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Faculté des lettres, des arts et des humanités de
la Manouba Département de géographie
Mastère : Géomantique de l'information pour
développement durable et la maitrise de
l'environnement
« Modélisation sous SIG de la
vulnérabilité et de risque
de
dans la plaine de Grombalia »
pollution des eaux souterraines
Année Universitaire : 2018_2019
Elaboré par :
*Rhili Chiheb *Hammami Manel
1
Sommaire :
Introduction générale 3
Objectif de l'étude 3
Méthodologie 4
Problématique 4
Chapitre 1 : Description de la zone 5
I. Situation géographique 5
II. Cadre climatique 5
1. La pluviométrie 6
a. Les précipitations annuelles 7
b. Les précipitations saisonnières 8
c. Les précipitations mensuelles 9
2. Les températures de l'air 9
3. L'évapotranspiration potentielle (ETP) 10
III. Cadre hydrologique 11
IV. Cadre géologique 12
V. Cadre stratigraphique 14
1. les unités litho-stratigraphiques 14
a. L'Eocène moyen et supérieur : Formation Souar
14
b. L'Oligocène et le Miocène inférieur :
Formation Fortuna 14
c. Le miocène moyen : Groupe Cap Bon et Groupe Oum Douil
15
d. Le Miocène supérieur : Sables de Somâa,
Formation Béni Khiar et Formation Oued El Bir
16
2. Evolution structurale du Cap Bon 18
a. Tortonien-Messinien 18
b. Pliocène 18
c. Quaternaire 19
VI. Cadre hydrogéologique 21
2
1. Alimentation de la nappe de Grombalia 21
a. L'alimentation directe 21
b. L'alimentation indirecte 21
2. Exploitation 22
VII. Etude piézométrique 23
VIII. Etude hydrochimique 24
1. Etude des paramètres physico-chimiques 24
a. La température 24
b. Le pH 24
Chapitre II : méthodes, matériels et
résultats 25
I. Analyse des données 25
1. Les cartes géologiques 25
2. Les cartes topographiques 25
II. Concept de vulnérabilité des eaux souterraine
à la pollution 25
1. Notion de vulnérabilité à la pollution
25
2. Types de vulnérabilité 26
a. La vulnérabilité intrinsèque 26
b. La vulnérabilité spécifique 26
3. Les critères de vulnérabilité 26
a. Critères de vulnérabilité
intrinsèque 26
b. Critères relatifs au sol 26
c. Critères relatifs à la zone non saturée
27
d. Critères de vulnérabilité
spécifique 27
4. Utilisation des SIG dans l'évaluation de la
vulnérabilité des nappes 27
5. Méthodes pour l'estimation de la
vulnérabilité 29
6. Détermination de l'indice DRASTIC 37
7. Résultats 41
Conclusion 44
Bibliographie 45
3
Introduction générale
Les eaux souterraines constituent une provision d'eau potable
inestimable pour l'humanité. Dans plusieurs pays, c'est pratiquement la
seule source d'approvisionnement. La plupart des pays, sont habitués
à compter sur les eaux de ruissellement (lacs, rivières, fleuve)
pour leurs approvisionnements en eau potable, mais de plus en plus, individus
et municipalités se tournent vers cette richesse que constituent les
nappes. Celles-ci contiennent un volume énorme d'eau exploitable. En
milieu urbain ou industriel, les nappes peuvent devenir rapidement fragiles
à la surexploitation ou à la contamination. Certains chercheurs
ont développé des outils pour une protection et
préservation.
La présente étude nous permet de donner une
idée sur l'état actuel de la nappe de Grombalia, concernant la
sensibilité à la contamination extérieure par les
polluants en utilisant la méthode DRASTIC.
L'étude de la vulnérabilité à la
pollution des nappes permet une meilleure gestion des eaux souterraines et des
interventions convenables dans le cas de contamination. Elle permet aussi de
préciser les zones sollicitées à être
contaminées suite à des activités anthropiques. Une fois
identifiées, ces régions peuvent être visées avec
prudence par les planificateurs et les utilisateurs de la terre. Les cartes de
vulnérabilité des aquifères sont des outils standard pour
protéger les eaux souterraines contre toute éventuelle source de
pollution. Elles sont précieuses pour toute décision future.
C'est pour cette raison on a recourt à la méthode DRASTIC pour
l'appliquer à la nappe de Grombalia.
Objectif de l'étude
La Réalisation de carte de vulnérabilité
des eaux souterraines à la pollution de la Plaine de Grombalia, que
soient interprétatives et permettant d'estimer la
vulnérabilité de la nappe à la contamination par des
polluants d'extérieur. Elles constituent un appui pour la gestion des
eaux souterraines et la définition des mesures de protection des
réserves en eau.
4
Méthodologie
Ce rapport est structuré en deux chapitres : un premier
chapitre bibliographique consacré à la présentation de
notre zone d'étude .Un deuxième chapitre pour l'application de la
méthode de DRASTIC et les paramètres utilisés pour la
réalisation des cartes de vulnérabilité à la
pollution.
Problématique
Est-ce que L'outil SIG Capable d'étudier la
vulnérabilité et de risque de pollution des eaux souterraines
dans la plaine de Grombalia à partir de méthode DRASTIC et a quoi
consiste cette méthode?
5
Chapitre 1 : Description de la zone
I. Situation géographique
La plaine de Grombalia est située sur la presque
île du Cap Bon, au Nord-Est de la Tunisie. Elle est comprise entre les
latitudes 40G53'00» et 40G80'00» et les longitudes 9G00'00» et
9G30'00» (Figure 1).
Cette plaine est limitée au Nord par le Golfe de Tunis,
au Nord-Est par le synclinal de Takelsa, à l'Est par la Côte
orientale et au sud par la plaine de Hammamet. Selon Schoeller (1939), il
s'agit d'un ancien golfe formant une échancrure ouverte au Nord-Ouest
entre Borj Cedria à l'Ouest et Sidi Erreiss à l'Est. Il
s'étendait au Sud jusqu'au pied du Jebel Abderrahman et des collines
pliocènes du Cap Bon.
Fig 1 : Situation de la zone d'étude
II. Cadre climatique
Cette partie a pour objectif de définir les principales
caractéristiques climatiques de la région d'étude à
savoir les précipitations, la température et
l'évaporation.
