Chapitre V : Modélisation géochimique
V- 1-4- Application du Logiciel/ Argument géochimique
Etats des minéraux dissouts dans l’eau (étude de l’Indice de saturation (SI) des minéraux présents dans les eaux utilisées en irrigations des sols de la région d’étude ; Ziban
Phreeqc interactive version.3.1.4-8929 est un programme de computer écrit par le langage C et C++ utilisé pour la simulation des réactions chimiques. Grâce à ce logiciel, on peut calculer les indices de saturation, la distribution des espèces aqueuses, la densité et la conductance spécifique de la composition aqueuse des solutions. Phreeqc utilise les équations de l’association ionique, Pitzer, et SIT (Specific ion interaction theory) dans les calculs. Ce programme a été l’objet d’un stage de courte durée au niveau d’INRA-PACA-Avignon.
Aussi que, on a fait recours à l’utilisation de la thermodynamique par la simulation de la concentration des ions majeurs (Cl-, SO4--,HCO3-,Ca++,Na+,Mg++,K+) sous effet de l’évaporation isotherme (25°C) par le logiciel « Phreeqci 2.8 » (version free de laboratoire d’hydrogéologie d’Avignon), en terme d’équilibre sels/solution. Cette simulation permette de voir une idée sur l’état des minéraux responsable de la minéralisation dans les eaux/les solutions du sol et les équilibres entre les minéraux et la solution.
V-1-5-Pratique
Après le téléchargement du logiciel Phreeqc interactive version.3.1.4-8929, nous avons appliqué les trois modèles thermodynamiques :
Modèle Phreeqc ;
Modèle Pitzer ;
Modèle SIT (specific interaction theory) ;
Fig. 35 :Schématisation de la procédure du travail par Phreeqc version.3.1.4-8929.
Utilisation de Phreeqc en ligne de commande :
a) Phreeqc nom du fichier d’entrée nom du fichier de sortie nom de la base de données thermodynamique ;
b) Phreeqc nom du fichier d’entrée nom du fichier de sortie : par défaut la base des données thermodynamiques phreqc.dat, il ya autres choix : pitzer.dat pour le modèle Pitzer, sit.dat pour le model SIT
La méthodologie du travail suivi est comme suit : 9. Les données brutes ;
10.Tester la validité des analyses :∑cations , ∑anions et ∆=:∑cations -│∑anions │/:∑cations +∑anions 11.Gardé les échantillons tels que ∆< 0.15
12. Correction proportionnelle des données
13.Fichier d’entrée corrigé :∑cations corrigé = ∑anions corrigé
14. Traitement des données avec Phreeqc, en utilisant la base de données par défaut ; phreeqc.dat
15. Transfert du fichier data sous fichier Excel
Data Phreeqc Fichier sortie.
Fichier.out
Phreeqc.dat Pitzer.dat SIT.dat
Sortie sélection
16. Tracer les graphes du log 17. Exemples :
Etude de l’état des minéraux dissouts dans l’eau utilisée en irrigation des sols de la région d’étude : Cas de Sidi Okba.
L’utilisation de la thermodynamique par la simulation de la concentration des ions majeurs (Cl-, SO4--, HCO3-, Ca++, Na+, Mg++, K+) sous effet de l’évaporation isotherme (25°C) par le logiciel Phreeqc interactive version.3.1.4-8929. Cette simulation permette de voir une idée sur l’état des minéraux responsable de la minéralisation des eaux et les équilibres entre les minéraux et la solution. Elle montre que ces eaux sont saturées par rapport à la calcite, l’aragonite et la dolomite et elles sont sous-saturées pour l’halite, le gypse et l’anhydrite. Donc, les minéraux carbonatées tendent à se précipiter par contre les minéraux évaporitiques sont toujours à l’état de sous-saturation (en dissous). (Voir l’exemple dans le tableau suivant).
Tableau 25 : Indice de Saturation (IS selon le modèle Phreeqc) des eaux souterraines (forages) de la nappe Miopliocène de la localité de Sidi Okba.
Variable Min Max Moyenne
ISHalite -5,29 -4,21 -4,82
ISGypsum -1,60 -0,14 -0,67
ISDolomite -1,48 1,92 0,57
ISCalcite -0,80 0,85 0,22
ISAragonite -0,95 0,70 0,08
ISAnhydrite -1,88 -0,46 -1,02
Degré de saturation vis -à vis de la calcite et du gypse, Application à l’étude des eaux d’irrigation de la localité de Sidi-Okba.
