Memoire Online - Approche hydrogéologique et hydrochimique des eaux souterraines dans une zone semi aride . Cas de la nappe mio-plio-quaternaire du synclinal de Djelfa (Algérie centrale )

L'étude de la chimie des eaux souterraines apporte à l'hydrogéologie une somme considérable de renseignements utiles à la compréhension des phénomènes se produisant dans les systèmes aquifères. C'est-à-dire dans les échanges possibles entre l'eau et la roche, sachant que la minéralisation des eaux souterraines peut provenir de l'acquisition des éléments chimiques par la dissolution et l'altération des minéraux du réservoir.

L'étude de la chimie des eaux souterraines, elle permet aussi de suivre l'évolution spatiale des différents éléments dissous et d'estimer leur origine, d'estimer la profondeur de circulation des eaux, et d'apprécier la qualité des eaux vis-à-vis de la potabilité et à l'irrigation.

C'est dans ce but que ce chapitre a été consacré, où on a utilisé certain nombre de diagrammes avec les différentes cartes qui ont été tracés pour l'ensemble des éléments chimiques. Une analyse statistique a été effectuée aussi sur les principaux paramètres caractérisant le chimisme des eaux de l'aquifère.

Nous avons effectué deux compagne de prélèvement d'eau en Octobre 2014 et Avril 2015, où on a sélectionné lors de l'inventaire des points d'eau, 27 points d'eau, en nous basant sur leur répartition spatiale et l'aquifère capté. (Fig. 30)

Trois paramètres physico-chimiques (T°, pH, conductivité électrique) ont été mesurés in situ, immédiatement après le prélèvement de l'échantillon à l'aide d'un pH mètre pHep (HANNA), et un Conductivimètre de terrain du type Delta OHM HD 3406.2.

Les analyses d'eau ont été effectuées au laboratoire d'hydrogéologie de l'université de Tébessa pour la première compagne Octobre 2014, et laboratoire de l'Agence National des Ressources Hydraulique (ANRH) pour la deuxième compagne Avril 2015. Elles ont porté sur les éléments majeurs (Ca2⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, Cl^-, SO4 ^2-, HCO3 -, No3 -).

-Méthode de spectrophotométrie d'absorption atomique (en utilisant un spectrophotomètre Hi 83200 (HANNA)) pour les éléments (Na⁺, K⁺, SO42^-, No3 -).

Pour la fiabilité des résultats d'analyse, on a procédé à l'application de la méthode de la balance ionique et une erreur de 10 % a été acceptée.

Le récapitulatif des résultats de mesures des paramètres physiques des eaux de la nappe Mio-Plio-Quaternaire du synclinal de Djelfa sont donnés sur le tableau 12

	Période des basses eaux				Période des hautes eaux
paramètre	Min	Moy	Max	Ecart-type	Min	Moy	Max	Ecart-type
T°C	16	18.37	21.5	1.86	17	20.38	22.5	1.39
pH	7.49	7.75	8.1	0.16	7.58	7.87	8.2	0.17
CN us/cm	594.55	1339.60	4925.16	928.45	550.28	1320.12	5310.67	1054.12

La température des eaux prélevées dans la région étudiée, varie de 16 à 22.5 °C, elle ne dépasse pas les normes fixées par l'O.M.S (25 °C). Cette variation de température des eaux souterraines peut être fonction de la profondeur de l'aquifère.

Le pH exprime la concentration en ion H⁺ d'une solution. C'est un paramètre physique qui détermine l'acidité ou l'alcalinité. Les mesures du pH montrent que tous les puits se trouvent dans l'intervalle de norme de potabilité (d'après l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS)). Dans la période des hautes eaux le pH varie entre 7.58 et 8.2, alors qu'en période des basses eaux les valeurs variées entre 7.49 et 8.1.

La conductivité traduit globalement la teneur d'une eau en sels dissous, elle est d'autant plus élevée que la minéralisation est importante. Les valeurs mesurées ont été ramenées à 20°C, à l'aide de la relation suivante :

F : facteur de correction , varie de 0.885 à 1.490 selon la température mesurée .

