This article was downloaded by: [Florida Atlantic University]On: 02 October 2013, At: 07:49Publisher: Taylor & FrancisInforma Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office: Mortimer House,37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH, UK

Hydrological Sciences JournalPublication details, including instructions for authors and subscription information:http://www.tandfonline.com/loi/thsj20

Origine de la salinité et des principaux élémentsmajeurs des eaux de la nappe phréatique de la plainede Ghriss, Nord-Ouest algérienBelkacem Bekkoussa a , Herve Jourde b , Christelle Batiot-Guilhe b , Mohamed Meddi c ,Abdelkader Khaldi a & Habib Azzaz aa Laboratoire des Sciences et Techniques de L'Eau, Faculté des Sciences et Technologies ,Université de Mascara , BP 763 route de Mamounia, Mascara , 29000 , Algérie E-mail:b Laboratoire HydroSciences Montpellier , Université Montpellier 2, Maison des Sciences del'Eau, place Eugène Bataillon , CC MSE, F-34095 Montpellier Cedex 5, Francec LGEE-Ecole Nationale Supérieure de l'Hydraulique, BP 31 , Blida , 09000 , AlgériePublished online: 28 May 2013.

To cite this article: Belkacem Bekkoussa , Herve Jourde , Christelle Batiot-Guilhe , Mohamed Meddi , Abdelkader Khaldi &Habib Azzaz (2013) Origine de la salinité et des principaux éléments majeurs des eaux de la nappe phréatique de la plaine deGhriss, Nord-Ouest algérien, Hydrological Sciences Journal, 58:5, 1111-1127, DOI: 10.1080/02626667.2013.800639

To link to this article: http://dx.doi.org/10.1080/02626667.2013.800639

PLEASE SCROLL DOWN FOR ARTICLE

Taylor & Francis makes every effort to ensure the accuracy of all the information (the “Content”) containedin the publications on our platform. However, Taylor & Francis, our agents, and our licensors make norepresentations or warranties whatsoever as to the accuracy, completeness, or suitability for any purpose of theContent. Any opinions and views expressed in this publication are the opinions and views of the authors, andare not the views of or endorsed by Taylor & Francis. The accuracy of the Content should not be relied upon andshould be independently verified with primary sources of information. Taylor and Francis shall not be liable forany losses, actions, claims, proceedings, demands, costs, expenses, damages, and other liabilities whatsoeveror howsoever caused arising directly or indirectly in connection with, in relation to or arising out of the use ofthe Content.

This article may be used for research, teaching, and private study purposes. Any substantial or systematicreproduction, redistribution, reselling, loan, sub-licensing, systematic supply, or distribution in anyform to anyone is expressly forbidden. Terms & Conditions of access and use can be found at http://www.tandfonline.com/page/terms-and-conditions

1111Hydrological Sciences Journal – Journal des Sciences Hydrologiques, 58 (5) 2013http://dx.doi.org/10.1080/02626667.2013.800639

Origine de la salinité et des principaux éléments majeurs des eaux de lanappe phréatique de la plaine de Ghriss, Nord-Ouest algérien

Belkacem Bekkoussa1, Herve Jourde2, Christelle Batiot-Guilhe2, Mohamed Meddi3,Abdelkader Khaldi1 et Habib Azzaz1

1Laboratoire des Sciences et Techniques de L’Eau, Faculté des Sciences et Technologies, Université de Mascara, BP 763 route deMamounia, Mascara 29000, Algériebekkoub@yahoo.fr2Laboratoire HydroSciences Montpellier, Université Montpellier 2, Maison des Sciences de l’Eau, place Eugène Bataillon, CC MSE,F-34095 Montpellier Cedex 5, France3LGEE-Ecole Nationale Supérieure de l’Hydraulique, BP 31, 09000 Blida, Algérie

Reçu le 4avril 2010 accepté le 13novembre 2012; la discussion concernant cet article est ouverte jusqu’au 1er janvier 2014

Editeur Z.W. Kundzewicz; Editeur associé S. Faye

Citation Bekkoussa, B., Jourde, H., Batiot-Guilhe, C., Meddi, M., Khaldi, A., et Azzaz, H., 2013. Origine de la salinité et des principauxéléments majeurs des eaux de la nappe phréatique de la plaine de Ghriss, Nord-Ouest Algérien. Hydrological Sciences Journal,58 (5), 1111–1127.

Résumé L’origine de la salinité dans les eaux de la nappe Plio-Quaternaire de la plaine de Ghriss (Nord-Ouest de l’Algérie) et la compréhension de ses comportements hydrodynamiques et géochimiques, en réponseà certains forçages naturels et anthropiques, ont été approchées par l’étude combinée des rapports ioniques etd’analyses statistiques des données hydrochimiques. Cette étude a identifié l’alimentation latérale de l’aquifèrePlio-Quaternaire par les deux principaux aquifères de la région. La salinisation des eaux de la nappe Plio-Quaternaire résulte essentiellement de la dissolution des évaporites (halite et gypse), de l’infiltration des eauxde ruissellement, et du retour à la nappe des eaux d’irrigation qui sont chargées en sels initialement reconcentrésdans le sol ou dans la zone non saturée. Les concentrations élevées en nitrates et en chlorures sont l’indice d’unepollution anthropique d’origine urbaine ou agricole qui affecte toute la plaine de Ghriss en proportions variables.

Mots clefs aquifère Plio-Quaternaire; salinité; éléments majeurs; hydrochimie; plaine de Ghriss; zone semi-aride

Origin of salinity and principal major elements in the Plio-Quaternary aquifer of the Ghriss plain,northwest AlgeriaAbstract The study of the origin of the salinity in the groundwater of the Ghriss Plio-Quaternary aquifer (north-west Algeria) and the understanding of its hydrodynamical and geochemical behaviours, in the context of naturaland anthropogenic constraints, was approached by a combined study of ionic ratios and statistical analyses ofhydrochemical data. The hydrochemical study identified lateral feeding of the Plio-Quaternary aquifer by the twoother principal aquifers of the region. The groundwater salinization of the Plio-Quaternary aquifer results essen-tially from the dissolution of evaporites (halite and gypsum), from the infiltration of runoff water and from thereturn to the aquifer of irrigation water that is loaded with salts that were initially concentrated in the soil or in theunsaturated zone. The high concentrations of nitrates and chlorides are indicators of anthropogenic pollution, ofurban or rural origin, which affects the whole Ghriss plain to various extents.

Key words Plio-Quaternary aquifer; salinity; major elements; hydrochemistry; Ghriss plain; semi-arid zone

INTRODUCTION

La plaine de Ghriss est une région à climat semi-aride, située dans le Nord-Ouest algérien. Elle estactuellement confrontée à un déficit en eau préoc-cupant qui a des répercussions défavorables sur son

développement socio-économique. Les eaux souter-raines y constituent la seule ressource en eau potablepour une population locale estimée à 320 800 habi-tants. Elle contribue également à l’irrigation deplus de 8000 ha de terres agricoles (DPAT 2005).L’intensification des activités agricoles, la croissance

© 2013 IAHS Press

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Atla

ntic

Uni

vers

ity]

at 0

7:49

02

Oct

ober

201

3

1112 Belkacem Bekkoussa et al.

démographique et les conditions climatiques défavor-ables, à savoirune sécheresse persistante depuis plusde 30 ans et une évaporation très importante, sontdes facteurs qui contribuent d’une part à la diminu-tion des réserves du système aquifère de la plaine deGhriss (Bekkoussa et al. 2008), et d’autre part à ladégradation de la qualité de ces eaux souterraines.En dépit des restrictions de pompage imposées parles gestionnaires de l’eau, le niveau de la nappe Plio-Quaternaire de la plaine de Ghriss n’a cessé de baisserentre 1970 et aujourd’hui, cette baisse atteignant prèsde 50 m pour certains puits. Actuellement, les con-centrations en sels et de certains éléments chimiquesdépassent ponctuellement les normes internationalesfixées par l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé)et les directives de l’Union européenne pour les eauxdestinées à la consommation humaine (Rodier et al.1996).

