Etude hydrodynamique et modélisation des écoulements souterrains dans les gouttières synclinales gréseuses du Barrémo-Albo-Aptien d'Aïn Séfra (partie centrale des Monts des Ksour - Atlas Saharien, Nord-Ouest Algérie)

Hydrodynamic study and modeling of groundwater flow in the synclinal sandstone gutters Barremo - Albo - Aptian Ain Séfra ( central part of Ksour Mountains - Saharan Atlas , Northwestern Algeria)

• Auteur / Autrice : Somia Yousfi
• Direction : Jacques-Noël Mudry, Hamadi Mansour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 11/05/2014
• Etablissement(s) : Besançon en cotutelle avec Université Oran 1 (Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Homme, environnement, santé (Besançon ; 2000-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire chrono-environnement (Besançon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Chrono-environnement
• Jury : Président / Présidente : Mahammed Mahboubi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques-Noël Mudry, Hamadi Mansour, Mahammed Mahboubi, Larbi Djabri, Antonio Pulido Bosch, Naïma Mabrouk
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Larbi Djabri, Antonio Pulido Bosch

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eaux souterraines

Mots clés libres

At las saharien

Hydrodynamique

Pluie efficace

Hydrochimie

Analyse discriminante

Modélisat ion mathématique

Saharan At las

Hydrodynamics

Effect ive rainfall

Hydrochemistry

Discriminant factor analysis

Mathematical modeling

Résumé

L’Atlas saharien sud oranais où les Monts des Ksour forment une région montagneuse constituée de chaînonsallongés or ientés SO–NE. Les dépressions crétacées sont représentées par des synclinaux à fond plat surplombés par desanticlinaux pr incipalement jurassiques. Les formations gréseuses crétacées appelées « Continental Intercalaire » de la régiond’Aïn Séfra renferment une impor tante ressource en eau destinée à l’alimentation en eau potable et à l’ir r igation. L’étudehydrogéologique et l’identi fication des aquifères de la région montrent l’impor tante interconnexion ent re l’aquifère jurassiqueet le CI. La recharge naturelle des aquifères sous un climat semi-aride est le terme du bilan hydrique le plus délicat àdéterminer . La méthodologie proposée est une approche par interpolations spatiales et temporelles des données deprécipitations journalières et de températures moyennes mensuelles mesurées à une station, durant trois années repères(sèche, moyenne, humide). Elle est très « pratique » dans des r égions où les données climatiques sont limi tées et discontinuesdans l’espace et dans le temps. Son application nécessite des connaissances sur la nature du sol, la surface et l’altitude desimpluviums. Cette étude nous a permis d’estimer , à par t ir des gradients pluviométr ique et thermique, la lame d’eau tombéesur les affleurements jurassiques à une altitude moyenne de 1600 m, et les valeurs de l’évapotranspiration dans tout le bassinétudié. La pluie efficace calculée, et le débit d’alimentation de l’aquifère, par son impluvium calcaréo-gréseux en altitude etgréseux dans les dépressions, montrent que l’aquifère du Continental Intercalaire est alimenté pr incipalement par lesaffleurements du Jurassique surplombant les dépressions gréseuses, durant les années pluvieuses où les précipitationsdépassent 300 mm par an. Les caractér istiques chimiques des eaux ont fait l’objet de différentes analyses statistiques afin detenter d’expliquer l’or igine d’une minéralisation assez élevée (ent re 2000 et 4000 mg/ l). Dans une première approche,l’emploi de l’analyse en composantes pr incipales (ACP) met en évidence trois fami lles d’eau cor respondant aux t rois niveauxaquifères exploités. Dans une seconde étape, l’analyse factor ielle discr iminante croisée (AFD) caractér ise l’impor tance et ladominance des paramètres responsables de cette minéralisation, en relation avec le cadre géostructural du systèmehydrogéologique des gouttières synclinales d’Aïn Séfra ; les contacts anormaux entre les formations gréseuses du ContinentalIntercalaire et les structures diapir iques argilo-gypso-salines du Tr ias forment les pr incipales zones de contamination. Aprèsavoi r estimé la recharge efficace (qui var ie entre 0 pour une année sèche et 684 mm/ an une année humide) et identi fié lesécoulements souter rains et pour prévoir le compor tement hydrodynamique des gouttières synclinales d’Aïn Séfra, i l estpr imordial de réaliser un modèle mathématique. Nous n’avons pu réaliser que le modèle de l’unité hydrogéologique de GaretEl Kheil, vu l’indisponibilité des données sur les deux aut res unités (El Hanjir -Aïn Séfra, Aïn Séfra-Tiout). Nous avons choisi uncalcul par différences finies à l’aide d’un code simple et pratique « ASMWIN ». Afin de déterminer l’impact du changementclimatique et la surexploitation, deux scénarios d’exploitation ont été proposés : une recharge réduite de moitié (-50% : 810 6m3/ an au lieu de 16 10 6) et un débit d’exploitation doublé (+100% : 2.72 106m3/ an au lieu de 1.36 10 6). Ils nous ontrévélé que la nappe est plus vulnérable aux changements climatiques qu’à la surexploitation, ce qui nous a permis de déduireque la nappe est encore en sous-exploitée.