La gamme de variation de la conductivité des eaux de la nappe du Mio-Plio-Quaternaire pendant toutes les compagnes, varie de 550.28 uS/cm à 5310.67 uS/cm, où la cartographie de ce paramètre montre que les grandes valeurs se localisent dans la partie Nord ouest du synclinal en contact avec les piémonts des massifs à l'Ouest des cartes de 1600 à 5310 us/cm, Ces fortes concentrations peuvent se traduire par des apports d'eau qui sont chargés venus des piémonts des massifs (surtout à partir des formations marno-calcaires du Sénonien) et en relation avec les formations triasiques par l'intermédiaire des failles. On remarque également un accroissement de la conductivité suivant le sens d'écoulement des eaux souterraines c'est-à-dire du Sud-Ouest vers le Nord-Est , débute de 400 à 1800 us/cm.

Le récapitulatif des résultats d'analyse chimique des eaux de la nappe Mio-Plio-Quaternaire du synclinal de Djelfa sont donnés sur le tableau 13

Eléments	Période des basses eaux				Période des hautes eaux
	Min	Moy	Max	Ecart-type	Min	Moy	Max	Ecart-type
Ca²⁺ (mg/l)	41.40	107.48	188.60	40.21	32.75	105.09	188.67	45.91
Mg²⁺(mg/l)	19.72	72.48	285.12	68.14	19.27	81.51	325.64	82.17
Na⁺ (mg/l)	20.14	54.42	118.35	24.29	20.13	49.88	112.52	22.45
K+ (mg/l)	0.5	2.64	14	2.65	0.5	4.04	12	2.40
So4^2- (mg/l)	65	254.46	920	220.17	45	255.93	990	239.44
Cl^- (mg/l)	32.61	91.92	236.84	46.16	22.17	84.47	252.67	52.97
Hco3 ^-(mg/l)	124.20	296.31	531.60	96.21	106.62	280.81	537.22	101.89
No3^- (mg/l)	8.61	23.35	42.07	9.85	6.75	25.52	41.75	10.84

Afin de montrer la répartition spatiale des éléments chimiques, nous avons choisi l'outil cartographique qui constitué un outil très appréciable dans la vision de l'évolution spatiale d'un constituant chimique quelconque.

La cartographie hydrochimique a été illustrée par interpolation triangulaire, en utilisant le logiciel Surfer 10 (Golden software, 2011).

Les teneurs en calcium oscillent en général entre 40 et 190 mg/l, L'examen des deux cartes montre que les concentrations sont importantes dans la partie Nord-ouest du synclinal, au piémont Sud du flanc Nord, c'est-à-dire en bordure des formations carbonatées et des marnes avec des lentilles de gypse d'âge Sénonien, donc ces fortes concentrations proviennent essentiellement de la dissolution des formations carbonatées ( CaCO3 ) de bordure, et des gypses contenus dans les marnes.

Les ions Ca²⁺ proviennent de la dissolution des formations carbonatées (CaCO3) et des gypses selon les équations d'équilibre suivantes:

On remarque également que les teneurs croissent dans le sens de l'écoulement c'est-à-dire du Sud-Ouest vers le Nord-Est, débute de 32.75 à 188.67 pour la période des hautes eaux et de 41.35 à 169.82 pour la période des basses eaux.

Les concentrations en magnésium, varient de 19 à 330 mg/l. On note que les teneurs élevées sont observées dans la parité Nord-Ouest du synclinal au piémont sud du flanc nord. Les ions (Mg²⁺) proviennent, comme les ions (Ca²⁺), de la dissolution des formations carbonatées riches en magnésium (dolomites), comme peuvent se traduire également par la dissolution des formations salifères. Les fortes concentrations sont enregistrées pendant la période des hautes eaux ceci montre l'importance du lessivage des formations géologiques. Les teneurs inférieures à 50 mg/l sont observées dans la partie Sud-Ouest et la partie centrale de la nappe.

Le Sodium est toujours présent dans les eaux naturelles en proportions variables, il provient essentiellement du lessivage des formations riches en NaCl (argiles et marnes) et des eaux usées d'origine industrielle et domestique.

