La cartographie de la vulnérabilité des nappes : un moyen de gestion durable des ressources en eaux

Université de Tunis El Manar Faculté des Sciences de Tunis Département de Géologie

MEMOIRE DE FIN D'ETUDE

Par

Aymen DABOUSSI ST4 Option Géoressources

LA CARTOGRAPHIE DE LA VULNERABILITE

DES NAPPES : UN MOYEN DE GESTION DURABLE DES RESSOURCES EN EAUX

Encadré par :

Ismail CHENINI Maitre-Assistant F.S.T

1

Année universitaire 2009-2010

Dédicaces

2

A mes chers parents

A ma famille

A mes ami(e)s et collègues du

club de la vie,

club des sciences naturelles,

olm glianouba

et l'association jeunes et sciences de Tunisie

Que ce projet témoigne de mon pro fond

respect, gratitude et amour

Remerciements

3

Je tiens particulièrement à ex,primer ma

reconnaissance à glionsieur Ismail Cfienini

pour son encadrement et ses conseils judicieux,.

J'ai autant apprécié ses compétences

tecfiniques que ses qualités fiumaines. glies

remerciements s'adressent aussi aux,memdres

de jury qui vont évaluer notre mémoire de fin

d'étude.

4

Résumé

La problématique de l'eau potable pour tous sur la planète est un enjeu essentiel du siècle qui commence. La ressource en eau douce n'est pas extensible et avec l'accroissement de la population mondiale, les besoins se développent. À la crainte de manquer s'ajoutent les problèmes de qualité de la ressource et de son coût, non seulement au Nord mais de manière plus aiguë encore dans les pays du Sud. Face à cette menace plusieurs travaux ont été réalisés pour la recherche des solutions et des méthodes les plus efficaces pour mieux gérer et protéger la qualité de cette ressource.

L'invention de concept de vulnérabilité des eaux en 1970, a beaucoup apporté aux efforts de protection de l'eau, elle permet de préciser et d'instaurer des zones à risques et des périmètres d'interdiction de pompage.

La cartographie de la vulnérabilité des eaux souterraines est un outil d'aide pour l'évaluation de l'état actuel et future de la qualité de l'eau, Les méthodes adoptés varient en fonction des contextes climatiques, nature de l'aquifère et surtout la disponibilité des données.

Le système d'information géographique offre une possibilité de manipuler, de combiner et d'actualiser des paramètres géoréférenciés dont le but ultime est de suivre une politique de gestion durable de nos ressources en eaux.

Mots clés : nappes, gestion des ressources en eaux, développement durable, SIG, cartographie de la vulnérabilité, DRASTIC, SINTACS, GOD, EPIK, COP, CALOD, AVI, SI.

5

Table des matière

Introduction générale Chapitre 1 Notion de vulnérabilité	10 ..12
1- Notion de nappe	.12		2- Notion de vulnérabilité
..12	3- Nature des sources de contamination
13	4- Quelques exemples de contamination des eaux souterraines
13

4.1- Invasion d'eau salée..............................................................14 4.2- Fuites de réservoirs de stockage souterrains et des conduites...14

4.3- Liquides denses non aqueux..........................................		...15	4.4- Pollution par une décharge.............................................
15		5- Objectif de l'évaluation de la vulnérabilité
15

Chapitre 2 Méthodes d'évaluation de la vulnérabilité des eaux souterraines....17

1- Etat d'art 17

2- Méthode de cartographie de la vulnérabilité 19
2.1- Méthode DRASTIC...............................................................19

2.2- Méthode SINTACS 25

2.3- Méthode GOD............................................................ ...28

2.4- Méthode SI (Susceptibility index)..........................................29

2.5- Méthode EPIK............................................................... 31
2.6- Méthode AVI......................................................................32

2.7- Méthode COP............................................................ 33

2.8. Indice de vulnérabilité CALOD 36

6

Chapitre 3 Apport des Systèmes d'Information Géographique à la cartographie

de la vulnérabilité 38

Chapitre 4 Comparaison des méthodes d'évaluation de la vulnérabilité........41

1- Classification des méthodes	41
2- Comparaison entre méthode DRASTIC et GOD	..41
3- Comparaison entre méthode DRASTIC et SINTACS	..42
4- Comparaison entre méthode DRASTIC et SI	43

5- Comparaison entre la méthode DRASTIC, GOD, AVI et EPIK 43

Conclusion générale 46

Références bibliographiques 47

7

Listes des tableaux et des figures

Liste des figures

-Figure. 1. L'eau souterraine et les réserves d'eau douce de la planète -Figure. 2. Sources et origine de contaminations des eaux souterraines

-Figure. 3 (A). Cartes des parameters de la plaine d'Alessandria (Italie) /Alessandria plain:

Parametric Maps. (Civita et De Maio 2004)

-Figure. 3 (B). Cartes des parameters de la plaine d'Alessandria (Italie) /Alessandria plain: Parametric Maps. (Civita et De Maio 2004)

-Figure. 4 carte de vulnerability de la plaine d'Alessandria (Italie) /Vulnerability Map of the Alessandria plaine (Italie). (Ee: Extremely Elevated/ extrémement élevé; E: Elevé/ Elevated; H: / fort/High; M: Moyen/ Midium; L: Faible/Low). Civita and De Maio, 2004).

- Figure. 5. Schema de méthodologie d'analyse de la vulnérabilité des eaux souterraines en utilisant le modèle DRASTIC adapté au SIG/ Flow chart of methodology for ground water vulnerability analysis using DRASTIC model in GIS.

Liste des tableaux :

-Tableau.1. Méthode d'évaluation de la vulnérabilité à la pollution et informations de base relative (Civita et De Maio, 2004)/ Methods of assessing vulnerability to pollution and the relative basic information.

-Tableau. 2. Poids associés aux paramètres de la méthode DRASTIC (Aller et al., 1987, In Edet, 2003)/ Assigned Weight to the DRASTIC method's parameters.

-Tableau. 3. Cotes associés au paramètre profondeur de la nappe de la méthode DRASTIC ( Aller et al., 1987)/ Rating values associated to the depth to water parameter for DRASTIC method.

-Tableau. 4. Cotes associés au paramètre Recharge efficace de la méthode DRASTIC (Aller et al.,(1987)/ Rating values associated to the net recharge parameter for DRASTIC method.

-Tableau. 5. cotes associés au paramètre Type de l'aquifère de la méthode DRASTIC (Aller et al., 1987) / Rating values associated to the aquifer media parameter for DRASTIC method.

8

-Tableau. 6. Cotes associés au paramètre Type de sol de la méthode DRASTIC (Aller et al., 1987 )/ Rating values associated to the soil media parameter for DRASTIC method.

-Tableau. 7. Cotes associés au paramètre topographie de la méthode DRASTI (Aller et al., 1987)/ Rating values associated to the Topography parameter for DRASTIC method.

-Tableau. 8. Cotes associés au paramètre impact de la zone de vadose de la méthode DRASTIC (Aller et al., 1987)/Rating values associated to the Topography parameter for DRASTIC method

Impact of vadose zone.

-Tableau.9. Cotes au paramètre conductivité hydraulique de la méthode DRASTIC (Aller et al., 1987)/Rating values associated to the hydraulic conductivity parameter for DRASTIC method.

-Tableau. 10. Critères d'évaluation des de la vulnérabilité dans la méthode DRASTIC selon Engel et al., (1996) (In Hamza et al., 2007)/Criteria for evaluation of vulnerability in the DRASTIC method.

-Tableau .11. Cotes attribués aux paramètres de vulnérabilité de la nappe de la plaine de Martil-Alila ,Province de Tatouan, NW Maroc selon la méthode ( Draoui et al., 2008)/rating values of the vulnerability parametres for the DRASTIC method in Martil-Alila aquifer, Province of Tatouan, NW Morocco.

-Tableau. 12. Poids attribués aux paramètres SINTACS dans les différents scénarios de la méthode (Civita, 1994, In Hamza et al., 2007) / Weights attributed to parameters in the different scenarios of the SINTACS method .

-Tableau. 13. Critères d'évaluation de la vulnérabilité dans la méthode SINTACS (Civita, 1994, In Hamza, 2007)/Criteria for the evaluation of vulnerability in the SINTACS method.

-Tableau .14. Cotes attribués aux paramètres de vulnérabilité de la nappe de la plaine de Martil-Alila, Province de Tatouan, NW Maroc selon la méthode SINTACS ( Draoui et al ., 2007)/Rating values of the vulnerability parametres for the SINTACS method in Martil-Alila aquifer, Province of Tatouan, NW Morocco .

-Tableau. 15. Critères d'évaluation de la vulnérabilité dans la méthode GOD

selon (Murat et al., 2003) (In Ake et al., 2009)/ Criteria for the evaluation of vulnerability in the GOD method.

