MIHOUBI NAOUEL THEME : DES SCIENCES DE LA TERRE

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE MONTOURI DE CONSTANTINE

FACULTE DES SCIENCES DE LA TERRE, DE LA GEOGRAPHIE ET DE L’AMENAGEMENT DU TERRITOIRE

DEPARTEMENT DES SCIENCES DE LA TERRE N° de série :………

N° d’ordre :………

MEMOIRE POUR L’OBTENTION D’UN DIPLOME DE MAGISTERE OPTION : HYDROGEOLOGIE

(RESSOURCES EN EAUX ET ENVIRONNEMENT) THEME :

Présenté par Sous la direction de MIHOUBI NAOUEL Dr. MEBARKI. A

Soutenu le :……….

Devant le jury :

Président………. : CHABOUR Nabil, Docteur Maître de Conférences (A) Rapporteur…………..: MEBARKI Azzedine, Docteur Maître de Conférences (A) Examinateur………... : NEMOUCHI Abdelmalek, Professeur

Examinateur………... : DJEBAR Mounire, Docteur Maître de Conférences (A)

Au terme de cette étude, je tiens à exprimer ma profonde reconnaissance aux personnes qui ont participé de loin ou de près à l’élaboration de cette thèse.

Tout d’abord mes vifs remerciements et ma gratitude vont tout droit à mon encadreur Docteur MEBARKI Azzedine d’avoir accepté de diriger cette étude, pour son aide et surtout sa patience.

Je voudrais remercier le Docteur CHABOUR Nabil qui m’a honoré d’avoir accepté de présider le jury.

Je remercie également le Professeur NEMOUCHI Abdelmalek et le Docteur DJEBAR Mounira d’avoir accepté d’examiner ce travail.

Je tiens particulièrement à remercier le Docteur DJEBAR Mounira qui a apporté une aide efficace et une part active à l’élaboration de cette étude.

Pour la préparation de ce travail les membres de l’organisme gestionnaire de l’ANB de Hammam Grouz, ont apporté une aide efficace. Qu’ils daignent trouver ici mes vifs remerciements et l’expression de ma profonde reconnaissance.

Messieurs, le Directeur H.Zenati et le personnel de l’ANRH de Constantine, M_r BOUMAAZA, M^me MIHOUB, M^elle STAIFI Leila, M_r ELHADEF ELOKI, M_r HAZMOUNE Hocine, M_r KHALID Souheil et M_r DJEBASSI Toufik, qui ont fourni aimablement les documents dont j’ai eu particulièrement besoin. Que tous veuillent bien trouver ici le témoignage de mes sincères remerciements.

Mes vifs remerciements et l’expression de ma profonde reconnaissance vont à Monsieur BOUCHAIR et le personnel de la DHW Mila de m’avoir aidé récolter les données nécessaires pour réaliser ce travail.

Mes collègues du bureau d’étude BEPHA, particulièrement Mr BENGUERBA Abdelkrim et Mr TAMA Ali ainsi que Mr BOUSSEDRIA Moussa, trouveront ici mes vifs remerciements et ma gratitude de leurs aides bienveillantes et leurs encouragements constants.

