6.1 Tendances générales

Le diagramme de Gibbs (1970) (figure 45) permet d’étudier la relation entre les eaux souterraines et la lithologie de leurs aquifères et par conséquent, les mécanismes contrôlant la chimie de ces eaux (Feth et Gibbs, 1971; Kilham, 1990; Négrel, 1999; Wanty et coll, 2009; Martin et Sudhakar, 2010).

Chapitre V Etude hydrochimique

68 Figure 45. Projection des eaux de la nappe plio-quaternaire sur le diagramme de Gibbs.

Sur les 50 échantillons, 30 ont un ratio Na / (Na + Ca) < 0,5 et des valeurs du TSD (total solide dissous) relativement faibles, suggérant que l’interaction eau/roche est le mécanisme dominant contrôlant le chimisme de ces eaux (Wang et al). Les 20 échantillons restants dont le ratio Na / (Na + Ca) > 0,5 ont des valeurs de TSD élevées et doivent leur chimisme au processus d’évaporation. Cela ressort clairement sur la figure 45, où les 50 échantillons se retrouvent, soit dans la partie dominée par l’évaporation, soit celle dominée par l’interaction eau/roche. Toutefois, l’échange cationique et l’augmentation du TSD, peuvent êtres aussi des processus importants pour expliquer la prédominance du Na (Na / (Na + Ca) > 0,5) par rapport aux autres cations (Guo et Wang, 2004) ; exemple des eaux souterraines du désert de Chihuahua au Texas (USA) (Fisher et Mullican, 1997) et des aquifères limoneux pampéens (Cirelli et Miretzky, 2004). L’apport en ions Na peut donc provenir de la réaction suivante :

Na2-(argile) + (Ca , Mg)-(Eau) ↔ (Ca , Mg)-(argile) + Na2-(Eau)…(Hidalgo et Cruz- Sanjulian, 2001).

Par ailleurs, 39 échantillons ont un rapport Cl / (Cl +HCO3) > 0,8. Ce qui montre que l’évaporation comparée à l’interaction eau/roche fournie plus de Cl aux eaux de la nappe plio- quaternaire. Toutefois, la quinzaine d’échantillons observée hors du diagramme de Gibbs renseigne sur un surplus en ions Cl provenant des rejets.

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69 Au niveau de la plaine de Bel Abbès, les fortes concentrations en Cl sont le résultat direct de la pollution et cela malgré la présence d’une importante station d’épuration au niveau de la wilaya avec une capacité de 330,000 équivalent/habitant. Malheureusement, la station supposé traiter initialement 28000 m3/j pour arriver à 45000 m3/j, recevait en 2007 6000 à 7000 m3/j (office nationale de l’assainissement : ONA). Selon la Direction de l’Hydraulique de la Wilaya de Sidi Bel Abbès (DHW), le volume des rejets totaux valait en 2006 98,000 m3/j (la Mekkera, en traversant la plaine du Sud au Nord reçoit 47 effluents. Bensalem, 2012); Cela en addition, aux rejets non inventoriés (absence d’assainissement) des petites localités (population inférieure à 200 habitants. Ramdani, 2007) donne une idée sur l’ampleur de la calamité environnementale frappant la zone d’étude.

V.6.1.1- Processus d’échange d’ions :

Grace à leurs charges électriques, les ions dans l’eau sont adsorbés sur les surfaces solides, surtout celles des oxydes de fer et des minéraux argileux. Les argiles sont particulièrement efficaces pour adsorber les cations, parce que leurs surfaces sont toujours négativement chargées.

La tendance d’adsorption /désorption des cations majeurs dans les eaux naturelles est la suivante : (fortement adsorbé) Ca > Mg > K > Na (faiblement adsorbé) ; ce qui signifie que les ions calcium sont beaucoup plus susceptibles d’être adsorbés que le sont les ions sodium.

L’échange d’ions entre les eaux souterraines et leur environnement hôte peut être étudié à l’aide des indices chloro-alcalins proposés par Schoeller (1965) :

ICA 1 = [Cl – (Na + K) ] ÷ [Cl],

ICA 2 = [Cl – (Na + K) ] ÷ [HCO3 + SO4 + CO3 + NO3]. où tous les ions sont exprimés en (meq.l-1).

Quand les deux indices sont négatifs, il y a un échange de Ca ou Mg des eaux souterraines avec le Na ou K du matériau aquifère (déséquilibre chloro-alcalin). Au cours de ce processus, la roche est la principale source de minéralisation des eaux souterraines. Quand les valeurs sont positives par contre, c’est l’inverse qui se produit.

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70 Figure 46. Répartition spatiale des indices chloro-alcalins, A : ICA 1 et B : ICA 2.

Tous les échantillons dans notre secteur d’étude ont des indices chloro-alcalins positifs et renseignent sur la présence d’un échange de (Na + K) eaux avec (Mg + Ca) roches dont le taux est inconnu en raison des grands apports extérieur en Cl.