Les concentrations varient entre 20 et 120 mg/l. L'observation des deux cartes montre que les concentrations sont importantes dans la zone Nord-Ouest de la plaine au piémont sud du flanc nord qui dépassent 100 mg/l, ces concentration peuvent se traduire par la dissolution des formation salifères contenues dans la bordure, les teneurs faibles se localisent au Sud Ouest (en amont de la nappe), là où les eaux souterraines sont au début de leur cheminement, c'est-à-dire ne sont pas encore trop minéralisées, et augment progressivement lorsque en allant vers le Nord-Est, débute de 20.14à 118.35 pendant la période des basses eaux et 20.13 à 112.52 pendant la période des hautes eaux.

Les teneurs en bicarbonates variées entre 120 à 560 mg/l. L'examen des deux cartes montre que les teneures sont relativement faibles dans la partie Sud-Est de la nappe où les eaux sont au début de leur cheminement dans la nappe. Les concentrations les plus importantes sont observées; dans la partie centre Nord et plus à l'Ouest en bordure du flanc Nord, donc ces fortes concentrations peuvent se traduire par la dissolution des calcaires de la bordure par les pluies acides surtout pendant la période des hautes eaux selon la réaction suivante:

On note également que les cailloutis calcaires qui existent dans les formations de la nappe peuvent influencées sur la concentration en cet élément.

Les teneurs en chlorures variées entre 32 à 260 mg/l, la cartographie de cet élément monter une élévation remarquable dans la partie Nord-Ouest au piémont sud du flanc Nord de synclinal.

Ces fortes concentrations peuvent se traduire par la dissolution des formations gypsifères dans la bordure. Les activités anthropiques contribuent également à l'augmentation des teneurs en chlorures. Les teneurs faibles sont enregistrées dans la partie Sud-Ouest et augments progrissivemet lorsque on allant vers la partie Sud-Est . Le rapprochement des valeurs des concentrations durant les deux (02) périodes des hautes eaux et basses eaux met en évidence l'effet du lessivage des formations traversées.

Les concentrations, en général, oscillent entre 50 et 990 mg/l. Les fortes concentrations sont enregistrées dans la partie Nord Ouest de la nappe au piémont Sud du flanc Nord du synclinal surtout durant la période des hautes eaux avec des valeurs qui dépassent les 500 mg/l (990 mg/l) comme valeur maximale observée au niveau du puits (PMS4), ces fortes valeurs peuvent s'expliquer par la dissolution des sels minéraux (gypses) contenus dans les formations Sénoniennes au bordure.

On remarque un accroissement des tenures suivant le sens de l'écoulement c'est-à-dire de Sud-Ouest vers le Nord-Est, débute de 45 à 400 mg/l, l'augmentation des teneurs peut se traduire par le lessivage des formations gypsifères.

Les nitrates (NO3^-) constituent le stade final d'oxydation de l'azote organique. Les nitrates sont abondamment répandus dans le sol, dans la plupart des eaux et des plantes où ils sont nécessaires à la synthèse des végétaux. Soluble dans l'eau, ils se retrouvent naturellement en faible concentration dans les eaux souterraines et les eaux de surface.

Ces derniers donnent naissance aux nitrates par les processus de nitrification qui correspondent à l'oxydation biologique de l'azote ammoniacal en azote nitrique NO3^- (Fig.45) .Les étapes successives de la nitrification se font par l'intermédiaire de deux familles de bactéries principalement présentes dans les sols: Nitrosomonas pour la nitritation (transformation de NH4+ en NO2 -) et Nitrobacter pour la nitratation (transformation de NO2^- en NO3 -).

En général, les teneurs en nitrates dans les eaux souterraines de la nappe Mio-Plio-Quaternaire sont faibles, sauf dans la partie Nord Est de la nappe où on a enregistré des valeurs variées entre 30 et 42, mais elles restent inferieur à la norme fixée par l'OMS 50 mg/l.

Plusieurs méthodes ont été définies par divers auteurs pour classer et connaître les différents faciès chimiques des eaux naturelles.

Dans le cadre de notre étude, nous avons utilisé les méthodes principales les plus utilisées: la classification de Stabler, de Schoeller-Berkaloff et celle de Piper. Toutes ces classifications sont basées essentiellement sur la composition chimique.