-Tableau. 16. Cotes attribués aux paramètres de vulnérabilité de la nappe de la plaine de Martil-Alila, Province de Tatouan, NW Maroc selon la méthode GOD, Foster (1987); Foster et Hirata (1991) (in Draoui et al. 2007)./ rating values of the vulnerability parametres in Martil-Alila aquifer, Province of Tatouan, NW Morocco for the GOD method.

-Tableau. 17. Principales classes d'occupation des sols et valeurs de LU correspondantes (Ribeiro, 2000) (in Hamza et al., 2007)/Main soil-occupation classes and corresponding LU values.

-Tableau .18. Poids attribués aux paramètres SI (variant de 0 à 1, du moins au plus important) (Ribeiro, 2000) (In Hamza et al., 2007)/Weights attributed to SI parameters (varying from 0 to 1, from the least to the most important)

-Tableau. 19. Critères d'évaluation de la vulnérabilité dans la méthode SI (Ribeiro, 2000) (In Hamza et al., 2007)/Criteria for the evaluation of vulnerability in the SI method

9

-Tableau .20. Cotes attribués aux paramètres de vulnérabilité de la nappe carbonaté de Torremolinos, au sud de l'espagne selon la méthode EPIK,( Doerfliger et al. 1999) (In Vias et al., 2004) /rating values of the vulnerability parametres in the carbonate aquifer of Torremolinos , in southernSpain for the EPIK method,

-Tableau .21. . Cotes associés au paramètre conductivité hydrauxlique selon la méthode AVI (Van Stempoort et al. 1993) (In Draoui et al., 2007)/ Rating of the K parametre for the AVI method

-Figure. 22. Diagramme représentant la method COP (Vias et al., 2002, 2004) (In Vias et al., 2006) , démontrant la différenciation des facteurs C,O et P / Diagram of the COP method , showing the differentiation of the C, O and P factors

-Tableau. 23. poids et cote attribués selon la méthode CALOD (Edet 2004) / weighting and rating of the CALOD method (Edet 2004).

-Tableau. 24. Classes de vulnérabilité potentiel selon CALOD (Edet , 2004)/ CALOD vulnerability potential class

-Tableau. 25. Les méthodes de vulnérabilité étudiés et la base de données relative.

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Introduction générale

L'importance de l'eau pour la vie comme composante vitale de tous les écosystèmes mondiaux n'est plus à démontrer. Cette ressource qui répond aux besoins fondamentaux de l'homme est un élément clé du développement, en particulier pour gérer et entretenir la prospérité par le biais de l'agriculture, de la pêche, de la production d'énergie, de l'industrie, des transports et du tourisme. Cependant, dans les faits, nous faisons face à une double crise mondiale de l'eau : crise de quantité (pénurie d'eau) et crise de qualité et de gestion de l'eau. La demande augmente surtout pendant l'été, la période associée à beaucoup activité touristique, mais aussi celle qui coïncide généralement avec les plus bas niveaux d'eau. Ainsi, il existe un écart énorme entre la disponibilité de cette ressource et sa demande.

Au cours du siècle dernier, les prélèvements d'eau douce dans le monde ont augmenté deux fois plus vite que la population mondiale, qui a elle-même plus que triplé. Aujourd'hui, 20% des êtres humains n'ont ni accès, ni les moyens de se fournir en eau potable, en raison de la pollution et de la contamination à l'eau, ainsi, 8 millions de personnes meurent chaque année d'une maladie liée à l'eau, soit 15 personnes par minute. « L'absence d'eau tue 10 fois plus que les guerres », déclarait le président du conseil mondial de l'eau (organisme liée à l'ONU), avant la tenue du quatrième Forum de l'eau à Mexico du 14 au 22 mars 2006.

La ressource en eaux souterraines est considérée comme une ressource précieuse et limitée, en effet Selon certaines estimations, l'eau souterraine terrestre pourrait couvrir toute la surface du globe sur une profondeur de 120 mètres. À titre de comparaison, le volume des eaux de surface des lacs, cours d'eau, réservoirs et marais pourrait être contenu sur une profondeur d'environ un quart de mètre. Toutefois, toutes les estimations impliquent que, si nous ne comptons pas l'eau gelée des calottes glaciaires, des glaciers et des neiges persistantes, l'eau souterraine constitue presque le volume total de l'eau douce utilisable de la terre.

La qualité de la source d'eau souterraine est également un facteur déterminant majeur dans l'établissement de son utilisation. Puisque l'eau souterraine coule à travers un aquifère, elle est naturellement filtrée. Cette filtration, combinée à une longue période de séjour souterrain, signifie que l'eau souterraine est ordinairement exempte de microorganismes pathogènes. Par

11

ailleurs, en termes de ce déséquilibre quantitatif, les eaux souterraines sont exposées aux effets nocifs considérables de l'activité humaine et se déroule sur les terres au-dessus des aquifères, qui se traduit par la dégradation de leur qualité. Il est nécessaire de concevoir de nouvelles stratégies, telles que la cartographie de la vulnérabilité à la contamination, afin d'instaurer une bonne gestion de cette ressource naturelle, la protection et la préservant de la qualité et l'extension de son utilité. L'intérêt pour la protection des sources en eau souterraine comme aspect de la gestion de l'environnement a commencé après l'introduction du concept de vulnérabilité par Albinet et Margat (1970) (In Draoui et al., 2007)

Fig. 1. L'eau souterraine et les réserves d'eau douce de la planète

La gestion durable des eaux est ainsi primordiale car il faut qu'il y'ait assez d'eaux pour les populations actuelles et pour les générations futures et qu'elles répondent à des normes d'excellentes qualité.

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Notion de vulnérabilité

1- Notion de nappes

On distingue 3 types de formations géologiques pouvant renfermer de l'eau.

· Aquifère: une unité géologique totalement ou partiellement saturée en eau, d'où l'on peut extraire de l'eau par pompage de façon économique. (non consolidés: sable et gravier; consolidés: grès, calcaires, roches fracturées ou altérées).

· Aquitard: une unité géologique totalement ou partiellement saturée en eau, d'où on ne peut pas extraire d'eau par pompage de façon économique, mais qui est assez perméable pour laisser percoler des quantités d'eau appréciables quand on se place à l'échelle du kilomètre carré ou plus. (argiles, silts et shales).

· Aquiclude: une unité géologique totalement ou partiellement saturée en eau, dans laquelle l'eau ne circule pas du tout. (roche ignée et métamorphique non fracturées).

La nappe désigne la partie saturée de l'aquifère.

2- Notion de vulnérabilité

La notion de vulnérabilité repose sur l'idée que le milieu physique, en relation avec la nappe d'eau souterraine, procure un degré plus ou moins élevé de protection vis-à-vis des pollutions, selon les caractéristiques du milieu.

Dans la littérature, on distingue deux types de vulnérabilité : la vulnérabilité intrinsèque et la vulnérabilité spécifique (Schenbelen et al., 2002) in Hamza (2007), Le premier terme est utilisé pour représenter les caractéristiques du milieu naturel qui détermine la sensibilité des eaux souterraines à la pollution par les actions humaines. Le deuxième est celui utilisé pour définir la vulnérabilité d'une eau souterraine à un polluant ou à un groupe de polluants. La vulnérabilité spécifique prend en compte les propriétés des polluants et leurs relations avec les divers composants de la vulnérabilité intrinsèque (Hamza et al., 2007).

3- Natures des sources de contamination

Selon Cherry (1987), les sources de contamination sont :

a- Sources ponctuelles

· Systèmes septiques sur place ;

· Fuites de réservoirs ou de pipelines contenant des produits pétroliers ;

· Pertes ou déversements de produits chimiques industriels aux installations de fabrication ;

· Puits d'injection souterrains (déchets industriels) ;

· Décharges municipales ;

· Déchets d'élevage du bétail ;

· Fuites de réseau d'égouts ;

· Produits chimiques utilisés dans les installations de préservation du bois ;

· Résidus de zones minières ;

· Cendres volantes des centrales thermiques alimentées au charbon ;

· Zones d'élimination des boues dans les raffineries de pétrole ;

· Épandage des boues résiduaires ;

· Puits pour l'élimination des déchets liquides ;

· Ruissellement du sel et d'autres produits chimiques sur les routes et autoroutes ;

· Déversements liés aux accidents routiers ou ferroviaires ;

· Goudron de houille dans les anciens lieux de gazéification ;

· Production d'asphalte et terrains de nettoyage de l'équipement ;

b- Sources non ponctuelles (diffuses)

· Engrais sur les terres agricoles

· Invasion marine

· Pesticides sur les terres agricoles et les forêts

· Contaminants dans les retombées sous forme de précipitations, de neige et de dépôts atmosphériques secs

13

4- Quelques exemples de contaminations des eaux souterraines.

14

4.1- Invasion d'eau salée

L'invasion d'eau salée peut poser un problème dans les régions côtières où les taux de pompage des eaux souterraines sont assez élevés pour entraîner une invasion d'eau salée dans des aquifères d'eau douce. Le problème peut être évité par la conception appropriée d'un champ de captage et le forage de drains verticaux pour drainer l'eau salée de la source d'eau douce souterraine.