Dans ce travail, on analysera les donnéesgéochimiques (éléments majeurs et grandeursphysico-chimiques) collectées durant l’année 2001.Les puits échantillonnés sont destinés à la surveil-lance des eaux souterraines de la région. L’objectifde ce travail est de proposer un modèle conceptuelexpliquant l’origine de la salinité et les processusd’acquisition de la minéralisation des eaux de lanappe Plio-Quaternaire de la plaine de Ghriss.

CADRE GENERAL

Située au Nord-Ouest algérien, entre 35◦07′ et 35◦31′de latitude Nord et entre 0◦0′ et 0◦26′ de longitude Est(Fig. 1), la plaine est limitée au Nord par les monts

de Béni Chougrane, au Sud par les monts de Saida,à l’Ouest par les monts de Bouhanifia et à l’Est parle plateau de Tirenifine (Fig. 1). La plaine de Ghrissoccupe une superficie de 600 km2. Elle fait partie dubassin versant de l’Oued Fekan qui s’étend à son toursur une superficie de 1185 km2. La plaine correspondà une étendue plane (470 m d’altitude moyenne),surplombée par des reliefs de bordure élevés,jusqu’à 1100 m d’altitude au Sud (montagne deNesmoth).

C’est une région à climat semi-aride oùles précipitations moyennes annuelles sontégales à 313 mm/an pour la période 1976–2001(Bekkoussa et al. 2008). Pour la même période,l’évapotranspiration réelle a été estimée à 289 mm/anet la température moyenne annuelle à 16,5◦C; la pluiecumulée entre décembre et février correspond enmoyenne à 37% du total pluviométrique annuel.Les pluies de printemps et d’automne correspondentrespectivement à 30% et 28% de ce total, alors queles pluies d’été, qui sont à caractère orageux ettorrentiel, ne représentent que 5% de celui-ci. Lazone ne présente pas de variabilité pluviométriquespatiale très importante, bien que les reliefs soientplus arrosés que la plaine centrale. Les températuressont élevées durant la période de juin à août avec desvaleurs maximales dépassant parfois 40◦C pendant lajournée, ce qui favorise l’évaporation des eaux de lanappe superficielle (nappe Plio-Quaternaire).

Les oueds de la plaine ont des écoulements nonpérennes avec des débits moyens annuels très faiblesou nuls. Aucun barrage ou retenue d’eau artificielleou naturelle n’existe dans la région étudiée.

∗

1° 10 W 1° 43 E

36° N

34° 30 N

ALGERIE

Mer Méditérranée

Oran

Mostaganem

Mohammadia

Ain Temouchent

Sidi-bel-abbes

Relizane

Mascara

Tiaret

Saida

50 km

Fig. 1 Situation géographique du bassin de la plaine de Ghriss.

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Atla

ntic

Uni

vers

ity]

at 0

7:49

02

Oct

ober

201

3

Origine de la SAL & des principaux EM de la nappe de Ghriss 1113

CADRE GEOLOGIQUE

La plaine de Ghriss est une entité hydrogéologiquebordée par des reliefs aux aspects géologiquesdivers:

Au Nord et au Nord-Ouest de la plaine se trou-vent les versants Sud des monts Beni Chougraneformés de terrains très plissés possédant une ossat-ure crétacée et un recouvrement tertiaire très épais.Le Crétacé marneux et marno-calcaires à semellede Trias gypseux et salifère recouvre les terrains duMiocène. Le Nummulitique (Eocène et Oligocène),marneux et gréseux, est en contact soit avec le Crétacéou le Miocène. Ces assises du Néogène, légèrementplissées, couvrent actuellement, presque en totalité, labordure méridionale des monts des Béni Chougrane.Les limites septentrionales et occidentales de la plainede Ghriss sont formées par des massifs marneux etargileux, recouverts par des terrains plus ou moinsperméables qui vont contribuer à l’alimentation desnappes de la plaine (Assens et al. 1977).

Au Nord-Est de la plaine, et plus précisémentà l’Est de la ville de Tighennif, la surélévation desformations marneuses et argileuses de l’Oligocène etdu Miocène, forme une barrière relativement imper-méable qui limite nettement le bassin versant de laplaine de Ghriss de celui de l’Oued Mina.

La bordure Sud du bassin versant de la plainede Ghriss est formée par les Monts de Saïda. Cesderniers sont constitués par des formations kars-tiques, qui ont subies une intense tectonique cas-sante, et dont subsistent quelques témoins (horstsdes Djebel Emfouss et Bourradou). Cet ensembles’enfonce légèrement vers le Nord ce qui favorisel’écoulement et le drainage de ces eaux d’originekarstique vers la plaine. Au niveau de la sourcede Ain Fekan, cet ensemble calcaro-dolomitique duJurassique supérieur est limité par une faille qui lemet en contact avec les argiles gréseux du Crétacé quiconstitue alors un véritable barrage souterrain. Cetteinterruption brusque de la perméabilité est à l’originede la source d’Ain Fekan.

Le centre de la plaine est une cuvetted’effondrement où se sont déposés des calcaireslacustres (notamment au Nord de cette cuvette), desargiles rouges et des graviers roulés détritiques ainsique des sables fins et des graviers d’âge quaternaire.Les seuls phénomènes tectoniques connus dans laplaine de Ghriss sont les failles d’effondrementdu substratum jurassique (Sourisseau 1972). LeTableau 1 montre la succession des formationsgéologiques de la plus ancienne à la plus récente.

Tableau 1 Unités lithostratigraphiques dans le bassin dela plaine de Ghriss.

Unité stratigraphique Lithologie (épaisseur)

Quaternaire Alluvions (<100 m)Pliocène Grès de l’astien et calcaires

lacustres (40–270 m)Miocène Marnes vertes (≤400 m)Oligocène Formations Argilo-marneuses

avec passages de grès(<100 m)

Eocène Alternance de couchesgréso-calcaires etargilo-marneuses (<50 m)

Crétacé inferieur Calcaires gréseux et grés finsargileux en profondeur(≤100 m)

Jurassique (Kimméridgienet Purbeckien)

Calcaires gris et calcairesdolomitiques (>400 m)

Lusitanien Bancs gréseux et dolomitiques(>150 m)

Callovo-oxfordien Argiles et marnes avecalternances de grés (>250 m)

Trias Formations détritiques et dépôtslagunaires riches en gypse eten halite

CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE

Aquifères exploités

Les études entreprises sur la région ont permisd’identifier trois aquifères régionaux:

Aquifère Plio-Quaternaire Cet aquifère libre,constitué d’alluvions, de calcaires blancs altérésporeux et fissurés, de sables de désagrégation, de grèset de calcaires lacustres, s’étend sur toute la plaine(Fig. 2). Cet aquifère superficiel (encore appelé nappePlio-Quaternaire) est alimenté par l’infiltration deseaux de pluie au travers de son impluvium, à laque-lle il faut ajouter des retours à la nappe dans les zonesirriguées. Il bénéficie également d’apports latéraux enprovenance de l’aquifère du jurassique au Sud et auSud-Est, ainsi que de l’aquifère des calcaires et grèsdu Pliocène au Nord. Son mur est constitué par desmarnes du Miocène. Le niveau de cette nappe varieen moyenne de –6 à –80 m par rapport au sol.

Les écoulements se dirigent vers un exutoirecommun appelé Ain Fekan, qui correspond à unesource actuellement tarie. Le taux d’infiltration estestimé à environ 20% des précipitations sur la plaine(Sourisseau 1972). Les valeurs de transmissivité pourles alluvions de la plaine sont comprises entre 5×10-5

et 10-2 m2/s. La région de Guerdjoum (Fig. 2), situéeau Sud-Ouest de la ville de Ghriss, est la partie la

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Atla

ntic

Uni

vers

ity]

at 0

7:49

02

Oct

ober

201

3

1114 Belkacem Bekkoussa et al.

Fig. 2 Carte géologique simplifiée du bassin de la plaine de Ghriss.

moins perméable de la région avec une transmissiv-ité moyenne de 10-5 m2/s. Ces valeurs sont déduitesdes essais par pompages réalisés sur une cinquantainede puits fermiers à travers toute la région (Sourisseau1972). Cependant, aucune information n’est fourniesur la durée ou les moyens utilisés pour ces essaispar pompage réalisés au début des années 1970.Le coefficient d’emmagasinement varie entre 0,1 et0,25 en moyenne ce qui reflète une porosité élevée del’aquifère Plio-Quaternaire.