Cette classification permet de connaitre les différents faciès chimiques des eaux, où nous avons convertir les masses pondérales de chaque élément en (mé/l), puis on réduit ces derniers en pourcentage (%) du nombre total du (mé/l). On classe par ordre de grandeur, d'abord les anions suivis des cations.

De ce classement, nous définissons les eaux de la nappe du Mio-Plio-Quaternaire en cinq familles (Tab. 14).

On observe qu'il y'a deux facies dominant qui sont le bicarbonatée calcique et sulfatée calcique, ce qui confirme l'influence de la lithologie sur le chimisme des eaux (Fig. 48). On observe que le facies sulfatée magnésienne apparaît au Nord Ouest de la nappe au piémont sud du flanc Nord, les formations marneuses riche en gypse et les calcaires riche en magnésium d'âge Sénonien qui y sont présentes dans la bordure doivent donc être à l'origine de ce faciès, la conductivité des eaux dans cette partie est très élevée dépasse 1600 et qui peut atteinte 5000 dans certains puits. Le facies sulfaté calcique apparaît en aval à l'extrême Nord Est où les affleurements sénonienne dans cette partie doivent être également à l'origine de ce faciès. Les facies bicarbonatés calciques et bicarbonatés magnésiennes se localisent au Sud Ouest, au centre et au Nord Est, donc les formations calcaires sont à l'origine de ces faciès.

Seuls les points FMH2 et FMH3 à l'extrême Sud Est (chlorurée calcique) indiquent un mélange probable d'eau de faciès différents. En effet, ces deux points sont situés au Nord d'une faille E-W traversant une partie du synclinal et aussi à proximité d'un affleurement triasique (voir la carte géologique, chapitre II).

Figure 48 : carte de répartition des faciès chimiques de la nappe Mio-Plio-Quaternaire
du synclinal de Djelfa .

Le diagramme de Piper permet de représenter plusieurs échantillons d'eau simultanément. Il est composé de deux triangles, permettant de représenter le faciès cationique et le faciès anionique, et d'un losange synthétisant le faciès global. Le principe consiste à représenter dans chaque triangle équilatéral les quantités en réaction par rapport à la concentration totale des anions et des cations, on obtient ainsi deux points représentatifs indiquant la dominance d'un anion ou d'un cation.

La composition de l'eau peut être figurée sur le losange par un point unique correspondant à l'intersection des parallèles depuis ces deux points aux côtés du losange qui représente la nature chimique de l'échantillon.

La représentation des point d'eau sur le diagramme triangulaire de PIPER pour les deux périodes Octobre 2014 et Avril 2015, montre la tendance vers le pole magnésien et le pole calcique dans le sous triangle des cations, alors que les anions montrent une dominance bicarbonatée pour certains points, et des autres points montrent la tendance vers le pole Sulfatée. Le diagramme global fait ressortir les faciès suivants: le sulfatée calcique, sulfatée magnésienne, bicarbonaté calcique et bicarbonatée magnésienne.

Le diagramme de Schoëller-Berkaloff permet de représenter le faciès chimique de plusieurs échantillons d'eaux. Chaque échantillon est représenté par une ligne brisée. La concentration de chaque élément chimique est figurée par une ligne verticale en échelle logarithmique. La ligne brisée est formée en reliant tous les points qui représentent les différents éléments chimiques.

Les diagrammes tracés pour les deux périodes Octobre 2014 et Avril 2015 (Fig.51 et 52), confirment la prédominance des facies bicarbonatée calcique et sulfatée calcique, permettant de dire que la minéralisation des eaux est liée essentiellement aux ions Hco3 -, So4^2- et Ca²⁺. D'une manière générale les eaux sont évoluées, de la 1^ère au 2^ème stade d'évolution chimique.

En se basant sur les mesures et les analyses chimiques de toutes les campagnes, on va essayer de déterminer l'origine probable de tous les ions.

La figure 53 A montre l'évolution du calcium en fonction des bicarbonates. Les points se positionnant sur la droite de pente 1 indiquent l'origine carbonatée des ions du calcium. Les autres points montrent un excès du calcium suite à la dissolution du gypse.

L'analyse de graphe 53 B montre que 85 % de l'ensemble des échantillons ont une origine carbonatée.