4.2- Fuites de réservoirs de stockage souterrains et des conduites

Les cas de fuites de produits pétroliers ont vu leur nombre augmenter au cours des deux dernières décennies par suite de la corrosion des réservoirs souterrains en acier, installés en grand nombre dans les années 1950 et 1960. Avant 1980, la plupart des réservoirs souterrains étaient en acier. Sans une protection adéquate contre la corrosion, jusqu'à la moitié d'entre eux présentent des fuites après 15 ans de vie utile.

L'eau souterraine dissoute de nombreux composés divers, et la plupart de ces substances peuvent contaminer de grandes quantités d'eau. Par exemple, un litre d'essence peut contaminer un million de litres d'eau souterraine. Ce problème est particulièrement grave dans les provinces de l'Atlantique où l'on fait grand usage de cette eau. Dans de nombreux cas, le problème est cerné bien après que l'aquifère ait été contaminé, par exemple, lorsque les consommateurs commencent à déceler un goût ou une odeur d'essence.

Fig. 2. Sources et origine de contaminations des eaux souterraines

15

4.3- Liquides denses non aqueux

Un type de contaminant qui pose un problème sérieux est le groupe de produits chimiques connus sous le nom de liquides denses non aqueux ou les LDNA. Il s'agit de produits chimiques utilisés dans le nettoyage à sec, la préservation du bois, les revêtements d'asphalte, l'usinage, la construction et la réparation d'automobiles, l'équipement aéronautique, les munitions et le matériel électrique. Ils peuvent être également produits et déversés à la suite d'accidents. Ces substances sont plus lourdes que l'eau et s'enfoncent rapidement dans le sol, ce qui pose de plus grandes difficultés dans le traitement de ce genre de produits qu'avec les produits pétroliers. Comme pour ces derniers, les problèmes découlent du fait que l'eau souterraine dissout certains des composés en LDNA. Ces composés peuvent alors migrer avec l'écoulement des eaux souterraines. Sauf dans les grandes villes, la présence de ces contaminants est rarement vérifiée dans l'eau potable.

4.4- Pollution par une décharge

Des forages d'eau implantés à proximités d'une décharge non contrôlée (base non étanche) ou une rivière peuvent être contaminés par lixiviats issus de cette dernière.

5- Objectif de l'évaluation de la vulnérabilité

L'objectif visé par les études de vulnérabilité est l'élaboration d'une carte de vulnérabilité et de développer une approche de caractérisation des aquifères en fournissant des donnés de base nécessaires à une gestion durable des ressources en eaux souterraines et à la mise en place de plans adéquats de gestion du territoire. De ce fait, la cartographie de vulnérabilité des eaux souterraines est considérée comme un outil d'aide à la décision en matière d'aménagement du territoire. En effet, la cartographie permettant d'identifier la vulnérabilité des eaux souterraines à la contamination correspond à un type de carte hydrogéologique spécialisée répondant à un besoin particulier et visant un public varié. Ces cartes peuvent combler des besoins d'inventaire et guider les organismes de réglementation à assurer une gestion globale de l'ensemble de la ressource en eau souterraine d'un territoire. Elles sont utilisées par les organisations intéressées pour se donner les moyens de mieux comprendre les dynamiques écologiques et par conséquent d'assurer la protection des nappes phréatiques. Il est évident que cet outil doit trouver un intérêt au près des aménageurs pour mieux gérer les territoires et réviser leurs schémas d'aménagement.

16

Il faut noter que la cartographie de la vulnérabilité à la pollution permet d'identifier les zones à haut risque de contamination, indépendamment du type du polluant. Elle devrait en principe conditionner les plans d'occupation des sols ou du moins permettre de cibler les zones où des mesures rigoureuses de protections devraient être adoptées et ceci dans le cadre de la prévision des propagations des polluants à partir d'aménagements ou d'exploitations existantes ou projetées.

17

Méthodes d'évaluation de la vulnérabilité des eaux
souterraines

1- Etat d'art

Actuellement, il existe plus que 24 méthodes d'évaluation de la vulnérabilité qui pourraient être subdivisé en 3 groupes (Civita, 1994; Vrba et Zaporozec, 1995), In Civita et De Maio,(2004):

A- Méthodes comparatives

Pour les aires d'études étendues et homogènes, elles prennent en considération 2 à 3 paramètres.(complexes hydrogéologiques et création d'évaluation - HCS); Homogeneous area zoning (hydrogeologic complex and setting assessment)

B- méthodes des relations analogiques (AR) et des modèles numériques ;

(Analogical relation (AR) and numerical model assessment.)

Elles sont basées sur des lois mathématiques simples ou complexes.

C- méthodes des systèmes paramétriques

Évaluation du système paramétrique: Systèmes Matrix [MS]; Matrix Systems, Evaluation Systems [RS] Rating T Systems et Point modèles du système comte [PCSM ] Point Count System Models Parametric system assessment.

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Tableau.1. Méthode d'évaluation de la vulnérabilité à la pollution et informations de base relative (Civita et De Maio, 2004)/ Methods of assessing vulnerability to pollution and the relative basic information

Methodology

TYPE

BASIC INFORMATION

Reference and/or name

Precipitaion rate and chemical composition

Topography surface and slop variability

Surficial streamflow and network density

Thickness texture and mineralogy

Effectve moisture

Permeability

Physical and chemical properties

Aquifer connection to surficial waters

Net recharge

Hydrogeologic features of insaturated zone

Depth to water

Piezometre level changes

Aquifer hydrogeologic features

Aquifer hydraulic conductivity

Albinet & Margat (1970) BRGM (1970)

HCS

X

X

X

X

X

Vrana (1968) Olmer & Rezac (1974)

HCS

X

X

Fenge (1976)

^RS

X

X

X

X

X

X

X

Josopait & Swerdtfeger (1976)

HCS

X

X

X

X

X

Vierhuff, Wagner & Aust (1980)

HCS

X

X

X

X

Zampetti (1983) Fried (1987)

^AR

X

X

Villumsen, Jacobsen & Sonderskov (1983

^RS

X

X

X

X

X

X

Haertle' (1983)

^MS

X

X

Vrana (1984)

HCS

X

X

X

X

Subirana, Asturias & Casas Ponsati (1984)

HCS

X

X

X

X

X

Engelen (1985)

^MS

X

X

X

X

Zaporozec (edit., 1985)

^RS

X

X

X

X

X

X

X

Breeuwsma et al. (1986)

HCS

X

X

X

X

X

X

X

X

X

19

Sotornikova & Vrba (1987)

RS

X

X

X

X

Ostry et al. (1987)

HCS

X

X

X

X

Minstr. Flemish Comm (1986) Goossens & Van Damme (1987)

^MS

X

X

X

Carter et al. (1987) Palmer (1988)

^MS

X

X

X

X

Marcolongo & Pretto (1987) method. 1

^RS

X

X

X

X

Marcolongo & Pretto (1987) method. 2

^AR

X

X

X

X

GOD Foster (1987, 1988)

^RS

X

X

X

Schmidt (1987)

^RS

X

X

X

X

Troyan & Perry (1988)

PCSM

X

X

X

X

X

X

X

GNDCI BASIC (Civita, 1990)

HCS

X

X

X

X

X

DRASTIC Aller et al. (1985 - 1987)

PCSM

X

X

X

X

X

SINTACS (Civita, 1991; Civita & De Maio, 1997, 2000)

PCSM

X

X

X

X

X

X

X

X

X

ISIS (De Regibus,1994)

PCSM

X

X

X

X

X

X

2- Méthode de cartographie de la vulnérabilité

2.1- Méthode DRASTIC

La méthode DRASTIC, développée par Aller et al. (1987) (In Hamza et al., 2007) sous l'égide de l'Agence américaine de protection de l'environnement USEPA, est une méthode d'évaluation de la vulnérabilité verticale intrinsèque à la pollution des aquifères, par systèmes