Aquifère des calcaires et grès du Pliocène Cetaquifère de calcaires lacustres du Pliocène affleuredans les monts de Béni Chougrane (Fig. 2) au-dessusdes grès de l’Astien avec lesquels ils forment unemême entité hydrogéologique. Au Nord de la ville deTighennif, les affleurements de grès sont assez impor-tants et l’aquifère gréseux devient captif vers le Sud,sous le recouvrement des calcaires lacustres à facièsmarneux. La couche aquifère des calcaires lacustres etdes grès se biseaute sous la plaine et disparaît au Sud

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Atla

ntic

Uni

vers

ity]

at 0

7:49

02

Oct

ober

201

3

Origine de la SAL & des principaux EM de la nappe de Ghriss 1115

Fig. 3 Coupe hydrogéologique de la plaine de Ghriss.

d’une limite reliant les Djebels Emfous et Bouradouet le Nord des monts de Saida (Fig. 2). Elle reposesur un horizon très peu perméable formé d’argilerouge au Sud et d’une grande épaisseur de marnesdu Miocène au Nord d’une ligne Tizi-Matemore (Fig.3). Le principal exutoire de cet aquifère se trouveau contact avec les formations Plio-Quaternaires verslesquelles l’eau de l’aquifère percole par drainanceascendante. Une drainance descendante depuis cetaquifère est peu probable du fait de l’épaisseur impor-tante et de la faible perméabilité du substratum. Leniveau piézomètrique de la nappe contenue dans lescalcaires lacustres varie de –23 à –50 m par rap-port au sol, et le niveau piézomètrique dans les grésvarie de –6 à –23 m par rapport au sol. Les essaispar pompage, réalisés sur les forages qui captentcette formation pliocène, ont révélé une transmissivitéallant de 5 × 10-5 à 3 × 10-3 m2/s. Le coeffi-cient d’emmagasinement de ces formations serait del’ordre de 5 × 10-3 (Sourisseau 1972).

Aquifère des calcaires dolomitiques duJurassique C’est un aquifère de type karstiquerelativement évolué. Les calcaires et dolomies duJurassique affleurent sur les monts de Saida ainsique sur les Djebels Emfous et Bouradou (Fig. 2).L’écoulement des eaux s’effectue en réseau karstiquesous la plaine et se dirige vers la source d’Ain Fekan.A cet endroit les eaux remontent au contact d’unefaille côtoyant les argiles gréseuses imperméablesdu Crétacé. Cet aquifère est drainé par les dépôtsde galets et conglomérats de piedmont. Le murde cet aquifère correspond à de la roche calcaro-dolomitique saine, compacte, non fissurée. Le toitest formé par les marnes du Miocène ou les argilesrouges détritiques du Pliocène. La profondeur del’eau dans les forages qui captent cet aquifère variede –6 à –66 m sous la surface du sol. Les propriétés

hydrodynamiques, estimées à partir d’essais parpompage sur des forages captant cette formation sontrespectivement de 10-4 à 10-2 m2/s pour la transmi-sivité, et de l’ordre de 3 × 10-3 pour le coefficientd’emmagasinement (Bekkoussa et al. 2008).

Piézométrie de l’aquifère Plio-Quaternaire

La carte piézomètrique de septembre 2001 (Fig. 4)a été réalisée en se basant sur les relevés faits parles agents de l’Agence Nationale des RessourcesHydraulique (ANRH) à partir d’un réseau de puitsdestinés à la surveillance des eaux souterraines de larégion.

Cette carte fait apparaître deux directions princi-pales d’écoulement (NE–SO et SE–Ouest) qui con-vergent vers l’unique exutoire correspondant à lasource d’Ain Fekan (près de la ville de Fekan). Lacontribution Sud est visiblement importante, du faitde l’alimentation venant des massifs karstiques desmonts de Saida. La dépression piézomètrique visi-ble au centre de la plaine, au niveau de Matemoreet au Nord-Est de Tizi (courbes isopiézes 400 à420 m), illustre un fort abaissement de la surface pié-zométrique de la nappe, en partie lié aux nombreuxprélèvements destinés à l’irrigation que comprendcette région (Bekkoussa et al. 2008). Dans la régionde Guerdjoum les écoulements convergent égalementvers l’exutoire commun, à savoir Ain Fekan. Lesoueds non pérennes de la région ne semblent pas avoirune influence sur la piézomètrie de l’aquifère.

Les gradients hydrauliques (calculés à partir de lapiézomètrie de septembre 2001) atteignent 0,75% surles bordures Nord de la plaine dans la région Nord-Est de Mascara et 1% dans le Sud-Est entre les villesde Sidi Kada et Ghriss. Au centre, entre les villes deMaoussa et Matemore, le gradient est plus important

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Atla

ntic

Uni

vers

ity]

at 0

7:49

02

Oct

ober

201

3

1116 Belkacem Bekkoussa et al.

Fig. 4 Carte piézométrique de la nappe Plio-Quaternaire de la plaine de Ghriss (septembre 2001).

et atteint 2,5%. Cette différence est expliquée, d’unepart par la variation des perméabilités des terrainstraversés et, d’autre part, par l’intensité des pompagesdans les différentes parties de l’aquifère. Un gradientpiézomètrique de 3,5% est observé au niveau de larégion de Guerdjoum. Ce gradient hydraulique assezimportant est expliqué par une diminution appréciablede la perméabilité à ce niveau.

ECHANTILLONNAGES ET ANALYSES

Dans le cadre de la surveillance qualitative de lanappe Plio-Quaternaire, des prélèvements sont effec-tués sur plusieurs puits répartis sur toute la plaine deGhriss (Fig. 5) et captant uniquement la nappe Plio-Quaternaire. Ces prélèvements sont réalisés mensu-ellement par les agents de l’ANRH et les échantillonssont analysés par le laboratoire du même organisme.Cependant, cet échantillonnage ne se fait pas systé-matiquement sur la totalité des puits. Les analyses

chimiques concernent les concentrations des élémentsmajeurs (Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Cl-, SO4

2-, HCO3- et

NO3-) et les variables physico-chimiques (conductiv-

ité électrique, résidu sec et pH). L’étude statistique aété réalisée sur 256 échantillons prélevés entre jan-vier et décembre 2001. L’évolution de la teneur ensulfates en fonction de la pluviométrie a été réal-isée uniquement sur le puits n◦122, pour la périodeallant de janvier 2002 à novembre 2005. Par ailleurs,l’étude de l’origine des éléments majeurs est baséesur les analyses hydrochimiques effectuées au moisde septembre 2001, sur un total de 23 échantillons.

RESULTATS ET DISCUSSION

Minéralisation des eaux de la nappePlio-Quaternaire

La carte de la salinité des eaux de la nappePlio-Quaternaire pour le mois de septembre 2001(Fig. 5) est obtenue en utilisant une interpolation par

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Atla

ntic

Uni

vers

ity]

at 0

7:49

02

Oct

ober

201

3

Origine de la SAL & des principaux EM de la nappe de Ghriss 1117

L2

L1

Fig. 5 Carte de la salinité des eaux de la nappe Plio-Quaternaire exprimée en résidu sec (g/L), pour septembre 2001, etlocalisation des puits échantillonnés pour les analyses chimiques. En pointillé (- - - -) les deux lignes d’écoulement L1 etL2 de la Fig. 11.

krigeage. Les valeurs de la salinité des eaux sontexprimées en g/L de résidu sec (RS).