6
1. La pluviométrie
L'étude de la pluviométrie est basée sur des
données climatiques collectées sur quatre stations de mesures
couvrant la quasi-totalité de la zone d'étude. Il s'agit de la
station de Bou Argoub SM située sur le bassin d'oued ElMasri, de la
station de Grombalia DRE, de la station de Sliman SM située sur le
bassin d'oued Soltan et de la station de Menzel Bouzelfa (Tableau 1).
7
Station
|
Coordonnée
|
Altitude (m)
|
|
Latitude
|
Longitude
|
|
Bou Argoub SM
|
9G13'35»
|
41G07'00»
|
120
|
|
Grombalia DRE
|
9G07'00»
|
41G07'00»
|
50
|
|
Sliman SM
|
9G05'20»
|
41G17'20»
|
12
|
|
MenzelBouzelfa
|
9G18'50»
|
41G16'32»
|
60
|
Tab 1 : Principales caractéristiques des stations
pluviométriques de Grombalia
Source : CRDA de Nabeul
a. Les précipitations annuelles
La pluviométrie annuelle enregistrée durant la
période 1969-2005 montre que la région de Grombalia, comme toute
la Tunisie, est caractérisée par un régime
pluviométrique interannuel irrégulier (Fig 2). La pluie annuelle
durant les 30 dernières années enregistrées aux
différentes stations varie entre un maximum de 1026 mm enregistré
en 2003/2004 à la station de Sliman SM, et un minimum de 142 mm
mesuré en 1987/1988 à la station de Bouargoub SM.
La station de Bouargoub SM, située au sud de la plaine
de Grombalia, reçoit le minimum de pluie avec une moyenne de 455 mm/an,
tandis que la station de Sliman SM qui est située plus au nord de la
plaine, reçoit la pluviométrie la plus forte de 542 mm/an. Ce
gradient pluviométrique pourrait être expliqué par l'effet
de continentalité. Les hyétogrammes des précipitations
annuelles pour les différentes stations montrent que les années
les plus humides sont 1995/1996 et 2003/2004 ; par contre, l'année la
plus sèche est 1987/1988 avec une moyenne de 190 mm.
8
Fig 2 : Variation des précipitations annuelles dans le
bassin de Grombalia
b. Les précipitations saisonnières
Le bilan pluviométrique saisonnier enregistré
pour les différentes stations météorologiques durant la
période 1969-2005(fig 3) permet de subdiviser l'année en trois
saisons :
L'automne et l'hiver constituent la période la plus
arrosée avec 200 mm de moyenne ; Le printemps vient en seconde position
avec une moyenne pluviométrique de 100 mm. L'été est sec
avec une moyenne de 20 mm
Fig 3 : Variation des présipitations moyenne
saisonniéres dans la plaine de Grombalia (1969-2005)
9
c. Les précipitations mensuelles
Les moyennes mensuelles, observées pour les
différentes stations, montrent que les
mois les plus pluvieux sont novembre, décembre et janvier
avec un maximum enregistré pendant le mois de décembre dont la
moyenne est de 70 mm. Les mois, les
moins arrosés, sont juin, juillet et août avec un
minimum absolu pour le mois de juillet qui est généralement le
mois le plus sec (Fig 4).
Fig 4 : Variation des présipitations moyennes mensuelles
dans la plaine de Grombalia (1969-2005)
2. Les températures de l'air
Les enregistrements des températures de l'air ne sont
disponibles que pour la station de Nabeul, considérée à
l'échelle de cette étude des ressources en eau, suffisamment
représentative de la région. La moyenne thermique interannuelle
de l'air entre 1989-2005 est de l'ordre de 18,7°C, mais cette moyenne
camoufle les différences importantes qui peuvent être
observées entre les températures de l'été et celle
de l'hiver (fig 5). En effet, en hiver, principalement pendant le mois de
janvier, les températures peuvent descendre jusqu'à 8,4°C.
5
Par contre, les plus hautes températures sont
observées en été avec un maximum de 30,6°C atteint au
mois d'août.
10
Fig 5 : Variation des températures moyennes mensuelles
à la station de Nabeul (1989-2005)
3. L'évapotranspiration potentielle (ETP)
L'évapotranspiration potentielle représente la
quantité d'eau qui serait évaporée et transpirée si
les réserves en eau étaient suffisantes pour compenser les pertes
maximales (Castany, 1967). Elle dépend des facteurs climatiques mais
aussi du type de sol et de son couvert végétal. Les valeurs de
l'évaporation disponibles sont celles enregistrées à la
station de Nabeul. Durant la période 1989-2005, ces valeurs montrent que
l'évaporation atteint son maximum au mois de juillet (185 mm) et son
minimum au mois de décembre (35 mm).
A l'échelle saisonnière,
l'évapotranspiration potentielle est plus importante en
été, avec une moyenne de 172 mm, alors qu'en hiver elle est
minimale avec 50 mm(fig 6).
11
Fig 6: Variation des évapotranspirations mensuelles
moyennes à la station de Nabeul (1989-2005)
III. Cadre hydrologique
Sous ce climat, le réseau hydrographique est
très développé favorisant la recharge de la nappe de
Grombalia. Les trois oueds Sidi Saad, El Bey et Soltane constituent les oueds
les plus importants de la plaine de Grombalia.
12
? Le climat de la région d'étude est
semi-aride à sub-humide de type méditerranéen. Ce type de
climat est le résultat de la convergence de plusieurs paramètres
climatiques :
V' Les précipitations sont
irrégulières, variables dans le temps et dans l'espace, avec une
moyenne interannuelle de l'ordre de 500 mm.
V' La température moyenne annuelle est de l'ordre
de18, 7 °C.
V' L'évapotranspiration potentielle est plus
importante en été sous l'effet de l'augmentation de la
température et de la diminution de l'humidité de l'air.
Sous ce climat, le réseau hydrographique est
très développé favorisant la recharge de la nappe de
Grombalia. D'ailleurs, deux barrages El Masri et Tahouna ont été
construits pour l'approvisionnement en eau d'irrigation et afin de contribuer
à une meilleure gestion des ressources de surface.
IV. Cadre géologique
La plaine de Grombalia est un « véritable
fossé d'effondrement post-pliocène », qui
sépare deux régions tectoniques nettement distinctes ; la dorsale
et les dômes NE-SW du Cap Bon. Ce graben est
formé par un affaissement de plus 500 m dont les déformations et
la subsidence se sont poursuivies au cours des temps quaternaires (Castany,
1948).
