Modélisation mathématique et numérique de la pollution dans un milieu poreux non saturé : Application : Milieux poreux stratifiés

Rabat

THESE DE DOCTORAT

ABDELHAK GHOULI

Physique

Spécialité :

Mécanique des Fluides et Environnement

Sur le Thème :

Modélisation Mathématique et Numérique

de la Pollution dans un milieu poreux non Saturé.

Application : Milieux Poreux Stratifiés

Soutenue le 11 décembre 2009, devant le jury composé de: Président

Omar FASSI FEHRI : Professeur de l’enseignement supérieur à la Faculté des Sciences de

Rabat.

Secrétaire perpétuel de l'Académie Hassan II des Sciences et Techniques.

Examinateur

Abdellah El HAMMOUMI : Professeur de l’enseignement supérieur à la Faculté des Sciences de Rabat

Kamal GUERAOUI : Professeur de l’enseignement supérieur à la Faculté des Sciences de Rabat

Mohamed HATTABI : Professeur et Directeur adjoint à Ecole Nationale Supérieur d’Electricité

et de Mécanique à Casablanca

Le présent travail a été réalisé au sein de l’Equipe de Modélisation Numérique et Théorique en Mécanique des Fluides et Environnement du Laboratoire de Physique Théorique de la Faculté des Sciences de Rabat.

Un très grand merci à Monsieur Kamal GUERAOUI, Professeur de l’Enseignement Supérieur à la Faculté des Sciences de Rabat et Responsable de l’Equipe de Modélisation Numérique et Théorique en Mécanique des Fluides et Environnement, pour avoir accepté la direction de cette thèse. Sa disponibilité, son expérience, ses qualités scientifiques, pédagogiques et tout simplement humaines ont été sans conteste à l’origine du si bon déroulement de cette thèse.

Je suis très sensible à l’honneur que me fait monsieur Omar FASSI FEHRI, Professeur de l’Enseignement Supérieur à la Faculté des Sciences de Rabat, en acceptant la présidence du jury, malgré ses multiples occupations et ses nombreuses charges. Qu’il veuille trouver ici, l’expression de ma gratitude pour l’intérêt qu’il a porté à mon travail.

Je tiens aussi à remercier vivement Monsieur Abdellah El HAMMOUMI, Professeur de l’Enseignement Supérieur à la Faculté des Sciences de Rabat, pour s’être penché sur mon travail en qualité de rapporteurs et pour la pertinence de ses commentaires ainsi son aide précieuse.

Je remercie vivement Monsieur Mohamed HATTABI, Professeur de l’Enseignement Supérieur et Directeur adjoint à Ecole Nationale Supérieur d’Electricité et de Mécanique de Casablanca, pour l’intérêt qu’il a porté à ce travail et pour avoir accepté d’être rapporteur et

de consacrer une partie de son temps à l’analyse de mon travail.

Je suis également très reconnaissant envers Monsieur Abdelhak FAHSI, Professeur habilité à la Faculté des Sciences et Techniques Mohammedia, pour avoir accepté de faire partie de ce jury.

Enfin, je ne saurais oublier mes collègues du laboratoire en particulier M. TAIBI et tous mes collègues notamment B. EL IRAQI et A. ESSBAI. Je suis heureux de leur témoigner ici toute ma reconnaissance et ma sympathie.

Je souhaite aussi remercier ma femme pour m’avoir constamment soutenue tout au long de ces années.

Les études de la pollution dans les milieux poreux ainsi que les transferts hydriques dans les sols non saturés ont retenu l’attention de nombreux chercheurs. Ces études se sont intensifiées depuis qu’on a constaté que la contamination des sols pouvait avoir de graves influences sur l’environnement, la flore et la faune.

Dans ce travail, nous étudions le processus de la propagation du polluant dans un milieu poreux non saturé homogènes par couches (Zone stratifiés).

L’écoulement des fluides dans les milieux poreux stratifiés non saturés est modélisé par l’équation de Richards couplée par l’équation du transport des polluants et par l’équation du transfert thermique et complétée par des relations empiriques pour décrire les relations entre la pression du fluide, la saturation réduite du fluide et la perméabilité relative. A cause de la forte non-linéarité des équations, nous adoptons la méthode de résolution numérique des volumes finis pour discrétiser le système d’équations obtenues. Pour la résolution, nous utilisons la méthode d’ADI (Alternating Direction Implicit).

L’étude numérique bidimensionnelle des transferts de masse a permis d’analyser les différents stades de l’évolution du processus de la propagation de polluant dans un milieu poreux non saturé ayant des caractéristiques zones stratifiés, notamment le comportement de la teneur en eau et de la concentration en fonction de différentes couches étudiées.

Mots Clés

Milieu poreux, Zone non saturée, Zone stratifiée, Modélisation numérique, Transport du Polluant, Transfert thermique, Volume finis.

1. GHOULI. A, GUERAOUI. K., EL HAMMOUMI. A, WALID. M., ELABIDI. A.,

IDRISSI., E. (2008) ‘hydro-chemical characterization of water ain sahel

kharrouba sources of the northwest region of morocco’, International Review Physics (IREPHY). Vol. 2, N.6. P-432-436.

2. GUERAOUI. K., G. ZEGGWAGH, GHOULI. A, YEHIA. M .HADDAD (2008) ‘Pulsating Flows of Inelastic Fluids in Anisotropic Porous Viscoelastic Tubes’, International Review of Mechanical Engineering (IREME). Vol. 2, N.3. P-506-512. 3. I. ABERDANE, K. GUERAOUI, A. DHIRI, A. GHOULI, M. TAIBI, G.

ZEGGWAGH( 2008) « Étude numérique et théorique bidimensionnelle du

problème de la pollution atmosphérique ». Journal Phys. Chem. News 48 p-32-36 4. GHOULI. A, GUERAOUI. K, WALID. M, ABERDANE. I, El HAMMOUMI. A,

KERROUM. M ZEGGWAGH. G, HADDAD. Y.M (2009) “Numerical Study of

Evolution Process of Pollutant Propagation in a Homogeneous Porous Medium unsaturated” International Review of Mechanical Engineering (IREME). Vol.3, N.3. P-358-362.

5. GHOULI. A, GUERAOUI. K, WALID. M, El HAMMOUMI. A, KERROUM. M

ZEGGWAGH. G, HADDAD. Y.M (2009) “Mathematical and Numerical Modeling

for the Propagation of Pollutants in a Stratified Porous Media” “International Review on Modelling and Simulation (IREMOS). Vol2. N.3. P 309-314.

6. I. ABERDANE, K. GUERAOUI, A. GHOULI, OMAR FASSI FIHRI (2009) « Tow-Dimensional Theoretical and Numerical approach of Pollutant Transport in the Lowest Tayers of The Atmosphere ». International Review of Mechanical Engineering (IREME). Vol.3, N.4. P-494-502.