En dépit des pompages intensifs observés aucentre de la plaine entre les villes de Ghriss, SidiKada, Maoussa et Froha, la minéralisation des eauxreste inférieure à 1 g/L. L’alimentation importantevenant des formations du Jurassique, situées au Sud-Est de la plaine (à l’Est de la ville de Ghriss) expliqueles valeurs modérées de la salinité au centre de laplaine de Ghriss du fait de l’apport d’eaux moinsminéralisées (0,5 g/L en moyenne). Dans cette zone,le niveau de la nappe par rapport au sol est plus bas(10 m en moyenne) ce qui lui procure une certaineprotection vis-à-vis de l’évaporation et de la pollutionextérieure.

Cependant, à l’Est de la ville de Tighennif, defortes valeurs de salinité sont observées, ces dernièresatteignant jusqu’à 6 g/L. Dans cette région le niveaude la nappe est proche du sol (5 m au puits n◦1245),

ce qui a pour conséquence d’exposer d’avantage leseaux de l’aquifère à une reprise par évapotranspirationet à une éventuelle contamination par l’infiltrationdes eaux d’irrigation. Dans cette région, le lessi-vage par les eaux de pluie et les eaux d’irrigationd’éléments accumulés dans la zone non saturée (dufait de la forte reprise par évapotranspiration durantla période d’étiage), constitue un apport importanten sels (Mennani et al. 2001, Subyani 2005, Trabelsiet al. 2005, Kumar Misra et Mishra 2006). L’absenced’apport d’eaux moins minéralisées et la persis-tance de ce phénomène peuvent expliquer en partiel’importante concentration en sels dans cette zone.Dans cette partie de la plaine, une autre source poten-tielle de salinisation peut être attribuée aux marnessalifères du Miocène, avec lesquelles les eaux de lanappe Plio-Quaternaire sont en contact.

Au Sud-Ouest de la ville de Ghriss, la minéral-isation des eaux augmente jusqu’à un maximum de

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Atla

ntic

Uni

vers

ity]

at 0

7:49

02

Oct

ober

201

3

1118 Belkacem Bekkoussa et al.

3,6 g/L au niveau du puits n◦302. Ceci peut êtreattribué à l’existence de petits lits de gypse inter-stratifiés, notamment dans les terrains du Crétacéavoisinant, en contact avec les eaux de la nappe. Cettehypothèse est confortée par les concentrations élevéesen calcium et en sulfates observées dans cette par-tie de la plaine. De plus, cette région est caractériséepar un fort gradient hydraulique, ce qui est attribuéà une circulation des eaux très lente, et par conséquentà un contact prolongé avec la roche encaissante quifavorise la dissolution des sels contenus dans la roche(Yermani et Zouari 2003).

Une salinité élevée, atteignant jusqu’à 2,8 g/L aupuits n◦122, est observée au Nord-Ouest de la villede Tizi. Elle provient principalement de la lixivia-tion des eaux de pluie qui ont ruisselé sur les terrainsmarneux du Miocène et de l’Eocène, riches en gypseet localisés plus au Nord. Ces terrains marneux fontpartie des monts de Beni Chougrane, dans une zoneoù les pentes sont beaucoup moins abruptes que dansd’autre partie des monts; ceci a pour conséquence deralentir sensiblement le ruissellement des eaux desprécipitations et donc de favoriser l’infiltration, aug-mentant ainsi le taux de dissolution des matériauxcomposant la roche. Pour les puits n◦122 et 202, onremarque que la concentration des sulfates pendant lemois de février 2001 (période des précipitations) esttrès supérieure à celles du mois de septembre 2001(supérieure de plus de 30 fois pour le puits n◦202).L’évolution de la concentration des sulfates et de lapiézomètrie pour le puits n◦122 (Fig. 6), situé auNord de la ville de Tizi, confirme cette hypothèse. Lateneur en sulfates augmente jusqu’à un maximum de548 mg/L pour le mois de mars 2005 après les pluies

de la saison humide. L’augmentation de la concen-tration des sulfates est majoritairement concomitanteavec celle du niveau piézomètrique, directement con-trôlée par la recharge des pluies efficaces. En effet, lesconcentrations en sulfates les plus faibles correspon-dent aux niveaux piézométriques les plus bas commec’est le cas pour le mois de janvier 2004 et juillet2005. Ceci prouve que la salinisation de l’aquifère esttrès étroitement liée aux processus de recharge; unepartie importante de la salinité des eaux dans cettezone viendrait ainsi de la dissolution des évaporites(gypse) contenues dans les formations miocènes desmonts de Beni Chougrane.

Faciès chimique des eaux de la nappePlio-Quaternaire

La Fig. 7 donne une vision générale des dif-férents types d’eaux rencontrées dans la nappe Plio-Quaternaire en période de hautes et basses eaux. Lesdiagrammes de Piper des eaux prélevées durant lesmois de février (hautes eaux) et septembre (basseseaux) 2001 sont très semblables, ce qui illustre unegrande inertie du comportement de la nappe étudiéeentre les périodes de hautes et basses eaux.

Les faciès chimiques existant dans la nappe Plio-Quaternaire sont:

(a) Le faciès chloruré magnésien qui est le plusreprésentatif des eaux de la nappe Plio-Quaternaire. Ce type d’eau constitue un mélangeentre des eaux venant d’un environnementdolomitique (d’où la prédominance du magné-sium) ainsi que d’eaux d’infiltration provenant

416

417

418

419

420

421

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

Ja

n–

02

Feb–02

Ma

r–0

2

Apr–

02

Ma

y–

02

Ju

n–

02

Ju

l–0

2

Sep–02

Oct–

02

Dec–02

Ja

n–

04

Feb–04

Ma

r–0

4

Apr–

04

Sep–04

Oct–

04

Nov–04

Dec–04

Ja

n–

05

Feb–05

Ma

r–0

5

Apr–

05

Ma

y–

05

Ju

n–

05

Ju

l–0

5

Sep–05

Oct–

05

Nov–05

Niv

eau

pié

zo. (

m)

SO

4 (m

g/L

)

mois/an

SO4 (mg/L) Niveau piézo. (m)

Fig. 6 Evolution des sulfates et du niveau piézomètrique du puits 122 (positionnement, voir Fig. 5).

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Atla

ntic

Uni

vers

ity]

at 0

7:49

02

Oct

ober

201

3

Origine de la SAL & des principaux EM de la nappe de Ghriss 1119

HCO3–Mg

Cl–Mg/Ca

Cl–Na

Fig. 7 Diagramme de Piper des eaux de la nappe Plio-Quaternaire de la plaine de Ghriss pour les mois de févrieret septembre 2001.

des pluies efficaces ou/et du retour des eauxd’irrigation. En effet, l’origine du l’anion dom-inant dans ce type d’eau, à savoir le chlore,est vraisemblablement superficielle (contamina-tion anthropique ou évaporitique par l’halite),alors que l’omniprésence du magnésium nepeut être expliquée que par une alimentationpar l’aquifère des calcaires dolomitique dujurassique.

(b) Le faciès chloruré calcique se rencontre prin-cipalement dans la partie Nord-Est et extrêmeSud de la plaine. Ces eaux sont très minéral-isées et leur salinité atteint plus de 6 g/L dansquelques puits. Ce faciès est représentatif d’uneeau très marquée par des pollutions d’originesanthropiques avec des concentrations élevées enchlorures, en potassium et en nitrates.

(c) Le faciès bicarbonaté magnésien caractérise lesapports latéraux en provenance des formationscarbonatées du Jurassique. Il s’observe sur lesbordures Sud des monts de Saida et à proxim-ité des horsts d’Emfous et Bouradou. Ce facièsest typiquement représentatif des eaux d’originekarstique, ce qui confirme l’alimentation latéralede la nappe Plio-Quaternaire par les formationscalcaro-dolomitiques.

(d) Les eaux du type chloruré sodique sont situéesau centre et à l’Est de la plaine (puits 1106 et1014, voir positionnement Fig. 5). Ces échan-tillons présentent un rapport Na/Cl prochede 1 indiquant une éventuelle dissolution del’halite et sont caractérisées par une minérali-sation moyenne (résidu sec variant de 0,920 à0,94 g/L).

Ces différents faciès soulignent la complexité desprocessus hydrogéochimiques qui contrôlent la salin-ité des eaux de la nappe Plio-Quaternaire de la plainede Ghriss (Fedrigoni et al. 2001).

