

puits Rahmani

17,8

6,97

3100

5,59

0 0 0

,01 6

24,8 0

.064 0

5,6

- 8

58 8

8

185

Note : Les unités de OD, MES, SO42- NO2

-, NO32-, Cl-, PO4

3- en mg/l, la turbidité en NTU et la conductivité électrique (CE) en µS/cm, le TA, TAC et TH en °F.

La turbidité : Les valeurs moyennes de la turbidité pour les 33 points de prélèvements varient entre 0 et 32 N.T.U. La turbidité est égale à 0 dans la majorité des points analysés. Les valeurs les plus élevées sont observées au niveau deux forages de Cevital (32 N.T.U) et EF 6 (22 NTU), elles dépassent largement la norme algérienne qui est de 5 NTU (Tab.3).

Les sulfates (SO42-) : Les valeurs des SO4

2- sont très variables et oscillent entre 60,7 et 2966,26 mg/l. En effet, 75,75 % des forages et puits ont des teneurs en SO4

2- qui dépassent la norme algériennes de potabilité (250 mg/l). Les teneurs élevées semblent être liées à une potentielle contamination de la nappe alluviale par les eaux polluées de l’oued Soummam.

Les phosphates : Les valeurs des PO43- des différents points de prélevement

varient de 0,0015 à 0,3 mg/l. Les plus grandes valeurs sont observées au niveau des forages DE 10, HM 21, T 8 et EF 6, mais dans l’ensemble toutes ces valeurs sont

conformes aux normes algérinnes (0,5 mg/l). Par conséquent, ce paramètre ne constitue pas un risque de pollution majeur pour les eaux de la nappe alluviale étudiée.

Les composés azotés

- Les nitrites : Le tableau 3 montre une variation remarquable des teneurs en nitrites. Sur les 33 points de prélevemen , onze (11) ont des concentrations supérieures à la norme. Pour le reste, les teneurs sont inférieures à la valeur admissible par les normes algériennes (0,1 mg/l). De ce fait, les eaux étudiées sont éxposées à un risque de pollution par les nitrites.

- Les nitrates : D’après le tableau 6, on remarque une variation importante des

teneurs en NO2ˉ qui oscillent entre 0,94 mg/l (forage O 7B) et 25,85 mg/l (forage

ERIAD), mais restent inférieures à la valeur admissible par les normes algériennes (50 mg/l). De ce fait, les eaux étudiées ne sont pas assujetties à un risque de pollution par les nitrates.

Les chlorures (Cl-) : Les teneurs enregistrées pour les différents points montrent des valeurs importantes qui dépassent la norme de potabilité fixée à 250 mg/l (ADE, Bejaia). On signale que 70 % des forages et puits dépassent cette norme.

Titre Alcalimètre Complet ou Total Alkalinity (TAC) : Les valeurs de TAC varient de 3,2 °F à 32 °F. (Tab.3). Selon les normes Algériennes de l’eau potable pour

27

puits Oued Ghir

20,5

6,85

1470

3,26

0 0

,4 0

,037 1

56,2 0

,09 0

10,8

- 3

17,15 5

8,6

28

Puits Mellala

19,1

6,73

1640

4,35

0 1

,2 0

,021 1

91,7 0

,092 0

9,2

- 3

50,73 6

8 2

9 P

2 1

6,3 7

1770

4,63

0 0

,3 0

,013 2

62,7 0

,107 0

15,2

- 2

59,5 8

3,4 3

0

puits Bir Slam

18,2

6,84

2500

0 1

,4 0

,02 4

26 0

,085 0

8,5

- 3

67,5 8

7,6 3

1 P

1 - 7

,1 2

500 0

0,8

0,02

305,3

0,083

0 2

0,7 -

368,26

91,2

32

Puits ferme abadi

17,6

7,34

1350

4,7

0 3 0

,015 2

13 0

,056 0

11,6

- 2

46,25 5

0,4

33

Forage djbira

16,5

6,99

878

5,5

0 0

,5 0

,015 6

3,9 0

,107 0

7,9

- 3

17,71 4

5,6

186

le TAC, fixée à 40,00 °F (ADE, 2006), les valeurs obtenus pour les eaux des forages sont dans les normes.