1. GHOULI. A, GUERAOUI. K, TAIBI. M, El HAMMOUMI. A, KERROUM. M

ZEGGWAGH. G, HADDAD. Y.M (2009) ‘ Simulation Numérique Bidimensionnelle

du Transport du Polluant en Milieu Poreux ‘AES – ATEMA’ 2009 Third International Conference on Advances and Trends in Engineering Materials and their Applications (Montreal, Canada: July 06 -10, 2009)

2. GHOULI. A, GUERAOUI . K,. TAIBI. M, A. HIHI, (2009) « Numerical modelling for

transport of pollutant in a stratified porous unsaturated media » ICSAAMM 2009 September7-10,2009 Tarbes, France

3. DHIRI. A, GHOULI. A, TAIBI. M, GUERAOUI. K (2009) ‘ Influence of Soret effect on pollutants transport in porous unsaturated media’ . Proceedings of the Fourth

international Conference on Thermal Engineering: Theory and Applications January 12-14, 2009, Abu Dhabi, UAE

4. DHIRI. A, GUERAOUI. K, GHOULI. A, TAIBI. M, CHERRAJ .M (2009) ”Caractérisation du transport des polluants dans un milieu non saturée Effet Soret et l’effet multi-constituant ». 9ème Congrès Internationale de Mécanique, Marrakech. Tome II . p-436-438.

Table des Matières

Liste des symboles utilisés ... 9

Liste des Tableaux ... 10

Liste des Figures ... 10

Introduction Générale ... 13

CHAPITRE 1 : Aperçu Global sur le Transport de polluants en Milieu Poreux 17 Introduction... 17

I- Propriétés du milieu poreux... 18

I-1 Définition ... 18

I-2 L’analyse texturale ... 19

I-3 Intégration spatiale des propriétés ... 21

I- 4 Le Volume Elémentaire Représentatif... 21

I-5 Masse volumique sèche... 22

I-6 La porosité ... 23

I-7 La teneur en eau volumique... 23

I-8 La saturation ... 24

I-9 Le potentiel de pression ... 24

I-10 La conductivité hydraulique... 27

a. Relation teneur en eau / potentiel de pression :... 29

b. Relation conductivité / potentiel de pression ... 32

c. Les paramètres dérivés (La capacité de rétention, la diffusivité hydraulique) 33 II- La situation hydrique au Maroc ... 34

II-1 Eau souterraine... 34

II-2 Qualité des Eaux souterraine au Maroc... 35

II-3 Qualité de eaux et pollution agricole ... 38

II-4 Qualité des eaux et pollution industrielle... 39

II-5 Qualité des eaux et décharges ... 39

III- Faciès chimiques des eaux... 42

IV- Conclusion ... 45

Références ... 46

CHAPITRE 2 : Formulation Mathématique ... 49

Introduction... 49

I- Équations de Base ... 51

I-1 Équation de continuité en milieu poreux ... 51

I-2 La Loi de Darcy ... 51

I-3 Équation générale des écoulements en zone non saturé ... 54

a. Convection ... 57

b. Dispersion hydrodynamique ... 58

c. Diffusion ... 58

d. Dispersion mécanique... 59

II- Processus de transfert de chaleur et propriétés thermiques ... 61

II-1 Définition des modes de transfert... 61

II-2 Equation Transfert thermique... 62

a. Capacité thermique volumique ... 63

b. Conductivité thermique ... 64

III- Conditions initiales et aux limites ... 66

IV- Condition à la limite inférieure... 67

V- Pollution des sols... 67

V-1 Adsorption sur les particules de sol ... 68

V-2 Conditions initiales et aux limites ... 69

VI- Conclusion ... 71

Références ... 73

Chapitre 3 : Résolution Numérique... 77

II. Discrétisation et méthode de résolution... 78

II-1. Discrétisation de l’équation d’écoulement ... 78

II-2 Méthode de résolution ... 81

a) 1ére demi pas ... 81

b) 2éme Demi pas... 85

II-3 Discrétisation de l’équation de Transport des Polluants en Milieux Poreux... 88

II-3-1 Méthode de résolution... 90

a. 1ére demi pas ... 90

b. 2éme Demi pas... 98

II-4 Equation de la Température ... 105

II-4-1 Méthode de résolution... 106

a. 1ère demi pas ... 106

b. 2éme Demi pas... 107

IV- Critère de convergence... 109

V- Validation du code de calcul ... 110

VI- Conclusion ... 110

Références ... 112

Chapitre 4 : Résultats et Discussions... 113

Introduction... 113

I- Propagation du polluant dans un milieu poreux homogène non saturé. ... 114

a. Description du sol étudié... 114

b. Résultats et discutions (Cas d’un milieu poreux non saturé homogène) ... 115

II- Propagation du polluant dans un milieu poreux stratifié non saturé... 129

a. Description du sol stratifié étudié ... 130

b. Les conditions aux interfaces... 130

c. Résultats et discutions (Cas d’un milieu poreux non saturé stratifié) ... 131

III- Conclusion ... 139

Références ... 140

Liste des symboles utilisés

β _{: Paramètre d’évolution temporelle de la masse volumique de la croûte [T}-1_]

λ : Paramètre de structure du formalisme des propriétés hydrodynamiques de _{Brooks et Corey (1964) (noté λ}

c pour la croûte de battance) [-]

ρ : Masse volumique (notée ρ_c : pour la croûte de battance) [M.L-3]

θ : Teneur en eau volumique [-]

θ_{s : Teneur en eau volumique à saturation}

θ_{r : Teneur en eau volumique résiduelle}

ρ_{i : Masse volumique initiale}

ρ_{s : Masse volumique des particules solides du sol [M.L}-3_]

H : Charge hydraulique [L]

h : Potentiel de pression [L]

z : Potentiel gravitaire (altitude) [L]

P : Eau pression de l.eau dans le sol [M·L-1·T-2]

g : Accélération de la pesanteur [L·T-2]

K(h) ou K(θ) : Conductivité hydraulique ou perméabilité [L·T-1]

Ks : Conductivité hydraulique à saturation [L·T-1]

q : Flux d.eau [L·T-1]

ω : Porosité [L3·L-3]

α, n, m : Paramètres d’ajustement du modèle de Mualem . Van Genutchen

C(h) : Capacité capillaire [L-1]

D(θ) : Diffusivité hydraulique [L2·T-1]

C : Concentration totale en soluté

D : Coefficient de dispersion

Dm : Coefficient de dispersion dans la phase mobile

Kso : Produit de solubilité sans dimension

q : Vitesse de Darcy

Liste des Tableaux

Tableau 1 : Classification texturale USDA par classes de tailles de grains (Guymon1994)... 20 Tableau 2 : la conductivité hydraulique de plusieurs matériaux en fonction de leur texture (De Marsily, 1981). ... 28 Tableau 3 : Valeurs moyenne pour les paramètres de rétention de van Genuchten

pour quelques texteures définies par USDA, d’après Guymon (1994),  en cm-1_{. .. 31}

Tableau 4 : Classe de qualité. ... 35

Tableau 5 : Conductivités thermiques de quelques constituants du sol.... 65 Tableau 6 : Paramètres hydrodynamique, texturales et thermique du sol modélisé.