20

paramétriques ; le principe commun de ces systèmes consiste à sélectionner préalablement les paramètres sur lesquels se base l'évaluation de la vulnérabilité. Chaque paramètre est subdivisé en intervalles de valeurs significatives et est affecté d'une cotation numérique croissante, en fonction de son importance dans la vulnérabilité. L'acronyme DRASTIC correspond aux initiales des sept facteurs déterminant la valeur de l'indice de vulnérabilité : Depth to water (D) : profondeur du plan d'eau ; net Recharge (R) : recharge efficace de l'aquifère ; Aquifer media (A) : lithologie de l'aquifère ; Soil media (S) : type de sol ; Topography(T) : pente topographique du terrain ; Impact of vadose zone (I) : impact de la zone vadose (zone non saturée) ; hydraulic Conductivity of the aquifer (C) : conductivité hydraulique de l'aquifère. Les sept paramètres découpent, de façon schématique, une unité hydrogéologique locale en ses principales composantes, lesquelles influencent, à différents degrés, les processus de transport et d'atténuation des contaminants dans le sol, ainsi que leur temps de transit. Une valeur numérique, appelée poids paramétrique, comprise entre 1 et 5 (Tableau. 2), est attribuée à chaque paramètre, reflétant son degré d'influence. Chaque paramètre est trié en classes associées à des cotes variant de 1 à 10 (Tableau3, 4, 5, 6, 7, 8 et 9). La plus petite cote représente les conditions de plus faible vulnérabilité à la contamination. Une valeur numérique, appelée indice de vulnérabilité DRASTIC et notée ID, est déterminée ; elle décrit le degré de vulnérabilité de chaque unité hydrogéologique. L'indice de vulnérabilité DRASTIC est calculé en faisant la somme des produits des cotes par les poids des paramètres correspondants :

ID =Dp xDc + Rp x Rc + Ap x Ac+ Sp x Sc + T p x Tc+ I p x Ic + Cp x Cc

(Ou D, R, A, S, T, I, et C sont les sept paramètres de la méthode DRASTIC, p étant le poids du paramètre et c la cote associée). Il existe deux versions de la méthode DRASTIC : la version DRASTIC standard, appliquée dans le cas ou les contaminants considérés sont des polluants inorganiques, et la version DRASTIC « pesticides », appliquée dans le cas ou les contaminants considérés sont des pesticides. Les valeurs des poids des paramètres dans la version standard de la méthode DRASTIC sont présentées dans le (Tableau.2). Les valeurs de l'indice DRASTIC obtenues représentent la mesure de la vulnérabilité hydrogéologique de l'aquifère ; elles varient de 23 à 226 dans le cas de la version standard. Les valeurs obtenues sont classées selon Engel et al., (1996) (In Hamza et al.,2007) en quatre classes (Tableau.10).

21

Tableau. 2. Poids associés aux paramètres de la méthode DRASTIC (Aller et al., 1987, In Edet,
2003)/ Assigned Weight to the DRASTIC method's parameters

Parameters! Paramètres	Generic DRASTIC version! version DRASTIC standard	Pesticide DRASTIC version !version DRASTIC pesticides
D : Depth to water ! profondeur du plan d'eau	5	5
R : annuel efficient Recharge !recharge efficace	4	4
A : Aquifer media !type de l'aquifère	3	3
S : Soil media !type de sol	2	5
T : Topography !pente de terrain	1	3
I : Impact of vadose zone !impact de la zone non saturé	5	4
C :hydraulic Conductivity !conductivité hydraulique	3	2

Tableau. 3. Cotes associés au paramètre profondeur de la nappe de la méthode DRASTIC
( Aller et al., 1987)/ Rating values associated to the depth to water parameter for
DRASTIC method
Depth to water (feet)

RANGE/INTERVALLE	RATING/COTE
0-5	10
5-15	9
15-30	7
30-50	5
50-75	3
75-100	2
100+	1

Tableau. 4. Cotes associés au paramètre Recharge efficace de la méthode DRASTIC (Aller et
al.,(1987)/ Rating values associated to the net recharge parameter for DRASTIC method
Net recharge (inches)

RANGE/INTERVALLE	RATING/COTE
0-2	1
2-4	3
4-7	6
7-10	8
10+	9

22

Tableau. 5. cotes associés au paramètre Type de l'aquifère de la méthode DRASTIC (Aller et al.,
1987) / Rating values associated to the aquifer media parameter for DRASTIC method

Aquifer media

RANGE/TYPE DE SOL	RATING/COTE	TYPICAL RATING/COTE
		TYPE
Massive shale	1-3	2
Metamorphic/Igneous	2-5	3
Weathered Metamorphic/Igneous	3-5	4
Thin Bedded sandstone, Limestone
Shale Sequences	5-9	6
Massive Sandstone	4-9	6
Massive Limestone	4-9	6
Sand and Gravel	4-9	8
Basalt	2-10	9
Karst Limestone	9-10	10

Tableau. 6. Cotes associés au paramètre Type de sol de la méthode DRASTIC (Aller et al., 1987 )/
Rating values associated to the soil media parameter for DRASTIC method

Soil media

RANGE/TYPE DE SOL	RATING/COTE
Thin or Absent	10
Gravel	10
Sand	9
Peat	8
Shirinking and/or Aggregated clay	7
Sandy Loam	6
Loam	5
Sility Loam	4
Clay Loam	3
Muck	2
Nonshrinking and Nonaggregated Clay	1

23

Tableau. 7. Cotes associés au paramètre topographie de la méthode DRASTI (Aller et al., 1987)/
Rating values associated to the Topography parameter for DRASTIC method
Topography (percent slope )

RANGE/INTERVALLE	RATING/COTE
0-2	10
2-6	9
6-12	5
12-18	3
18+	1

Tableau. 8. Cotes associés au paramètre impact de la zone de vadose de la méthode DRASTIC (Aller
et al., 1987)/Rating values associated to the Topography parameter for DRASTIC method
Impact of vadose zone

RANGE/NATURE DE LA ZONE	RATING/COTE	TYPICAL RATING/COTE
VADOSE		TYPE
Silt/Clay	1-2	1
Shale	2-5	3
Limestone	2-7	6
Sandstone	4-8	6
Bedded Limestone, Sandstone, Shale	4-8	6
Sand and Gravel with Significant Silt and Clay	4-8	6
Metamorohic/Igneous	2-8	4
Sand and Gravel	6-9	8
Basalt	2-10	9
Karst Limestone	8-10	10

24

Tableau.9. Cotes au paramètre conductivité hydraulique de la méthode DRASTIC (Aller et al.,
1987)/Rating values associated to the hydraulic conductivity parameter for DRASTIC method
Conductivité hydraulique (GPD/FT2)

RANGE/INTERVALLE	RATING/COTE
1-100	1
100-300	2
300-700	4
700-1000	6
1000-2000	8
2000+	10

Tableau. 10. Critères d'évaluation des de la vulnérabilité dans la méthode DRASTIC selon Engel et
al., (1996) (In Hamza et al., 2007)/Criteria for evaluation of vulnerability in the DRASTIC method

Vulnerability degree/ Degré de vulnérabilité	Vulnerability index /Indice de vulnérabilité
Low/Faible	< 101
Moderate/Moyen	101-140
High/Fort	141-200
Very high/Très fort	>200

Tableau .11. Cotes attribués aux paramètres de vulnérabilité de la nappe de la plaine de Martil-Alila
,Province de Tatouan, NW Maroc selon la méthode ( Draoui et al., 2008)/rating values of the
vulnerability parametres for the DRASTIC method in Martil-Alila aquifer, Province of Tatouan, NW
Morocco

D (depth to groundwater Range (m) <1.524 1.524- 4.572

4.572- 9.144

9.144- 15.24

15.24- 22.86

Rating 10 9 7 5 3

R (recharge)

Range (mm) >254 <50.8

Rating 9 1

A (aquifer media)

Range Alluvium Gravels Sands Marls or Sands or

loams Clay

Rating 10 9 6-8 4-5 4

S (soil media) Range Sandy Sandy loam

Silty loam Loam Silty clay loam

Silty clay Clay

Rating 9 6 5 4 3 2 1

T (topography)

Range % 0-2 2-6 6-12 12-18 >18

Rating 10 9 5 3 1

I( impact to zone vadose)

25

Range Alluvium Pebbles Gravels Sands Marls Loams Clays

Rating 10 9 8 5-7 3-5 4-2 4-2
C (hydraulic

conductivity)

Range Gravels Pebbles Sands Marls Loams

Rating 10 6-9 4-9 5-6 2

2.2- Méthode SINTACS

La méthode SINTACS, développée par Civita (1994) (In Hamza et al., 2007), est la version italienne de la méthode DRASTIC : c'est une adaptation de cette méthode aux conditions méditerranéennes. Cette méthode de vulnérabilité verticale intrinsèque prend en considération les mêmes paramètres que la méthode DRASTIC. Un poids compris entre 1 et 5 est attribué à chacun d'eux, et chaque paramètre est classé en plusieurs classes, dont chacune est associé à une cote variant de 1 à 10. La spécificité de cette méthode par rapport à la méthode DRASTIC est qu'elle propose cinq scénarios différents de vulnérabilité : les scénarios « impact normal » et « impact sévère », scénarios relatifs aux aquifères constitués par des sédiments non consolidés, localisés dans des aires à sols épais, avec une profondeur du plan d'eau qui n'est pas très élevée. Les zones relatives au premier scénario correspondent aux régions ou les transformations sont rares, avec existence ou non de terres cultivées et une utilisation très faible de pesticides, de fertilisants et d'irrigation, et aux périmètres urbains très dispersés, tandis que les zones relatives au deuxième scénario correspondent aux régions ou l'occupation des sols est intensive, avec des terres cultivées à forte utilisation de pesticides, de fertilisants et d'irrigation, aux implantations industrielles et urbaines denses, et aux dépôts liquides et solides de déchets. Les trois autres scénarios sont le scénario « drainage important à partir d'un réseau superficiel », relatif aux aires ou` il y a une forte infiltration vers l'aquifère à partir d'un réseau superficiel d'eau, le scénario « terrain très karstifié », concernant les aires caractérisées par une forte karstification, et le scénario « terrain fissuré », correspondant aux zones caractérisées par une forte fracturation. Les poids attribués aux différents paramètres dans les versions SINTACS sont présentés dans le Tableau 12. Quatre classes de vulnérabilité peuvent êtres extraites, selon les valeurs des indices de vulnérabilité (Tableau 13).