La dureté (TH) Les taux moyens de TH varient entre 34 et 111 °F. En comparant avec les normes

Algériennes de l’eau potable pour le TH, fixée à 50,00 °F (ADE, 2006), les valeurs de TH dans 27 points de prélèvement dépassent cette norme (Tab.3). Conclusion

A l’issue de cette étude, il ressort que Bejaia dispose de potentialités en eaux importantes mais très aléatoire. Plusieurs infrastructures hydrauliques sont réalisées pour la mobilisation de ces ressources (Barrages d’Ighil Emda et de Tichi Haf d’une capacité de 234 Hm

3 et 43 retenues collinaires d’une capacité de 2Hm

3, 190 forages, 16 000 puits et 850 sources) pour satisfaire les besoins des différents secteurs de la région.

Du point de vue qualitatif, les analyses physico-chimiques ont révélé que l’eau de l’oued

Soummam au niveau des neuf stations étudiées présente une pollution accrue et la majorité des paramètres mesurés ne sont pas conformes aux normes exigées (278,35<DCO<1168 mg/l, MES >163 mg/l, NO2

- >1,3 mg/l),SO42- >772,2 mg/l, Cl- >150 mg/l), PO4

3- > 0,2 mg/l). La turbidité oscille entre 183 et 647 mg/l et dépasse les normes dans toutes les stations. Ceci a provoqué la baisse de la concentration en OD à des valeurs < 5 mg/l. La qualité de l’eau est

nettement dégradée ce qui est dû à des acteurs anthropiques (rejets domestiques et industriels) et naturelles (faible débit en étiage, et survenue des crues). Les sources de pollution de l’oued sont nombreuses. On compte 05 établissements industriels polluants et 33 stations lavage graissage, 58 huileries, 26 décharges non contrôlées. À cela s’ajoute un volume

important d’eaux usées domestiques déversé par les communes de la vallée qui atteint 29 810 m3/j. Le volume des rejets annuel vers l’oued Soummam est alarmant (165.105 m3/an). Les rejets urbains constituent près des trois quarts du volume total des rejets [10].

Pour les eaux souterraines, les résultats montrent que les eaux de la nappe alluviale de la Soummam sont exposées à la pollution par les sulfates (dans plus de 75% des forages, SO4

2- > 250 mg/l), les chlorures (oscillent entre 106,5 et 1022,4 mg/l) et nitrites (NO2

- > 2 mg/l).

Il est donc nécessaire de préserver la qualité de ces ressources en eau, notamment les eaux de surface qui sont vulnérables face aux diverses pollutions (rejets urbains et industriels, pratiques agricoles).

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188

Analyse économique de la recharge artificielle de la nappe souterraine par les eaux usées traitées: cas de Korba

Ali CHEBIL(1), Hssen KHEMIR(2), Noureddine GAALOUL(1), Aymen FRIJA(2) 1Institut National de Recherches en Génie Rural, Eaux et Forêts (INRGREF)

B.P. 10 - 2080 Ariana, Tunisie

Tél. : +216 71 / 719 630 ; Fax : +216 71 / 717 951

Email: [email protected] 2Ecole Supérieure d’Agriculture de Mograne,

1121 Mograne, Tunisie

Résumé

Le présent travail vise à évaluer la rentabilité économique de la recharge artificielle de la nappe de Korba (site pilote) par les eaux usées traitées. La méthodologie adoptée dans ce travail consiste à comparer les résultats économiques (valeur actualisée nette) de deux scénarios: avec et sans recharge par les eaux usées traitées. Les résultats de l’analyse montrent

que les valeurs actualisées nettes sont sensibles aux superficies affectées par le projet et le coût de traitement. Ce projet est rentable pour les deux premiers scénarios (Rayon = 5 kilomètres et Rayon = 4 kilomètres) si le coût de traitement tertiaire d’un mètre cube ne

dépasse pas 0,55 DT. Pour le troisième scénario (Rayon = 3 kilomètres), le projet est rentable si le coût de traitement tertiaire ne dépasse pas 0,25 DT par mètre cube

Mots-clés : Salinisation, recharge artificielle, analyse coûts-avantages, Korba.