Le fossé de Grombalia de direction moyenne N150 est
affecté par des failles de direction N140 responsable de la subsidence
progressive donnant ainsi l'allure d'une structure synclinale
dissymétrique qui a accueilli des dépôts
néogènes et quaternaires (ETAP, 2003).
Ce fossé est bordé à l'Est par le grand
décrochement sénestre qui va de Skanes (Monastir) à
Hammamet de direction N160 sur laquelle se heurte le monoclinal de Korbous et
l'anticlinal de J.Aberrahman de direction NE-SW. La bordure ouest du
fossé est matérialisée par une faille synthétique
orientée N140 allant de Borj Cedria jusqu'au Golfe de Hammamet. Cet
accident affecte une
13
série miocène de près de 400 m
d'épaisseur. Le rejet vertical de cette faille majeure dépasse
1000 m (Burollet, communication orale, in Ben Ayed, 1986).
L'étude tectonique et micro tectonique,
effectuée par Chihi en 1995 dans le graben de Grombalia et ses bordures
immédiates, montre une ouverture oligo-tortonienne de ce fossé
qui est marqué par :
y' L'antériorité de
l'effondrement du graben par rapport au pli atlasique de direction NE-SW et
d'âge Tortonien supérieur (formation Saouaf).
y' La persistance d'une distension locale au
niveau du graben préexistant de Grombalia au Tortonien-Messinien dans un
régime régional compressif au cours du Miocène
supérieur et du quaternaire.
V. Cadre stratigraphique
1. les unités litho-stratigraphiques
Sur le plan stratigraphique, on peut distinguer les
unités litho-stratigraphiques suivantes (Ben Salem, 1992) :
a. L'Eocène moyen et supérieur :
Formation Souar
Les affleurements d'âge Eocène moyen et
supérieur représentent les terrains les plus anciens dans la
région du Cap Bon. Ces niveaux qui correspondent à la formation
Souar occupent le coeur de Djebel Abderrahmène.
Il s'agit d'une série franchement marine et
essentiellement argileuse qui admet des intercalations de bancs calcaires dont
le plus important correspond aux calcaires de Reinèche. Selon (Arnould
1950 in Ben Salem, 1992), la formation Souar est constituée par la
succession des termes lithologiques suivants :
y' Les argiles inférieures qui occupent la combe
centrale du Djebel
Abderrahmène et dont l'épaisseur est de l'ordre
de 300 m.
y' Les calcaires de Reinèche qui sont d'une
épaisseur de l'ordre de 25 m.
y' Les argiles supérieures qui sont d'une épaisseur
de l'ordre de 400 m.
b. L'Oligocène et le Miocène
inférieur : Formation Fortuna
Il s'agit de la formation Fortuna correspondant à une
série détritique épaisse qui forme l'essentiel des reliefs
des différents massifs de la péninsule du Cap Bon. Cette
unité litho stratigraphique définie par Burollet (1956), sur le
flanc oriental du Djebel Abderrahmène, présente un terme
inférieur argilo-gréso-carbonaté d'âge
oligocène supérieur et un terme supérieur essentiellement
détritique d'âge aquitanien-burdigalien.
Cette formation est subdivisée par le SEREPT en
unités Korbous pour le terme inférieur et El Haouaria pour le
terme supérieur.
14
y' L'unité Korbous
15
Elle correspond à la partie inférieure de la
formation Fortuna. Elle affleure au niveau du monoclinal de djebel Korbous.
Elle est formée par les termes
suivants :
Les calcaires inférieurs de Korbous : Il s'agit d'un
calcaire finement gréseux de 20 m d'épaisseur.
Des argiles vertes finement sableuses avec souvent des
intercalations de bancs de calcaires gréseux fins de 100 m
d'épaisseur.
Les calcaires supérieurs de Korbous : Il s'agit de
calcaires microcristallins en gros bancs de 20 m d'épaisseur.
? L'unité El Haouaria
Elle débute juste au-dessus des calcaires
supérieurs de Korbous par des argiles vertes de 70 m d'épaisseur,
surmontées par une série de grosses barres de grès
grossiers à dragées de quartz de 800 m d'épaisseur.
Ainsi, par sa lithologie essentiellement gréseuse et
carbonatée et par sa situation entre deux formations argileuses bien
étanches, l'aquifère Fortuna constitue un aquifère unique
et bien individualisé (Ben Abdallah, 2004).
c. Le miocène moyen : Groupe Cap Bon et Groupe
Oum Douil
La série du Miocène moyen est bien
développée dans la péninsule du Cap Bon où elle
occupe les retombées des flancs des grandes structures anticlinales
ainsi que les vastes dépressions synclinales. Cette série
comporte les unités litho stratigraphiques suivantes.
? Le groupe Cap Bon (Langhien)
Sur le flanc oriental du Djebel Korbous, la série
transgressive sur la formation Fortuna débute par un niveau A de
grès grossiers parfois conglomératiques surmontés par des
argiles correspondant à la formation Oued Hammam. Ces niveaux ont
été observés uniquement au niveau du djebel Korbous. Ils
sont surmontés par des calcaires bioclastiques correspondant à la
formation Ain Grab. Au Djebel Abderrahmène, le groupe Cap Bon n'est
représenté que par les
16
calcaires bioclastiques de la formation Ain Grab qui forme une
auréole elliptique qui ceinture ce massif et par les argiles
glauconieuses de la formation Mahmoud ? Le groupe Oum Douil
(Langhien-Tortonien)
Il représente à sa base un terme essentiellement
détritique ou formation Béglia de 300 m d'épaisseur et un
terme supérieur formé par des alternances de grès et
d'argiles à lignite et à huîtres ou formation Saouaf de
2000 m d'épaisseur.
c. Le Miocène supérieur : Sables de
Somâa, Formation Béni Khiar et Formation Oued El Bir
Dans toute la région du Cap Bon, les différentes
formations du Miocène supérieur ne se retrouvent que dans les
environs de Nabeul - Hammamet. On distingue :
Les sables de Somâa (Colleuil, 1976) : Les sables de
Somâa qui reposent en discordance sur les alternances
argilo-gréseuses de la formation Saouaf, correspondent à une
série de sables rouges, plus ou moins grossiers, avec souvent des
niveaux conglomératiques.