Mécanisme d’acquisition de la salinité des eaux dela nappe Plio-Quaternaire

Une analyse en composante principale (ACP) a étéréalisée sur 256 échantillons prélevés à partir de28 puits (Fig. 3) captant la nappe Plio-Quaternairedurant l’année 2001.

De fortes corrélations (R > 0,7) existent entreles ions Ca2+, Na+, Mg2+, Cl- et les variables quicaractérisent la minéralisation des eaux, comme laconductivité électrique (Tableau 2). Ceci traduit laparticipation de ces ions à l’acquisition de la chargesaline des eaux de la nappe Plio-Quaternaire, ce queconfirme le regroupement de ces éléments avec laconductivité électrique sur l’axe F1 (Fig. 8) (Adamset al. 2001). En revanche, les ions SO4

2-, HCO3-

et K+ sont faiblement corrélés avec la conductivitéélectrique (R < 0,5).

Des corrélations négatives sont observées entrele pH et la conductivité électrique, ainsi qu’entre lepH et les ions qui participent le plus à la minéralisa-tion (Na+, Ca2+, Cl-) (Tableau 2). Concomitamment,le pH se place en opposition avec la conductivité élec-trique et les éléments (Na+, Ca2+, Cl-) sur l’axe F1.Ceci peut être expliqué par le fait que les eaux lesplus chargées en sels ont un pH inférieur au pHmoyen des eaux de la nappe Plio-Quaternaire (estiméà 7,7 en moyenne pour les échantillons prélevés en2001). Par conséquent, ce sont vraisemblablement deseaux superficielles, car les eaux de recharge d’originekarstique sont caractérisées par un pH supérieur à 8. Ilest possible de postuler que l’acquisition de la salinitédes eaux de la nappe Plio-Quaternaire de la plaine deGhriss résulte principalement des eaux venant de lasurface (eaux de pluie ou d’irrigation) qui dissolventet lessivent les sels concentrés dans le sol ou la zonenon saturée (Debieche 2002, Stigter et al. 2006).

Le facteur 2 de l’ACP (axe F2) caractérisedes eaux venant des formations carbonatées duJurassique avec l’omniprésence de la variable bicar-bonates (HCO3

-). Les eaux qui représentent cetaxe viennent des bordures Sud et Sud-Est de laplaine et sont chargées en potassium qui provientvraisemblablement d’une pollution locale par lesengrais potassiques fortement utilisés dans les cul-tures maraîchères.

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Atla

ntic

Uni

vers

ity]

at 0

7:49

02

Oct

ober

201

3

1120 Belkacem Bekkoussa et al.

Tableau 2 Matrice de corrélation de Pearson entre les variables physiques et les concentrations des éléments majeurs de lanappe Plio-Quaternaire de la plaine de Ghriss pour l’année 2001. Les valeurs soulignées représentent les fortes et moyennescorrélations.

PH CE Ca2+ Mg2+ Na+ K+ Cl- SO42- HCO3

- NO3-

PH 1CE −0,56 1Ca2+ −0,53 0,91 1Mg2+ −0,27 0,73 0,54 1Na+ −0,50 0,91 0,82 0,63 1K+ −0,25 0,45 0,41 0,45 0,34 1Cl- −0,52 0,96 0,96 0,67 0,90 0,40 1SO4

2- −0,17 0,33 0,23 0,36 0,32 0,01 0,26 1HCO3

- 0,07 −0,19 −0,30 0,18 −0,28 0,40 −0,33 −0,14 1NO3

- −0,25 0,10 0,03 0,02 0,11 0,00 0,04 0,03 0,02 1

Note: CE: conductivité électrique à 25◦C.

Ca

Mg

NA

K

ClSO4

HCO3

NO3

pH C25

–1

–0.75

–0.5

–0.25

0

0.25

0.5

0.75

1

–1 –0.75 –0.5 –0.25 0 0.25 0.5 0.75 1

F2

(1

3.8

0%

)

F1 (54.20%)

Variables (axes F1 et F2 : 68.00%)

Fig. 8 ACP des données hydrochimiques de la nappe Plio-Quaternaire recueillies durant l’année 2001, projection desvariables sur le plan I–II.

Origine des principaux éléments majeurs

Origine naturelle Les ions Na+ et Cl- qui exis-tent dans les eaux de la nappe superficielle (nappePlio-Quaternaire) proviennent majoritairement de ladissolution de la halite. Ceci est confirmé par lacorrélation positive importante (R = 0,9) qui existeentre les deux ions pour tous les échantillons analysés(Tableau 2).

Par ailleurs, les indices de saturation(IS) vis-à-visde la halite (Plummer et al. 1976), pour l’ensembledes échantillons varient de –7,03 à –4,53 (Tableau 3),ce qui illustre une sous saturation des eaux vis-à-vis

de ce minéral. On constate également l’étroite cor-rélation (coefficient de détermination R2 = 0,95) quiexiste entre l’indice de saturation vis-à-vis de la haliteet la concentration Na+ + Cl- (Fig. 9(a)), pour le moisde septembre 2001. Ceci confirme que, majoritaire-ment, les ions Na+ et Cl- dissous dans les eaux de lanappe Plio-Quaternaire ont une origine commune quiserait la dissolution de la halite (Kamel et al. 2006).Par ailleurs, on constate sur la Fig. 10(a) que tous lespoints sont en dessous de la droite de pente 1 (droitede dissolution de la halite) indiquant un déficit en ionsNa+. Ce déficit en Na+ est très important sur les bor-dures Est (puits 1245, 1230 et 1205) et Sud-Ouest(puits n◦302) comme le montre la Fig. 10.

La Fig. 9(b) montre une corrélation moyenne(coefficient de détermination R2 = 0,67) entre ISgypse et Ca2+ + SO4

2-, ce qui peut indiquer la dis-solution de ce minéral. Cet indice de saturation variepour l’ensemble des échantillons analysés de –2,59à 0,02. Les eaux de la plaine de Ghriss sont soussaturées vis-à-vis du gypse ce qui tend à renforcerl’hypothèse de la dissolution de ce minéral dans leseaux de la nappe Plio-Quaternaire (Yermani et Zouari2003, Kamel et al. 2006).

Les bicarbonates, qui ont pour origine la dis-solution des carbonates par des eaux contenant dugaz carbonique CO2, sont fortement présents (plusde 432 mg/L en moyenne) dans la partie Sud dela plaine (puits 230, 235 et 252) et à proxim-ité des horsts d’Emfous et Bouradou (puits n◦17).Ceci confirme l’alimentation latérale conséquente del’aquifère Plio-Quaternaire par les calcaires dolomi-tiques du Jurassique dans cette partie de la plaine.Des concentrations importantes en bicarbonates sontégalement observées dans la partie Nord (puits 202 et122). Une concentration de 557 mg/L est observée

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Atla

ntic

Uni

vers

ity]

at 0

7:49

02

Oct

ober

201

3

Origine de la SAL & des principaux EM de la nappe de Ghriss 1121

Tab

leau

3A

naly

ses

chim

ique

sde

spo

ints

d’ea

uéc

hant

illo

nnés

(cam

pagn

ede

sept

embr

e20

01).

