Evaluation de la qualité des eaux du Hamma et de Fourchi:

Nous présentons les résultats d’analyse physico-chimiques obtenus sur l’eau souterraine Hamma et Fourchi, Tableau (6) avec la discussion des résultats.

Tableau 6: Analyse physico - chimique de l’eau du Hamma et de Fourchi

Paramètre L’eau du Hamma L’eau de Fourchi Normes OMS

T, °C pH CE, mS/cm O₂ dissous mg/L HCO₃^-, mg/L TH, mg/L CaCO3 Ca²⁺, mg/L Mg²⁺, mg/L Cl^-, mg/L SO4^2- mg/L NO3^- mg/L NO2^- mg/L Na⁺ mg/L K⁺ mg/L PO4^3- mg/L F^- mg/L Res sec mg/L 30 7.09 1.06 7.55 340 590 158 42 142 127 7.09 - 116 2.84 1.62 0.35 829 20 6.96 1.80 8.21 334 708 156 81.6 887 314 30 - 458 4.21 1.02 0.72 1023 25 6.5-8.5 1.25 - 200 350 100 50 250 400 50 <1 200 15 - 1 1000 I.1. La température :

La température de l’eau joue un rôle important en ce qui concerne la solubilité des sels et des gaz. Par ailleurs, elle accélère la plupart des réactions physico-chimiques et biologiques dans le réseau.

L’élévation de la température s’accompagne d’une diminution de la densité, d’une réduction de la viscosité, d’une augmentation de la tension de vapeur saturante à la surface et d’une diminution de la solubilité des gaz. En plus, cette augmentation de température favorise l’autoépuration et accroît la vitesse de sédimentation, ce qui peut présenter un intérêt dans les

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stations de traitement des eaux. Les eaux souterraines du Hamma présentent une température de l’ordre de 30°C et les eaux de Fourchi 20°C.

L'OMS donne une valeur guide concernant la température, la limite acceptable est 25°C. La température de l'eau n'a pas d'incidence directe sur la santé de l'homme.

I.2. Le pH :

Le potentiel d’hydrogène est un indice qui traduit la concentration d'ions hydrogène dans l’eau. Il détermine le caractère agressif ou incrustant d’une eau. Il intervient dans ces phénomènes avec d'autres paramètres comme la dureté, l'alcalinité et la température.

Le pH des eaux naturelles est lié à la nature des terrains traversés. Une eau à un pH inférieur à 7 peut favoriser la corrosion des canalisations métalliques avec entraînement d’ions métalliques. Alors qu’un pH élevé peut conduire à des dépôts incrustants dans les circuits de distribution (GHIZELLAOUI, 2006).

Dans ces conditions, l’OMS indique que l’eau potable doit avoir un pH compris entre 6.5 et 8.5. Cela est vérifié pour la ressource en eau Hamma ayant un pH de 7.09 et Fourchi de

6.96.

I.3. La conductivité:

La conductivité de l'eau est une mesure de sa capacité à conduire le courant électrique.

La mesure de la conductivité électrique permet d’évaluer rapidement mais très approximativement la minéralisation globale de l'eau et de suivre son évolution. Le Tableau (7), établit une relation entre le degré de la minéralisation et la conductivité selon la réglementation française. La conductivité des eaux du Hamma est de 1.06 mS/cm et celle de Fourchi est de 1.80 mS/cm, ce qui entraîne une minéralisation élevée.

La conductivité d’une eau naturelle est comprise entre 50 et 1500 µS/cm.

Par ailleurs une minéralisation est dite excessive pour une conductivité supérieure à 1.5 mS/cm (BREMOND et VUICHARD ,1973).

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Tableau 7:la relation entre la conductivité et la minéralisation des eaux naturelles.