La formation Béni Khiar : Selon Bismuth (1984), cette
formation a le même équivalent latéral que la formation
carbonatée franchement marine de Melquart. La formation Oued El Bir
(Colleuil, 1976) : Cette série à caractère laguno-lacustre
et les grès continentaux sus-jacents, peuvent être
l'équivalent des formations Oued Bel Khédim définies au
Nord de la Tunisie d'âge Messinien (Burollet, 1951).
d. Le Pliocène
Dans la région de Nabeul-Hammamet, la série du
Pliocène marin est bien développée et repose en
concordance sur les terrains du Miocène supérieur. Elle est
formée dans sa partie inférieure par la formation RafRaf,
d'âge Tabianien, formée par une série épaisse de
marnes grises, parfois brunes ou verdâtre.
Cette formation est surmontée par les grès de la
formation Porto-Farina (Burollet, 1956).
Le développement aussi bien de la série du
Miocène supérieur et du Pliocène dans les environs de
Nabeul-Hammamet, peut donc attester de la subsidence de toute cette
région au cours de cette période. Plus au Nord, et pendant cette
même
17
période, le reste de la péninsule du Cap Bon,
par l'absence de dépôts équivalents au Miocène
supérieur et au Pliocène, pourrait correspondre à une zone
relativement haute.
f. Le Quaternaire
La région du Cap Bon comprend toute une série de
terrasses quaternaires, marines et continentales. En 1939, Schoeller a pu
reconnaître les horizons suivants :
V' Le Sicilien
Au Sud Est de Borj El Hfaidh, le Sicilien se présente
sous forme de dépôts marins qui reposent en discordance sur les
couches du Vindobinien. Surmonté de sables continentaux, il constitue
une terrasse de 110 à 120 m d'altitude. Plus au Nord, le Sicilien se
présente sous forme de dépôts continentaux.
V' Le Monastirien
Quaternaire lagunaire de l'Henchir Bou-Cheraia : Il est
formé par des grés, des sables et des sables limoneux
fossilifères caractérisés par l'abondance des cardiums
à test épais indiquant un quaternaire marin tout à fait
littoral à tendance saumâtre.
V' Les dunes fossiles de Soliman : Aux abords de Soliman
s'étend une bande de terrains quaternaires orientée Est-ouest. Au
Nord, on y distingue une plage fossile tandis qu'au sud des dunes anciennes
fossilisées (Castany, 1948).
V' La plage fossile est formée par des sables et des
grés très grossiers, bien visibles et fossilifères au pont
de l'oued Soltane et dans le lit de l'oued El
Bey.
V' Les dunes anciennes : en arrière de cette plage
s'étend une série de collines dont la plus importante est celle
du djebel Chérifat. Leur altitude
18
moyenne est de 20 à 35 mètres. Ces dunes
fossilisées sont constituées uniquement de sables fins plus ou
moins cimentés.
? Quaternaire sableux récent et ancien de Menzel Bou
Zelfa - Beni-Khalled : La région de Beni-Khalled-Menzel-Bou-Zelfaest est
recouverte de sables jaunes, parfois blancs à intercalations
gréseuses renfermant des Hélicidés. Vers l'Ouest, ils
passent à des sables argileux et des argiles plus ou moins sableuses. Il
s'agit donc du quaternaire récent.
Le Quaternaire limoneux de la plaine de l'oued El Jorf : Il
est formé essentiellement de limon gris ou brun à
Hélicidés. Il s'agit du Quaternaire récent.
g. Le Flandrien
Il est principalement observé au niveau de la plaine
limoneuse de sebkhet El Melah essentiellement formée de limons souvent
couverts d'halophyte.
2. Evolution structurale du Cap Bon
a. Tortonien-Messinien
Les dépôts molassiques du Miocène
supérieur, définies par Colleuil (1976) sont discordants sur la
formation Saouaf. Ces séries se déposent exclusivement, autour du
graben de Grombalia. Elles sont totalement absentes dans le reste du Cap Bon
où le Pliocène repose directement, en discordance angulaire, sur
les séries de la formation Saouaf.
Ainsi, le graben de Grombalia était le siége
d'une distension locale de direction NESW, lors de la compression
régionale de direction NW-SE au cours du Tortonien-Messinien. La
disposition du Pliocène, en concordance sur le Miocène
supérieur au niveau du fossé illustre bien la continuité
du régime distensif dans la région de Grombalia même en
période compressive.
b. Pliocène
Dans la bordure du graben de Grombalia, le Pliocène est
concordant sur les formations du Miocène supérieur. Cette zone
était le siége d'une instabilité tectonique et
sismique.
19
c. Quaternaire
La période quaternaire se caractérise dans le
graben de Grombalia par une importante accumulation de dépôt
atteignant 430 m d'épaisseur.
Cette épaisseur importante de sédiments
quaternaires reflète la subsidence importante locale dans le
fossé de Grombalia au cours du Quaternaire.
Le phénomène d'affaissement du fossé de
Grombalia (Castany, 1948) est confirmé par une tectonique distensive
locale en faille normale quaternaire, dans un régime régional
compressif ce qui pose problème de chronologie des déformations
tectoniques Quaternaires. D'ailleurs, les sondages hydrauliques profonds
effectués dans la région de Grombalia (Castany, 1948) attestent
qu'une distension locale fonctionnait dans le graben de Grombalia à
cette époque.
Le graben de Grombalia montre un régime distensif local
de direction NE-SW qui se manifeste par des failles normales et des
décrochements senestres à fortes composantes normales
L'affaissement quaternaire du fossé de Grombalia, suivie
d'un apport considérable
de sédiment de même âge, a conduit Castany
(1948) à considérer que le graben de Grombalia est d'âge
quaternaire. D'autre part le régime distensif local quaternaire, du
graben de Grombalia, a conduit certains auteurs (Castany, 1948 ; Viguier et
al., 1980; Paskoff et Sanlaville, 1980) à mettre une phase distensive au
quaternaire moyen qui
fait suite à la phase de compression
post-villafrachien
20
Fig 8 : Carte structurale de la région de Cap bon
(Chihi, 1995)
Fig 9 : coupe hydrogéologique A_A'(article lachaal,et A
2016 )
21
? En conclusion, la zone d'étude correspond à un
fossé d'effondrement qui aurait commencé à s'ouvrir depuis
l'Oligocène et dont les failles bordières affectent des terrains
d'âge miocène et pliocène supérieur. Ce fossé
aurait probablement pris sa forme définitive à une époque
tardive post-Pliocène (Ben Salem, 1992).