N◦

depu

its

pHR

ésid

use

cC

once

ntra

tion

(meq

/L

)IS

(mg/

L)

Ca

Mg

Na

KH

CO

3C

lS

O4

NO

3C

alci

teH

alit

eD

olom

ite

Gyp

se

122

7,9

2880

9,48

17,6

114

,53

0,12

83,

7430

,18

4,6

0,16

0,89

−5,1

22,

19−0

,92

148

8,4

440

3,24

4,61

1,22

0,07

73,

23,

71

0,08

1,02

−7,0

32,

33−1

,85

202

7,4

1740

7,73

10,5

310

,53

0,53

79,

1318

,19

0,1

0,65

0,74

−5,4

51,

76−2

,59

1106

8,1

920

3,99

5,6

5,7

0,10

24,

749,

221,

10,

190,

94−5

,98

2,17

−1,7

712

908,

213

204,

9910

,62

5,7

0,10

23,

0816

,36

2,5

0,39

0,91

−5,7

52,

28−1

,37

358

1030

4,99

6,75

7,39

0,05

14,

6211

,51

2,14

0,58

0,9

−5,7

82,

08−1

,41

661

7,9

1140

5,99

6,01

50,

077

4,39

9,9

10,

650,

88−6

,01

1,89

−1,6

581

08,

210

304,

246,

835,

310,

102

4,83

8,29

2,54

0,26

1,07

−6,0

62,

48−1

,39

941

7,9

1400

7,24

8,56

6,22

0,10

24,

1812

,66

2,39

1,05

0,9

−5,8

32,

02−1

,22

1014

8,2

930

4,74

3,79

4,92

0,10

23,

627,

841,

640,

351,

01−6

,11

2,07

−1,5

1094

8,1

950

5,49

5,51

4,31

0,07

74,

625,

35

0,19

1,06

−6,3

52,

26−0

,99

1098

7,9

1880

14,2

72,

9611

0,15

32,

222

,34

2,14

0,97

0,89

−5,3

41,

24−1

,01

1103

8,4

880

4,99

6,25

5,22

0,07

73,

529,

451,

210,

191,

2−6

,01

2,64

−1,6

412

057,

818

8011

,98

6,42

10,6

10,

153

2,64

22,3

41

0,97

0,79

−5,3

61,

46−1

,42

1230

7,6

4880

27,5

18,0

222

,01

0,28

12,

9759

,66

5,75

0,81

0,88

−4,6

81,

72−0

,45

1245

7,4

6080

47,0

120

,41

25,0

10,

871,

7578

,311

,24

0,4

0,63

−4,5

31,

050,

0216

038,

410

405,

496,

015,

310,

077

3,85

9,22

1,25

0,18

1,28

−6,0

22,

73−1

,59

178,

588

06,

246,

672,

390,

256

7,19

4,15

2,6

0,68

1,71

−6,7

13,

58−1

,21

107

8,2

640

4,24

4,61

2,52

0,10

24,

955,

530,

290,

231,

12−6

,55

2,41

−2,2

823

08,

122

8012

,52

11,6

88,

610,

384

6,93

18,6

45,

60,

41,

5−5

,54

3,12

−0,6

923

58,

186

05,

996,

992,

780,

051

7,03

5,75

1,25

0,68

1,28

−6,5

2,77

−1,5

525

28,

118

808,

2310

,94

6,92

1,48

39,

3414

,27

1,39

1,53

1,48

−5,7

43,

23−1

,43

302

7,4

3580

24,5

16,9

514

,01

0,23

4,61

42,3

16,

250,

310,

84−5

,01

1,67

−0,4

3

Not

e:IS

:ind

ice

desa

tura

tion

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Atla

ntic

Uni

vers

ity]

at 0

7:49

02

Oct

ober

201

3

1122 Belkacem Bekkoussa et al.

–3.5

–3

–2.5

–2

–1.5

–1

–0.5

0

0 10 20 30 40 50 60–7.5

–7

–6.5

–6

–5.5

–5

–4.5

–4

0 20 40 60 80 100

(a) (b)

Na+ + Cl- (méq/L)

ISha

lite

ISgy

pse

Ca2+ + SO42- (méq/L)

R2 = 0,95 R2

= 0,67

Fig. 9 Corrélation des indices de saturation des eaux vis-à-vis de la halite et du gypse: (a) en fonction de Na++ Cl- et (b) enfonction de Ca2++SO4

2-, respectivement, pour le mois de septembre 2001 (R2: coefficient de détermination).

0 10 20 30 40 50 60 70 800

5

10

15

20

25

122

48

202

1106 1290

35941

10141094

1103

1205

1230

1245

17

230

235

252

302

Droite de pente 1

Na

+ (

mé

q/L

)

Cl- (méq/L)

0 2 4 6 8 10 120

10

20

30

40

50

122

148

202

810941

1014 1094

10981205

1230

1245

17107

230

235252

302

Droite de pente 1Ca

2+ (

mé

q/L

)

SO42- (méq/L)

–60 –50 –40 –30 –20 –10 00

10

20

30

40

50

60

122

1290

1014109

10981205

1230

1245

1603252

302

(y = 1,54 – x)Droite de tendance

R = 0.99

(Ca

+ M

g)–

(SO

4 +

HC

O3)

(mé

q/L

)

Na + K – Cl (méq/L)

(d)

(b)(a)

(c)

0 10 20 30 40 500

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

122

1290

661

941

1014

1094

1098

1205

1230

1245

17

107

230

235

252

302

Droite de pente 1

Mg

2+ (

mé

q/L

)

Ca2+ (méq/L)

Excès en Ca

Fig. 10 Relations : (a) Na+vs Cl-, (b) Mg2+vs Ca2+, (c) Ca2+vs SO42- et (d) (Ca2+ + Mg2+) − (HCO3- + SO4

-2) vs(Na+ + K+ − Cl-), pour le mois de septembre 2001.

au puits n◦202 pour la compagne de septembre 2001.Ces bicarbonates proviennent vraisemblablement deseaux en contact avec des formations calcaires.

L’alimentation latérale de l’aquifère Plio-Quaternaire par l’aquifère des calcaires lacustres duPliocène est là aussi mise en évidence. La Fig. 10(b)montre que la majorité des échantillons se regroupentautour de la droite de pente 1 et indique ainsi que lecalcium et le magnésium ont une origine communequi serait la dissolution des calcaires dolomitiques

des formations du Jurassique. En revanche, despoints se détachent du groupe et présentent un excèsremarquable en calcium.

D’autre part, un excès en Ca2+ par rapport àSO4

2- est observé pour l’ensemble des échantillonsprélevés (Fig. 10(c)). Cet enrichissement en Ca2+accompagné d’un déficit en Na+ indique la partic-ipation de ces deux ions dans les échanges cation-iques entre les eaux de la nappe Plio-Quaternaireet la matrice argileuse. Les argiles libèrent les ions

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Atla

ntic

Uni

vers

ity]

at 0

7:49

02

Oct

ober

201

3

Origine de la SAL & des principaux EM de la nappe de Ghriss 1123

Ca2+ ou Mg2+ et fixent les ions Na+ ou K+suivant un processus qui peut être réversible (Fehdiet al. 2009).

Ces échanges sont mis en évidence par la rela-tion (Ca2+ + Mg2+) − (HCO3

- + SO4-2) en fonc-

tion de (Na+ + K+ − Cl-) (Garcia et al. 2001,Kamel et al. 2006) représentée dans la Fig. 10(d).En absence d’échange tous les points représentatifsdes échantillons devraient être placés à proximité del’origine. Cependant, pour les eaux de la nappe Plio-Quaternaire de Ghriss, la Fig. 10(d) montre une aug-mentation de Ca2+ + Mg2+ accompagnée d’un déficitde Na+ + K+. Par conséquent, les échanges cation-iques participent sensiblement dans l’acquisition duchimisme de la nappe étudiée.

La Fig. 11 montre que les concentrations desprincipaux éléments qui participent à la minéralisa-tion des eaux (Ca2+, Mg2+, Na+ et Cl-) ainsi que laconductivité électrique décroissent suivant les deuxprincipales lignes d’écoulements. Au Nord-Est et auSud de la plaine, les eaux de la nappe se chargenten Na+, Cl- et en Ca2+, SO4

2+ en dissolvant respec-tivement les formations riches en halite et gypse.L’effet de l’évaporation, notamment dans la partieNord, accentue la concentration de ces ions dans leseaux de la nappe. Les échanges cationiques mis enévidence plus haut tendent à augmenter la concentra-tion des ions Ca2+ à l’extrême Est de la plaine (puitsn◦1245).