Conductivité électrique Taux de minéralisation

CE < 100 µS/cm Minéralisation très faible

100 < CE< 200 µS/cm Minéralisation faible

200 < CE < 333 µS/cm Minéralisation moyenne

333 < CE < 666 µS/cm Minéralisation moyenne acceptable

666 < CE < 1000 µS/cm Minéralisation importante

CE > 1000 µS/cm Minéralisation élevée

I.4. L’oxygène dissous :

L’oxygène dissous dans l’eau provient principalement de l’atmosphère et de l’activité photosynthétique des végétaux aquatiques. La solubilité de l’oxygène dissous varie de manière journalière et saisonnière car elle dépend de nombreux facteurs tels que: la pression atmosphérique, la température de l’eau, la minéralisation et l’agitation de l’eau. (WETZEL,

1983). Selon (GHIZELLAOUI, 2006), la teneur de l’oxygène dans l’eau dépend de l’origine de

l’eau. Les eaux souterraines n’en contiennent le plus souvent que quelques mg/L. On sait que pour une température élevée, la teneur en oxygène diminue, en raison de sa plus faible

solubilité. Hamma renferme (7.55 mg/L) et Fourchi (8.21 mg/L). I.5. TAC (Titre alcalimétrique complet):

Les bicarbonates ou hydrogénocarbonate, présent dans les eaux calcaires est l’une des causes de la dureté de l’eau. Il est instable en solution dans l'eau et tend à se transformer en carbonate de calcium (calcite) pour former du tartre incrustant. La stabilité du bicarbonate est liée à la température de l'eau et à la présence de gaz carbonique dissous. Sa concentration doit se tenir entre 10 et 30°F, et idéalement à 20°F environ pour maintenir un pH stable et pour éviter d'avoir des eaux entartrantes. La mesure de la concentration des ions bicarbonates dans les eaux du Hamma et Fourchi, montre que l’eau du Hamma renferme 340 mg/L et l’eau de Fourchi 334 mg/L. Ces valeurs qui sont supérieures aux normes OMS (200 mg/L) indiquent un comportement incrustant des eaux du Hamma et de Fourchi.

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I.6. La dureté totale:

La dureté totale exprimait l'aptitude d'une eau à réagir au savon. La dureté ou titre hydrotimétrique (TH) d'une eau correspond essentiellement à la teneur totale en calcium et en magnésium. Elle est directement liée à la nature géologique des terrains traversés. Ainsi, un sol calcaire donnera une eau "dure" (donc fortement minéralisée en calcium et magnésium), alors qu'une eau traversant un sol cristallin (granitique) comme le sable sera "douce".

L'eau souterraine est généralement plus dure que l'eau de superficielle. C’est le cas de l’eau du Hamma ayant une dureté de 590 mg de CaCO3 /L (59 °F) et l’eau de Fourchi ayant une dureté de 708 mg de CaCO3 /L (70,8 °F) et se situent d’après Tableau (8) dans le domaine de dureté très élevée. En effet, les eaux souterraines sont plus riches en acide carbonique, elles possèdent un haut pouvoir solubilisant vis à vis des sols et des roches.

Une eau dure couvrirait environ un tiers des besoins en calcium et magnésium d'un homme. Quant à la corrélation entre la consommation d'une eau douce et la fréquence d'apparitions de maladies cardio-vasculaires. Ainsi, une eau dure assurerait une protection à l'encontre de ces pathologies.

Tableau 8: Classement de la dureté.

Degré de dureté Concentration en mg/L de CaCO3

Douce 0 - 60

Modérément douce 60 - 120

Dure 120 - 180

Très dure >180

I.7. Le calcium :

Le calcium est un élément important de la dureté est généralement l’élément dominant des eaux potables. Il existe surtout à l’état de bicarbonates et en quantité moindre, sous forme de sulfates, chlorures. Les sels de calcium sont obtenus en majorité lors de l'attaque de roches calcaires par l'anhydride carbonique dissous (CO2). Il constitue l'élément cationique dominant des eaux superficielles. Sa présence dans l’eau du Hamma (158 mg/L) et dans l’eau de Fourchi est de (156 mg/L), est directement liée à la nature géologique des terrains traversés.

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I.8. Le magnésium :

Le magnésium est un élément important de la dureté de l’eau et très répandu dans la nature, dans de nombreux minéraux et dans les calcaires (2,1 % de l'écorce terrestre). Son abondance géologique, sa grande solubilité, sa large utilisation industrielle font que leurs teneurs dans l'eau peuvent être importantes (quelques mg/L à plusieurs centaines de mg/L).