Les résultats des calculs sont rapporté sous forme de diagramme d’équilibre. Nous présentons les différnts états d’équilibre des eaux par rapport les minéreaux de calcite et de gypse.
Etat de saturation vis-à –vis de la calcite L’équation d’équilibre de la calcite s’écrit :
Ca+2+ CO3-2 CaCO3
CaCO3 Ca+2+CO3
-Al’équilibre aca++* aco3-2/ acalcite=Kps calcite La calcite pure et à l’état standard a calcite = 1
aca++* aco3-2=Kps calcite
log aca+++ log aco3-2= logKps calcite =-8.45 à 25 °C à l’état de saturation.
log aca+++ log aco3-2> logKps calcite, la solution est sur saturée.
log aca+++ log aco3-2< logKps calcite, la solution est sous- saturée.
Selon les trois modèles thermodynamiques (phreeqc, pitzer et SIT), les points représentatifs des solutions (Fig36-a,b et c), montrent que la plupart des points d’eau sont sur saturées par rapport de la calcite, il ya quelques points qui sont sous saturées à saturées par rapport à la calcite.
Fig. 36-a :Diagramme d’équilibre de la calcite (modèle Phreeqc) des eaux souterraines de sidi Okba. Calcite : log K= -8.45.
Fig.36-b :Diagramme d’équilibre de la calcite (modèle Pitzer) des eaux souterraines de sidi Okba. Calcite : log K= - 8.38.
-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0
-4 -3 -2 -1 0
log Ca++
la_CO3-2 Log CO3
-8,00 -7,00 -6,00 -5,00 -4,00 -3,00 -2,00 -1,00 0,00
-4,00 -3,00 -2,00 -1,00 0,00
log Ca++
la_CO3-2 log
Fig.36-c :diagramme d’équilibre de la calcite (modèle SIT) des eaux souterraines de sidi Okba. Calcite : log K= -8.45.
Etat de saturation vis-à –vis du gypse
L’équation d’équilibre du gypse s’écrit comme suit Ca SO4 + 2 H2O CaSO4, 2H2O
Al’équilibre aca++* aSO4-2/ agypse=Kps gypse Le gypse à l’état standard a gypse = 1
aca++* aSO4-2=Kps gypse
log aca+++ log aSO4-2= logKps gypse =-4.58 à 25 °C à l’état de saturation.
log aca+++ log aSO4-2> logKps gypse la solution est sur saturée.
log aca+++ log aSO4-2< logKps gypse,la solution est sous- saturée.
-8,00 -7,00 -6,00 -5,00 -4,00 -3,00 -2,00 -1,00 0,00
-4,00 -3,00 -2,00 -1,00 0,00
log Ca++
la_CO3-2 log
Selon les trois modèles thermodynamiques (phreeqc, pitzer et SIT), les points représentatifs des solutions (Fig37-a,b et c), montrent que tous les points d’eau sont sous saturée vis-à-vis du gypse.
Fig. 37-a :Diagramme d’équilibre du gypse (modèle Phreeqc) des eaux souterraines de sidi Okba. Gypse : log K = -4.58
Fig. 37-b: Diagramme d’équilibre du gypse (modèle Pitzer) des eaux souterraines de sidi Okba. Gypse : Log K = -4.58
-4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0
-4 -3 -2 -1 0
log Ca++
la_SO4-2 log
-4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0
-4 -3 -2 -1 0
log Ca++
la_SO4-2 log
SO4--Fig.37-c: Diagramme d’équilibre du gypse (modèle SIT) des eaux souterraines de sidi Okba .Gypse : log K = -4.61
V-2- Conclusion
L’application du modèle thermodynamique a pour l’objectif la modélisation géochimique des interactions entre sols et solutions, avec application à l’étude des eaux de la région de Biskra, exemple de la zone de Sidi Okba au moyen du logiciel Phreeqc interactive version.3.1.4-8929. Elle montre que ces eaux sont saturées par rapport de la calcite et par conséquent, l’aragonite et la dolomite et elles sont sous-saturées pour le gypse ,l’halite et l’anhydrite. Donc, les minéraux carbonatées tendent à se précipiter principalement la calcite, par contre les minéraux évaporitiques sont toujours à l’état de sous-saturation (en dissous) et en premier lieu le gypse.
-4,00 -3,50 -3,00 -2,50 -2,00 -1,50 -1,00 -0,50 0,00
-4,00 -3,00 -2,00 -1,00 0,00
log Ca++
la_SO4-2 log