La réalisation de ce diagramme a montré la présence de deux pôles : le premier est carbonaté et représente 35 % des Point d'eau, il se caractérise par une dominance des ions HCO3^- pour des conductivités inférieures à 1100 uS/cm. Le second, gypsifère, représente 65% des Point d'eau, les ions Cl^- et SO4^2- y dominent. Ce pôle est accompagné d'une conductivité plus importante qui peut atteint 5427 uS/cm (Fig. 54).

L'examen de la figure confirme donc que la conductivité électrique de l'eau est due aux sulfates et aux chlorures.

Figure 54: Origine de la salinité en fonction des rapports
caractéristiques.

L'influence de ces deux éléments sur la conductivité électrique de l'eau a été vérifiée à l'aide de la figure 55. On note que pour les valeurs de conductivité supérieures à 1200 uS/cm, la conductivité n'est influencée que par le magnésium. La représentation graphique montre que 60 % des points analysés présentent un rapport supérieur à 1, indiquant une dominance des ions du calcium par rapport aux ions magnésiens (40 % des points analysés).

Le graphe 56 montre l'évolution du magnésium en fonction des chlorures. Le graphe montre une dispersion des points indiquant une évolution proportionnelle des deux éléments, cette relation traduit la dissolution d'un chlorure de magnésium d'origine salifère. Des autres points présentent un excès en magnésium qui peut être due à la dissolution des formations carbonatée riche en magnésium (dolomites).

L'examen de cette relation montre une évolution proportionnelle des sulfates et du magnésium (Fig. 57). Cette relation traduit la dissolution d'un sulfate de magnésium d'origine salifère. Cette relation confirme aussi l'existence du faciès sulfaté magnésien.

Ces deux ions sont issus de deux formations différentes, le SO4^2- provient du gypse et le Cl^-provient de la dissolution de l'halite et probablement d'une pollution anthropique. Le graphe 09 montre l'évolution du chlorure en fonction des sulfates. Le graphe montre une dispersion des points indiquant une dominance des ions du Sulfate par rapport aux ions chlorurés. Cela traduit la dominance du faciès Sulfaté sur le faciès chlorure. (Fig. 58).

Ce rapport permet de déterminer la manière selon laquelle évolue la mise en solution des ions évaporitiques en fonction de la conductivité électrique. D'une autre manière l'influence de ces ions sur la conductivité électrique de l'eau a été vérifiée à l'aide du graphe (Fig. 59). On note que pour les valeurs de conductivité supérieures à 1300 uS/cm, la conductivité n'est influencée que par le sulfate.

La représentation graphique montre que 80 % des points analysés présentent un rapport supérieur à 1, indiquant une dominance des ions du gypse par rapport aux ions chlorurés (20 % des points analysés).

Le report de tous les points d'eau sur le diagramme montre que 37 % des points d'eau ont subit un échange de base, 28 % des points présentent un déficit en Na⁺ et en Ca²⁺, et 33 % des points présentent un excès en Ca²⁺ par rapport aux ions HCO3^- et SO4^2-. L'excès en Na⁺ qui s'accompagne par un déficit en Ca²⁺ témoigne la responsabilité de l'échange de base dans l'augmentation des teneurs en Na⁺ (Fig. 60A).

Le report de tous les points d'eau sur le diagramme montre qu'également 37 % des points d'eau ont subit un échange de base, et 36 % des points présentent un déficit en Na⁺ et en Mg²⁺, et 18 % des points présentent un excès en Mg²⁺ par rapport aux ions HCO3^- et SO4^2-. L'excès en Na⁺ qui s'accompagne par un déficit en Mg²⁺ témoigne la responsabilité de l'échange de base dans l'augmentation des teneurs en Na⁺ (Fig. 60B).

Au cours de leurs trajets souterrains, les eaux entrent en contact avec différentes formations géologiques qui ont la propriété d'échanger leurs ions contre ceux contenus dans les eaux. Ici, l'échange des alcalins Na⁺ et K⁺ de ces formations s'est réalisé contre les alcalino-terreux de l'eau à des proportions égales (37 % des points d'eau analysés).

Pour comprendre les mécanismes régissant la qualité des eaux de la région, nous avons utilisé l'outil statistique particulièrement l'analyse en composantes principales. Cette dernière met en évidence les liens qui semblent exister entre les éléments chimiques (Travi et Mudry, 1997).