... 114 Tableau 7 : Paramètres hydrodynamique, texturales et thermique du sol modélisé131

Liste des Figures

Figure 1 : Triangle des textures selon USDA (Clapp et al 1978 ; Morel 1989) ... 19 Figure 2 : La propriété P liée à la taille de VER mesurée par une de ses dimensions caractéristiques L. (Bear 1972)... 22 Figure 3 : Influence de la texture et de la structure sur la relation h(θ). Effet

d’hystérèse : branches principales et courbes de passage (Thony 1970 ; Hillel 1974) ... 26 Figure 4 : Allure générale des fonctions K(h) et K(θ) (Campbell 1974 ; Gardenr et al 1970) ... 27 Figure 5 : Interprétation physique des paramètres de Brooks & Corey. ... 30 Figure 6 : Interprétation physique des paramètres de Van Genuchten ... 31 Figure 7 : Courbes de capacité de rétention lorsque les courbes de rétention en eau sont décrites par les fonctionnalités de Van genuchten ou Brooks et Corey. ... 33 Figure 8 : Situation hydrique au Maroc... 34

Figure 9 : Répartition des stations d’eau de souterraines par niveau de qualité... 36

Figure 10 : Carte de classification des principales nappes phréatiques selon la qualité globale de leurs eaux... 37

Figure 11 : Principaux oueds et sources alimentés par la dorsale calcaire du Rif .... 43

Figure 12 : Diagramme de Piper : Classification des points d’eaux... 44

Figure 13 : Volume de contrôle autour du point P ... 78

Figure 14 : Eléments de volume pour les composantes x et z... 80

Figure 15 : Illustration du milieu poreux homogène non saturé... 114

Figure 16 : Profil de la concentration suivant la profondeur pour temps donné... 118

Figure 17 : Profil de la concentration suivant le temps pour z= cte et x=cte ... 118

Figure 18 : Iso-contours de la concentration... 119

Figure 19 : Profil de la teneur en eau suivant la profondeur pour temps (t)=cte. .... 119

Figure 20 : Profil de la teneur en eau suivant la profondeur pour x=cte. ... 120

Figure 21 : Profil de la teneur en eau en fonction de z et de x... 120

Figure 22 : Iso-contours de la teneur en eau ... 121

Figure 23 : Profil de la pression suivant la profondeur pour un x donné et un temps donné... 121

Figure 24 : Comparaison temporelle du profil de la pression suivant la profondeur pour x=cte... 122

Figure 25 : Profil de la pression suivant le temps pour z= cte et x=cte... 122

Figure 26 : Profil de la pression en fonction de z et de x. ... 123

Figure 27 : Iso-contours de la pression ... 123

Figure 28 : Comparaison temporelle de profil de la saturation suivant la profondeur pour x=cte... 124

Figure 29 : Profil de la saturation suivant le temps pour z= cte et x=cte... 124

Figure 30 : Profil de la saturation en fonction de z et de x... 125

Figure 31 : Comparaison temporelle de profil de la conductivité suivant la profondeur pour x=cte... 125

Figure 32 : Profil de la conductivité suivant le temps pour z= cte et x=cte... 126

Figure 33 : Profil de la conductivité en fonction de z et de x... 126

Figure 34 : Profil du flux d’infiltration suivant la profondeur pour x=cte et pour différentes temps.... 127

Figure 36 : Profil du flux d’infiltration en fonction de z et de x pour un instant donné ... 128 Figure 37 : Iso-contours du flux d’infiltration ... 128 Figure 38 : Profil de la température suivant la profondeur pour un instant t donné et une position x donnée ... 129

Figure 39 : Illustration du milieu poreux stratifié... 130 Figure 40 : Profil de la teneur en eau en fonction de z et de x à un instant donné 133 Figure 41 : Iso-contours de la teneur en eau... 134 Figure 42 : Evolution temporelle de la teneur en eau pour la couche (0-0,75m)... 134 Figure 43 : Evolution temporelle de la teneur en eau pour la couche (0,75-1m)... 135 Figure 44 : Evolution temporelle de la teneur en eau pour la couche (2,25-3m)... 135 Figure 45 : Comparaison de l’évolution temporelle de la teneur en eau dans les différentes couches... 136 Figure 46 : Evolution de la concentration pour un x et un temps donnés... 136 Figure 47 : Profil de la concentration en fonction de z et de x à un instant donné.. 137 Figure 48 : Evolution temporelle de la concentration dans la couche (0-0,75)... 137 Figure 49 : Evolution temporelle de la concentration dans la couche (0,75-1)... 138 Figure 50 : Comparaison de l’évolution temporelle de la concentration dans les différentes couches... 138

Introduction Générale

L’eau est en quantité importante sur terre, mais un pourcentage de 99,5% du stock est constitué d’eau salée ou glacée. Seul 0,5% de l’eau terrestre est utilisable, soit, 7 millions de km3. L’eau constitue aujourd’hui, et demain plus encore, une matière première de toute première importance. Pourtant, les stocks disponibles sont inégalement répartis. Ainsi, nous notons que la majeure partie des réserves en eau se situe au niveau de la calotte polaire Antarctique.

L’industrialisation, l’essor de l’agriculture intensive ou encore la croissance démographique et les nouvelles exigences d’hygiène de ce dernier siècle pèsent de tout leur poids sur la gestion de la ressource en eau. En effet, les besoins en eau n’ont cessé d’évoluer, et ceci en fonction de la localisation géographique. Nous notons, par exemple, qu’actuellement au Maroc, la consommation moyenne est très différente selon le milieu : en moyenne 120 litres par habitant et par jour en milieu urbain, contre 20 litres par habitant et par jour pour la majorité des habitants du milieu rural. Cette disparité importante est donc, inévitablement, à la source de la propagation de la pollution de cette ressource. Si pendant de nombreuses années, l’eau était considérée comme une matière première inépuisable, ces dernières

décennies, les communautés scientifiques ont commencé à s’intéresser de prés à cette ressource. En effet, les besoins de l’industrie et de l’agriculture sont considérables, aussi, il est aujourd’hui indispensable de comprendre les rouages des pollutions de la ressource, ainsi que les vecteurs de transfert de celles-ci.

Les études de la pollution des milieux poreux naturels ainsi que les transferts hydriques dans les sols non saturés ont retenu l’attention de nombreux chercheurs. Ces études se sont intensifiées depuis qu’on a constaté que la contamination des sols pouvait avoir de graves influences sur l’environnement, la flore et la faune. Le dépôt des déchets industriels et ménagers est devenu un des principaux facteurs de la contamination du sol par des métaux. Ce dépôt aéroporté représente dans une échelle globale, la source principale de pollution du sol. De nos jours, la protection de l’Environnement est une priorité. La pollution industrielle, en particulier, devient une véritable préoccupation. Une des conséquences de cette pollution est son impact sur la qualité des sols et par la suite sur la qualité des eaux souterraines. Bon nombre d’entreprises se spécialisent aujourd’hui dans un créneau porteur : la dépollution des sols. Les processus régissant le transport de contaminant dans les sols saturés sont également valides pour les sols non saturés ; cependant, les paramètres de transport peuvent être tout à fait différents. Généralement, les paramètres de transport tels que la conductivité hydraulique, les coefficients de diffusion et d'adsorption sont constants pour les sols saturés. Dans les sols non saturés, il faut connaître les relations entre ces paramètres et la teneur en eau volumique.

Lorsqu’il pleut sur une zone, l’eau se mélange avec des polluants et s’infiltre dans le sol. La détermination des paramètres de la migration de ces eaux chargées se fait grâce à des méthodes expérimentales et de modèles numériques : toute interprétation des résultats doit tenir compte des hypothèses simplificatrices admises

pour les caractéristiques et les conditions initiales du sol ainsi que les conditions aux limites.

Dans ce travail, le but essentiel de la modélisation numérique est d’améliorer la compréhension des mécanismes du transfert de polluants dans les sols non saturés homogène ou stratifié.