Abstract

The main objective of the this paper is to examine the costs and benefits of Artificial Groundwater Recharge (AGR). The extended cost-benefit analysis has been used for this purpose. The Net Present Value (NPV) of two scenarios (no remediation action is taken and AGR) has been computed. The empirical results of this method to the pilote site Korba-Mida show that the NPV depends of the affected surface areas by the project. The sensitivity analysis indicates that AGR is profitable for the surface area with radius superior to 4 km if the cost of tertiary treatment of one cubic meter does not exceed 0.55 Tunisian National Dinar. For the surface area with a radius of 3 km, the project is profitable if the cost of tertiary treatment does not exceed 0.25 Tunisian National Dinar per cubic meter.

Key-words: Salinization, artificial groundwater recharge, cost-benefit analysis, Korba.

1. Introduction

La Tunisie est peu dotée en eau ce qui nécessite l’intervention de l’Etat pour les protéger et aider les agriculteurs à optimiser leurs usages. Malgré la mise en œuvre de

plusieurs instruments de gestion de l’eau souterraine, la Tunisie n’a pas pu échapper à la surexploitation de cette ressource à cause d’une demande galopante et en perpétuelle

croissance.

189

La surexploitation des nappes en Tunisie a entrainé le rabattement de leurs niveaux piézométriques et souvent la dégradation de leurs qualités par le phénomène de l’intrusion

d’eau saline de la mer ou des sebkhas. C’est le cas de la nappe côte orientale du Cap Bon.

L’exploitation des ressources en eau souterraine de cette nappe a presque doublé, au cours des dernières décennies, et s’est accompagnée par la dégradation notable de la qualité des eaux souterraines. Les chiffres annuels officiels sont de 55 millions de mètre cube pour le prélèvement et de 50 millions de mètre cube pour les ressources renouvelables (DGRE, 2005). Des périodes de sécheresse prolongées accompagnées de pompages excessifs ont profondément perturbé l’équilibre de la nappe de la côte orientale et ont favorisé le phénomène de l’intrusion marine.

Depuis longtemps, l’Etat a intervenu dans cette zone à l’aide de plusieurs instruments de gestion des eaux souterraines afin de réduire cette demande excessive. Parmi les instruments de gestion, nous pouvons citer le transfert de l’eau du Nord, les subventions du matériel d’économie d’eau qui peuvent aller jusqu’à 60% pour le goutte à goutte et la création des zones rouges d’interdiction. Au niveau de ces dernières zones d’interdiction et de sauvegarde, il est interdit de créer des nouveaux puits. Malgré tous ces instruments visant à remédier la dégradation, les résultats en terme de stabilisation du niveau piézométrique ont été négligeables. Ainsi, les pouvoirs publics ont encouragé l’amélioration de l’offre notamment la recharge artificielle (RA) des nappes avec les eaux usées traitées (EUT).

Dans ce contexte, le commissariat régional de développement agricole de Nabeul a mis en place un site pilote localisé à Korba pour la RA de la nappe à partir des EUT de la station d’épuration.

L’objectif principal de notre travail est d’évaluer la rentabilité économique de la RA des nappes par les EUT du site pilote Korba-El Mida, en intégrant la composante environnementale et en utilisant la méthode coûts-bénéfices élargie. L’analyse économique

de ce type de recharge a été réalisée par Koussis et al. (2010) au Grèce, Shammas et Thunvik (2009) à Salalah (Oman) et Krishna (2008) à Texas (Etats Unis). Cependant, en Tunisie, elle s’applique pour la première fois.