The Saharan Atlas Mountains, South of Oran includes the ‘Ksour Ridge’, a mountainous region compr ising SW-NEranges. Cretaceous depressions are represented by flat-bottomed synclines overhung by anticlines, mainly Jurassic. Thesandstone formations, so-called Continental Intercalary, of the Ain Sefra region contain an unconfined significant waterresource for dr inking water and ir r igation. The hydrogeological study and identification of aquifers prove the impor tantinterconnection between the Continental Intercalary and the Jurassic aquifers. In a recharge area character ized by a semiaridor an arid climate, therefore a low annual rainfall, effective rainfall is the hardiest item to estimate, as it was demonstrated byclassical monthly hydrological balance computations. The methodology proposed in this work relies on spatial and temporalinterpolations of scarce climatic data. This methodology can be used to determine the recharge flow to aquifers of these zones.The Ain Sefra’s syncline includes the sandstone aquifers of Continental Intercalary and of the Plio-Quaternary layers. Threeyears, with contrasting annual rainfalls, are chosen in this application: 1983 as dry year , 2006 as average year , and 2008 ashumid one. This application requires information about the soil nature, thickness and porosity, the sur face and the altitude ofthe recharge areas. The rainfall and the recharge flow to aquifers indicate that the pr incipal recharge areas are the Jurassicoutcrops, mainly dur ing the humid years, when the annual rainfall exceeds 300 mm. The chemical character istics of waterhave been submitted to different statistical analyses. As a fi rst approach, a pr incipal component analysis (PCA) displayed threeclusters of water cor responding to the three aquifer layers which are exploited. Discr iminant factor analysis (DFA) was usedto character ize the impor tance and to rank the parameters responsible for this high mineralization (between 2000 and 4000mg/ l), namely: system character istics (lithology), structural geology (fault and Tr iassic diapirs). After estimating the effectiverecharge (ranging between 0 for a dry year, and 684 mm/ year for a humid one) and identifying groundwater flow, and inorder to predict the hydrodynamic behavior of Ain Sefra’s syncline, it is essential to implement a mathematical model. Wewere only able to establish the model of the Garet El Kheil hydrogeological unit, given the data unavailability on the other twounits (El Hanjir -Ain Sefra, Ain Sefra-Tiout). We chose a finite difference method in permanent mode to improve knowledge ofthe hydraulic character istics of aquifer , and to evaluate a complete hydrological balance, using the simple and convenient"ASMWIN" code. Exploitation of the model made it possible to determine the impact of the pumped yields, and the weathertrends on the piezometr ic evolution of the aquifer . Two operating scenar ios have been proposed: halving recharge (-50%: 810 6 m 3 / year instead of 16 10 6) and doubling the well’s yield (+100 %: 2.72 10 6 m 3 / year , instead of 1.36 10 6). Weconclude that the groundwater resource is more vulnerable to the climate change than intensive use of aquifers, meaning thatthe aqui fer is underexploited at present.