Avant de passer à la modélisation nous rappelons quelques notions générales sur l’eau et les écoulements dans le sol, puis sur les modes de transfert de polluant et les différents phénomènes en jeu. Par la suite, nous rappelons la situation hydrique au Maroc. En effet, depuis une vingtaine d’années, la communication autour de ces thèmes s’est fortement développée, les populations ont été alertées et sont de plus en plus sensibles à la qualité de leur environnement. L’Etat a également mis en place des moyens de contrôle afin de ne pas reproduire les erreurs commises par le passé. De même dans ce chapitre nous exposons le suivi de l’exploitation d’une eau de source.

Le deuxième chapitre est consacré à la modélisation du transport du polluant dans le sol. Nous comprenons clairement que la modélisation ne doit pas être vue comme un aboutissement, mais plutôt comme un outil parmi d’autres. Il s’agit donc pour nous d’une voie de recherche. Ceci explique le fait que chaque modèle doit, à notre avis, conserver une marge de progression, un caractère évolutif. La modélisation du transport des polluants dans les milieux poreux saturés et non-saturés, est habituellement effectuée par l’équation de Richards, une équation différentielle aux dérivées partielles de type parabolique en milieu non-saturé et elliptique en milieu saturé. Dans ce chapitre les équations sont considérés bidimensionnelles.

Le troisième chapitre est concerné à la résolution numérique. En effet, l’équation de Richards est difficile à résoudre analytiquement à cause de la forte non-linéarité des propriétés hydrauliques. Sa résolution peut se faire par plusieurs méthodes numériques. Ces méthodes sont générales et nécessitent une adaptation pour les problèmes spécifiques et des connaissances approfondies en mathématiques et en programmation. Dans ce travail, les équations obtenues sont résolues à l’aide de la méthode des volumes finis. C’est une méthode de discrétisation bien adaptée à la résolution numérique des équations de conservation de grandeurs extensives telles que la masse, la quantité de mouvement, l'énergie. Cette méthode possède diverses propriétés telles que la conservation locale des flux, le respect du principe du maximum, la possibilité de l'appliquer à des maillages quelconques (maillages structurés ou non structurés) qui la rendent attractive. Par ailleurs, la méthode de résolution utilisée est celle d’ADI (Alternating Direction Implicit). Elle consiste à itérer le système d’équations implicites en deux étapes.

Le quatrième chapitre est consacré, d’une part, à l'étude des résultats pour le cas d’un milieu poreux homogène non saturé. D’autre part, nous étudions le processus de la propagation du polluant dans un milieu poreux stratifié non saturé. L’écoulement des fluides dans ces milieux est modélisé par l’équation de Richards, complétée par des équations supplémentaires. Les hétérogénéités se traduisent par des discontinuités dans les coefficients du système d'équations au passage d'un type de roche à l'autre. Cependant, certaines quantités physiques restent continues : la vitesse de Darcy, la pression et les flux de contaminants.

CHAPITRE 1 : Aperçu Global sur le Transport

de polluants en Milieu Poreux

Introduction

La migration de polluants dans l’environnement est un phénomène dont on se soucie depuis une vingtaine d’années et la compréhension des processus impliqués n’est pas encore pleinement élucidée. En effet, la compréhension du transport d’éléments contaminants est d’autant plus complexe que plusieurs processus impliqués dans l’écoulement hydrodynamique interagissent simultanément. Les modèles de transport en milieu poreux non saturé actuels, appliqués aux sols, tentent de hiérarchiser les processus dominants à partir des lois empiriques dont le domaine d’applicabilité est limité. Par exemple, dans le modèle de Mualem-van Genuchten, la conductivité hydraulique en milieu non saturé est formulée par la distribution de la taille des pores et la tortuosité qui sont établies suivant les propriétés d’hydratation du milieu. Ces paramètres intrinsèques au milieu sont considérés invariables dans le milieu mais diffèrent d’un milieu à un autre (Vervoort & Cattle, 2003). De même, la distribution des tailles de particules n’apparaît pas comme un paramètre déterminant du transport (Shaap & Leij, 2000). Cependant, le milieu naturel n’est pas homogène et ses caractéristiques hydriques évoluent en fonction de la nature de ses constituants (Boivin et al., 2004).

influencent les comportements des polluants, ainsi que la situation hydrique et législative de l’eau au Maroc.

I- Propriétés du milieu poreux

Le milieu poreux est l’ensemble de grains solides ou d’agrégats autour desquels existent des espaces vides appelés pores, qui peuvent être interconnectés ou non. La matrice constituée des grains solides est rigide ou peut subir des petites déformations.

Les premières informations sur les propriétés d’un tel milieu sont fournies par l’analyse granulométrique, souvent réalisée par tamisage, qui vise à déterminer la distribution des grains qui composent la matrice, en faisant le postulat que ceux-ci sont sphéroïdaux. On obtient ainsi une courbe granulométrique représentant le pourcentage (volumique ou massique) des éléments dont le diamètre est inférieur ou égal à un diamètre donné.

Outre la granulométrie, la nature lithologique ainsi que l’agencement des grains dans l’espace définissent des classifications du milieu poreux.

Lorsque la composition lithologique est constante, on parle de milieu homogène, et de milieu hétérogène lorsque cette propriété varie dans l’espace.

Si les propriétés du milieu varient suivant l’orientation dans l’espace, on parle de milieu anisotrope, et de milieu isotrope si ces propriétés demeurent constantes.

Parmi ces propriétés du milieu, celles qui vont influencer sur les phénomènes d’écoulement et de transport sont en particulier : la porosité totale et la perméabilité intrinsèque, propriétés spécifiques du milieu dépendant de nombreux facteurs

(histoire du matériau en particulier) et caractérisent le milieu du point de vue hydraulique.

I-2 L’analyse texturale

Dans le cas d'un sol, les propriétés évoquées précédemment dépendent de sa structure, terme qui désigne la manière dont sont associés les grains entre eux. Celle-ci est, entre autres, fonction de la distribution en taille des grains qui le constituent, c'est-à-dire de la texture (ou composition granulométrique du sol), déterminée en laboratoire par des tamisages successifs. La texture d'un sol est alors définie en se référant aux classes décrites dans le triangle des textures :

Le point P est un exemple pour illustration : il représente un sol de type argileux, contenant 50% d’argile (Clay), 20% de limon fin (Silt) et 30% de sable (Sand). De nombreux auteurs proposent des formulations permettant de déduire les propriétés hydriques d'un sol de sa composition granulométrique (Gupta et all 1979 ; Puckett et al 1985 ; Saxton et al 1986 ; Vereecken et al 1992).

D'autres proposent des caractéristiques moyennes associées à chaque classe du triangle des textures (Clapp et al 1978 ; Morel 1989). Les régressions obtenues par les auteurs sont fondées sur des analyses statistiques réalisées sur un grand nombre d'échantillons de sols.

Tableau 1 : Classification texturale USDA par classes de tailles de grains (Guymon1994)

Matériau (texture) Diamètre

minimal Diamètre maximal Cailloux, galets 20 mm 200 mm Graviers, gravillons 2 mm 20 mm Sable grossier 0.5 mm 2 mm Sable moyen 250 m 500 m Sable fin 100 m 250 m Sable très fin 50 m 100 m

Limon (moyen, grossier) 20 m 50 m

Limon fin (Silt) 2 m 20 m

Argile 0 2 m

Remarquons cependant que les caractéristiques hydriques du sol, qui dépendent de la géométrie de l'espace poral, sont liées aux propriétés structurales du sol, dont la texture n'est qu'une composante.

