INTERPRETATION HYDROLOGIQUE DES INFORMATIONS SUR LA CHIMIE DES EAUX La cumposition chimique des eaux souterraines reflète, avec une cunsidérable portée, les divers

processus qui se sunt mis en place pendant le séjour suuterrain de l’eau. Dans la mesure où ces processus correspondent à des variables hydrulogiques (les caractéristiques de circulation des eaux souterraines), l’analyse des données hydro-chimiques révèlera des renseignements sur ces variables. Inversement, de tels renseignements peuvent être utilisés pour extrapoler des changements dans la qualité de l’eau,dus à des prélèvements d’eau souterraine.

3.3.8.1 Relations entre la chimie et la circulation des eaux souterraines

Dans les exposés de la section 2.3 il a été indiqué que les conditions de la présence d’uxygène dans la zune non saturée pouvait être critique, par rapport à la présence de fer ou de manganèse dans l’eau souterraine. Une nappe aquifère élevée dans une zone d’infiltration aura en général une eau qui deviendra chargée en oxygène. Durant sun écoulement dans des fractures cuntenant des minéraux ferreux, attaquée par le gaz carbonique dissous dans l’eau, elle s’en trouvera libérée. La sulubilité du gaz carbonique sera

cependant limitée par une précipitation possible de sidérite.

La principale réaction sera la suivante dans ce cas :

Fe2+

Avec l’équatiun d’équilibre suivante :

pH = 0.37 + p Fe2+ + p HC03-

A partir de cette équatiun les cuncentratiuns d’équilibre de fer ferreux à diverses valeurs du pH et de cuncentratiun de bicarbunate, peuvent être calculées cumme indiqué dans le tableau ci-dessuus.

Tableau 3.3.8.1 : Cuncentratiuns de fer ferreux en mg/1 en présence de sidérite à diverses valeurs du pH et de cuncentratiuns de bicarbunate.

200 24.2 7.7 2.4 0.8

250 19.4 6.1 1.9 0.6

l-l 0.2 0.2

En pratique, la concentration en fer ferreux sera plus importante car les figures sont calculées théoriquement sur la base des réactions.

Cependant, ces valeurs peuvent être une aide pour estimer l’importance des zones de recharge des eaux en exploitation. Quand la zone non saturée est très aérée, il ne faut pas y attendre des dépôts de fer ou de manganèse.

Même si une concentration verticale massive constante d’une substance donnée est attribuée à l’eau souterraine, un peut encore espérer des modifcations de cette concentration le long des lignes

d’écoulement. Ces changements dépendront de l’équilibre entre l’eau et les substances dissoutes en surface.

En supposant un flux parallèle et en désignant par Q le flux d’eau souterraine par unité de largeur perpendiculaire au flux et par F les sels dissous (chlorures par exemple), les équations de continuité peuvent être écrites ainsi :

dQ - --- R

dX

dF -= D dx

dans lesquelles R est la recharge de l’eau à partir de la surface et D le degré de dépot des

substances dissoutes considérées, la direction du flux ayant une direction x. Si F = Q . C quand C est la concentration d’une substance additionnelle, la seconde équation sera :

d (OC)

-bTz Q

dx

194

de laquelle un tire

prévisions de modifications de concentration le long du cheminement du flux. Des équations similaires peuvent être appliquées à des flux d’eaux souterraines dans des puits excavés et dans des zones à forte densité de population où les dépôts chlorurés de surface sont abondants.

3.3.8.2 Effets des pompage de longue durée

Il a été souvent remarqué que des changements systématiques à long terme dans la nature chimique de l’eau se produisent dans des puits en production. Un accroissement de la salinité dans le temps est souvent noté, et il est quelquefois si important qu’il peut rendre l’eau impropre à l’usage qui en était prévu. En théorie, il doit être toujours possible de retrouver l’origine des modifications et, par

conséquent, de les prévoir de façon appropriée. Cependant, les éléments d’information nécessaires à ce genre de prévision manquent le plus souvent. Etant donné que le système de flux drainé par un puits en pompage peut être imaginé en détail, il est bien entendu nécessaire de posséder également des informations sur la distribution de la salinité au sein de l’aquifère.

Il y a quelques cas relativement simples ou la prévision de changements futurs peut etre faite. Le plus simple est peut-être celui du puits situé dans une zone où se présente une arrivée diffuse de l’eau.

Cela peut être mis en évidence par exemple par des croûtes de carbonate de calcium. Un certain enrichissement en sels a pu se produire dans le passé par suite de l’évaporation des eaux souterraines.