VI. Cadre hydrogéologique
La plaine de Grombalia constitue un fossé
d'effondrement post-pliocène, formé par un affaissement de plus
de 500 m.
Le Quaternaire, composé lithologiquement d'alternances
de couches perméables sableuses et de couches marneuses
imperméable formant écran, donne naissance à un empilement
de nappes.
Ces différentes nappes communiquent entre elles, plus
ou moins librement, et également avec la nappe phréatique. Il
s'agit d'une seule nappe compartimentée en différents niveaux,
dont le plus élevé est la nappe phréatique. Cette
communication entre ces différents niveaux aquifères s'explique
par le fait que les couches sableuses surtout importantes en bordure,
s'amenuisent vers le centre de la cuvette.
1. Alimentation de la nappe de Grombalia
L'alimentation de la nappe de Grombalia peut considérer
selon deux
processus différents (Scholler, 1939 et Castany, 1948).
a. L'alimentation directe
L'alimentation directe provient de l'infiltration des eaux de
pluies à travers les couches perméables supérieures. Elle
est influencée par les apports des eaux des collines et des montagnes de
bordures.
b. L'alimentation indirecte
Elle comporte :
L'apport des oueds de la bordure S.E et S.W. Tous les petits
oueds de la bordure orientale des collines miocènes SE déversent
leurs eaux pérennes et
22
celles des crues dans le quaternaire très
perméables des terrasses Siciliennes (Castany, 1948).
Elles contribuent fortement à l'alimentation de la
nappe phréatique et indirectement à celle de la nappe
semi-profonde, le long du lit des oueds Sidi Said, Ennakhla et Baioub en
particulier. Les oueds de la rive occidentale (O.Melah, O. Djidida, O. Tahouna
et O. Defla...) qui drainent les collines de la dorsale contribuent eux aussi
à l'alimentation du système aquifère (Ennabli, 1980).
A cette alimentation par les eaux de surface s'ajoutent celles
des nappes profondes adjacentes. En effet les formations quaternaires de
bordures reposent directement, sans l'intermédiaire d'écrans
marneux, comme le montrent les sondages (Castany, 1948) :
Au N.O sur les grés de l'oligocène de Djebel
Korbous et les grés du Vindobonien du synclinal d'Ain Mroua.
Au N.E sur les terrains gréseux éocènes,
oligocènes et miocènes du Djebel Abderrahman et du synclinal de
Takelsa.
Au S.E et S.O sur les couches miocènes.
Ainsi, en profondeur, les nappes qui imbibent ces terrains
doivent contribuer, pour une certaine part à l'alimentation souterraine
de la plaine.
2. Exploitation
La nappe phréatique de Grombalia renferme 8430 puits de
surface dont 6667 sont équipés, soit un taux d'équipement
de 79% (DGRE, 1998). Ces puits prélèvent 90 Mm3/an sur des
ressources régulatrices de 51Mm3/an ce qui donne un taux de
surexploitation de 176%. Le réseau de surveillance de cette nappe se
compose de 59 puits de surface, 5 forages et 16 piézomètres.
La nappe profonde plio-quaternaire est sollicitée par
55 forages ne dépassant pas la profondeur de 150 m ; son exploitation a
atteint l'équivalent de 2,59 Mm3 en 2000 (DGRE, 2000). Elle est
contrôlée par 3 piézomètres.
L'affleurement miocène qui jalonne la plaine sur ses
bordures, renferme une nappe exploitée par 144 forages et dont les
prélèvements sont estimés à 5,59
Mm3 en 2000 (DGRE, 2000). Elle est contrôlée par
un réseau de surveillance constituée de 8
piézomètres et 1 forage.
VII. Etude piézométrique
Pour étudier l'état de la
piézométrie actuelle des nappes du système
aquifère
de Grombalia, une carte a été
réalisée à partir des mesures des niveaux
piézométriques des puits de surface au cours de la campagne
d'échantillonnage réalisée pendant le mois de Mai 2015
La carte piézométrique de Mai 2015 a
été réalisée à partir de l'interpolation de
78 puits d'observation (Fig 10). Le niveau de l'eau mesuré varie entre
1,9 m près de Sebkha El Meleh et 60 m en amont dans la région de
Bou Argoub. La carte piézométrique montre un sens
d'écoulement généralement de direction S-E à NO,
S-W à N-E et de Sud vers le Nord.
Fig 10 : Carte piézométrique de la nappe de
Grombalia en Mai 2015 23
24
VIII. Etude hydrochimique
1. Etude des paramètres physico-chimiques
Les paramètres physiques ont été
mesurés in situ et les analyses chimiques ont été
réalisées au laboratoire de Radio-Analyses et Environnement
à l'Ecole
Nationale d'Ingénieurs de Sfax.
a. La température
Les eaux prélevées à partir des puits de
surface sont caractérisées par des températures qui
varient entre 11,9 et 21,2 °C. Par contre, les températures des
eaux prélevées des forages varient entre 14 et 26,7°C.
b. Le pH
Les pH des eaux étudiées sont
hétérogènes. Les eaux prélevées à
partir des puits de surface sont caractérisées par des pH qui
varient entre 6,91 et 7,92. La nappe profonde du système aquifère
de Grombalia est caractérisée par un pH qui varie entre 6,09 et
8,19.
c. La conductivité
La conductivité des eaux du système
aquifère de Grombalia s'échelonne entre 0,59 ms et 6,65 ms. Les
plus faibles valeurs sont enregistrées au niveau de la nappe profonde.
Elles varient entre 0,59 ms et 4,86 ms. Alors que la conductivité des
eaux de la nappe phréatique est plus importante. Elle est comprise entre
1,4 ms et 6,65 ms.
25
Chapitre II : méthodes, matériels et
résultats
I. Analyse des données
Il indispensable de grouper le maximum d'information sur le
thème et la
zone à étudier. Ces données concernent
des cartes, des photos, des données vectoriels, des données
rasters. L'analyse des données nécessaires à
l'élaboration de la carte de la vulnérabilité de la nappe
phréatique étudiée s'est appuyée sur plusieurs
sources d'information : la carte agricole, le niveau du plan d'eau des eaux
souterraines, les cartes géologiques et les cartes topographiques
à l'échelle 1/50000 et 1/25000.