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INTRODUCTION GENERALE

PREMIERE PARTIE : HYDROGEOLOGIE ET RESSOURCES EN EAUX SOUTERRAINES DU BASSIN VERSANT DE HAMMAM GROUZ

CHAPITRE I : CADRE GEOLOGIQUE

1. Cadre géographique………....……… 03

1.1. Oro-hydrograhie et caractéristiques morphométriques du bassin…………..……… 03

1.2. Climat et végétation………...……….…..… 05

2. Cadre géologique ………...………..…… 06

2.1. Cadre structuro-géologique de l’Algérie du Nord………….……….. 06

2.1.1. Domaine interne………...…………..… 08

2.1.2. Domaine médian ou domaine des flyschs………..…...………...………… 08

2.1.3. Domaine externe………...… 08

2.2. Géologie locale………….………...………...………..….. 09

2.2.1. Analyse litho stratigraphique……...………...…………...………..…….. 09

2.2.2. Analyse tectonique et structurale………...……….……...……….. 14

2.3. Conclusion………...………...………..…….…………...…..………...……….. 16

CHAPITRE II : ETUDE HYDROGEOLOGIQUE Introduction………...………...………..………… 17

1. Caractéristiques lithologique du bassin………..…….. 17

1.1. La classification hydrogéologique des formations lithologiques……….. 17

1.2. Répartition des zones de perméabilité dans le bassin ………..……….. 18

2. Contextes hydrogéologiques……….……….………...…… 18

2.1. Identification des aquifères par les données géophysiques………..………..… 21

2.1.1. Aquifère du Crétacé……….……….…… 21

2.1.2. Aquifère de l’Eocène……….………..……….…… 21

2.1.3. Complexe aquifère à nappe libre du Mio-plio-Quaternaire.………...….………. 25

2.2. Géométrie des aquifères selon les coupes géoélectriques……….. 29

3. Piézométrie et essai de pompage………...……….………...……….. 32

3.1. Données d’inventaires ……….……….……….……….. 32

3.2. Cartographie de l’aquifère……….……….……….……….. 32

3.2.1. Carte d’iso-profondeur……….………….……….. 32

3.2.2. Carte piézométrique……….………... 36

3.3. Alimentation de la nappe superficielle…...………..…...……….. 39

3.4. Caractéristiques hydrodynamiques des aquifères (essai de pompage)……….…… 39

4. Le karst dans le bassin du Rhumel-amont……….. 46

4.1. Contexte karstique du Djebel Grouz………..……….………..…….. 46

4.2. Exutoires naturels……….….………...…….. 49

CHAPITRE III : HYDROCHIMIE ET QUALITE DES EAUX SOUTERRAINBES Introduction……….………..…………..………..………...… 50

1. Caractéristiques physico-chimique des eaux…..……….…….……… 50

1.1. Les paramètres physiques………...……….………….. 50

1.1.1. La température………..…………...……….. 50

1.1.2. La conductivité……….….…...……….. 52

1.1.3. Le pH………...………..……….. 52

1.1.4. La minéralisation……….………...……….. 52

1.2. Les paramètres chimiques………..….…...… 57

1.2.1. Les cations………..………...………..…….……….. 57

1.2.2. Les anions……….………...………...……….. 57

1.3. Les rapports caractéristiques………...………..….. 66

1.3.1. Le rapport rMg²⁺/rCa²⁺………...………. 66

1.3.2. Le rapport rSO42- /rCl^-……….…………..………...……….…. 67

1.3.3. Le rapport r(Na⁺+ K⁺)/rCl^-………..………...………... 67

2. Classification des eaux………...……….………...………... 67

2.1. Classification de STABLER………..…….………...……….. 67

2.1.1. Faciès chloruré……….……...……….. 67

2.1.2. Faciès bicarbonaté………..………..…………...……….. 67

2.1.3. Faciès sulfaté………..……...………...……….….. 67

2.2. Classification de PIPER………..……...………..…...……….. 69

2.3. Classification de SCHOLLER-BERKALOFF………..………... 74

3. Evolution chimique des eaux………...………...………. 81

3.1. Premier stade………...…...……….………...………...…..….. 81

3.2. Deuxième stade………...………...………...……….. 81

3.3. Troisième stade………...………...…………...……...…….. 81

4. Potabilité des eaux………….………...………...….. 81

5. Aptitude de l’eau l’irrigation………….………...………..………... 85

6. Analyse en Composantes Principales (ACP) ………..…..……….…. 85

6.1. Campagne de novembre 2007………...………..………..………. 85

6.2. Campagne de mai 2008………..………...……….… 87

CONCLUSION DE LA PREMIERE PARTIE………...………..…….…...………..… 89

DEUXIEME PARTIE : HYDROLOGIE ET BILAN DE FONCTIONNEMENT ET DE GESTION DU BARRAGE DE HAMMAM GROUZ CHAPITRE IV : HYDROCLIMATOLOGIE: APPORTS EN EAU DU HAUT RHUMEL ET BILAN HYDROLOGIQUE Introduction………...………..……...…… 90