L'utilisation des caractéristiques hydriques établies à partir de celle-ci risque ainsi d'être insuffisante pour décrire les écoulements dans le sol.

I-3 Intégration spatiale des propriétés

Les propriétés que nous venons de rappeler s’appliquent de façon générale à une échelle macroscopique, l’échelle à laquelle on veut appliquer la théorie de l’écoulement et du transport. Or, les équations servant de base à ces théories sont des équations à l’échelle microscopique appliquées au fluide considéré comme un continuum. Il est donc nécessaire d’effectuer un changement d’échelle en moyennant ces équations sur des volumes suffisamment grands pour pouvoir considérer un milieu continu. Deux approches sont pour cela possible : l’une, déterministe, fait intervenir la notion de Volume Elémentaire Représentatif (VER) et l’autre, statistique, est établie par l’intermédiaire des Fonctions Aléatoires (FA).

I- 4 Le Volume Elémentaire Représentatif

Dans ce travail et afin de pouvoir considérer le milieu poreux comme un continuum, nous utilisons l’approche du Volume Elémentaire Représentatif (VER), qui consiste à affecter à un point mathématique de l’espace la valeur moyenne des propriétés d’un volume de sol (De Marsily, 1980).

Le VER est défini en disant qu’il est :

 Suffisamment grand pour contenir un grand nombre de pores, de façon à ce

 Suffisamment petit pour que les variations du paramètre d’un domaine au domaine voisin puissent être approchées par des fonctions continues.

La taille du VER est généralement définie par l’apparition d’un palier dans la courbe reliant une propriété du milieu à la taille du volume d’observation (figure I-2).

Figure 2 : La propriété P liée à la taille de VER mesurée par une de ses dimensions caractéristiques L. (Bear 1972)

I-5 Masse volumique sèche

La masse volumique sèche, d, est définie comme le rapport entre la masse des

solides et le volume total de sol.

V

M



Où : Ms est la masse de la phase solide [M] et V_t le volume total apparent [L-3].

Elle est en général de l’ordre de 1,4 à 1,7 g.cm-3 pour les sols sableux et de 1 à 1,5

I-6 La porosité

La porosité, ε, constitue un indice du volume relatif des vides dans le sol et est définie comme le rapport du volume des vides au volume total de sol.





Où : Sreprésente la masse volumique des solides.

La plupart des roches sont constituées de particules minérales solides, plus ou moins cimentées, format un squelette autour duquel subsistent des espaces vides : ce sont les milieux poreux au sens des mécaniciens des fluides. Par exemple, les sables et les grés ont une porosité totale qui peut aller jusqu’à 30%. Mais même les roches que l’on suppose généralement compactes ont une certaine porosité : calcaires, dolomies (surtout secondaires) et même les roches cristallines et métamorphiques (de 1 à 5%).

Les argiles constituent une catégorie à part : leurs éléments constitutifs, lamellaires, sont organisés en « feuillets » : ce sont des empilements de couches parallèles séparées par des intervalles variables où un fluide peut se loger : cela leur procure, en particulier, des propriétés de gonflement en présence d’eau. Nous verrons de plus que cette eau est fortement liée aux particules solides argileuses. Le pourcentage de vide peut cependant être très élevé : jusqu’à 90%.

I-7 La teneur en eau volumique

VER du total Volume VER un dans conteneu eau d Volume '   I-3

La teneur en eau d’un sol varie entre une valeur minimale (la teneur en eau résiduelle, θr), et une valeur maximale (la teneur en eau à saturation, θs ). Cette dernière est en principe égale à la porosité, toutefois, dans les conditions naturelles, un sol ne parvient jamais à la saturation totale, car il reste toujours de l’air piégé (Musy et Soutter,1991).

I-8 La saturation

La saturation,S, est définie comme la fraction mouillée de la porosité :

    VER du pore de Volume VER un dans conteneu eau d Volume S ' I-4

On défini également la saturation effective :

r s r S        I-5

I-9 Le potentiel de pression

Dans le milieu poreux, à chaque teneur en eau, correspond une répartition des phases air et eau à l’intérieur du VER (De Marsily, 1980). La phase d’eau étant continue, les pressions s’y égalisent à une cote donnée et il en résulte un potentiel de pression (h) unique :

g h

P



Où : P_eau est la pression de l’eau dans le sol [ML-1T-2] ; ρ la masse volumique de l’eau [ML-3] et g l’accélération de la pesanteur [LT-2].

Nous pouvons distinguer deux domaines du potentiel de pression. Par définition, la pression est nulle, c.-à-d. égale à la pression atmosphérique, au toit de la nappe (surface libre). Dans la zone saturée, la pression est positive, alors que dans la zone non saturée elle est négative (par convention).

Le potentiel total est décrit par la notion de charge hydraulique, H, et ses composantes sont le potentiel de pression (h) et charge de gravité (z), [L].

z

h

H





Dans la zone non saturée du sol, la teneur en eau et le potentiel de pression varient de manière concomitante. La relation existante entre ces deux paramètres constitue dès lors un élément essentiel de description de l’état hydrique du milieu poreux non saturé. Cette relation exprime les variations d’intensité des forces de capillarité en fonction de la teneur en eau. Comme celle-ci dépend de l’organisation de l’espace poral du sol, la forme de la relation entre le potentiel de pression et la teneur en eau constitue une caractéristique spécifique à un sol, ou plus généralement à un type de sol, dans un état structural donné. Graphiquement, cette relation θ(h) est représentée par une courbe, dénommée courbe caractéristique d’humidité du sol ou courbe de rétention hydrique (Musy et al., 1991).

L’analyse de la relation θ(h) s’avère délicate car elle relève de phénomènes complexes et peu accessibles. Dans la zone non saturée, la teneur en eau correspondant à une succion matricielle donnée dépend ainsi essentiellement de la géométrie des pores, soit de la structure du sol. La figure 3 illustre ces

dépendances. Dans la gamme de potentiel de pression élevé, la teneur en eau reste plus importante pour un sol à texture fine (argile).

Figure 3 : Influence de la texture et de la structure sur la relation h(θ). Effet d’hystérèse : branches principales et courbes de passage (Thony 1970 ; Hillel 1974)

La relation entre le potentiel de pression et la teneur en eau présente en général une hystérésis (Figure 3), car la relation n’est pas univoque : les courbes déterminées par drainage diffèrent de celles déterminées par humidification. La relation θ(h) englobe ainsi tous les points situés entre les deux enveloppes que constituent les courbes caractéristiques complètes, allant de la saturation à l’état sec et vice versa.

I-10 La conductivité hydraulique

La conductivité hydraulique, K [LT-1], selon la loi de Darcy, est l’aptitude du milieu poreux à transmettre l’eau qu’il contient pour une teneur en eau donnée. La diminution de la teneur en eau entraîne une diminution rapide de la conductivité hydraulique. En milieu saturé, la conductivité hydraulique est uniforme (dans le cas d’un sol donné et pour une direction d’écoulement donnée) et égale à sa valeur maximale, la conductivité hydraulique à saturation (K_S). La Figure 4 illustre les relations liant la conductivité au potentiel de pression et à la teneur en eau, lesquelles sont non linéaires et dépendent du type de sol considéré. La relation K(h) est aussi sujette à l’hystérésis et il est en général préférable de la représenter en fonction de la teneur en eau. La relation K(θ) est minimale à partir d’un seuil θr et elle croît pour atteindre sa valeur maximale à saturation, θS.