L'étude statistique a englobé les 27 échantillons prélevés dans chaque campagne Octobre 2014 et Avril 2015 , Le nombre de variables de base retenues pour l'A.C.P est de 09 qui sont : Ca²⁺, Mg²⁺, (Na⁺ + IC⁺) , Cl^- , HCO3 -, SO4^2-, No3^- , p.H , et la conductivité CN.

Le traitement de nos données par analyse en composantes principales (ACP) a donc été réalisé à l'aide de logiciel IBM SPSS Statistics v21. Cette analyse a été poussée jusqu'à 2 facteurs et 76.86% de la variance ont pu être exprimés.

Selon Mangin A. (1974), pour 27 individus, le coefficient de corrélation critique est de 0,658. L'examen des deux tableaux (15 et 16) montre que, il existe une forte corrélation entre la conductivité électrique et les sulfates, les chlorures, les magnésiums, Ces corrélations montrent que les variations des charges ioniques dissoutes sont entièrement ou en partie liées à des variations de teneurs de ces différents ions. Ceci indique également que ces différents paramètres ont tendance à évoluer concomitamment, par concentration sous l'effet de la lithologie.

Une corrélation faible entre les alcalino-terreux (Ca²⁺ et Mg²⁺). Ca²⁺ est fortement corrélé avec les ions Hco3 ^-(0,85), par contre l'ion Mg²⁺ est bien corrélé avec les ions Cl^-(0.94), SO4 ^2-(0.96) Na⁺(0,79). Ces derniers sont également bien corrélés entre eux, ces liaisons témoignent de l'influence salifère sur le chimisme de l'eau de la région.

	Ca	Mg	Cl	So4	hco3	No3	Na+K	CN	PH
Ca	1.00
Mg	0.59	1.00
Cl	0.53	0.91	1.00
So4	0.67	0.95	0.88	1.00
hco3	0.89	0.61	0.64	0.64	1.00
No3	0.14	0.07	0.12	0.10	0.15	1.00
Na+K	0.36	0.76	0.79	0.74	0.55	0.27	1.00
CN	0.64	0.97	0.92	0.98	0.63	0.08	0.77	1.00
PH	0.09	-0.17	-0.19	-0.09	0.08	-0.16	-0.13	-0.11	1.00

	Ca	Mg	Cl	So4	Hco3	No3	Na+K	CN	PH
Ca	1.00
Mg	0.60	1.00
Cl	0.55	0.91	1.00
So4	0.67	0.95	0.87	1.00
Hco3	0.80	0.64	0.63	0.65	1.00
No3	0.10	0.29	0.16	0.29	0.16	1.00
Na+K	0.32	0.77	0.80	0.71	0.55	0.30	1.00
CN	0.64	0.95	0.93	0.98	0.65	0.31	0.79	1.00
PH	-0.01	-0.12	-0.13	-0.16	0.00	-0.17	-0.04	-0.09	1.00

À l'observation de la projection des individus sur le plan factoriel F1×F2 (figure 62), nous pouvons regrouper les points d'eau en deux familles :

- Famille 1 est constituée des eaux fortement minéralisées et ayant des teneurs très élevées en Sulfates (supérieures à la norme OMS), chlorures et magnésiums. Cette famille regroupe 18 points d'eau c'est-à-dire 33,3% du total des points d'eau échantillonnés; Ces points d'eau se localisent au Nord Ouest et à l'extrême Nord Est de la nappe.

- La famille 2 est constituée des eaux faiblement minéralisées et ayant des teneurs élevées en bicarbonates, ces eaux proviennent de 36 points d'eau c'est-à-dire 66,6% du total des points d'eau échantillonnés. Ces points d'eau se localisent au Sud Ouest et au centre de la nappe

Pour définir la potabilité des eaux étudiées, nous allons baser sur les normes qui ont été établies par l'Organisation Mondiale de la Santé (O.M.S). (Tab. 17).

Ces normes définissent deux types de concentrations maximales, traduisant les limites de potabilité :

- Une concentration maximale acceptable à partir de laquelle une eau peut provoquer une certaine réticence chez le consommateur.