Le reste de la communication sera divisé en cinq parties principales. La deuxième partie est consacrée à la méthodologie. La troisième partie débute par une présentation de la zone d’étude et fournit les sources des données. Les résultats empiriques sont exposés dans la

quatrième partie. Finalement, ce travail se termine par une conclusion générale.

2. Méthodologie

Dans les sciences économiques, nous assumons que l'objectif global de n'importe quelle décision est la maximisation du bien-être de l'humain avec le temps. Des avantages de l’intervention peuvent effectivement être exprimés en tant que « dommage à éviter ». Des dommages de ligne de base peuvent être exprimés comme fonction D (t), dommages qui se produisent quand aucune mesure n'est prise (scénario sans projet). Dans ce cas, le déséquilibre s’aggrave avec le temps (Hardisty and Ozdemiroglu, 2004). D (t) peut en fait être une fonction complexe, selon la nature du contaminant (l’intrusion du biseau salé), la vitesse du mouvement (l’augmentation annuelle de la salinité des eaux souterraines), les capitaux au

risque (les ressources en eau souterraine) et la valeur économique de ces capitaux. Le t1 est le point auquel les mesures correctives sont prises. Au point ‘A’ l’intervention sert à diminuer

ou fixer les futurs dommages comme le montre la figure 1.

190

Figure 1 : Bénéfices de l’intervention : dommages à éviter

Cette méthode du coût de rémédiation parait la méthode la plus adéquate dans ce contexte. Elle se base sur l’analyse coûts-bénéfices élargie (ACB). Le principal avantage de cette analyse est qu’elle tient compte des coûts et bénéfices qui ne sont pas nécessairement reflétés par des transactions sur le marché

Une ACB élargie comporte deux aspects supplémentaires très importants :

- L’évaluation des bénéfices environnementaux. Cela permet de tenir compte des bénéfices non financiers de l’amélioration de la qualité de l’environnement.

- L’étude des coûts pour la société, par opposition aux coûts pour les personnes privées (Katharine B., et al, 2005).

L’évaluation économique des projets se base sur la comparaison des coûts et les

bénéfices escomptés d’un projet déterminé. Cette comparaison doit prendre en compte la dimension temporelle. En effet, pour tout projet d’investissement les flux de dépenses et de

bénéfices sont répartis dans le temps d’une manière inégale.

Mathématiquement la formule de calcul de la valeur actualisée nette (VAN) en tenant compte des externalités positives et négatives d’un projet déterminé s’exprime comme suit :

Avec :

VAN : Valeur actualisé nette exprimée en Dinars

BDt : Bénéfice direct de l’année t exprimé en Dinars

CDt : Coût direct de l’année t exprimé en Dinars

BEt : Bénéfice environnemental (externalité positive) obtenue à l’année t suite à un

investissement exprimé en Dinars

CPt : Coût de la protection environnementale à l’année t exprimé en Dinars

191

CEt : Coût de l’impact environnemental (externalité négative) à l’année t exprimé en

Dinars

T : Durée du projet exprimé en nombre d’année

i : Taux d’actualisation sociale exprimé en pourcentage

A chaque fois qu’on a une VAN supérieure ou égale à zéro le projet est jugé rentable.

Autrement dit, il est nécessaire de démontrer que les bénéfices de la RA de la nappe par les EUT soient supérieurs aux coûts. Pour appliquer cette méthode dans notre cas, plusieurs données ont été collectées pour identifier et évaluer en terme monétaire les différents coûts et bénéfices du projet afin d’évaluer la rentabilité économique du projet de RA de la nappe de

Korba.