Figure 4 : Allure générale des fonctions K(h) et K(θ) (Campbell 1974 ; Gardenr et al 1970)

Lorsque le milieu poreux est isotrope c.à.d. l’écoulement est unidirectionnel, le coefficient de la perméabilité K est un coefficient scalaire. Quand le sol est homogène et anisotrope, les valeurs de la conductivité hydraulique varient selon

chaque axe dans le système référentiel Oxyz et on l’exprime par un tenseur d’ordre 2 symétriques :           zz zy zx yz yy yx xz xy xx K K K K K K K K K I-8

Lorsque les directions principales d’anisotropie sont les mêmes que les axes du référentiel Oxyz, les termes Kij=Kji sont nuls et le tenseur de la conductivité hydraulique devient diagonal.

          v h h K K K 0 0 0 0 0 0 I-9

Où K : est le coefficient de perméabilité horizontale et _h K la perméabilité verticale._v

Le transport d'un polluant dépend en premier lieu des caractéristiques de l'écoulement qui le transporte.

Tableau 2 : la conductivité hydraulique de plusieurs matériaux en fonction de leur texture (De Marsily, 1981).

Texture Conductivité hydraulique à saturation (m/s)

Graviers sans éléments fins 10-2

Sables non argileux et graviers 10-2à 10-5

Sables fins et argileux 10-5à 10-9

Argiles franches 10-9à 10-13

La conductivité hydraulique est un paramètre qui présente une forte hétérogénéité spatiale dans les sols.

a. Relation teneur en eau / potentiel de pression :

Nous pouvons définir deux types de modèles nous permettant de paramétrer θ(h) : ceux à fondement mathématique et ceux à fondement physique. Les modèles physiques (Arya et Paris, 1981 ; Assouline et al., 1998) utilisent directement certaines caractéristiques physiques du sol (granulométrie, densité, etc.) pour estimer les propriétés hydrodynamiques.

Plusieurs auteurs (Brooks et Corey, 1964 ; Campbell, 1974 ; van Genuchten, 1980) ont proposé des expressions mathématiques de la courbe de rétention en eau, θ(h). Les modèles mathématiques doivent être suffisamment souples pour s'adapter à la texture et à la structure des différentes sortes de sols.

 Modèle de Brooks et Corey

L’expression du modèle de Brooks et Corey (Brooks et Corey, 1964) pour la courbe de rétention h(θ) est :                  a a a h h pour s h h h pour h h r s r h        ) ( ) ( ) ( I-10

Où : haest la pression d’entrée d’air correspondant à la plus petite pression capillaire

pour laquelle existent une phase gazeuse continue et  le paramètre reflétant la courbe porosimétrique du sol, par conséquent sa géométrie.

Figure 5 : Interprétation physique des paramètres de Brooks & Corey.

 Modèle de van Genuchten

L’expression du modèle de van Genuchten (1980) pour la courbe de rétention h(θ) est :

 

Où : α est un paramètre empirique [L-1],n un paramètre empirique supérieur à 1 [-] et

m un paramètre empirique définie par m = 1- (1/n) [-].

Le produit (αh) représente une pression relative. La forme analytique du modèle de van Genuchten (1980) permet de mieux rendre compte de l’existence du point d’inflexion sur les courbes θ (h) et des changements de pente autour de celui-ci (Bastet et al.,1998).

Figure 6 : Interprétation physique des paramètres de Van Genuchten

Parmi les expressions mentionnées, celle de van Genuchten reste néanmoins la plus satisfaisante. Elle fournit une expression analytique de la courbe caractéristique et permet également de déterminer une expression analytique pour les courbes de conductivité hydraulique relatives, laborieuses à déterminer en laboratoire, mais indispensables à la modélisation.

Tableau 3 : Valeurs moyenne pour les paramètres de rétention de van Genuchten pour

quelques texteures définies par USDA, d’après Guymon (1994),  en cm-1_.

Texture r s  n

Sand Sable Sec 0.045 0.43 0.145 2.68

Sandy Loam Sable humide 0.065 0.41 0.075 1.89

Loam Argile Séche 0.078 0.43 0.036 1.56

Silt Argile humide 0.034 0.46 0.016 1.37

Silt Loam Granite 0.067 0.45 0.02 1.41

Clay Loam Grès 0.095 0.41 0.019 1.31

b. Relation conductivité / potentiel de pression

La courbe de conductivité hydraulique, K(h), peut se déduire des formules empiriques telle que celle de Gardner (1956) ou théorique telle que par celle de Mualem (1976), modifiée par van Genuchten (1980), MvG.

 Modèle de Brooks et Corey

a a a s h h pour Ks h K h h pour h h K h K           ) ( ) (  I-12

 Modèle de van Genuchten

Dans le modèle MvG, nous pouvons prédire la conductivité hydraulique en ayant la connaissance de la courbe de rétention hydrique et de la conductivité hydraulique à saturation. Les auteurs obtiennent ainsi une formule continue :

 

Où : Ks est la conductivité à saturation [LT-1], S la saturation effective [-] et l le coefficient de connexion des pores [-], égal à 0,5 (valeur proposée par Mualem, 1976).

Ce modèle est très sensible à des petits changements de la courbe θ(h) à proximité de la saturation, surtout quand le paramètre n est proche de 1 (Vogel et al., 2001). Des petites variations sur la courbe θ(h) peuvent aboutir à des courbes K(h) très différentes quand nous incorporons le paramètre n dans le modèle MvG.

c. Les paramètres dérivés (La capacité de rétention, la diffusivité hydraulique)

Nous avons défini précédemment deux fonctions hydrodynamiques non linéaires : la courbe caractéristique de teneur en eau (h) et la courbe de conductivité hydraulique K(h). Etant donné que la teneur en eau est liée à la charge hydrostatique (ou potentiel matriciel), la conductivité hydraulique peut être exprimée en fonction de . Introduisons deux fonctions auxiliaires, à savoir la capacité de rétention en eau C(h) (L1) et la diffusivité hydraulique D(h)

dh d h

C( )  , soit la pente de la courbe de rétention. Elle représente la variation de

teneur en eau du sol par unité de variation de charge matricielle.

Figure 7 : Courbes de capacité de rétention lorsque les courbes de rétention en eau sont décrites par les fonctionnalités de Van genuchten ou Brooks et Corey.

) ( ) ( ) ( h C h K h D  , la diffusivité hydraulique (L2T-1).

II- La situation hydrique au Maroc

L’infrastructure hydraulique au Maroc permet la mobilisation d'un volume moyen annuel d'environ 14 milliards de m3, permettant la satisfaction des besoins en eau de l'irrigation (83% du volume) et de l'alimentation en eau potable et industrielle du pays. Le potentiel hydraulique réellement considéré mobilisable au Maroc, dans des conditions techniques et économiques actuelles, est évalué à 20 milliards de m3 par an (soit 13% environ des précipitations totales du pays) dont 16 milliards de m3 en eau superficielle et 4 milliards de m3 en eau souterraine .