L'indice de vulnérabilité est obtenu selon la formule suivante :

IS= ? P _(1,7) x N (1 ,7)

26

Tableau. 12. Poids attribués aux paramètres SINTACS dans les différents scénarios de la
méthode (Civita, 1994, In Hamza et al., 2007) / Weights attributed to parameters in the
different scenarios of the SINTACS method

Scénario/Scenariol Pramètre/Parameter	Impact normal/Normal impact	Impact sévère/ Relevant impact	Drainage important/drainage from surficial network	Karst/ karst	Terrains fissurés/ Fissured terrain
S	5	5	4	2	3
I	4	5	4	5	3
N	5	4	4	1	3
T	4	5	2	3	4
A	3	3	5	5	4
C	3	2	5	5	5
S	2	2	2	5	4

Tableau. 13. Critères d'évaluation de la vulnérabilité dans la méthode SINTACS (Civita,
1994, In Hamza, 2007)/Criteria for the evaluation of vulnerability in the SINTACS method

Degré de vulnérabilité/Vulnerability degree Indice de vulnérabilité/Vulnerability index

Faible/low <106

Moyen/Moderate 106-186

Elevé/Very high 187-210

>210

Tableau .14. Cotes attribués aux paramètres de vulnérabilité de la nappe de la plaine de Martil-Alila,
Province de Tatouan, NW Maroc selon la méthode SINTACS ( Draoui et al ., 2007)/Rating values of
the vulnerability parametres for the SINTACS method in Martil-Alila aquifer, Province of Tatouan,
NW Morocco

S(depth to water)

Rang (m) <1.8	1.8-3.0	3.0-4.1	4.1-6.5	6.5-8.9	8.9-13.1	13.1-19.9
Rating 10	9	8	7	6	5	4
I(effective infiltration) Rang (mm) 0-30	51-80	81-00>476	101-120	121-150	181-210	211-250	251-300
			416-475	381-415	341-361	301-340
Rating 1	3	4	5	6	8	9	10
N(non saturated zone)

Rang Alluviums- Sands Marls Loams clays

pebbles

Rating 9 7-4 3-2 3-2 2-1

T(soil texture)

Range Sandy Sandy-loam Loam Silty loam Slity clay loam Silty clay Clay

Rating 9 6 5 4 3 2 1

A( aquifer media)

Range Alluviums-pebbles Gravels Sands Marls Loams Clays

9 8 7-4 4-2 3-2 3-1

Rating

C (hydraulic conductivity)

Range Gravels Pebbles Sands Marls Loams

Rating 10 6-9 7-4 4-2 3-2

S( topographic surface)

Range (%) 0-5 6-10 11-20 21-30 >30

Rating 10 8 5 3 1

27

28

3.2.2. Evaluation de la vulnérabilité par la méthode GOD

La méthode GOD, développé par Foster (1987) et Foster et Hirata (1991) (In Draoui et al., 2007) utilise aussi une approche empirique où la vulnérabilité des aquifères est définie en fonction de l'inaccessibilité de la zone saturée, au sens de la pénétration du polluant, et de la capacité d'atténuation que présente la couche sus-jacente à la zone saturée. L'approche employée pour ce modèle a recours à trois paramètres. Le premier : Groundwater occurrence (G); réside dans l'identification du type d'aquifère en fonction de son degré de confinement. Le deuxième : Overall lithology of aquifer (O) est défini par la lithologie de l'aquifère et le troisième Depth to groundwater (D) correspond à la profondeur de la nappe (Murat et al., 2003, In Ake et al., 2009). Les cotes attribuées aux classes des différents paramètres sont inférieures ou égales à " 1 ".

La cartographie de la vulnérabilité à la pollution des aquifères par la méthode GOD a été faite par le calcul de l'Indice GOD (IG) selon l'équation (2) (Murat et al., 2003, In Ake et al., 2009).

IG = IG X IO X ID

Avec IG : Type d'aquifère ; IO : Lithologie de l'aquifère ; ID : Profondeur de la nappe.

Les différentes plages d'IG obtenues ont été mises en parallèle avec les classes de vulnérabilité.

L'Indice GOD a pour valeur minimum " 0 " et " 1 " comme valeur maximum. D'une manière générale, les indices GOD sont répartis en cinq classes de vulnérabilité allant du "très faible" à "extrême" (tableau 15) .

Tableau. 15. Critères d'évaluation de la vulnérabilité dans la méthode GOD

selon (Murat et al., 2003) (In Ake et al., 2009)/ Criteria for the evaluation of vulnerability in

the GOD method

	Intervalle	Classe GOD
	0-0,1	Vulnérabilité très faible
	0,1-0, 3	Vulnérabilité faible
	0,3-0,5	Vulnérabilité modérée
	0,5-0,7	Vulnérabilité forte
	0,7-1	Vulnérabilité extrême

29

Tableau. 16. Cotes attribués aux paramètres de vulnérabilité de la nappe de la plaine de
Martil-Alila, Province de Tatouan, NW Maroc selon la méthode GOD, Foster (1987);
Foster et Hirata (1991) (in Draoui et al. 2007)./ rating values of the vulnerability parametres
in Martil-Alila aquifer, Province of Tatouan, NW Morocco for the GOD method,

G(groundwater Range Unconfined

occurrence)

Rating 1

O(overall Range Gravels-pebbles Sands Loam sands Marls and loams Clays

lithology of

aquifer Rating 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4

D(depth to Range 0-2 2-5 5-10 10-20

groundwater

table) Rating 1 0.9 0.8 0.7

2.3. Méthode de vulnérabilité spécifique utilisée : La méthode SI

La méthode SI (Susceptibility Index) ou méthode d'indice de susceptibilité est une méthode de vulnérabilité verticale spécifique, développée au Portugal par Ribeiro (2000) (In Hamza et al .,2007) pour tenir compte du comportement des polluants d'origine agricole, principalement les nitrates. Cette méthode prend en considération cinq paramètres. Les quatre premiers paramètres sont identiques à quatre paramètres déjà pris en compte dans la méthode DRASTIC : Depth to water (D) : profondeur du plan d'eau ; net Recharge (R) : recharge efficace de l'aquifère ; Aquifer media (A) : lithologie de l'aquifère et topography (T) : la pente topographique du terrain (T). Les cotes attribuées aux différentes classes de ces paramètres dans la méthode DRASTIC ont été conservées. Le cinquième nouveau paramètre introduit est le paramètre « occupation des sols » (OS). La classification utilisée pour ce paramètre est la classification CORINE Land Cover (1993) (In Hamza et al ., 2007) (Tableau 17). Une valeur appelée facteur d'occupation des sols et notée LU, variant de 0 à 100, est attribuée à chaque classe d'occupation des sols. Il est à signaler que les valeurs des cotes attribuées aux classes des différents paramètres ont été multipliées par 10 pour faciliter la lecture des résultats obtenus. Les valeurs des cotes varient par conséquent de 0 à 100, allant du moins vulnérable au plus vulnérable. Les poids attribués aux paramètres SI varient de 0 à 1 selon l'importance du paramètre dans la vulnérabilité (Tableau 18). La méthode SI présente quatre degrés de vulnérabilité selon les valeurs des indices de vulnérabilité (Tableau 19). Il est à signaler que les paramètres qui ne sont pas pris en compte dans la méthode SI par rapport aux méthodes DRASTIC et SINTACS sont les paramètres : conductivité hydraulique de l'aquifère, impact de la zone vadose, et type de sol. En effet,

30

Ribeiro(2000) (In Hamza et al ., 2007) considère que le paramètre conductivité hydraulique de l'aquifère est difficile à évaluer dans l'espace. De plus, ce dernier paramètre a été déjà pris en compte indirectement dans le paramètre lithologie de l'aquifère (A), et cela par la considération des caractéristiques granulométriques de l'aquifère. Ribeiro (2000) (In Hamza et al., 2007) minimise également le rôle de la zone vadose, en se basant sur les travaux de Foster et al., (1987) (In Hamza et al 2007) et ceux de Vrba et Zoporozec (1994) (In Hamza et al., 2007), qui considèrent que les processus d'atténuation relatifs au paramètre « type de sol » sont sans grand effet sur la vulnérabilité, bien que ce paramètre soit indirectement pris en considération dans le méthode SI à travers le paramètre « occupation des sols ».