3.Zone d’étude et sources des données

3.1. Présentation de la zone d’étude

La région du Cap-Bon est localisée au Nord-est du pays. Elle est limitée au Sud-est par la mer Méditerranée, au Sud par le gouvernorat de Sousse et à l’Ouest par les

gouvernorats de Zaghouan et de Ben Arous. Au niveau du gouvernorat du Nabeul, on s’intéresse essentiellement à l’aquifère de la Côte Orientale qui occupe une superficie

d’environ 475 Km2 (figure 2) et qui s’étend depuis Beni Khiar jusqu’à Kélibia sur environ 45

Km. Il est limité à l’Ouest par Djebel Sidi Abderrahmane, au Nord par Oued H’jjar (ville de

Kélibia), à l’Est par la mer Méditerranée et au Sud par la région de Béni Khiar.

Figure 2 : Localisation géographique de la nappe de la côte orientale

La zone d’étude appartient à l’étage bioclimatique semi-aride supérieur à hiver doux. La région de Korba appartient à une zone modérément pluvieuse. La pluviométrie moyenne annuelle comprise entre 400 et 500 mm, avec des irrégularités temporelles. Les températures extrêmes absolues peuvent atteindre plus de 25° C pendant 4 mois (Juin, Juillet, Août et Septembre) et chuter jusqu’à 8 °C en Janvier. L’évaporation mensuelle est importante (autour

de 1 300 mm/an).

192

Les ressources en eaux de la côte orientale sont de quatre types :

- Les eaux de surface mobilisées par les barrages et les lacs collinaires. - Les eaux souterraines, l’essentiel de ces eaux est situé dans les plaines - Les eaux usées traités des stations d’épuration. - L’allocation de transfert par le canal Medjerda- Cap-Bon.

La nappe s'étend sur une longueur de 45 Km le long de la côte orientale du Cap Bon. Le réservoir de la nappe est constitué par des dépôts quaternaires dont l'épaisseur maximale dépasse les centaines de mètres et des sables du Pliocène (Ennabli, 1980).

La nappe phréatique est fortement rabattue par les pompages, elle est déprimée sous le niveau de la mer, jusqu'à -5 m de profondeur entre Korba et Menzel Heur et sur 5 Km du rivage. Elle est exploitée par 9349 puits de surface dont 6149 puits équipés. Les prélèvements sur ces puits s'élèvent à 55 Mm3/an (DGRE, 2005).

La salinité de la nappe phréatique a atteint 7 et 8 g/1 au Nord de Korba et au Sud de Diar el Hojjej. Entre Korba et Tafelloune, la salinité est au autour de 5 g/1. Ceci confirme l'hypothèse de l'invasion marine indiquée par la piézométrie négative de la nappe phréatique dans ce secteur.

Le site pilote est situé à environ 300 m au Nord de la station d'épuration de Korba située dans la région d'elMida. II est distant de 1,5 Km de la côte, il se trouve aux environs de l'altitude 15 m (Figure 3).

Figure 3: Localisation géographique du site de RA de Korba (Google Earth, 2010)

3.2. Description de la station de traitement des eaux de Korba La STEP de Korba qui a été mise en service en Juillet 2002, est dimensionnée pour un

débit de 7500 m3/j. Elle reçoit actuellement de l'ordre de 5000 m3/j. Elle dispose d'un traitement secondaire par boues activées et d'un lagunage de traitement tertiaire.

Du volume produit par la STEP, 3000 à 4000 m 3/j sont prélevés pour alimenter la

193

lagune de Korba afin de compenser le rejet des eaux usées qui s'y faisait avant la construction de la STEP. Le volume disponible serait donc compris entre 3500 et 4500 m3/j. Les ouvrages de la recharge ont été dimensionnés sur la base d'un débit de 1500 m3/j.

3.3. Description du dispositif de recharge Le dispositif comporte trois bassins dont deux sont en fonctionnement alterné et l'autre

au repos. Les deux bassins en service sont alimentés alternativement par bâchées d'eau résultant de la vidange d'un bassin tampon.