1. Les cartes géologiques
Les cartes géologiques utilisées dans ce mini
exposé sont celle du cap bon 1/500000 et les cartes de Grombalia Nabeul
à l'échelle 1/50000.
La base de données mise en place est
intégrée dans un système d'information
géographique(SIG) d'avoir une visualisation spatiale
des différentes composantes du bassin versant de la plaine de Grombalia
au moyen de la cartographie thématique et entre autre d'extraire
spatialement d'autres données utiles pour l'élaboration de la
carte de la vulnérabilité.
2. Les cartes topographiques
Les cartes topographiques utilisées sont les feuilles de
Grombalia n29 nord-
Est, Nord-Ouest, sud-Est et sud-ouest à
l'échelle 1/25000, Nabeul n3 nord-est, nord-ouest, sud-est et
sud-ouest.
II. Concept de vulnérabilité des eaux
souterraine à la pollution
1. Notion de vulnérabilité à la
pollution
Le terme « vulnérabilité» de l'eau
souterraine à la contamination aurait été pour la
première fois utilisé par Margat (1968). Le concept de
vulnérabilité de l'eau souterraine est généralement
défini comme «la capacité d'un système
hydrogéologique à transmettre un contaminant potentiel depuis la
surface du sol jusqu'à atteindre la zone saturée».
Véhiculé depuis l'eau des précipitations qui
26
s'infiltre à la surface du sol, le contaminant percole
ainsi à travers la zone non saturée (vadose) jusqu'à
atteindre la zone saturée.
2. Types de vulnérabilité
a. La vulnérabilité
intrinsèque
C'est le terme utilisé pour représenter les
caractéristiques du milieu naturel qui déterminent la
sensibilité des eaux souterraines à la pollution par les
activités humaines. La « sensibilité
intrinsèque» d'un aquifère en fonction des
caractéristiques intrinsèques géologiques et
hydrogéologiques du milieu et la «vulnérabilité
spécifique » ou simplement la «
vulnérabilité» d'un aquifère en incluant l'occupation
du sol et les caractéristiques d'un contaminant.
b. La vulnérabilité spécifique
Zone à risque est le terme utilisé pour
définir la vulnérabilité d'une eau souterraine à un
polluant particulier ou à un groupe de polluants. Elle prend en compte
les propriétés des polluants et leurs relations avec les divers
composants de la vulnérabilité intrinsèque. La
«vulnérabilité spécifique» comme
décrivant les impacts potentiels dus à l'utilisation du sol et
des contaminants présents.
3. Les critères de vulnérabilité
a. Critères de vulnérabilité
intrinsèque
La vulnérabilité d'une nappe dépend de
multiples facteurs intervenant soit sur la nature et/ou la concentration de la
contamination, soit sur son temps de transfert.
b. Critères relatifs au sol
? Ruissellement - infiltration : Le
ruissellement et l'infiltration efficace (quantité d'eau s'infiltrant
jusqu'à la nappe) sont représentatifs de la recharge de la nappe.
Ils sont étroitement liés à la topographie et à la
nature des formations superficielles.
? Couverture Pédologique : La nature,
la texture, la teneur en argiles et en matière organique, ainsi que la
puissance (ou épaisseur).
27
c. Critères relatifs à la zone non
saturée
· Profondeur de la nappe libre :
L'épaisseur de la Zone Non Saturée conditionne le temps
de transfert d'un polluant jusqu'à la nappe (rétention, stockage,
interactions physico-chimiques avec l'encaissant).
· Amplitude de battement de nappe :
Elle peut devenir un critère de vulnérabilité
dans la mesure où elle est significative (l'amplitude de battement de la
nappe, conditionne l'épaisseur du recouvrement de la nappe).
· Perméabilité verticale de la
zone non saturée : Elle dicte le temps de transfert vertical
d'un polluant vers la nappe.
d. Critères de vulnérabilité
spécifique
Le comportement du polluant potentiel (milieu fixe)
dépend des caractéristiques du milieu, mais également des
propriétés physico-chimiques et biologiques du composé
lui-même (réactions acides bases, d'oxydoréduction, de
désorption, biodégradation, synthèse cellulaire,
diffusion, évaporation, filtration, transport de germes,...).
· Capacités dispersives et
épuratoires des sols : Concerne les propriétés
auto épuratoires des sols.
· Qualité du réseau hydrographique
: Le réseau hydrographique peut être vecteur de
contaminations vers les eaux souterraines.
· Typologie de l'occupation du sol :
L'occupation du sol conditionne les volumes et la nature des polluants
potentiels (forêt, cultures, élevage, habitat, tissu industriel,
etc....).
4. Utilisation des SIG dans l'évaluation de la
vulnérabilité des nappes
Dans l'optique de la gestion des risques naturels et
anthropiques, les systèmes d'informations géographiques (SIG)
apportent des informations localisées et
objectives irremplaçables. Dans un premier temps, ils
permettent de gérer une
28
multitude d'informations de tous types, de les mettre à
jour, d'optimiser leurs échanges et de générer de
nouvelles couches d'informations par le biais de leurs croisements. En second
lieu, ils assurent la restitution des cartes thématiques et les analyses
qui en résultent. Le SIG compte parmi les nouvelles techniques
informatiques destinées au domaine de prévision et d'intervention
puisqu'il répond à une problématique de gestion, de
planification et d'aménagement. Il offre les possibilités de
croisement au sein d'une base de données spatialement
référencée de façon à extraire
commodément des synthèses utiles à la décision
(Eastman, 1995; Duchaine, 1998; Hentati et al. ,2005).
L'apport du SIG dans les études de
vulnérabilité des nappes permet d'aborder les risques de la
pollution des eaux souterraines, d'aider à limiter ce risque par une
meilleure planification et une intervention efficace sur le terrain afin de
préserver la qualité de la ressource. Toute méthode
d'évaluation de la vulnérabilité doit être
combinée à un SIG pour déterminer les zones susceptibles
d'altérer la qualité de l'aquifère à partir de la
superposition des cartes thématiques des paramètres pris en
compte par la méthode concernant les caractéristiques naturelles
de l'aquifère d'une part, les types d'occupation du sol et les
différentes activités d'autre part (Hentati et al.
,2005; Chloé, 2007).