Tableau. 17. Principales classes d'occupation des sols et valeurs de LU correspondantes (Ribeiro,
2000) (in Hamza et al., 2007)/Main soil-occupation classes and corresponding LU values

Classe d'occupation des sols/ Land-use class	Valeur du facteur LU / LU rating
Décharge industrielle, décharge d'ordures, mines/industial discharge, landfill, mine.	100
Périmètre irrigués, rizières, cultures annuelles irrigués et non irriguées/ Irrigated perimeters, paddy fields, Irrigated and non irrigated annuel culture.	90
Carrière, chantier naval/Quarry, shipyand	80
Zones artificielles couvertes, zones vertes, zones urbaines continues/Artificial cavered zones, green zones, continuous urban zones.	75
Cultures permanentes (vignes, verges, olivier, etc.)/ Permanent cultures (vines, orchards, olive trees, etc.)	70
Zones urbaines discontinues/discountinous urban zones	70
Pâturages et zones agro-forstières/ Pastures and agro-forest zones	50
Milieux aquatiques (marées, salines , etc.)/ Aquatic milieu (swamps, salines, etc.)	50
Foret et zones semi naturelles/ Forest and semi naturelles zones	0

Tableau .18. Poids attribués aux paramètres SI (variant de 0 à 1, du moins au plus important)
(Ribeiro, 2000) (In Hamza et al., 2007)/Weights attributed to SI parameters (varying from 0
to 1, from the least to the most important)

Paramètre/Parameter	D	R	A	T	OS
Poids/Weight	0.186	0.212	0.259	0.121	0.222

31

Tableau. 19. Critères d'évaluation de la vulnérabilité dans la méthode SI (Ribeiro, 2000)
(In Hamza et al., 2007)/Criteria for the evaluation of vulnerability in the SI method

Degré de vulnérabilité/Vulnerability degree	Indice de vulnérabilité/Vulnerability index
Faible/Low	<45
Moyen/Moderate	45-64
Elevé/high	65-84
Très élevé/very high	85-100

2.5- Méthode EPIK

EPIK Doerfliger et al. (1999) (In Vias et al., 2004) est une méthode d'évaluation de la vulnérabilité verticale intrinsèque à la pollution spécialement conçu pour les aquifères karstiques pour protéger les sources d'approvisionnement en eau (sources et puits) par systèmes paramétriques ; le principe commun de ces systèmes consiste à sélectionner préalablement les paramètres sur lesquels se base l'évaluation de la vulnérabilité. Chaque paramètre est subdivisé en intervalles de valeurs significatives et est affecté d'une cotation numérique croissante, en fonction de son importance dans la vulnérabilité. Cette méthode ne tient pas compte des paramètres en fonction du temps (pluie, la recharge...), mais seulement les paramètres intrinsèques de l'aquifère (tableau 20): présence d'épikarst ; presence of epikarst (E), les caractéristiques de la housse de protection ; the characteristics of the protective cover (P), les conditions d'infiltration ; the infiltration conditions (I) et le développement du réseau karstique ; karst network development (K).

Un facteur de protection ; a protection factor (Fp) est calculé en additionnant les valeurs des paramètres E, P, I et K (chacun entre 1 et 4) et en appliquant un poids variant de 1 à 3 selon Doerfliger et al. (1999) (In Vias et al., 2004). Dans ce cas, contrairement à d'autres méthodes, de faibles valeurs de Fp correspondent à une plus grande vulnérabilité, car l'indice de vulnérabilité est inverse à l'indice de protection:

Fp= 3E + 1P + 3I + 2K

Le facteur de protection est divisé en quatre classes de vulnérabilité, de faible à très élevé.

32

Tableau .20. Cotes attribués aux paramètres de vulnérabilité de la nappe carbonaté de
Torremolinos, au sud de l'espagne selon la méthode EPIK,( Doerfliger et al. 1999) (In Vias et
al., 2004) /rating values of the vulnerability parametres in the carbonate aquifer of
Torremolinos , in southernSpain for the EPIK method,

E (epikarst) Range High fractured in quarries and roads Rest of catchment area

rating E1= 1 E3=4

P (protection Range Leptosols and soils Regosols, Sols on layers that have

cover) on quarries anthrosols and very low hydraulic

calcisols conductivity and

thickness>400 m

rating P= 1 P=2 P= 4

I ( infiltration) range ( out of the catchment area)

Area collecting runoff water (buffer 50 and 100m) and slopes feeding those area (slope higher than 10% for cultivated sectors and 25% for meadows and pastures)

Rest of area

rating I3= 3 I4= 4

K (karst network) range Triassic marbles

rating K= 3

2.6- Méthode AVI

AVI est un rapport analogique ou une méthode numérique qui utilise deux paramètres: l'épaisseur de chaque couche sédimentaire supérieure au-dessus du aquifère saturé (d) et la conductivité hydraulique estimée (K) de chacune de ces couches sédimentaires (tableau 21) (Van Stempoort et al. 1993) (In Draoui et al ., 2007). AVI ne pas utiliser le principe de l'évaluation et le poids, mais détermine l'indice de vulnérabilité moyenne de la relation entre les deux paramètres, selon les L'équation suivante :

AVI =?d/k

33

Les valeurs de l'indice AVI sont divisées en cinq intervalles de vulnérabilité qui représentent les différents degrés de réduction de la contamination.

Tableau .21. . Cotes associés au paramètre conductivité hydrauxlique selon la méthode AVI
(Van Stempoort et al. 1993) (In Draoui et al., 2007)/ Rating of the K parametre for the AVI

method

K(hydraulic	Lithology	Gravel	Sands	Marls	Loams	Clays
	K(m/d)	10 ^3	10^-2-10^2	10^-3-10^-1	10^-4-10^-1	10^-7-10^-5

2.7- Méthode COP

La méthode «COP» a été développée pour évaluer la vulnérabilité intrinsèque des aquifères carbonatés dans le cadre du programme COST Action 620 de l'Union Européenne (Vias et al.,2002, 2004) (In Vias et al., 2006). L'acronyme COP correspond aux initiales des trois facteurs utilisés: concentration des flux, couches supérieures et précipitations. La base conceptuelle de cette méthode, en fonction de l'approche européenne (Daly et al. 2002; Goldscheider et Popescu 2004) (In Vias et al., 2006) , est d'évaluer la protection naturelle des eaux souterraines, déterminé par les propriétés des couches situées au dessus de la nappe aquifère ou ce qu'on appelle aussi zone de vadose ou zone non saturée ;Overling layers above the water table (facteur O), la concentration de l'écoulement ; the Concentration of flow (facteur C) et les précipitations au dessus de l'aquifère ; Precipitation over the aquifer (facteur P), comme les paramètres de l'évaluation de la vulnérabilité intrinsèque des eaux souterraines. Cette méthode considère les caractéristiques du karst, comme la présence de dépressions en surface (facteur C) et l'étendue de leur bassin versant, ainsi que les formes du paysage karstique, sont des facteurs qui diminuent la protection naturelle apportée par les couches du dessus (facteur O). Le facteur P permet de considérer la variabilité spatiale et temporelle des précipitations, en tant qu'agent de transport de la contamination. Deux aquifères carbonatées du Sud de l'Espagne, la Sierra de Libar (un système à conduit) et Torremolinos (un système d'écoulement diffus), ont été sélectionnés pour l'application et la validation de cette méthode, et les résultats ont été comparés avec trois méthodes assez utilisées sur d'autres aquifères dans le monde AVI, GOD et DRASTIC (Vias et al., 2006) . Les comparaisons avec ces trois méthodes et les outils de validation (données hydrogéologues et tests de traçage) montrent les avantages de la méthode COP lors de l'évaluation de la vulnérabilité des eaux souterraines karstiques.(Vias et al., 2006)

34

Les facteurs de la méthode de l'acronyme COP ont été combinées pour évaluer la vulnérabilité intrinsèque d'une ressource en eau souterraine, tel que proposé dans la formule suivante:

COP Index = C.O.P

Les représentations numériques finale des facteurs C, O et P sont multipliées, parce que chacun d'eux est considéré avoir une influence sur la répartition de la vulnérabilité des aquifères karstiques. Dans la méthode COP, les valeurs intrinsèques de la gamme de l'indice de vulnérabilité est entre 0 et 15 Suite à la proposition de Vrba et Zaporozec (1994) (In Vias et al., 2006) , les valeurs de cet indice sont regroupées en cinq classes de vulnérabilité (très élevé, élevé, modéré, faible et très faible vulnérabilité) (Tableau 22).