Avec le pompage l’ensemble du système de mouvement de flux est drastiquement modifié et l’eau la plus salée peut éventuellement être drainée vers le puits. Il peut se passer un certain temps avant que l’on puisse

noter de tels changements. Dans ce cas, la meilleure évidence d’une eau souterraine proche de la surface, en particulier dans une zone agricole à forte densité de population telle qu’une vallée, par exemple, sera la présence de chlorures et de nitrates.

Un autre cas simple existe là où des résidus d’eau de mer ou aussi bien de l’eau de mer se trouvent à la base de la zone aquifère où l’eau est pompée. Le pompage déprime uniquement l’eau douce de telle sorte que l’interface est la plus affectée juste sous le puits. De nombreux exemples de telles éventualités

existent dans les formations aquifères côtières. Dans de tels cas la chimie de l’eau indiquera son origine.

Des modifications du contenu en fer ferreux se produisent également chaque fois que les conditions de recharge en un point donné sont favorables à la constitution de ces nappes aquifères locales. Là encore une étude soigneuse de la région, préalablement à toute extraction d’eau souterraine, aidera à estimer la possibilité de telles modifications.

3.3.8.3 Divers aspects de la pollution

Il est parfaitement reconnu que l’eau de pluie de village est souvent plus salée que celle de puits situés hors du village. On peut, sur un plan prévisionnel et connaissant l’hydrogéologie, appliquer le principe d’équilibre de masse une fois que le degré de concentration de sel en surface est connu.

En agriculture, l’addition de fertilisants azotés en excès des quantités requises par les plantes

provoquera en général, avec le temps, une concentration de nitrates dans l’eau souterraine. Il se passera

cependant un certain temps avant que ces effets suient notés. Ce laps de temps dépendra dans une large mesure de l’épaisseur de la zune non saturée et du vulume d’eau du ‘coefficient de rétentiun’. Ce dernier peut avuir une valeur de l’urdre au plus de quelques centaines de millimètres d’eau par mètre de

prufundeur.

On sait que si cette eau possède un mouvement vertical on notera curieusement une faible dispersion longitudinale. Pendant la réalimentation le front aquifère de la zone non saturée est littéralement

comprimé vers le bas et l’importance du mouvement vertical dépend du ‘coefficient de rétention’ et du degré de recharge (ou réalimentation). Des investigations assez poussées utilisant la technique des traceurs

employée pour déterminer le taux de recharge naturelle, donne des vitesses variées toutes liées au bilan hydrologique local. Un mouvement de plus d’un mètre par an a pu être noté mais des vitesses bien plus faibles peuvent exister sous des conditions climatiques semi-arides.

Le délai selon lequel des polluants tels que les nitrates rejoindront l’eau souterraine dépend

largement du degré de recharge local et de la profondeur jusqu’à l’eau. Un délai de plusieurs années peut être escompté pour de nombreuses régions.

Il existe de nombreux exemples de zones alluviales possédant des systèmes d’irrigation bien développés ou la salinisation des sols est intervenue en l’absence d’un drainage adéquat. Pour la solution de ce problème, y compris les essais à long terme de l’irrigation, une évaluation du bilan des sels et une connaissance

correspondante des conditions hydrogéologiques locales sont nécessaires.

Le lecteur se reportera à la littérature concernant ce problème, par exemple Bower et Maasland, 1963;

Bower et autres, 1968; Brown et autres, 1974; Horsby, 1973; King et Hanks, 1973; McLin et Gehlar, 1977;

Oster et Rhoades, 1975; Pratt et autres, 1977; Raats, 1974; Rhoades et autres, 1973; Yaron et autres, 1973.

Dans des zones où une minéralisation importante est connue (dans des districts miniers) ou supposée (zones où ont eu lieu des programmes d’exploration minière), des éléments toxiques peuvent être présents dans un système aquifère souterrain et peuvent présenter des probèmes de santé (Cannon et Hopps, 1971, Edwards, 1975; Hadley et Snow, 1974; Singer, 1973; et Todd et McNulty, 1976). Une fois qu’un puits a été développé et achevé, il doit être chloré afin de détruire toute bactérie qui aurait pu être introduite

durant les travaux de forage (par l’intermédiaire des fluides de forage) ou qui aurait pu exister sur l’un quelconque des instruments ayant servi à exécuter le puits.

Le tableau 3.3.8.2 détaille les applications standard de composés chlorés nécessaires pour éliminer les bactéries nuisibles. On notera que le personnel local des service d’hygiène devraient superviser cette opération afin d’assurer une javellisation correcte de la fourniture d’eau.

Tableau 3.3.8.2 : Quantités de composés chlores nécessaires pour duser à 50 p.p.m. 31 m de hauteur d’eau d’un puits (d’après U.S.E.P.A. 1975)

Caractéristiques du puits Composés chlorés

diamètre du volume d’eau 70% HTH 25% de chlo- 5.25% de

3.3.9 FACTEURS SOCIO-ECONOMIQUES