La teneur en magnésium dans l’eau du Hamma est de (42 mg/L), et dans l’eau de Fourchi (81.6 mg/L). Cette concentration est en relation directe avec la nature géologique des terrains traversés. Le magnésium dans l'eau provient de l'attaque par l'acide carbonique des roches magnésiennes et de la mise en solution de magnésium sous forme de carbonates (MgCO3) et de bicarbonates (Mg(HCO3)2).

L’OMS indique comme teneur du magnésium dans l’eau destinée à la consommation humaine une concentration maximale admissible de 50 mg/L.

I.9. Les Chlorures :

Les chlorures sont présents dans presque toutes les eaux. Les teneurs en chlorures des eaux sont extrêmement variées et liées principalement à la nature des terrains traversés. Les concentrations sont très variables, pouvant passer d’une dizaine de mg/L à plus d’un millier de mg/L. Selon (GHIZELLAOUI, 2006), Les chlorures qui sont très facilement solubles dans l'eau ne participent pas pour ainsi dire, aux processus biologiques. Ils ne jouent aucun rôle dans les phénomènes de décomposition. Ils sont donc conservatifs. Cependant, leur présence n'indique pas obligatoirement une pollution d'origine humaine ou animale, lorsqu'une augmentation de leur concentration est constatée. La concentration maximale en chlorures proposée par l’OMS est de 250 mg/L, car à des concentrations supérieures, l’eau peut avoir un goût de sel. Les chlorures sont aussi des agents corrosifs à des concentrations élevées.

Pour les eaux souterraines du Hamma la concentration se situe vers 142 mg/L et pour Fourchi vers 887 mg/L dépassant la norme de potabilité.

I.10. Les sulfates :

Les sulfates peuvent être trouvés dans presque toutes les eaux naturelles. Les sulfates proviennent des roches gypseuses et l’oxydation des sulfures répandus dans les roches comme le pyrite. Les sulfates les plus fréquemment rencontrés sont le sulfate de sodium, le sulfate d’ammonium et le sulfate de magnésium.

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II est connu que la concentration en ions sulfates des eaux est variable suivant la nature du sol traversé. Selon nos résultats d'analyse, Hamma renferme 127 mg/L et Fourchi 314 mg/L. Globalement, nos eaux répondent aux normes (OMS) où la concentration en sulfates est limitée à 400 mg/L. Au-delà, de cette valeur des troubles diarrhéiques peuvent intervenir notamment chez les enfants.

I.11. Les nitrates:

Toutes les formes d’azote (azote organique, ammoniaque, nitrites…) sont susceptibles d’être à l’origine des nitrates par un processus d’oxydation biologique. Dans les eaux naturelles non polluées, le taux des nitrates est très variable suivant la saison et l’origine d’eaux (quelques milligrammes par litre). Cependant de nombreuses eaux souterraines et superficielles ont une concentration élevée en nitrates du fait de l'enrichissement des sols par les engrais ou par les rejets d'eaux usées domestiques ou industrielles.

L’O.M.S indique comme valeur limite pour les nitrates 50 mg/L. L’analyse des eaux du Hamma et de Fourchi indique que la quantité des nitrates est de 7.09 mg/L pour Hamma et 30 mg/L pour Fourchi, ça répond à la norme OMS.

I.12. Les nitrites :

Les nitrites peuvent être rencontrés dans les eaux, mais généralement à de faibles doses, leur teneur est en général inférieure à 1 mg/L. Les nitrites proviennent soit d’une oxydation incomplète de l’ammoniaque, soit d’une réduction des nitrates sous l’influence d’une action dénitrifiante. L’O.M.S, sans indiquer de valeur guide préconise que la teneur en nitrite de l’eau de boisson soit nettement inférieure à 1 mg/L. Une eau qui contient des nitrites est considérée comme suspecte car cette présence est souvent liée à une détérioration de la qualité microbiologique. Nos résultats montrent que l’eau souterraine Hamma et Fourchi sont exemptes de nitrites.