- Une concentration maximale admissible correspondant à la quantité maximale de substance à tolérer et dont la teneur supérieure peut être dangereuse pour la santé.

Tableau 17 : Normes applicables aux eaux destinées à l'alimentation humaine d'après

	Pourcentage des échantillons d'eau à concentration inférieure à la concentration maximale admissible		Pourcentage des échantillons d'eau à concentration inférieure à la concentration maximale acceptable
	Octobre 2014	Avril 2015	Octobre 2014	Avril 2015
Ca⁺⁺	29,62	37,04	92,59	92,59
Mg⁺⁺	66,66	62,96	88,88	81,48
So4 --	62,96	66,66	85,18	85,18
Cl^-	92,59	92,59	100	100
pH	100	100	100	100

Tableau 18 : Pourcentage des échantillons d'eau à concentrations inférieures aux normes

Le tableau 18 montre que les normes maximales admissibles sont dépassées par 38 % des échantillons. On note également que 90 % des échantillons ont des concentrations inférieures aux concentrations maximales acceptables.

La qualité chimique des eaux influe directement sur le rendement des terres agricoles et sur la préservation des sols. A cet effet et étant donné que la zone d'étude est à vocation agricole, une étude chimique des eaux pour l'irrigation est indispensable pour mettre en évidence le danger que peut présenter certains éléments chimiques pour les plantes et pour les sols.

Afin d'apprécier la valeur agricole d'une solution, Wilcox (1948) a proposé le premier diagramme délimitant des classes basées sur la minéralisation totale et le pourcentage du sodium absorbé par l'eau; puis en 1954 le laboratoire de salinité du département de l'agriculture en USA (Richards) a proposé un deuxième diagramme délimitant aussi des classes fondées sur la minéralisation totale et le sodium absorbé par le sol (S.A.R).

Cette classification a été proposée par Richards. Elle est très utile et fiable pour caractériser une eau d'irrigation. Une eau chargée en sels peut provoquer un risque pour l'irrigation. Ce risque est déterminé à l'aide de la valeur du sodium absorbable (Sodium Absorption Ratio, SAR). Ce paramètre comme étant une détermination du pouvoir d'échange des ions Ca²⁺, Mg²⁺, par le Na⁺ dans les argiles et les colloïdes. (Tab. 19a et 19b, en annexe).

Le taux de sodium absorbé par le sol (S.A.R) est donné par la formule suivante :

Cette classification se fait donc, en reportant sur le diagramme les conductivités électriques en (uS/cm) à 20 °C, en fonction du taux d'absorption du sodium (S.A.R).

La classification de Richards basée sur la conductivité et le S.A.R, permet de définir plusieurs classes d'eau, présentant chacune un danger de salinisation et d'alcalinisation variable (Tab.21).

Degré	Qualité	Classe	L'état d'utilisation
1ère	Excellente	C1S1	Eaux utilisables sans danger pour l'irrigation pour la plus part des cultures, sur la plus part des sols.
2ème	Bonne	C2S1 C1S2	En général, eau pouvant être utilisée sans contrôle en particulier pour l'irrigation des plantes moyennement tolérantes aux sels sur sol.
3ème	Admissible	C3S1 C2S3 C3S2	En général, eau convenant à l'irrigation des cultures tolérantes aux sels sur sol bien drainés. L'évolution de la salinité doit cependant être contrôlée.
4ème	Médiocre	C4S1 C4S2 C3S3	Eau fortement minéralisée pouvant convenir à l'irrigation de certaines espèces bien tolérantes aux sels sur sol et bien drainées.
5ème	Mauvaise	C3S4 C4S3 C4S4	Eau ne convenant pas généralement à l'irrigation mais pouvant être utilisée sous certaines conditions : sol très perméable, bien lessivé, plantes tolérantes aux sels.

Tableau 19 : Classification des eaux d'irrigation en fonction de la C.E et du S.A.R
(Méthode de Richards)

La représentation des échantillons analysés sur le diagramme de Richards (Fig. 63 et 64), montre que les eaux de la nappe du Mio-Plio-Quaternaire appartiennent aux 3 classes : C2S1, C3S1, C4S1, mais la plupart des points d'eaux 81.48 % appartiennent au classe _C3S1. Elles se manifestent par un faible danger d'alcalinisation et par une salinisation moyenne. En général ces eaux sont convenables à l'irrigation de culture tolérante aux sels sur des sols bien drainés, l'évolution de la salinité doit être contrôlée. La salinisation est causée par la dissolution des gypses et la forte évaporation des eaux, due au climat semi-aride de la région.

