Etude statistique

L’analyse statistique a été adopté afin d’avoir les relations possibles (corrélations) qui existent entre les éléments chimiques et la conductivité électrique (la salinité des eaux souterraine). Nous faisons appel à l’analyse en composante principale (ACP). L’avantage de cette méthode est qu’elle permet de réduire les informations en un nombre de composantes plus limité (groupe) que le nombre initial de variables, et ainsi de visualiser les données en 2D puis de lier les éléments de même caractère. Il s’agit donc d’une approche à la fois statistique et géométrique (représentation des variables dans un espace selon des directions d’inertie maximale).

Les analyses des corrélations aboutissent aux interprétations suivantes. Une analyse élevée de corrélation (près de +1 ou de -1) signifie un bon rapport entre deux variables (positivement ou négativement corrélées) et une valeur autour de zéro signifie aucun rapport entre elles. Une corrélation r>0,7 correspond à des données fortement corrélées tandis qu’une corrélation r entre 0,5 et 0,7, correspond à des données modérément corrélées (Kumar and Muttan 2006). Dans les tableaux 2.7 et 2.8, nous avons reporté la matrice de corrélation appliquée aux 14 points des eaux souterraines de la nappe des altérites de Kettara. Au regard de ces tableaux, plusieurs remarques s’imposent :

En période des hautes eaux,

• le pH est corrélé négativement aux éléments majeurs,

• la conductivité électrique est bien corrélée avec le calcium, le magnésium, les sulfates et les bicarbonates,

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• le calcium est bien corrélé au magnésium et aux sulfates, • le calcium et le magnésium sont corrélés aux bicarbonates. En période des basses eaux,

• le pH est corrélé négativement aux éléments majeurs,

• la conductivité électrique est bien corrélée avec le calcium, le magnésium, les sulfates, • le calcium est bien corrélé au magnésium et aux sulfates,

• le calcium et le magnésium ne présentent pas de corrélation aux bicarbonates, La forte corrélation entre magnésium et calcium renseigne sur leur origine commune.

Tableau 2. 7 Matrice de corrélation des paramètres physico-chimiques (saison humide)

Cond pH Cl^- SO₄^2- Ca²⁺ Mg²⁺ Na⁺ HCO₃ -Cond pH -0,528 1 Cl^- -0,006 0,007 1 SO₄^2- 0,729 -0,488 0,225 1 Ca²⁺ 0,931 -0,583 0,057 0,833 1 Mg²⁺ 0,963 -0,571 0,021 0,819 0,958 1 Na⁺ 0,608 -0,035 -0,088 0,210 0,307 0,446 1 HCO3^- 0,728 -0,834 0,029 0,555 0,693 0,772 0,311 1

Tableau 2. 8 Matrice de corrélation des paramètres physico-chimiques (saison sèche)

Cond pH Cl^- SO₄^2- Ca²⁺ Mg²⁺ Na⁺ HCO₃ -Cond pH -0,786 1 Cl^- 0,287 -0,333 1 SO₄^2- 0,828 -0,836 0,369 1 Ca²⁺ 0,836 -0,824 0,365 0,968 1 Mg²⁺ 0,728 -0,804 0,516 0,946 0,956 1 Na⁺ 0,292 -0,412 0,665 0,507 0,510 0,624 1 HCO3^- -0,710 0,850 -0,027 -0,579 -0,638 -0,507 -0,240 1

 Analyses en composantes principales

Dans le but de déterminer l’impact du DMA sur la qualité des eaux souterraines une analyse en composante principale (ACP) a été réalisée. Cette analyse permet d’avoir une image mathématique fidèle de la répartition des points correspondant aux prélèvements dans l’espace défini par les facteurs que sont les éléments analysés (Hakkou et al. 2001). Afin de

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pouvoir comparer les deux campagnes, l’ensemble des variables est représenté uniquement par huit éléments physico-chimiques à savoir, la conductivité électrique CE, le pH, et les concentrations en ions Ca²⁺, Mg²⁺, SO₄^2-, HCO₃^-, Na⁺ et Cl^-. L’ACP a été élaboré par le logiciel XLSTAT 2010 version © Addinosof en utilisant des données centrées réduites et une matrice coefficients de corrélation de Pearson.

Période de hautes eaux

L’ACP faisant la corrélation entre les paramètres physico-chimiques des eaux de puits, a permis de retenir deux principaux axes puisqu’ils présentent plus de 75,47% de la variance totale (Figure 2.50 a). L’axe F1 qui présente 61 % de cette variance est fortement corrélé du côté positif avec la conductivité électrique, les concentrations en ions HCO3^-, SO4^{2 -}, Ca^{2 +} et Mg^{2 +} et négativement avec le pH. Le facteur F1 oppose la plupart de minerai dissous au pH : quand la concentration minérale augmente le pH diminue (Tableau 2.9 a). On observe principalement ces conditions dans le contexte de la contamination en DMA. En conséquence, le facteur F1 peut être considéré comme indicateur de la contamination en DMA. L’axe F2 (15% de variance) est corrélé positivement au chlorure et négativement au sodium (Tableau 2.9 a). Cet axe est considéré comme un indicateur de dissolution des minéraux silicatés.