Suivant le sens d’écoulement, en occurrence versle centre de la plaine, les eaux subissent une dilutionpar les eaux de recharge de la nappe du jurassiquequi sont beaucoup moins minéralisées (<1 g/L). Ladécroissance de la conductivité suivant la ligne L1 etaccompagnée par une augmentation de la concen-tration des bicarbonates qui sont le marqueur deseaux venant des formations carbonatés du jurassique.Cette augmentation des ions HCO3

- au niveau dupuits n◦107 sur la ligne L2 indique une alimentationdirecte de la nappe Plio-Quaternaire par les horstsd’Emfous et Bouradou. En effet, les eaux de ce puitssont très peu minéralisées (RS = 0,64 g/L) et présen-tent les caractéristiques d’une eau provenant d’unenvironnement carbonaté, avec un faciès bicarbonatémagnésien et des teneurs très faible en ions Cl- , NO3

-,K+ et SO4

2+ (Tableau 3).

Origine anthropique Les nitrates, sulfates,chlorures et potassium font partie du cortèged’éléments permettant d’identifier une pollutionanthropique d’origine agricole, urbaine ou encoreindustrielle.

Les engrais azotés tel que l’ammonitrate (33%N) sont très utilisés dans la plaine de Ghriss notam-ment dans la céréaliculture qui occupe plus de lamoitié des terres cultivées de la région. Il apporteen moyenne plus de 800 kg/ha par an de N (FAO2005). L’utilisation du fumier est une pratique agri-cole courante, en occurrence elle constitue une sourcenon négligeable de nitrates.

Les sulfates sont également des composésfréquemment utilisés dans la viniculture etl’arboriculture pour la protection (lutte contrel’oïdium) ou en association avec des engrais telque: les sulfates d’ammoniaque (NH4)2SO4 (21%de N et 60% de SO4) et les sulfates de potassiumK2SO4 (50% de K2O et 45% de SO4), soit uneutilisation d’environ 100 kg/ha par an de SO4 enmoyenne sur vergers). Or ces deux types de culturesont très présentes dans la plaine de Ghriss. On notel’utilisation du chlorure de potassium ou potasseKCl (K2O 61%) notamment pour la fertilisationdes cultures maraîchères et plus particulièrement lapomme de terre.

Les nitrates étant le meilleur indicateur de la pol-lution anthropique des eaux souterraines, nous avonscherché à comparer les teneurs en sulfates, chlorureset potassium avec cet indicateur dans le but d’essayerd’en déduire leurs origines.

L’association chlorures-nitrates indique quel’origine de ces deux éléments provient de l’élevage,des amendements et/ou des eaux usées (Stigter et al.2006). La Fig. 12(b) indique que plus de 82% deséchantillons analysés dépassent la norme de potabil-ité des eaux vis-à-vis des chlorures fixée à 250 mg/Lpar l’organisation mondiale de la santé (OMS). Lespuits contaminés par les nitrates présentent tous desconcentrations en chlorures supérieures à la limite depotabilité (50 mg/L). Des puits tels que le 1205, le941 et le 1098 sont enrichis en nitrates et en chloruressans être contaminés par les sulfates ou le potassium(Fig. 12(a) et (c)). Ce dernier cas présente les carac-téristiques d’une pollution urbaine (rejet des réseauxd’assainissement).

Le puits n◦252 est très enrichi en potassium, enchlorures et en nitrates. L’utilisation massive des fer-tilisants (NPK), notamment dans la partie Sud de laplaine pour les cultures maraîchères, peut expliquerces concentrations élevées.

Des puits comme le 1245, le 230 et le 302 sontcontaminés simultanément par les chlorures, les sul-fates et le potassium sans qu’ils soient pour autantcontaminés par les nitrates. Les sulfates proviennentde la dissolution des évaporites (gypse). Cependant,

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Atla

ntic

Uni

vers

ity]

at 0

7:49

02

Oct

ober

201

3

1124 Belkacem Bekkoussa et al.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

180

200

220

240

260

280

300

320

Distance (km)

Co

nce

ntr

atio

n H

CO

3 (m

g/L

)

HCO3 C25

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

C2

5 (

µS

/cm

)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

180

200

220

240

260

280

300 HCO3 C25

Distance (km)

Co

nce

ntr

atio

n H

CO

3 (

mg

/L)

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

C2

5 (

µS

/cm

)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

0

500

1000

1500

2000

2500

Cl SO4

Distance (km)

Co

nce

ntr

atio

n C

l (m

g/L

)

50

100

150

200

250

300

Co

nce

ntr

atio

n S

O4 (

mg/L

)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600 Cl SO4

Distance (km)

Co

nce

ntr

atio

n C

l (m

g/L

)

0

50

100

150

200

250

300

Co

nce

ntr

atio

n S

O4 (

mg/L

)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

0

100

200

300

400

500 Ca Mg

Distance (km)

Co

nce

ntr

atio

n C

a (

mg

/L)

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

Co

nce

ntr

atio

n M

g (

mg

/L)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

0

100

200

300

400

500

600

Ca Mg

Distance (km)

Co

nce

ntr

atio

n C

a (

mg

/L)

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

Co

nce

ntr

atio

n M

g (

mg

/L)

Ligne L1 Ligne L2

Fig. 11 Evolution des éléments HCO3, conductivité électrique (C25), Ca2+, Mg2+, Cl- et SO42- suivant deux lignes

d’écoulements L1 et L2 (positionnement, voir Fig. 5).

les chlorures et le potassium sont dus à une pol-lution d’origine agricole (engrais potassique) ou/eturbaine.

La contamination du puits n◦202 par leschlorures et le potassium est l’indice d’une utilisa-tion intensive de la potasse (KCl) dans les activités

agricoles de la région Nord-Ouest de la plaine deGhriss.

La diversité des sources de contaminationanthropique souligne la difficulté d’identifier l’originedes éléments majeurs présents dans les eaux de lanappe Plio-Quaternaire sur la seule base des rapports

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Atla

ntic

Uni

vers

ity]

at 0

7:49

02

Oct

ober

201

3

Origine de la SAL & des principaux EM de la nappe de Ghriss 1125

0 20 40 60 80 100

0

100

200

300

400

500

600

122

148

202

129035

661

810 941

1014

1094

1098

1103 1205

1230

1245

17

107

230

235 252

302

Lim

ite d

e p

ota

bili

té S

O4

Limite de potabilité NO3

SO

4 (

mg/L

)

NO3 (mg/L) NO

3 (mg/L)

NO3 (mg/L)

0 20 40 60 80 100

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

122

148

2021290

35661

810

941

1014

1098

1103

1205

1230

1245

17107

230

235

252

302

Lim

ite d

e p

ota

bili

té N

O3

Limite de potabilité Cl

Cl (m

g/L

)

0 20 40 60 80 100

0

10

20

30

40

50

60

122148

202

35661810 94110981205

1230

1245

17

230

235

252

302

Lim

ite d

e p

ota

bili

té N

O3

Limite de potabilité K

K (

mg/L

)

(c)

(a) (b)

Fig. 12 Relations: (a) NO3- vs SO4

2-, (b) NO3- vs Cl- et (c) NO3

- vs K+ pour le mois de septembre 2001.

binaires et en l’absence d’autres outils d’analysegéochimique.

CONCLUSION

Le fonctionnement hydrodynamique de l’aquifèrePlio-Quaternaire de la plaine de Ghriss est influ-encé, d’une part par l’alimentation latérale en prove-nance de deux autres aquifères voisins (aquifère descalcaires et grès du Pliocène et celui des calcairesdolomitiques du Jurassique) et, d’autre part, parles nombreux puits et forages répartis sur toutela plaine.

Des valeurs modérées de salinité sont observéesau centre de la plaine, alors que les valeurs maximalesse trouvent au niveau de trois région: à l’Est de la villede Tighennif, au Sud-Ouest de la ville de Ghriss etau Nord-Ouest de la ville de Tizi. Cette forte salinités’explique principalement par:

– la mobilisation des éléments chimiques accu-mulés dans la zone non saturée du fait de la forteévapotranspiration à proximité de la surface dusol;

– la dissolution des formations évaporitiques (haliteet gypse);

– le contact prolongé avec la roche encaissantedans les parties à faible perméabilité (région deGuerdjoum).