Figure 63 : Diagramme de classification des eaux d'irrigation (méthode de Richards) , Octobre 2014

Figure 64 : Diagramme de classification des eaux d'irrigation (méthode de Richards) , Avril 2015

Généralement, les plantes supportent mal les sols saturés en sodium. La classification de Wilcox fondée sur la conductivité électrique et la teneur en sodium dans l'eau exprimée en pourcentage. La représentation des différents échantillons sur ce diagramme permet la caractérisation des eaux pour leur aptitude à l'irrigation. (Fig. 65)

La représentation des différents échantillons analysés sur le diagramme de Wilcox montre que les eaux de la nappe du Mio-Plio-Quaternaire appartiennent aux quatre classes; excellentes, bonnes médiocres et mauvaise. La classe excellent représentée par 11.11 % des points d'eaux, et la classe bonne représentée par la plupart des points d'eaux 74.08 % correspond à celles `admissible' dans la méthode de Richards, la classe médiocre et mauvaise 14.81 % des points d'eaux.

Figure 65 : Diagramme de classification des eaux d'irrigation (méthode de Wilcox )

L'étude hydrochimique de la nappe du Mio-Plio-Quaternaire du synclinal de Djelfa permet de dire que :

-La majorité des échantillons analysés présentent des valeurs de conductivité moyenne et admissibles, une moyenne de l'ordre de 900 us/cm, à l'exception de deux zones, l'extrême Nord Est et la zone Nord Ouest où la conductivité dépasse le 1600 us/cm.

-L'interprétation des cartes hydrochimiques, montre une forte concentration en éléments chimiques dans la partie Nord-Ouest de la nappe, c'est-à-dire au piémont Sud du flanc Nord du synclinal (Djebel Senalba), donc l'influence de la lithologie des formations sur l'acquisition de la minéralisation et sur les types de faciès. Les failles peut joue également un rôle intermédiaire dans la remonté des eaux profondes avec un lessivage des formations triasiques qui augmente la minéralisation des eaux dans cette partie.

-L'interprétation des classifications de Stabler, Schoeller-Berkaloff et Piper, a montré que les faciès chimiques dominants sont celles bicarbonatés calciques et sulfatés calciques. En effet, les formations carbonatées et les formations marneuses du Crétacé supérieur bordant la nappe sont à l'origine du ces faciès qui sont les prédominants sur l'ensemble de la nappe, confirmant ainsi l'alimentation latérale de la nappe, à partir les bordures du synclinal, comme nous l'a montré la carte piézométrique (fig. 22).

-Les différentes relations entre les éléments chimique avec la conductivité des eaux, a montré que l'augmentation de la conductivité des eaux souterraines due essentiellement aux trois éléments chimique, le Sulfate, le magnésium et le chlorure. L'analyse en composante principale a confirmé cette tendance, où les eaux les moins chargées au Sud Ouest et au centre de la nappe caractérisée par un faciès bicarbonatés calciques avec des valeurs du conductivité inferieurs 1100 us/cm, par contre les eaux les plus chargées au Nord Ouest et à l'extrême Nord Est de la nappe caractérisée par les facies; sulfaté magnésien et sulfaté calcique avec des conductivité dépassent 1600 us/cm . Deux point au Sud Est présentent un faciès chlorurée calcique indiquent un mélange probable d'eau de faciès différents. En effet, ces deux points sont situés au Nord d'une faille E-W traversant une partie du synclinal et aussi à proximité d'un affleurement triasique (voir la carte géologique, chapitre II). -L'utilisation de ces eaux à l'irrigation, sont convenable à l'irrigation de culture tolérante aux sels sur des sols bien drainés, l'évolution de la salinité doit être contrôlée.

Approche hydrogéologique et hydrochimique des eaux souterraines dans une zone semi aride . Cas de la nappe mio-plio-quaternaire du synclinal de Djelfa (Algérie centrale )

Chapitre V :