Figure 8 : Situation hydrique au Maroc

II-1 Eau souterraine

Les eaux souterraines constituent une part importante du patrimoine hydraulique du Maroc. Elles présentent des avantages certains sur le plan de la

couverture des besoins, par rapport aux eaux de surface, en raison de leur régularité et de leurs faibles coûts de mobilisation comparativement aux eaux de surface. Il s’agit aussi d’une ressource moins vulnérable aux aléas climatiques et à la pollution et mieux repartie géographiquement.

Sur l’ensemble du territoire national, on dénombre 32 nappes profondes (profondeurs variant de 200 à plus de 1 000 m) et plus de 48 nappes superficielles (une faible profondeur de niveau d’eau). Les premières sont difficiles d’accès avec un coût de mobilisation et d’exploitation assez élevé, les secondes plus accessibles mais aussi plus vulnérables à la pollution.

II-2 Qualité des Eaux souterraine au Maroc

Les paramètres d’appréciation de la qualité globale des eaux souterraines différent de ceux des eaux de surface et sont spécifiques à une pollution physico-chimique, organique et bactériologique.

Tableau 4 : Classe de qualité.

PARAMETRES

CLASSE DE QUALITE

EXCELLENTE BONNE MOYENNE MAUVAIS_{E MAUVAISE}TRES CONDUCTIVITE (μs/cm) <400 ₁₃₀₀ 400- 1300-2700 2700-3000 >3000 CHLORURES (mg/l) <200 200-₃₀₀ 300-750 750-1000 >1000 NITRATES (mg/l) <5 5-25 25-50 50-100 >100 AMMONIUM (mg/l) <=0.1 0.1-0.5 0.5-2 2-8 >8 MATIERES ORGANIQUES (mg/l) <3 3-5 5-8 >8 -COLIFORMES FECAUX _<=20 20- 2000- _>20000

-En ce qui concerne les nappes d’eau souterraines, leur qualité globale a été bonne au niveau de 20% des stations, moyenne sur 29 % et dégradée sur 51 % des stations. Les paramètres responsables de cette dégradation sont la forte minéralisation de ces eaux et la présence de nitrates en teneurs élevées. Les nappes d’eau souterraine fortement minéralisées sont la nappe de Berrechid, Chaouia côtière, Kert, Gareb, Bouareg, Beni Amir, et Tafilalt. En outre, des teneurs élevées en nitrates ont été enregistrées au niveau des nappes de Fès-Meknès, Tadla, Abda-Doukkala et Angad.

Figure 10 : Carte de classification des principales nappes phréatiques selon la qualité globale de leurs eaux.

Les eaux souterraines restent de meilleure qualité. Mais certaines nappes importantes sur la côte atlantique sont déjà polluées par l’utilisation importante et non

rationnelle des engrais et des pesticides par le secteur agricole et par l’intrusion des eaux marines et le pompage excessif. Des signes alarmants paraissent ici et là :

 Le niveau d’azote dans certaines nappes est élevé (des concentrations dépassant de loin les 50mg/l), c’est le cas de certaines zones de la nappe des Béni-Moussa (Tadla), de la zone des Mnasra au Gharb...;

 La salinité des eaux est parfois bien au dessus des seuils des eaux douces (atteignant des valeurs de 10 à 12 g/l) (Document de la banque mondiale 2003).

II-3 Qualité de eaux et pollution agricole

Le recours à l’agriculture intensive s’est accéléré durant les 20 dernières années avec le développement de l’irrigation. Cela s’est fait avec un recours progressif mais finalement important aux engrais chimiques. Le niveau de pollution agricole par les phosphates et nitrates a été estimé à 10.000 tonnes /an en 1994. Pour plusieurs nappes phréatiques les teneurs en nitrates ont atteint des seuils limites dépassant les 50 mg/l qui sont fixés par l’OMS pour la potabilité des eaux. Des teneurs variant de 50 à 70 mg/l ont été observées dans les zones maraîchères de bon nombre de périmètres irrigués (Tadla, Gharb, Moulouya, ...). L’intensification agricole étant appelée à s’accentuer, notamment pour valoriser l’eau agricole, les risques d’accroissement des pollutions chimiques par les engrais sont certains si des mesures de bonnes pratiques ne sont pas mises en oeuvre.

L’autre problème qui menace potentiellement la qualité des eaux est l’usage de plus en plus fréquent de produits phytosanitaires avec ce que cela engendre comme contamination par des produits organiques toxiques. Environ 1 million d’hectares sont annuellement traitées avec les pesticides dont 60 % en zones

irriguées (L. Erraki et al 2004)). Les quantités de pesticides utilisées par les agriculteurs sont jugés faibles et estimées à près de 9.400 tonnes. Les données actuellement disponibles au Maroc indiquent que peu de choses sont connues sur les substances actives, les formulations et les conditions d’application des pesticides. Les niveaux et types de pollution des eaux et des sols sont aussi mal connus; il est, cependant, estimé que 0.5 à 1% de ces produits se retrouvent dans les cours d’eaux (Ministère de l’aménagement 2001). Les estimations des contaminations des nappes phréatiques par les pesticides sont à ce jour indéterminé.

II-4 Qualité des eaux et pollution industrielle

Les rejets d’eaux usées industrielles dans les cours d’eau sont estimés à 3,3 millions équivalents /habitants. La plus grande partie de ces rejets se retrouve dans le bassin de Sebou et dans l’Océan Atlantique. Le Sebou concentre les pollutions organiques dues aux huileries et la pollution par le chrome liée aux tannes rie. Le bassin du Tensift recueille les métaux lourds (présence de mines d’extraction de plomb, zinc et cuivre). Les bassins du Loukkos, du Bouregreg, de Souss-Massa restent les moins atteints par les rejets industriels.

II-5 Qualité des eaux et décharges

4.700.000 tonnes de déchets solides ménagers et industriels étaient déposées en 2000 dans des décharges non contrôlées, parfois en bordure de systèmes hydriques vulnérables. Ces déchets intègrent des polluants organiques des métaux lourds et d’autres polluants toxiques qui nuisent à la qualité des eaux. C’est là un aspect qui devrait connaître une limitation les années à venir dans la mesure où les grandes villes du royaume se dotent aujourd’hui de décharges contrôlées

II-6 Situation législative des eaux

D'un point de vue législatif, dans la plupart des pays, le mot « pollution » qualifie la contamination d'un milieu par un agent polluant au delà d'une norme, seuil, loi, ou hypothèse ; il peut s'agir de la présence d'un élément, de chaleur ou rayonnement dans un milieu ou dans un contexte où il est normalement absent à l'état naturel. Généralement, néanmoins, ce n'est pas simplement la présence mais plutôt la surabondance de l'élément dans un milieu où il est naturellement en équilibre (par exemple un métal lourd fixé dans les complexes argilohumiques et peu biodisponible) ou présent en plus faible quantité qui crée la pollution.

La législation définit la pollution comme « l'introduction directe ou indirecte, par suite de l'activité humaine, de substances ou de chaleur dans l'air, l'eau ou le sol, susceptibles de porter atteinte à la santé humaine ou à la qualité des écosystèmes aquatiques ou des écosystèmes terrestres dépendant directement des écosystèmes aquatiques, qui entraînent des détériorations aux biens matériels, une détérioration ou une entrave à l'agrément de l'environnement ou à d'autres utilisations légitimes de ce dernier » et un polluant comme une « substance pouvant entraîner une pollution.