5. Méthodes pour l'estimation de la
vulnérabilité
Fig 11 : Les différentes méthodes pour
l'estimation de la vulnérabilité et leurs paramètres
? Pour notre étude on s'intéresse sur
la méthode de DRASTIC
Fig 12 : Les paramètres de DRASTIC
29
L'étude de vulnérabilité de l'eau
souterraine à la pollution est un outil qui permet d'identifier les
régions les plus susceptibles à la contamination dans un
aquifère donné. Il existe plusieurs méthodes pour
évaluer la vulnérabilité des a qui nous
s'intéressent sur la méthode de DRASTIC a été mise
au point par l'EPA (Environmental Protection Agency) aux Etats- Unis en 1985,
afin d'estimer le potentiel de pollution des eaux souterraines (Schnebelen et
Al, 2002). Elle perm et d'évaluer la vulnérabilité
verticale en se basant sur sept critères.
D : Profondeur de la nappe
L'épaisseur de la zone non saturée permet de
prendre en compte l'impact de la zone vadose ou zone non saturée (ZNS)
du sol qui correspond à la partie du sous-sol située entre la
surface du sol et le toit de la nappe alluviale. C'est essentiellement dans
cette zone où les pores du sol sont partiellement remplis d'eau et d'air
que les phénomènes d'autoépuration ont lieu. Ce
paramètre permet de représenter de façon indirecte le
temps de propagation verticale d'un polluant dans la zone non saturée
vers l'aquifère.
30
Fig 13 : Carte piézométrique
31
R : Recharge
L'épaisseur de la zone non saturée permet de
prendre en compte l'impact de la zone vadose ou zone non saturée (ZNS)
du sol qui correspond à la partie du sous-sol située entre la
surface du sol et le toit de la nappe alluviale.
C'est essentiellement dans cette zone où les pores du
sol sont partiellement remplis d'eau et d'air que les phénomènes
d'autoépuration ont lieu. Ce paramètre permet de
représenter de façon indirecte le temps de propagation verticale
d'un polluant dans la zone non saturée vers l'aquifère.
? On suppose que le coefficient d'infiltration est égale
7% et on a
Recharge = piézométrie X C inf
Piéz(2012-2013) = 558,85
On appliquant cette formule :
R = 558,85 × 0,07
= 39.12
A : Nature du milieu
aquifère
Une nappe aquifère est une formation
géologique, ou groupe de formations, contenant de l'eau libre. La
circulation et la propagation d'un contaminant dans la zone saturée
dépendent de la texture et de la lithologie des couches de
l'aquifère. Cela est toujours contrôlé par la
granulométrie, la porosité, la perméabilité et la
lithologie des formations géologiques. Ce paramètre est obtenu
par corrélation lithostratigraphique.
32
S : Type de sol
La nature du sol a un impact considérable sur la
contamination des nappes phréatiques par les polluants provenant de la
surface. Elle peut réduire, retarder ou accélérer le
processus de propagation de polluant vers l'aquifère. Plus le sol
33
est riche en argile, plus l'absorption des polluants est
importante, et plus la protection des eaux souterraines est grande.
34
T : Pente du terrain
Le paramètre topographie est représenté
dans la méthode DRASTIC par les valeurs de la pente en pourcentage. Ce
paramètre traduit l'aptitude au ruissellement et à l'infiltration
des eaux superficielles vers la nappe et reflète donc la capacité
de ces eaux à introduire des agents polluants vers la nappe. En effet,
plus la pente des terrains est grande, plus le ruissellement des eaux est
important et par conséquent la contamination des eaux souterraines est
faible.
35
Modèle numérique du terrain
I : Nature de la zone vadose
Il est fondamental pour appréhender le temps de
transfert d'une pollution jusqu'à la nappe ainsi que la
possibilité pour cette pollution d'être traitée en cours de
transfert. Elle est obtenue par la différence entre la surface
topographique et la côte piézométrique maximum de la
nappe.
36
C : Conductivité hydraulique de
l'aquifère
La conductivité hydraulique décrit les
caractéristiques des terrains aquifères. Il s'agit d'une mesure
de la vitesse de déplacement du polluant dans la zone saturée.
Ainsi, les vitesses d'écoulement souterrain fortes sont
caractérisées par une grande vulnérabilité.
37
6. Détermination de l'indice DRASTIC
La méthode DRASTIC permet de déterminer le
degré de vulnérabilité et le potentiel polluant des eaux
souterraines. L'indice de vulnérabilité est égal à
la somme des produits (coefficient * poids) des sept paramètres DRASTIC
selon l'équation suivante :
I DRASTIC =
[DR*DW+RR*RW+AR*AW+SR*SW+TR*TW+IR*IW+CR*CW]
? W (Weight) : Poids du paramètre (varie
de 1 à 5)
? R (Ranking) : Indice ou
coefficient des paramètres (varie de 1 à 10)
Paramètres
|
Propriété et Type et source
d'information
|
Poids(W)
|
D : Profondeur de la
nappe(Depth)
|
Plus cette profondeur est élevée, plus le
contaminant met du temps pour atteindre la surface
piézométrique
piézométriques
|
5
|
R : Recharge de la nappe
|
Véhicule principal pour le transport du contaminant. Plus
cette recharge est grande, plus le risque de contamination est
élevé Les données pluviométriques
|
4
|
A : Nature lithologique de l'Aquifère
|
Caractérisée par la granulométrie des
terrains saturés. Plus la granulométrie est fine, plus le
piégeage du polluant est grand.
|
3
|
S : Nature du Sol
|
Plus le sol est riche en argile, plus l'absorption des
métaux lourds est importante, et plus la protection des eaux
souterraines est grande Etude pédologique de la plaine
|
2
|
T : Topographie
|
Plus la pente des terrains est grande, plus le ruissellement des
eaux est important et par conséquent la contamination des eaux
souterraines est faible
Cartes topographiques
|
1
|
I : Impact de la zone non saturée
|
Son impact est déterminé à partir de la
texture des
terrains. la percolation du polluant
jusqu'à la surface piézométrique est d'autant plus grande
que cette texture est favorable (gravie, sable grossiers)
Carte géologique
|
5
|
C : Conductivité
hydraulique.