I.13. Le sodium :

Le sodium est un élément constant dans l’eau, toutefois, les concentrations peuvent être extrêmement variables allant de quelques dizaines de mg à 500 mg/L et même au-delà,

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Le sodium dans l’eau provient de la décomposition des sels minéraux comme les silicates de sodium et d’aluminium, des retombées d’origine marine, de la venue d’eaux salées dans les nappes aquifères, de nombreux usages industriels.

Les résultats d’analyse indiquent que la concentration de sodium répond aux normes de l’OMS, pour l’eau du Hamma (116mg/L) mais pour l’eau de Fourchi (458 mg/L) dépassant la norme. Un taux élevé de sodium peut conduire à un effet laxatif.

I.14. Le potassium :

Bien que dans les roches ignées, la teneur en potassium soit presque aussi importante que celle du sodium, sa présence à peu prés constante dans les eaux naturelles ne dépassant pas habituellement 10 à 15 mg/L. Certains rejets industriels, en particulier des mines de potasse et d’usines d’engrais, peuvent entraîner dans l’eau des quantités de potassium relativement importantes. Dans notre cas, l’origine de potassium est naturelle dûe aux terrains géologiques traversés. Selon nos résultats d'analyse, Hamma renferme 2.84 mg/L et Fourchi 4.21 mg/L. I.15. Les orthophosphates:

Les phosphates peuvent être d’origine naturelle (produit de décomposition de la matière vivante, lessivage de minéraux) ou d’origine artificielle (engrais, polyphosphates des formulations détergentes, industries agroalimentaires, traitements de surface).

Pour la ressource en eau Hamma, la concentration des orthophosphates est de 1.62 mg/L et pour la ressource Fourchi, elle est de 1.02 mg/L.

I.16. Les fluorures :

Le fluor est un élément qui existe dans la nature à de très faibles concentrations. On le retrouve dans la plupart des milieux géologiques, mais notamment dans les roches ignées et de grès. Le fluorure présent dans les eaux souterraines en contact avec des roches ou des minéraux contenant du fluorure. Les concentrations du fluorure dans l’eau des puits dépend d’un certain nombre de facteurs, comme la quantité de cet élément dans le sol et la composition chimique de l’eau qui détermine si le fluorure peut y rester dissous. L’O.M.S indique comme valeur limite pour les fluorures 1 mg/L. L’analyse des eaux du Hamma et de Fourchi indique que la quantité de fluorures est de 0.35 mg/L pour Hamma et 0.72 mg/L pour Fourchi, ça répond à la norme OMS.

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I.17. Résidu sec:

La détermination du résidu sec permet d’évaluer surtout la teneur en matière dissoute. Ces valeurs peuvent être tirées à partir de la mesure de la conductivité. Les valeurs obtenues permettent d’apprécier la minéralisation de l’eau: pour des valeurs inférieures à 600 mg/L, l’acceptabilité par le consommateur est bonne, au-dessus de 1200 mg/L, l’eau devient désagréable. L’OMS recommande une valeur limite de 1000 mg/L dans l’eau destinée à la consommation humaine. Pour l’eau du Hamma le résidu sec est de 829 mg/L et pour Fourchi est de 1023 mg/L, ce qui traduit sa forte minéralisation.

I.18. Conclusion :

Les résultats d’analyse physico-chimiques des deux eaux Hamma et Fourchi indiquent des teneurs très élevées en magnésium (pour Fourchi), calcium et ions hydrogénocarbonates, par rapport aux valeurs admissibles de l’OMS. Ces eaux contiennent des quantités importantes de résidu sec et le titre hydrotimétrique (TH) est très élevé (59° F) pour Hamma et (70°F) pour Fourchi. Ce qui indique que ces eaux sont très dures et bien minéralisées.