Les faciès chlorurés magnésiens et calciquesreprésentent la majorité des faciès observés. On lesretrouve dans toute la plaine. Ces faciès caractérisentdes eaux minéralisées et constituent un mélangeentre des eaux venant d’un environnement calcaro-dolomitique, d’où la prédominance du magnésium etdu calcium, ainsi que des eaux de recharge provenantde la pluie et de l’irrigation. Le faciès bicarbonatémagnésien caractérise les eaux de recharge latérale

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Atla

ntic

Uni

vers

ity]

at 0

7:49

02

Oct

ober

201

3

1126 Belkacem Bekkoussa et al.

venant directement des formations carbonatées duJurassique.

L’étude de l’origine des principaux élémentsmajeurs présents dans les eaux de la nappe Plio-Quaternaire de Ghriss révèle que:

– les ions Na+ et Cl- qui existent dans les eauxde cette nappe proviennent majoritairement de ladissolution de la halite;

– les ions Ca2+, Mg2+ et HCO3- proviennent prin-

cipalement de la dissolution des formations car-bonatées du jurassique. L’alimentation au Nordpar les formations des calcaires lacustres dupliocène représente un apport secondaire en ionsCa2+ et HCO3

-. L’ion calcium est issu égalementde la dissolution des formations évaporitiquesgypseuses localisées notamment dans le Nord-Ouest et le Sud-Ouest de la plaine. Cependant,un excès en Ca2+ accompagné d’un déficit enNa+ met l’accent sur des échanges cationiquesse produisant entre les eaux de la nappe Plio-Quaternaire et la matrice argileuse qui forme lemur de l’aquifère.

Deux types de pollution anthropique ont été identi-fiés dans les eaux de la nappe Plio-Quaternaire. Cespollutions sont d’origine:

(a) agricole, causée par les lessivages des fertilisantsminéraux azotés, potassiques ou à base de sul-fates; l’élevage et l’utilisation du fumier commeengrais constituent des sources de pollution nonnégligeables pour la nappe Plio-Quaternaire ;

(b) urbaine, causée d’une part par les rejets nonépurés des grandes agglomérations suite àla défaillance, ou à l’incapacité des stationsd’épuration, et d’autre part par des fuites à par-tir des réseaux d’assainissements individuels,utilisés dans les petites localités de la région.

La diversité des sources de contaminationanthropique souligne la difficulté d’identifierl’origine des éléments majeurs présents dans les eauxde la nappe Plio-Quaternaire en utilisant seulementles rapports ioniques et les analyses statistiques(ACP). Afin de préciser davantage l’origine desflux dans cet aquifère, des analyses géochimiquescomplémentaires seront réalisées, couplées avec destechniques isotopiques telles que les isotopes de lamolécule de l’eau (oxygène-18 et deutérium), lesisotopes de l’azote ou encore du strontium.

Remerciements Les auteurs tiennent à remercierl’éditeur ainsi que M. Lassaad Dassi et le deuxième

expert anonyme pour leurs remarques pertinenteset leurs contributions qui ont permis d’améliorernotablement la qualité de cet article.

REFERENCES

Adams, S., et al., C., 2001. Hydrochemical characteristics of aquifersnear Sutherland in the Western Karoo, South Africa. Journal ofHydrology, 241, 91–103.

Assens, G., Besbes, M., et De Marsily, G., 1977. Etudehydrogéologique de la plaine de Mascara sur modèle mathé-matique. Paris: Ecole nationale supérieure des mines de paris,Centre d’informatique Géologique.

Bekkoussa, B., Meddi, M., et Jourde, H., 2008. Forçage cli-matique et anthropique sur la ressource en eau souter-raine d’une région semi-aride: cas de la plaine de Ghriss,Nord Ouest algérien. Revue Sécheresse, 19 (3), 173–184.Available from: http://www.jle.com/fr/revues/agro_biotech/sec/e-docs/00/04/41/1E/article.phtml [Accessed 13 October 2008].

Debieche, T.H., 2002. Evolution de la qualité des eaux (salinité, azoteet minéraux lourds) sous l’effet de la pollution saline, agricoleet industrielle. Application à la basse plaine de la Seybouse-Nord-Est Algérien. Thèse de doctorat, UFR des Sciences etTechniques de l’Université de Franche-Comté, France http://hydrologie.org/THE/DEBIECHE_T-H.pdf [Accessed 28 June2006].

DPAT (Direction de la Planification et de l’Aménagement duTerritoire), 2005. Rapport annuel de la direction de laplanification et de l’aménagement du territoire de la Wilaya deMascara. Mascara: DPAT, Rapport interne.

FAO (Food and Agriculture Organization), 2005. Utilisation desengrais par culture en Algérie. Rome: Organisation des NationsUnies pour l’Alimentation et l’Agriculture, Rapport. ftp://ftp.fao.org/agl/agll/docs/fertusealgerie.pdf [Accessed 22 May2008].

Fedrigoni, L., et al., G. M., 2001. Origine de la minéralisation et com-portement hydrogéochimique d’une nappe phréatique soumiseà des contraintes naturelles et anthropiques sévères: exemple dela nappe de Djebeniana (Tunisie). Earth and Planetary Science,332, 665–671.

Fehdi, Ch., et al., 2009. The hydrogeochemical characteriza-tion of Morsott-El Aouinet aquifer, northeastern Algeria.Environmental Geology, 58, 1611–1620.

Garcia, M.G., Del Hidalgo, M., et Blesa, M.A., 2001. Geochemistryof groundwater in the alluvial plain of Tucuman province.Argentina. Journal of Hydrology, 9, 597–610.

Kamel, S., Dassi, L., et Zouari, K., 2006. Approche hydrogéologiqueet hydrochimique des échanges hydrodynamiques entreaquifères profond et superficiel du bassin du Djérid, Tunisie.Hydrological Sciences Journal, 51 (4), 713–730. http://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1623/hysj.51.4.713

Kumar Misra, A. et Mishra, A., 2006. Study of quaternaryaquifers in Ganga Plain, India: Focus on groundwater salin-ity, fluoride and fluorosis. Journal of. Hazardous Materials,doi:10.1016/j.jhazmat.2006.10.057.

Mennani, A., et al., 2001. Apports des analyses chimiques et iso-topiques et la connaissance du fonctionnement des aquiferesPlio-Quaternaire et Turonien de la zone synclinale d’Essaouira,Maroc occidental. Journal of African Earth Sciences, 32,919–835.

Plummer, L.N., Truesdell, A.H., et Jones, B.F., 1976. WATEQF, aFortran IV version of WATEQ, a computer program for calcu-lating chemical equilibrium of natural waters. US GeologicalSurvey Water Resources Investigation Report 76-13. http://pubs.usgs.gov/wri/1976/0013/report.pdf [Accessed June 2006].

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Atla

ntic

Uni

vers

ity]

at 0

7:49

02

Oct

ober

201

3

Origine de la SAL & des principaux EM de la nappe de Ghriss 1127

Rodier, J., et al., 1996. L’analyse de l’eau: Eaux naturelles, eauxrésiduaires et eaux de mer. Paris: Dunod.

Sourisseau, B., 1972. Etude hydrogéologique de la plaine de Ghriss.Alger: Rapport Agence Nationale des Ressources Hydraulique.

Stigter, T.Y., et al., 2006. Impact of the shift from groundwater tosurface water irrigation on aquifer dynamics and hydrochem-istry in a semi-arid region in the south of Portugal. AgriculturalWater Management, 85, 121–132.

Subyani, A.M., 2005. Hydrochemical identification and salin-ity problem of ground water in Wadi Yalamlam basin,

Western Saudi Arabia. Journal of Arid Environments, 60,53–66.

Trabelsi, R., et al., 2005. Salinisation des nappes côtières: casde la nappe nord du Sahel de Sfax, Tunisie. ComptesRendus de l’Académie des Sciences, Geoscience, 337,515–524.

Yermani, M. et Zouari, K., 2003. Approche géochimique du fonction-nement de la nappe profonde de Gafsa Nord (Tunisie centrale).Hydrological Sciences Journal, 48 (1), 95–108. http://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1623/hysj.48.1.95.43482

Dow

nloa

ded

by [

Flor

ida

Atla

ntic

Uni

vers

ity]

at 0

7:49

02

Oct

ober

201

3