Les valeurs de l'indice COP sont très influencées par la modification des valeurs pour le facteur O, ceci consiste à un reclassement de groupes et de leur vulnérabilité. Les classes extrêmes du facteur O ont été divisées et leurs valeurs ont été reclassées. Les limites de l'intervalle pour le Très-Haut et les classes secondaires sont affectés principalement en fonction de l'influence du facteur C sur les roches carbonatées, et dans une moindre mesure sur celui du facteur P. Ceux de la classe très faible correspondent à des zones dans lesquelles le C et les facteurs de P ont peu d'influence sur la protection. Les classes modéré et faible correspondent à des zones où la protection potentielle est faible à moyenne, dans laquelle les facteurs C et P n'ont pas une influence déterminante sur la vulnérabilité. (Vias et al., 2006).

REMARQUE :

D'après Nguye et Goldscheider (2006), une méthodologie simplifiée de cartographie de la vulnérabilité des eaux souterraines et du risque de contamination est proposée. Une première application est présentée, dans une zone karstique montagneuse sous climat tropical. Le site expérimental choisi est le secteur de Tam Duong, une des régions les plus pauvres et les plus isolées du Nord Vietnam. Cette approche ne nécessite qu'une quantité minimale de données d'entrée, ce qui en fait un outil utile pour les pays en voie de développement. L'appréciation de la vulnérabilité est basée sur deux facteurs prenant en compte la dualité des processus de recharge des systèmes karstiques: les couches supérieures («overlying layers», facteur O), et la concentration des flux d'infiltration («concentration of flow», facteur C). Le recoupement de la carte de vulnérabilité avec l'estimation simplifiée des aléas permet d'établir la carte des risques. Les cartes résultantes fournissent une base pour le zonage de la protection des eaux

35

souterraines et l'aménagement de l'espace. Traçages et données microbiologiques ont confirmé les évaluations de la vulnérabilité et des risques effectuées sur le site expérimental.

Fig. 22. Diagramme représentant la method COP (Vias et al., 2002, 2004) (In Vias et al.,
2006) , démontrant la différenciation des facteurs C,O et P / Diagram of the COP method ,
showing the differentiation of the C, O and P factors

36

2.8. Indice de vulnérabilité CALOD

La méthode « CALOD »,(Edet, 2004), a été développée pour évaluer la vulnérabilité intrinsèque des aquifères sableux des nappes côtières, dans les zones ou on trouve des difficultés pour l'obtention des données souvent utilisées par les méthodes de vulnérabilités couramment utilisées comme DRASTIC, SANTACS,....Elle est applicable par des simples données recueillis à partir des log de forages ou des mesures de terrains.

L'acronyme « CALOD » correspond aux initiales des cinq paramètres mise en jeu : Clay layer thickness; épaisseur de(s) couches argileuses (C). Les couches d'argiles d'épaisseurs variées et à différents niveaux par rapport à la surface de sol, jouent le rôle de la couverture protective pour l'aquifère, plus qu'elles sont épaisses, plus le risque de contamination de l'aquifère est réduit, car le contaminant va prendre un temps plus long pour atteindre l'aquifère. Aquifer media characteristics; type de l'aquifer (A), Lateritic layer thickness; épaisseur de la couche de latérite (L) Overlying media thickness ; définit l'épaisseur et le type de la zone non saturée (O), Depth to water ; profondeur du plan d'eau par rapport à la surface de terre (D).

Une valeur numérique, appelée poids paramétrique, comprise entre 1 et 5 (Tableau 23) (Edet , 2004) est attribuée à chaque paramètre, reflétant son degré d'influence. Chaque paramètre est classé en classes associées à des cotes qui varient pour chaque paramètre (Tableau 23). La plus petite cote représente les conditions de plus faible vulnérabilité à la contamination. Une valeur numérique, appelée indice de vulnérabilité CALOD et notée ICALOD, est déterminée ; elle décrit le degré de vulnérabilité de chaque unité hydrogéologique. L'indice de vulnérabilité CALOD est calculé en faisant la somme des produits des cotes par les poids des paramètres correspondants :

ICALOD ^=CWCR+ _AWAR + _LWLR + _OWOR + DWDR

(Ou C, A, L, O et D sont les sept paramètres de la méthode CALOD, p étant le poids du paramètre et c la cote associée). Les valeurs de l'indice CALOD sont divisés en quatre classes, faible (<20), faible-moyen (20-40), modéré-fort (40-60) et fort (>60) représenté dans le tableau 24 ;

Les résultants obtenus par l'indice de vulnérabilité CALOD est identique à celles décrites par la méthode DRASTIC, SINTACS et ISIS (Edet 2004). Malgré quel a utilisée que des données simple des logs de forages ou de mesure de terrain, les paramètres les plus important qui contrôlent des aquifères sableux des plaines côtières sont : la profondeur du

37

plan d'eau, l'épaisseur de la couche latéritique et le type (lithologie) de l'aquifère. (Edet 2004)

Tableau. 23. poids et cote attribués selon la méthode CALOD (Edet 2004) / weighting and
rating of the CALOD method (Edet 2004).

Parameters	Code	Unit	Weight	Rating
				1 Very low	2 Low	3 Medium	4 High	5 Very high
Clay layer thickness	C	m	1	>8.0	4.0-8.0	2.0-4.0	1.0-2.0	< 1.O
Aquifer character	A	n0	4	<3.0	3.0-6.0	6.0-9.0	9.0-12.0	>12.0
Lateritic layer thickness	L	m	3	>10.0	7.5-10.00	5.0-7.5	2.5- 5.5	<2.5
	O	m0	2	<5.0	5.0-10.00	10.0-15.0	15.0-20.0	>20.0
Overlying layer character
Depth to-water-level	D	m	5	>40.0	20.00-	10.00-	5.0-10.0	<5.0
					40.00	20.00

Tableau. 24. Classes de vulnerabilité potentiel selon CALOD (Edet , 2004)/ CALOD
vulnerability potential class

class	CALOD Index	Vulnerability level	Symbol
1	<20.0	Low	Low
2	20.0-40.0	Low-medium	LM
3	40.0-60.0	Medium-High	MH
4	>60.0	high	H

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Apport des Systèmes d'Information Géographique à la
cartographie de la vulnérabilité

Pour fournir une aide aux décideurs et aux gestionnaires, le Système d'information géographique (SIG) est considéré comme un des meilleurs outils pour à la fois rassembler toutes les données, les analyser et visualiser plusieurs couches d'informations sur un même support. Cet outil permet d'inspirer des approches globales en matière de gestion des ressources en eaux qui pourraient faciliter le développement de solutions aux problèmes de surexploitation et de dégradation de la qualité des eaux souterraines. (Habib smida et al., 2009).

Figure. 3 (A). Cartes des parameters de la plaine d'Alessandria (Italie) /Alessandria plain: Parametric Maps. (Civita et De Maio 2004)

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Figure. 3 (B). Cartes des parameters de la plaine d'Alessandria (Italie) /Alessandria plain:
Parametric Maps. (Civita et De Maio 2004)

Figure. 4 carte de vulnerability de la plaine d'Alessandria (Italie) /Vulnerability Map of the Alessandria plaine (Italie). (Ee: Extremely Elevated/ extrémement élevé; E: Elevé/ Elevated; H: / fort/High; M: Moyen/ Midium; L: Faible/Low). Civita and De Maio, 2004)

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Figure. 5. Schéma de méthodologie d'analyse de la vulnérabilité des eaux souterraines en utilisant le modèle DRASTIC adapté au SIG/ Flow chart of methodology for ground water vulnerability analysis using DRASTIC model in GIS.

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Comparaison des méthodes d'évaluation de la vulnérabilité

1. Classification des méthodes

Face à une demande en eaux qui ne cesse d'augmenter et une rareté et une dégradation de la qualité de plus en plus accentué, la nécessité pour des méthodes de cartographie de la vulnérabilité est indispensable. Vu le grand nombre de méthodes inventées, il est de plus en plus utile d'identifier parmi eux celles les plus fiables et efficaces.

D'après (Civita, 1994; Vrba et Zaporozec, 1995 (in Civita et De Maio, 2004), les méthodes d'évaluation de la vulnérabilité pourraient être subdivisé en 3 groupes :

- méthodes des systèmes paramétriques : GOD, EPIK, DRASTIC, SINTACS, CALOD, SI, COP.

- méthodes des relations analogiques et des modèles numériques : AVI - méthodes comparatives :

On peut aussi classer les méthodes de vulnérabilité en fonction des caractéristiques spécifique ou intrinsèques de l'aquifère prise en compte :

-méthodes de vulnérabilité intrinsèques : GOD, EPIK, DRASTIC, SINTACS, CALOD, COP et AVI.

- méthodes de vulnérabilité spécifique : SI

Une autre classification est possible, en fonction de l'utilisation ou non de système de pondération pour les facteurs mise en jeu.

-utilisation de système de pondération : DRASTIC, SINTACS, SI, CALOD et EPIK. -non utilisation du système de pondération : GOD, AVI et COP.