Les bassins d'infiltration sont creusés dans le sol sur une profondeur minimale de 1,5 m, leurs fonds sont recouverts d'une couche de sable propre de 0.25 m d'épaisseur, constituant la plage d'infiltration et leurs berges sont maçonnées pour les protéger contre l'érosion et l'éboulement. Les bassins sont de forme rectangulaire de 1500 m2 de superficie (50 m x 30 m) soit au total une plage d'infiltration de 4500 m2. Chaque bassin est accessible par une rampe d'accès de pente 15 % et de 3 m de largeur permettant l'accessibilité des engins au cours des opérations d'entretien.

Le contrôle de l'évolution du niveau et de la qualité de la nappe sera assuré par un réseau constitué de 12 puits de surface, 12 piézomètres d'une vingtaine de m de profondeur, 3 piézomètres de faible profondeur (7 m), destinés à contrôler l'apparition ou pas, sous l'effet de la recharge, d'une nappe perchée sur la couche gréseuse superficielle et 6 piézomètres anciens équipés d'enregistreurs (niveau et conductivité).

Les travaux de construction du site pilote de RA de la nappe de la Côte orientale du Cap Bon ont été entamés au mois d'août 2006 et ont été achevés définitivement au mois de mars 2008. La mise en eau du site et le démarrage officiel des opérations de recharge a eu lieu le 24 décembre 2008.

3.4. Sources et collecte des données

Les données nécessaires pour l’élaboration de ce travail ont été acquises de plusieurs

sources d’information :

- Suivi de la salinité et du niveau piézométrique à partir des travaux de recherche publiés (El Ayni et al., 2011; Gaaloul et al., 2011; Zghibi A., 2007) et de l’étude de faisabilité

avant projet (BURGEAP/STUDI, 2006)

-La valeur locative des terres selon le degré de salinité de l’eau des puits (classe des terres) à partir d’une enquête auprès des 21 experts agriculteurs de la zone d’étude:

Les terres avec salinité moyenne : [0 ; 5 g/l ]

Les terres avec salinité élevée : [5 ; 8 g/l ]

Les terres abandonnées : salinité très élevée > 8 g/l

La répartition de départ (2008) de la terre par classe de salinité selon Gaaloul et al. (2011) est comme suit :

- Classe 1 : 90 % - Classe 2 : 6 % - Classe 3 : 4%

En se basant sur l’évolution globale annuelle moyenne de la salinité avant le projet

ainsi que celle durant les trois années de fonctionnement du projet, le passage des terres d’une classe à l’autre va se traduire par un passage de la valeur de la terre. La conséquence de cette évolution est un passage des superficies d’un type à l’autre selon les scénarios :

194

Scénario sans projet : le passage est dans le sens d’une dégradation de plus en plus accentuée : classe 1classe 2classe 3

Scénario avec projet : tout d’abord, le passage est dans le sens d’une dégradation mais moins accentuée que le scénario précédent. Cette situation s’améliorera dans le temps jusqu’à arriver à éviter l’augmentation de la salinité. Le coût de traitement d’un m3 d’EUT des trois dernières années (2009, 2010, 2011) dans la

station d’épuration de Korba et les quantités d’EUT injectées dans la nappe durant les mêmes années sont collectées auprès de la direction du STEP de Korba.

4. Résultats empiriques

Le taux d’escompte qu’on a utilisé est de 4 % et l’analyse a été réalisée sur un horizon

temporel de 30 ans (durée de vie du projet). L’effet de la recharge est considéré circulaire. Dans notre cas, vu que le site est très proche de la mer, l’effet est uniquement un demi-cercle. Dans cette analyse, nous avons supposé un rayon de 5 km. Selon Gaaloul et al. (2011), l’effet

spatiale d’un projet de RA peut atteindre une cercle de rayon 10 Km selon les quantités d’eau

injectées et les caractéristique hydrodynamiques de la nappe.

L’évolution annuelle de la salinité globale est comme suit :

Scénario sans projet : La salinité globale évolue vers la dégradation avec 10 % chaque année.