La législation marocaine en matière d’environnement date de 1913. Les 356 textes édités entre 1913 et 1985 ne concernaient essentiellement que la protection contre les nuisances et la conservation de l’état de l’eau considérée comme étant du domaine public. Ces textes ne reflétant pas le souci de protection de l’environnement et des écosystèmes, le département de l’environnement a effectué une refonte des textes législatifs et une extension aux domaines. Dans le cadre de la refonte de la législation nationale dans le domaine de l’eau et pour la compléter par des dispositions relatives à des domaines qu’elle ne couvrait pas auparavant et à épurer le régime juridique des ressources en eau, il a été procédé à son unification en une

seule loi sur l’eau adoptée par la chambre des représentants le 15 juillet 1995. La loi sur l’eau constitue aujourd’hui la base légale de la politique de l’eau au Royaume. Elle repose sur un certain nombre de principes qui découlent de plusieurs objectifs à savoir :

– la mise au point d’une planification de l’aménagement et de la répartition des ressources en eau basée sur une large concertation entre les usagers et les pouvoirs publics;

– la protection de la santé de l’homme par la réglementation de l’exploitation, de la distribution et de la vente des eaux à usage alimentaire;

– la réglementation des activités susceptibles de polluer les ressources en eau : notamment, la prévision des sanctions et la création d’une police des eaux pour réprimer toute exploitation illicite de l’eau ou tout acte susceptible d’altérer sa qualité, l’introduction des principes « préleveur-payeur » et « pollueurpayeur»;

– la répartition rationnelle des ressources en eau en période de sécheresse pour atténuer les effets de la pénurie;

– la recherche d’une plus grande valorisation agricole de l’eau grâce à l’amélioration des conditions d’aménagement et d’utilisation des eaux à usage agricole.

Cette loi a introduit la notion de gestion participative, concertée et décentralisée de l’eau à travers le Conseil Supérieur de l’Eau et du Climat (CSEC), la création des agences de bassin et le développement de la contractualisation.

Il faut toutefois reconnaître que l’application des termes de cette loi connaît encore des difficultés certaines dues principalement :

– À la multiplicité des intervenants dans le domaine de l’eau et à la nouveauté du rôle attribué par la loi aux agences de bassins au niveau local : Il y a encore un manque d’appropriation des éléments de base de cette loi par les usagers et les acteurs locaux du secteur de l’eau;

– Aux niveaux très limités à ce jour des budgets dont les agences de bassin disposent pour assumer leurs missions, les redevances liées à la pollution de l’eau ne sont pas encore mises en application et celles liées aux prélèvements d’eau sont limitées. Ainsi les agences restent très liées à l’administration centrale et donc peu en mesure de jouer leur rôle régional de façon autonome et dans le cadre d’une concertation locale tel que cela est prévu par la loi.

En réalité, l’impression qui se dégage est qu’au niveau de la mise en oeuvre de cette loi, l’administration rencontre des réticences et freins qui l’obligent – au moins dans cette phase initiale du processus – à en limiter l’esprit de reforme. Un esprit basé sur de nouveaux modes de gestion des ressources, plus transparents, plus performants autour des principes de proximité, d’intégration et d’implication des agents économiques et usagers de l’eau.

III- Faciès chimiques des eaux

La concentration plus moins prépondérante de chacun des éléments majeurs va donc revêtir une signification particulière en ce qui concerne une eau. Afin, de mieux cerner cette signification, il a été défini une notion de « faciès » qui rend compte des proportions relatives des différents ions en solution dans l’eau. Le faciès d’une eau est défini par l’anion et le cation prédominants. Il peut être complété par un faciès secondaire. La représentation des données physico-chimiques sur le diagramme de Piper montre plusieurs faciès chimiques qui dépendent de la nature

géologique de l’aquifère, des activités agricoles et industrielles. Il est composé de deux triangles représentant la répartition des anions et celles des cations, respectivement, et d’un losange représentant la répartition synthétique des ions majeurs. Dans ce losange, le pôle haut correspond à 100 % de sulfates et chlorures et 100 % de calcium et magnésium, le pôle bas représentant 100 % de carbonate et bicarbonate et 100% de sodium et potassium. Ainsi, dans ce diagramme, une eau bicarbonatée calcique serait située au pôle gauche du losange alors qu’une eau chlorurée sodique serait située au pôle droit. La superposition de plusieurs analyses sur un même diagramme permet de comparer leur faciès hydrochimique.

Nous avons l’occasion de suivre et de réaliser l’étude statistique de l’exploitation des eaux de sources à chaouen.

Les prélèvements d’eau

une fréquence différente d’une source à l’autre, qui dépend de la disponibilité des ouvrages ; ce qui nous permet de suivre progressivement l’évolution de la qualité des eaux sous l’effet de la polluti

al 2008). Des échantillons d’eau sont pris dans des flacons en plastique (polyéthylène), préalablement rincés par l’eau de l’échantillon.

Figure 12 : Diagramme de Piper

Les prélèvements d’eau sont réalisés selon un pas mensuel, une répartition et une fréquence différente d’une source à l’autre, qui dépend de la disponibilité des ; ce qui nous permet de suivre progressivement l’évolution de la qualité des eaux sous l’effet de la pollution et sous l’effet des variations saisonnières

. Des échantillons d’eau sont pris dans des flacons en plastique (polyéthylène), préalablement rincés par l’eau de l’échantillon.

Diagramme de Piper : Classification des points d’eaux

sont réalisés selon un pas mensuel, une répartition et une fréquence différente d’une source à l’autre, qui dépend de la disponibilité des ; ce qui nous permet de suivre progressivement l’évolution de la qualité des on et sous l’effet des variations saisonnières (Ghouli et . Des échantillons d’eau sont pris dans des flacons en plastique

IV- Conclusion

Nous avons essayé de présenter aussi simplement que possible les paramètres qui régi le transport de la masse dans le sol. En effet, la compréhension du transport d’éléments contaminants est d’autant plus complexe que plusieurs

processus impliqués dans l’écoulement hydrodynamique interagissent

simultanément. Cela est notamment du à la présence d’hétérogénéités dans le milieu géologique qui perturbent les champs de vitesse et de concentration du polluant, rendant ainsi l’analyse très difficile. Les modèles de transport en milieu poreux non saturé actuels, appliqués aux sols, tentent de hiérarchiser les processus dominants à partir de lois empiriques. Dans le chapitre suivant, nous modélisons les processus du phénomène de pollution dans le milieu poreux non saturé par la combinaison de l’écoulement de l’eau, le transfert de chaleur et le transport de polluant.

Dans le deuxième volet de ce chapitre, nous avons exposé la situation hydrique au Maroc, en effet sur l’ensemble du territoire national, on dénombre 32 nappes profondes (profondeurs variant de 200 à plus de 1 000 m) et plus de 48 nappes superficielles (une faible profondeur de niveau d’eau). Les premières sont difficiles d’accès avec un coût de mobilisation et d’exploitation assez élevé, les secondes plus accessibles mais aussi plus vulnérables à la pollution. En ce qui concerne les nappes d’eau souterraines, leur qualité globale a été bonne au niveau de 20% des stations, moyenne sur 29 % et dégradée sur 51% des stations. Par ailleurs, la réglementation marocaine concernant les eaux est pourvue d’une ossature législative de base qui nécessite une refonte et une actualisation afin de gagner en précision et en efficacité.

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