II. Caractérisation des dépôts: II.1. Analyse chimique des dépôts :

Le but de cette analyse est de pouvoir évaluer l’importance du carbonate de calcium dans le dépôt naturel qui a été prélevé des conduites de distribution d’eau du Hamma et Fourchi. Pour faire une analyse quantitative de ces dépôts, on prélève un échantillon de 0,5 g de tartre broyé, puis on lui ajoute 10 ml d'acide nitrique (HNO₃), après on complète exactement à 1000 ml par de l'eau distillée. On filtre, et on procède à une analyse chimique des éléments (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, Pb²⁺) par la spectrométrie d’absorption atomique. Les résultats d'analyse chimique obtenus sont représentés dans le Tableau (9):

Tableau 9 : Composition chimique du dépôt de tartre recueilli sur une conduite d'eau géothermale Hamma et Fourchi.

Elément Ca²⁺ Mg²⁺ Na⁺ K⁺ Fe²⁺ Zn²⁺ Pb²⁺

Teneur dans le tartre du Hamma (ppm)

110,436 1,261 0,549 0,162 0,178 2,377 -

Teneur dans le tartre de Fourchi (ppm)

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L'analyse chimique des dépôts de tartre déposés naturellement pour chaque eau montre bien que le calcium est prédominant, ce qui révèle que le tartre naturel est essentiellement composé de carbonate de calcium.

On trouve aussi le magnésium qui peut provenir de sels de magnésium (carbonate MgCO3, hydroxydes Mg(OH)2).

Le sodium provient de la décomposition des sels minéraux comme le carbonate de sodium (Na2CO3) et les silicates de sodium (Na2SiO3).

Le potassium provient des terrains géologiques traversés.

La présence de fer est due à la présence d’oxyde de fer Fe(OH)3 (produit de corrosion de la canalisation en métal) ou de sulfates de fer.

La présence du zinc détecté d’une manière significative, provient généralement des canalisations de laiton ou de fer galvanisé, attaquées par les eaux agressives ou riches en chlorures et sulfates (RODIER et al. 2005).

II.2. Analyse spectroscopie d’infrarouge (IR) des dépôts naturels:

Le spectre infrarouge (IR) d'un échantillon est établi en faisant passer un faisceau de lumière infrarouge (longueur d'onde comprise entre 0,8 μm et 1 000 μm) à travers cet échantillon. La spectroscopie IR est basée sur le fait que dans les molécules, les liaisons vibrent à une fréquence bien déterminée dépendant des atomes de la liaison et de l'environnement de la liaison. Dans le cas du carbonate de calcium, la mesure en spectroscopie (IR) est utilisée pour la caractérisation de différentes phases de carbonate de calcium.

Les spectres (IR) des tartres récupérés dans les conduites de distribution d’eau du Hamma et Fourchi sont donnés par les Figures (30, 31). Les spectres (IR) correspondants montrent la présence des pics de trois variétés existantes. Il y a des bandes d’absorption des carbonates caractérisés par une bande large et intense à 1481.2 cm^-1 spécifique de vibration de la liaison C-O dans le carbonate. Ainsi, il y a des bandes intenses à 2518, 2515, 871et 705.9 cm^-1 correspondant à la calcite du CaCO3. Des bandes à 856.3, 752.2 correspondant à la vatérite et 1789 cm^-1 correspondant à la l’aragonite. Mêmes observations ont été faites par (MANZOLA et BEN AMOR (2001), ZHOU et al. (2004), SARAYA et ROKBAA (2016)).

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Figure 30: Spectre IR du dépôt naturel de l’eau du Hamma.

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II.3. Analyse des dépôts naturels par diffraction des rayons X :

La diffractométrie X permet de déterminer qualitativement la partie cristallisée des dépôts naturels. Les diffractogrammes des échantillons de tartre formé naturellement dans les canalisations d’eau Figures (32,33), montrent qu’il s’agit de carbonate de calcium sous trois variétés cristallographiques (calcite, vatérite, aragonite) du CaCO3 avec prédominance de la phase calcite. Ce qui révèle que le tartre naturel est composé essentiellement de carbonate de calcium.

Figure 32 : Diffractogramme de l’échantillon de tartre déposé naturellement à partir de l’eau du Hamma.

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Figure 33 : Diffractogramme de l’échantillon de tartre déposé naturellement à partir de l’eau de Fourchi.