|
Plus ce paramètre est grand, plus le transfert du
polluant est rapide
Etudes géophysique et hydrogéologie
|
3
|
|
38
Tab 2 : Méthode de DRASTIC
39
? Les cotes de la méthode de DRASTIC (R)
D : distance à la nappe Epaisseur de la ZNS (m)
(poids=5)
|
0 - 1.5
|
10
|
1.5
|
- 4.5
|
9
|
4.5
|
- 9
|
7
|
9.0
|
- 15.0
|
5
|
15
|
- 23
|
3
|
23
|
- 30
|
2
|
> 30
|
1
|
|
R : Recharge (mm) (poids=4)
|
0 - 5
|
1
|
5 - 10
|
3
|
10 - 17,5
|
6
|
17 ,5 - 22,5
|
8
|
> 22,5
|
9
|
|
A : Nature de la zone saturée (poids=3)
|
Massive shale
|
2
|
Métamorphique
|
3
|
Métamorphique Altéré -
grès
|
6
|
Calcaire massif
|
8
|
Grès massif
|
6
|
Sable et gravier
|
8
|
Basalte
|
9
|
Calcaire Karstique
|
10
|
|
S : Type de sol (poids=2)
|
Mince ou absent
|
10
|
Graviers
|
10
|
Sables
|
9
|
Limons sableux
|
6
|
Limons
|
4
|
Limons silteux
|
3
|
Argiles
|
1
|
|
40
T : Pente (%) (poids = 1)
0 à 2
|
10
|
2 à 6
|
9
|
6 à 12
|
5
|
12 à 18
|
3
|
>18
|
1
|
|
I : Impact de la zone vadose (poids=5)
|
|
|
Cote
|
Silt et argile
|
2 à 6
|
3
|
Shale
|
2 à 6
|
3
|
Calcaire
|
2 à 5
|
6
|
Grès
|
2 à 7
|
6
|
Sable et gravier avec passage silt et argile
|
4 à 8
|
6
|
Sable et gravier
|
4 à 8
|
8
|
Basalte
|
2 à 10
|
9
|
Calcaire Karstique
|
8 à 10
|
10
|
|
C : Perméabilité de l'aquifère (m/s)
(poids=3)
|
Type du sol
|
1.5*10-7 - 5*10-5
|
1
|
argile
|
5*10-5- 15*10-5
|
2
|
|
15*10-5 - 33*10-5
|
4
|
Limon argilo-sablonneux
|
33*10-5- 5*10-4
|
6
|
|
5*10-4 - 9.5*10-4
|
8
|
|
> 9.5*10-4
|
10
|
Sable limoneux/Limon sablonneux
|
|
? Coefficient des paramètres des cotes (varie de 1
à 10)
41
? La carte de vulnérabilité est issue du
rassemblement des cartes thématiques des paramètres D, R, A, S,
T, I, C par l'outil « Map Algebra » >> « Raster calculator
».
Fig 13 : application de la méthode de DRASTIC sur Arc
gis
7. Résultats
L'objectif d'une carte de la vulnérabilité d'un
système en eau souterraine à la contamination est de fournir le
potentiel et le degré de risque de contamination, mais aussi le
degré des conséquences possibles d'une contamination, de
même que les éléments nécessaires, tant pour la
prévention que pour les mesures mises en place à la suite d'une
contamination. La cartographie de la vulnérabilité de
l'aquifère permet une meilleure gestion de la nappe et des interventions
rapides et appropriées en cas de pollution.
? Après l'effectuation du calcul de l'ID on les
classes les valeurs selon le degré de vulnérabilité.
42
626000
632000
638000
644000
650(300
626000
632000
635000
644000
650000
|
Indice DRASTIC
|
Classe de vulnérabilité
|
|
Vulnérabilité trës faible
I
|
|
Vulnérabilité faible
|
|
Vulnérabilité mavenne
|
|
|
|
|
Vulnérabilité
élevée
|
|
Vulnér é tré5
élevée
|
|
|
0 o
Carte de vulnérabilité de la plaine de
GROMBALIA
Légende:
Vulnérabilité forte Vulnérabilité
trés forte plaine
5 10
Km
43
? La carte de vulnérabilité de la plaine de
GROMBALIA réalisée à partir de la méthode de
DRASTIC a révélé une grande tendance de
vulnérabilité de nappe de la région. Deux classes de
vulnérabilité ont été mise en évidence
(Forte et très forte).
Utilité des cartes de
vulnérabilité
Les cartes de vulnérabilité ont pour but de
représenter les différents niveaux de vulnérabilité
des eaux souterraines sur un support cartographique à fin d'aider
à la prise de décision pour l'aménagement du territoire.
Les échelles utilisées diffèrent selon les objectifs
demandés et la précision des différents paramètres.
Il y a donc interdépendance entre les objectifs, les échelles de
cartographie et les paramètres utilisés (Albinet et Margat, 1970
; Landreau, 1996 ; CRIVERT, 2003 ; Cazaux, 2007).
? à l'échelle nationale ou régionale :
(1/1 000000), pour l'éducation ou la sensibilisation à la
protection des ressources en eau souterraine ;
? à l'échelle régionale : (1/500000 -
1/250000), pour orienter une politique générale de gestion de la
qualité des ressources ou de police des eaux ;
? à l'échelle régionale, voire locale :
(1/250000 - 1/50000), pour aider à la décision en matière
d'aménagement ;
? à l'échelle locale : (1/50000 - 1/10000),
pour l'aménagement ou pour la protection des ressources en eau ou de
captages d'eau ; associée à d'autres documents, elle peut
permettre de prendre des décisions définitives.
Conclusion
La méthode DRASTIC permet de déterminer le
degré de vulnérabilité et le potentiel polluant des eaux
souterraines. C'est une méthode paramétrique qui utilise la somme
des produits des sept paramètres : profondeur de la nappe, recharge
nette, lithologie de la zone saturée, type du sol, topographie (pente),
lithologie de la zone non saturée et conductivité hydraulique de
l'aquifère.
Dans les SIG, chaque paramètre est noté sur une
couche en lui affectant une valeur numérique correspondant à son
poids, c'est à dire son influence sur la vulnérabilité de
la nappe.
Ensuite, ces couches sont superposé sur une couche
résultat où sera calculé l'indice DRASTIC, qui est
égal à la somme des produits (coefficient * poids) des sept
paramètres DRASTIC. La cartographie de l'indice de
vulnérabilité repose sur la superposition de ces
paramètres.
Fig 14 : Trajectoire de l'eau vers les nappes souterraines
(Sylvain Massuel, 2015)
44
45
Bibliographie
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de la géologie du Cap Bon : stratigraphique, tectonique et
sédimentologie. Thèse de Doct. en géologie, Tunis II, p
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Sciences de Tunis.385p
| 