Scénario avec projet : La salinité globale évolue aussi vers le sens de la dégradation mais seulement avec 8 % durant les trois premières années du fonctionnement du projet. Ce pourcentage va être atténué avec 2 % jusqu’à 2021 a partir duquel la qualité de l’eau de la nappe va se diriger vers l’amélioration avec 1% pour chaque année jusqu’à la fin de vie du projet.

La valeur locative par classe de terre est comme suit :

-1000 DT pour la classe 1 (1DT≈0,5 euro) - 800 DT pour la classe 2 - 500 DT pour la classe 3

4.1. Estimation des coûts

Les coûts du projet sont essentiellement :

Coût d’installation du projet

Il comprend le coût de la terre sur laquelle le projet est installé ainsi que les coûts des travaux d’installation des aménagements de la RA (Tableau 1).

Tableau 1 : Coûts d’installation du projet

Coût de la Terre (1000 DT)

Coût des travaux (1000 DT)

Coût d’installation(1000 DT)

89,200 671 760,200

Source: BURGEAP/STUDI ( 2006)

Coût de l’eau à injecter

Le degré de traitement de l’eau avec lequel la RA du site de Korba est entrain de

s’effectuer est secondaire. Le coût de traitement d’un mètre cube est supérieur à 0,1 DT. Le

195

volume annuel injecté est fixe et de l’ordre de 450.000 m3 (1500 m3/j) à l’exception de

l’année zéro (2008) qu’au cours de laquelle seulement 37.500 m3 ont été injectés (Mise en

marche du projet Décembre 2008). Le coût total de l’EUT injecté est de l’ordre de 1.353,750 mille DT.

Coût d’entretien et des salariés

L’entretien annuel du projet coûte 1.000 DT. Le projet nécessite deux ouvriers avec

350 DT comme salaire mensuel. En totale et durant la vie du projet, les coûts d’entretien et

des salaires sont 120,294 mille DT.

Coût environnemental

L’effet négatif de ce projet selon El Ayni et al. (2011) est la contamination de la nappe par le Nitrate et les bactéries. Le coût de cette contamination est calculé par l’écart entre le

coût de traitement actuel et celui du traitement tertiaire (avec lequel ces effets négatifs seront éliminés). Le coût de traitement tertiaire d’un mètre cube est au voisinage de 0,3 DT selon Zekri et al. (1997). Donc, les coûts totaux des externalités négatives sont de l’ordre de 2.707, 500 mille DT.

4.2. Estimation des bénéfices

Les bénéfices sont évalués par les gains annuels en termes de valeur locative de la totalité des terres affectées par le projet par rapport au scénario sans projet (Zekri et al., 1997). Ces bénéfices sont les coûts des dommages à éviter avec le projet de recharge. Durant les 30 ans de vie du projet elles seront de l’ordre de 18.693,640 mille DT.

4.2.1. Comparaison des coûts et bénéfices actualisés

Les différents coûts du projet sont présentés dans le tableau 2.

Tableau 2 : Les différents coûts du projet

Coût Montant (1000 DT) Montant actualisé (1000 DT)

Coût d’installation 760,200 760,200

Coût de l’EUT 1.353,750 781,891

Coût d’entretien et des

ouvriers 120,293 61,058

Coût d’externalité

négative 2.707,500 1.563,783

Total des coûts 4.941,743 3.166,932

Source : Nos calculs

Les bénéfices actualisés sont estimés à environ 8.489,128 mille DT. La VAN du

196

projet est de l’ordre de 5.141,671 mille DT et le TRI est 14,46 %.

Tableau 1 : La VAN du projet à 4 % comme taux d’escompte et sur une superficie d’un demi cercle de rayon 5 Km.