2. Comparaison entre méthodes DRASTIC et GOD :

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D'après (Ake et al., 2009), l'importance de GOD réside dans le fait qu'il tient seulement compte des facteurs les plus significatifs pour évaluer la vulnérabilité. La base de données relative à ces paramètres est facilement accessible contrairement à la méthode DRASTIC où les paramètres tels que la recharge, la zone non saturée qui jouent un rôle prépondérant dans la migration d'un polluant sont évalués avec beaucoup d'approximations.

Cependant, la méthode DRASTIC reste et demeure l'une des meilleures méthodes pour l'estimation de la vulnérabilité intrinsèque lorsque toutes les conditions sont réunies. Cependant, la réalisation de la carte de vulnérabilité par la méthode DRASTIC nécessite l'utilisation de 7 paramètres dont la fiabilité dépend des données utilisées pour leur réalisation. Plusieurs paramètres comme la recharge, la conductivité hydraulique, la profondeur du plan d'eau, l'impact de la zone vadose, sont produites par interpolation. L'interpolation utilisée peut entraîner des erreurs dans la réalisation des paramètres, car elle n'est fiable qu'à l'intérieur des intervalles délimitées par les données ponctuelles (Jourda et al., 2006) (in Ake et al., 2009). L'une des difficultés de l'application des méthodes DRASTIC et GOD est également les limites des classes et les cotes qui sont assignées aux différents paramètres (Murat, 2000) (in Ake et al., 2009) . En effet, les limites des classes standard ne correspondent pas très souvent à la réalité de la zone étudiée car comme le fait remarquer les travaux de Lobo-Ferreira et al., (2003) (in Ake et al., 2009), ces classes peuvent toujours regrouper en leur sein des entités différentes. Dans ces conditions, l'agrégation des cotes n'est pas toujours identique à celle définie par la méthode (DRASTIC ou GOD) de même que les indices de vulnérabilité. Les limites des différentes classes ne sont donc pas des valeurs absolues, mais plutôt des valeurs relatives (Jourda et al., 2006) (in Ake et al., 2009). Ces limites peuvent alors varier d'une étude à une autre et d'une région à une autre.

3. Comparaison entre méthodes DRASTIC et SINTACS :

D'après Hamza et al., (2007), la méthode SINTACS, est une adaptation de la méthode DRASTIC aux conditions méditerranéennes. Cette méthode de vulnérabilité verticale intrinsèque prend en considération les mêmes paramètres que la méthode DRASTIC. La spécificité de cette méthode par rapport à la méthode DRASTIC est qu'elle propose cinq scénarios différents de vulnérabilité : les scénarios « impact normal » et « impact sévère », « drainage important à partir d'un réseau superficiel », « terrain très karstifié », « terrain fissuré ».

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4. Comparaison entre méthodes DRASTIC et SI :

D'après Hamza et al., (2007).Il est à signaler que les paramètres en commun qui sont pris en compte dans la méthode SI par rapport aux méthodes DRASTIC sont les paramètres : profondeur du plan d'eau, la recharge efficace de l'aquifère , la lithologie de l'aquifère et la pente de topographie de l'aquifère, pour les autres paramètres non prise en compte, Ribeiro (2000) (in Hamza et al., 2007) mentionne la difficulté de l'évaluation de conductivité hydraulique de l'aquifère, d'autre part, ce dernier paramètre a été déjà pris en compte indirectement dans le paramètre lithologie de l'aquifère (A), et cela par la considération des caractéristiques granulométriques de l'aquifère. Ribeiro (2000) (in Hamza et al., 2007) minimise également le rôle de la zone vadose, en se basant sur les travaux de Foster (1987) (in Hamza et al., 2007) et ceux de Vrba et Zoporozec (1995) (in Hamza et al., 2007)., qui considèrent que les processus d'atténuation relatifs au paramètre « type de sol » n'ont pas une influence remarquablela vulnérabilité, d'autre part il considère que ce paramètre est déjà pris soi indirectement en considération dans le méthode SI à travers le paramètre « occupation des sols ».

5. Comparaison entre la méthode DRASTIC, GOD, AVI et EPIK

D'après Vias et al., (2004) Pour les méthodes de cartographie de la vulnérabilité, DRASTIC, GOD , AVI et EPIK, les paramètres liés à la géologie, et en particulier à la lithologie, sont les plus pertinentes, tandis que la profondeur de la nappe phréatique a moins d'influence. Celui-ci toutefois, de déterminer les variations de la vulnérabilité entre les années humides et sèches, en particulier dans l'application des méthodes AVI et GOD. Dans la méthode EPIK, la vulnérabilité est définie par les caractéristiques de la couverture de protection et, dans une moindre mesure, par la présence de zones fortement fracturées.

Le nombre de paramètres utilisés pour chaque méthode n'établit pas de différences significatives dans la carte de la vulnérabilité finale. Ainsi, avec la méthode DRASTIC, qui utilise sept paramètres, il est possible d'obtenir une cartographie de la vulnérabilité similaire ou même avec moins de classe que celle obtenue par la méthode de GOD, qui utilise seulement trois variables.

Le type de modèle d'évaluation utilisé (paramétrique ou de relations analogiques) influences les différents degrés de vulnérabilité. Ainsi, la méthode AVI fait état d'une

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vulnérabilité plus grande que celle constatée avec les méthodes paramétriques (GOD, EPIK et DRASTIC) mais ce n'est en désaccord avec les connaissances hydrogéologiques disponible.

La Cartographie de la vulnérabilité obtenues par les méthodes DRASTIC, GOD et AVI semble très utile pour la gestion de l'utilisation des terres, en utilisant des échelles et des petites modérée qui fournissent une vue d'ensemble. Cependant, il ya un besoin de méthodes avec une plus grande échelle pour créer des zones de protection des aquifères. Parmi les méthodes utilisées, DRASTIC, GOD, AVI et EPIK, Pour aquifères carbonatés, la méthode EPIK offre de meilleures performances pour l'établissement de zones de protection.

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Tableau. 25. Les methods de vulnérabilité étudiés et la base de données relative.

	DRASTIC	SINTACS	SI	GOD	AVI	COP	CALOD	EPIK
Paramètres mise en jeu	Depth to water	Depth to water	Depth to water	Depth to water	Depth to water	****	Depth to water	****
	Annual recharge	Annual recharge	Annual recharg e	****	****	precipitaion	****	the infiltration conditions
	Aquifer media	Aquifer media	****	Overall lithology of aquifer or aquitard	****	****	Aquifer media	****
	Soil media	Soil media	Siol media	****	****	****	Lateritic layer thickness	****
	Topographi e	Topographi e	Topogra phie	****	****	****	****	****
	Impact of the vadose zone	Impact of the vadose zone	****	Grounwater occurrence	****	Overlying layers above the water table	Overlying media caracteristic s	the characteristic s of the protective cover
	Hydraulic zone	Hydraulic zone	****	****	Hydraulic zone	****	****	****
	****	****	Land cover type	****	****	****	****	****
	****	****	****	****	****	Concentration of flow	****	****
	****	****	****	****	****	****	Clay layer thickness	****
	****	****	****	****	****	****	****	karst network development
	****	****	****	****	****	****	****	presence of epikarst

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Conclusion générale

Toutes les limites soulevées dans l'élaboration des cartes de vulnérabilité à la pollution par les méthodes présentées dans ce rapport n'altèrent en rien leur fiabilité.

Dans tous les cas, les méthodes de vulnérabilités intrinsèques permettent de se faire une idée assez précise sur les zones sensibles d'une région donnée en vue de prendre des dispositions de protection nécessaires.

Mais vu l'importance de la ressource mise en jeu qui est l'eau et pour plus de précision, on est toujours à la recherche des méthodes les plus performantes et les plus praticables parmi eux :

- pour un aquifère détritique situé sous climat méditerranéen, la méthode DRASTIC est la

plus souhaité.

- pour un aquifère karstique situé sous un climat méditerranéen, la méthode COP est la plus souhaité.

- pour aquifère côtière, situé sous une zone agricole, la méthode la plus souhaité pour l'évaluation de la vulnérabilité spécifique au nitrates, est SI.

- sous climat tropicale et dans le cas ou on ne possède pas une base de données modeste pour les pays en voie de développement, la méthode CALOD est la plus souhaitée.

le Système d'information géographique (SIG) est considéré comme un des meilleurs outils qui permet aux décideurs d'avoir une idée plus précise sur la situation du site à étudier , d'inspirer des approches globales et de mieux gérer les problèmes liées à la ressource en eaux en terme de quantité . Il permet de combiner, d'actualiser et d'analyser plusieurs données sur un même support.

La cartographie de la vulnérabilité dépend étroitement de la disponibilité et la fiabilité des données essentiellement hydrologique, climatique et hydrogéologique..... Ceci guide le choix de la méthode à adopté pour l'évaluation de la vulnérabilité.

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