Les données hydrochimiques ont été classées par Q-mode CAH¹⁹ dans l’espace à 9 dimensions (CE, pH, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, Cl^-, SO4^2- et HCO3^-). La méthode de la classification hiérarchique ascendante est faite à l’aide du critère de Ward et en utilisant la distance euclidienne sera ensuite employée. Cette méthode conduit à résumer les données à l’aide de la construction d’une typologie, ou partition, des individus en classes homogènes. Quatre groupes ont été distingués. La conductivité électrique semble être un facteur distinctif majeur avec des concentrations croissantes pour tous les principaux ions dans l’ordre : le groupe 1, groupe 2, groupe 4 et groupe 3 (Tableau 2.10).

Groupe 1 : situé positivement par apport à l’axe F1, il est constitué par les puits P1, P8 et P9. Il est caractérisé par des teneurs élevées en éléments majeurs et notamment en sulfates avec des fortes valeurs de conductivité. Ce sont les puits situés en aval approximatif des rejets miniers. Groupe 2 : situé en position médiane par rapport à l’axe F1 et qui présente une position intermédiaire entre les groupes 1 et 4. Il est en effet, caractérisé par une minéralisation assez élevée.

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Groupe 3 : situé du côté négatif de l’axe F1 et constitué par les puits P5, P6 et P7 situés au Sud-Ouest des rejets miniers et sont caractérisé par des faibles teneurs en conductivité et en ions majeurs.

Groupe 4 : situé du côté négatif de l’axe F1 et constitué par P12 et P13 caractérisé par des teneurs moyennes en conductivité électrique et des teneurs élevées en chlorure.

L’ACP confirme l’existence d’une corrélation négative entre les teneurs en polluants (ions majeurs dans ce cas) et le pH. Elle a permis également de différencier de façon claire les puits situés en aval de la mine, caractérisés par une forte charge minérale et les puits situés en amont (P15) ou très en aval loin de la source de pollution (P7).

Tableau 2. 9 Corrélation des éléments chimiques par apport aux facteurs F1 et F2

pour la période des hautes (a) et basses eaux (b)

(a) F1 F2 Cond 0,953 -0,212 pH -0,708 -0,284 Cl^- 0,061 0,710 SO4^2- 0,828 0,247 Ca²⁺ 0,945 0,050 Mg²⁺ 0,973 -0,062 Na⁺ 0,455 -0,680 HCO₃^- 0,851 0,090

Période de basses eaux

L’ACP faisant la corrélation entre les paramètres physico-chimiques des eaux de puits, a permis de retenir deux axes principaux puisqu’ils présentent plus de 85,27% de la variance totale (Figure 2.50 b). (b) F1 F2 Cond 0,864 -0,270 pH -0,915 0,226 Cl^- 0,489 0,760 SO4^2- 0,951 -0,042 Ca²⁺ 0,960 -0,063 Mg²⁺ 0,944 0,151 Na⁺ 0,607 0,642 HCO₃^- -0,721 0,503

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L’axe F1 qui présente 68% de cette variance est fortement corrélé du côté positif avec la conductivité électrique, et les concentrations en ions SO₄^2-, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺et Cl^-, et négativement avec le pH et les bicarbonates (Tableau 2.9 b). Ceci est expliqué par le fait que durant la période des basses eaux l’évaporation des minéraux carbonatés est intense. L’axe F2 (17% de la variance) est corrélé positivement au sodium et au chlorure (Tableau 2.9 b). Cet axe est un indicateur de la dissolution d’halite.

Trois groupes ont été distingués. La conductivité électrique semble être un facteur distinctif majeur qui a joué sur le reclassement des groupes par apport à la période humide (Tableau 2.10).

Figure 2. 50 Analyse en composante principale (ACP) des eaux souterraines (a. saison

humide et b. saison sèche) : à gauche la projection des variables sur le plan F1–F2 et à droite la projection des individus sur le plan F1–F2

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Tableau 2. 10 Valeurs moyenne des paramètres physico-chimiques pour les principaux groupes sélectionnées (a) Mars et (b) Juin

(a) pH CE (µS/cm) SO₄^2- (mg/l) Ca²⁺ (mg/l) Na⁺ (mg/l) Cl^- (mg/l) Mg²⁺ (mg/l) HCO₃^- (mg/l) Groupe 1 6,713 3463,33 2634,43 744,4 176,13 1178,6 191 175,66 Groupe 2 6,99 2556,66 341,72 366,575 204,85 1024,76 105,146 152,5 Groupe 3 7,35 788 86,82 76,7 96,914 695,8 13,11 91 Groupe 4 7,105 1263 499,8 149,275 128,75 2130 34,77 106 (b) pH CE (µS/cm) SO4^2- (mg/l) Ca²⁺ (mg/l) Na⁺ (mg/l) Cl^- (mg/l) Mg²⁺ (mg/l) HCO3^- (mg/l) Groupe I 6,022 3552 1544,41 48,076 16,06 888,92 14,69 130,4 Groupe II 7,37 591,75 230,61 15,53 13,09 630,125 5,105 259,5 Groupe III 7,11 2780 318,05 22,31 10,94 213 4,14 92

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