Montant actualisé (1000 DT)

Coûts actualisés 3.166, 932

Bénéfices actualisés 8.489,128

VAN 5.322,196

Source Nos calculs

4.3. Analyse de sensibilité

Nous avons calculé la VAN, avec des coûts de traitement tertiaire allant du 0,25 jusqu’à 0,7 DT/m3, pour trois scénarios de rayon du demi cercle d’effet du projet (R = 5Km,

4Km et 3Km). Nous considèrons que l’augmentation du coût de traitement améliore la qualité des EUT utilisées pour la recharge et par conséquent permet d’éviter la contamination

des eaux souterraines. Les résultats de cette analyse économique sont présentés dans le tableau 4 suivant.

Tableau 2 : Sensibilité de la VAN du projet en fonction de coût de traitement et des superficies affectées par le projet (1000 DT)

Coût de traitement tertiaire (DT/m3)

Superficies affectées par le projet

R=5Km (3925ha)

R=4Km (2512ha) R=3Km (1413ha)

0,25 5.517,580 2.579,036 293,501

0,3 5.141,671 2.203,126 -82,408

0,35 4.765,761 1.827,217 -458,317

0.4 4.389,852 1.451,307 -834,2274

0.45 4.013,943 1.075,398 -1.210,136

0,5 3.638,033 699,489 -1.586,045

0,55 3.262,124 323,579 -1.961,955

0,6 2.886,214 -52,329 -2.337,865

0.65 2.510,305 -428,239 -2.713,774

0.7 2.134,396 -804,148 -3.089,684

Source: Nos calculs

197

Figure 3 : Sensibilité de la VAN du projet suivant le coût de traitement tertiaire et les superficies

affectées

L’analyse montre que les valeurs de la VAN sont très dépendantes des superficies affectées par le projet. Ainsi, la VAN est positive à un coût de traitement tertiaire inférieur ou égal à 0,55 DT pour les deux scénarios R=4 Km et R=5 Km.

En général, ce projet est rentable pour les deux premiers scénarios (R=5Km et R=4Km) si le coût de traitement tertiaire d’un mètre cube d’EUT ne dépasse pas les 0,55 DT. Pour le troisième scénario (R=3 Km), le projet est rentable si le coût de traitement tertiaire ne dépasse pas 0,25 DT par mètre cube.

5. Conclusion générale

La recharge artificielle de la nappe de Korba par les eaux usées traitées est une solution complémentaire pour corriger l’ensemble des problèmes d’intrusion marine dans la

région du Cap Bon en Tunisie.

Dans ce travail, nous avons effectué une évaluation économique du projet de recharge artificielle des nappes par les eaux usées traitées du site pilote Korba-El Mida (localisé dans la zone susmentionnée) en intégrant la composante environnementale. Pour atteindre cet objectif, la méthodologie coûts-bénéfices élargie a été utilisée. Elle consiste à faire une analyse coûts-bénéfices par l’adoption de la méthode du coût de rémédiation. Le travail est basé sur une comparaison entre deux scénarios (avec et sans projet de la recharge). Les bénéfices du projet sont les dommages à éviter en termes de valeur locative des terres affectées par le projet.

Les résultats de l’analyse montrent que la valeur actualisée nette est très dépendante

des superficies affectées par le projet. Ce projet est rentable pour les deux premiers scénarios (Rayon = 5 kilomètres et Rayon = 4 kilomètres) si le coût de traitement tertiaire d’un mètre

cube ne dépasse pas 0,55 DT. Pour le troisième scénario (Rayon = 3 kilomètres), le projet est rentable si le coût de traitement tertiaire ne dépasse pas 0,25 DT par mètre cube.

-4000000

-3000000

-2000000

-1000000

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

0,25 0,3 0,35 0.4 0.45 0,5 0,55 0,6 0.65 0.7

R=5Km (3925ha)

R=4Km (2512ha)

R=3Km (1413ha)

198

Notre analyse pourrait être améliorée tout en comptabilisant d’autres coûts et

bénéfices dans le futur pour analyser la rentabilité économique. Ainsi, d’autres bénéfices non marchands tels que l’amélioration des connaissances scientifiques et la création d’emploi

pourraient être capitalisés.

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