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71 Il ressort de la figure 46 que les valeurs des deux indices augmentent du Sud au Nord et d’Est en Ouest. C'est-à-dire suivant le tracé des Oueds, (conglomérats formés d’éléments calcaires), où les rejets de la Wilaya sont déversés.

V.6.1.2 - La dissolution (hydrolyse) des silicates :

Lorsque le pH descend au dessous de 6.7, les minéraux silicatés deviennent instables et sont convertis en minéraux argileux ou hydroxydes. Ces réactions sont complexes et plus lentes comparées à celles relatives à la dissolution des carbonates. L’altération des silicates peut se faire selon les réactions suivantes :

2NaAlSi3O8 + 2H2CO3+ 9H2O → Al2Si2O5 (OH)4+ 2Na+ 4H4SiO4+ 2HCO3 ; ou

NaAlSi3O8 + H2CO3+ 7H2O → Na + Al(OH)3 + 3H4SiO4 + HCO3.

V.6.1.3 - La dissolution des carbonates :

Les eaux souterraines dont la minéralisation découle des processus de dissolutions/précipitations des roches carbonatés seront relativement riches en Ca, HCO3 et Mg. les carbonates sont présentes dans la plupart des roches sédimentaires et même certaines roches ignées et métamorphiques ; la calcite en est un parfait exemple; sa dissolution se fait selon la réaction :

CaCO3 + CO2 +H2O → Ca +2HCO3 incluant :

3CO2 + 3H2O → 3H + 3HCO3 …(création de conditions acides (H+) favorisant la dissolution de calcite)

et

2CaCO3 + 2H → 2Ca + 2HCO3.

Des trois réactions, il ressort que la solubilité de la calcite est contrôlée dans un premier lieu par la quantité de dioxyde de carbone disponible dans le milieu et dans un second lieu par le pH (H+). D’autres processus tels que l’oxydation des composés sulfurés peuvent également produire des ions hydrogène et favoriser la dissolution de la calcite.

Lorsque l’eau s’infiltre dans le sol, elle s’enrichie en CO2 et dissolve assez facilement les roches carbonatées sur son chemin jusqu’à, soit saturation en minéraux carbonatés, soit épuisement de CO2. Lorsque le pH diminue, les ions CO3 sont convertis en ions HCO3 ; ce qui se traduit par une dissolution plus accrue du CaCO3.Au fil du temps, cela crée un front acide (pH = 7-8), au dessous du quel, les eaux souterrains sont agressives.

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72 D’après les indices Ryzenar (IR) et sur les 50 échantillons de la nappe plio-quaternaire : 42 captent des eaux en équilibre, 2 (P5 et P38) : des eaux légèrement corrosives (agressives) et 7 (puits 7, 21, 34, 37, 39, 40 et 47) : des eaux légèrement incrustantes.

V.6.1.4 - Réactions d’oxydoréduction :

Les réactions d’oxydoréduction ou réactions redox, impliquent un transfert d’électrons d’un ion à un autre. Elles contrôlent, la nitrification/dénitrification, l’oxydation des sulfures, la réduction des sulfates et la formation de méthane.

Les directions et les vitesses des réactions redox dépendent de l’état d’oxydation du milieu considéré. L’oxygène et la matière organique sont respectivement les agents oxydants et réducteurs majeurs dans le milieu naturel. La consommation de la matière organique se traduit par une réduction bactérienne des espèces carboniques en méthane. D’autres agents réducteurs peuvent exister dans les eaux souterraines, tels que les formes réduites de fer et les composés sulfurés.

Figure 47. Diagramme SO4 vs Cl.

Lorsque les nitrates sont épuisés, les sulfates deviennent les agents oxydants dans les eaux souterraines. Cela à comme corolaire, leur réduction en sulfure d’hydrogène dont une partie se précipite en présence de fer, en pyrite. Les quantités de sulfure d’hydrogène restantes doivent être éliminées, car non seulement elles confèrent aux eaux un goût âcre, mais elles leurs attribuent aussi, un caractère corrosif.

0 20 40 60 80 100 120 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Cl (meq/l) SO₄(meq/l)

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73 Les concentrations des ions sulfates sont assez faibles et pourraient provenir de la dissolution du gypse (H2O + CaSO4.2H2O → Ca + SO4 + 3H2O), des pluies acides ou de la pyrite.

Les très faibles valeurs du rapport SO4 / Cl (moyenne = 0.13, max = 0.35, min = 0,015) suggèrent que les sulfates s’épuisent; éventuellement, par réduction (Lavitt et al, 1997; Datta et Tyagi, 1996).

Les processus de réduction des ions SO4, ainsi que l’augmentation concomitante des HC03 peuvent s’expliquer comme suit:

2CH20 + S04 → H2S + 2HC03 …(Schwartz et Muehlenbachs, 1979 ; Phillips et coll, 1986). 15CH20 + 2Fe203 + 8S04 + H → 4FeS2 + 15HC03 + 8H 20... (Drever, 1988).

La réduction des S04 selon la deuxième réaction nécessite la présence de bactéries.

V.6.2- Mécanismes d’acquisition de la salinité des eaux de la nappe plio-quaternaire