1. Données disponibles ………...………..……….………..… 90

1.1. Données climatologiques………..……… 90

1.2. Données hydrométriques………..….………..… 92

2. Caractéristiques climatiques………….……….…… 94

2.1. Les précipitations………..……….…..…… 94

2.1.1. Précipitations annuelles moyennes……….…………...… 94

2.1.2. Précipitations mensuelles et saisonnières………..……… 97

2.1.3. Variations mensuelle des précipitations la station de Hammam Grouz...… 97

2.2. Les températures et relation température-précipitations………..…....… 102

2.2.1. Les températures……….………..…..………...………….. 102

2.2.2. Relation températures-précipitations……….……….….. 103

2.3. Evapotranspiration potentielle et réelle………...………….. 106

2.3.1. Evapotranspiration potentielle (ETP)……… …….…...……….. 106

2.3.2. Evapotranspiration réelle (ETR)………… …..………..………..…………...….……….. 107

2.4. Bilan hydrique……….……….…………...…….………….. 109

2.4.1. Méthode du bilan hydrique de Thornthwaite………..…….. 109

2.4.2. Méthode du bilan calculé à l’aide de l’ETP_ANRH………...……….. 109

3. Caractéristiques hydrologiques : analyse des écoulements de surface et

bilan hydrologique………..…………...……….... 112

3.1. Les débits moyens annuels, mensuels et journaliers……….………...….. 112

3.1.1. Les débits moyens annuels……….…… 112

3.1.2. Les débits moyens mensuels………..…… 113

3.1.3. Les débits moyens journaliers et relation pluies-débit (cas de l’année exceptionnelle 2002-2003)……… 114

3.1.4. Débits d’étiage et relation eaux souterraines-eaux superficielles……….… 118

3.2. Bilan hydrologique et cartographie des éléments du bilan……….………...…. 121

3.2.1. Méthode empirique….………...… 120

3.2.2. Méthode de la cartographie automatique….……….… 122

3.3. Bilan des ressources en eau du bassin………...…...………….. 126

CHAPITRE V : CARACTERISTIQUES HYDROTECHNIQUES ET BILAN DE REGULARISATION DU BARRAGE DE HAMMAM GROUZ Introduction……….………..…………..………..……… 128

1. Généralités sur les barrages …..……….……….………..…………..…… 128

1.1. Définitions et classification des barrages………..……….. 128

1.2. Les différents types de barrages.…………... ………...……….. 129

1.2.1. Barrages rigides en béton ou en maçonnerie………...………..…… 129

1.2.2. Barrages souple sen enrochement ou en terre………...…… 130

2. Caractéristiques hydrotechniques du barrage de Hammam Grouz...… 131

2.1. Situation géographique………...…….………….………...…………..……….. 131

2.2. Le bassin versant…………..………...………..……….. 131

2.3. Le barrage et sa retenue………...………..…………..…..……….. 132

2.4. Les ouvrages annexes………...………....………..……….. 134

2.4.1. Evacuateur de crues (déversoir)………...…… 134

2.4.2. La vidange de fond………...…… 136

2.4.3. La prise d’eau……….…… 137

2.4.4. La digue de ……...………..… 137

2.4.5. Le tapis imperméable……...………...… 137

3. Bilan de régularisation des eaux…………...………...…………..…..……….. 138

3.1. Régularisation interannuelle et variations et de capacité………..…..…..………….. 138

3.1.1. Variations annuelles de capacité…………..…..……….. 138

3.1.2. Apports et précipitations moyens annuels………..…..…..………….. 141

3.1.3. Pertes par évaporation…………..………..………….. 142

3.1.4. Volumes régularisés (AEP)…………..…..……….. 142

4. L’année exceptionnelle 2002-2003…………...………...………...………..….. 143

5. Les pertes liées aux fuites d’eau…………...………...………..……….. 146

6. Qualité des eaux du barrage…………...………...………..………...….. 148

6.1. Données d’analyse de la qualité des eaux…………...………..…...………….. 148

6.2. Faciès chimiques…………...……….. 156

6.3. La station d’épuration (STEP) d’oued Athménia et maîtrise des rejets polluants^. 156 6.4. Conclusion sur la qualité des eaux du barrage……….………... 157

CHAPITRE VI : VIE DU BARRAGE DE HAMMAM GROUZ, PROBLEME DES FUITES ET PERSPECTIVES

Introduction………...………...………....………… 159

1. Chronologie de la vie du barrage de Hammam Grouz ………..… 159

1.1. Mise en eau et exploitation (période : 1987-2003) ………...……….…...……… 159

1.2. Premier déversement du barrage de Hammam Grouz (janvier 2003)…....……… 160

1.3. Résurgences des sources en aval du barrage et apparition du premier vortex (du 16 jusqu’au 20 avril 2003)…… ……… 161

1.4. Augmentation de la capacité du barrage et émergence de sable (janvier-avril 2005)………...… 163

1.5. Apparition du deuxième vortex (novembre 2007)……….…………..……… … 164

2. Compréhension du phénomène de fuites et recherche de solutions pour l’entretien du barrage...…… ………..………..………… 165

2.1. Première phase (du 29 juin à 03 juillet 2003)……… ………..…...……… 165

2.1.1. Traçage par la rhodamine…………..…..………...….. 165

2.1.2. Profils température-conductivité…………..…..………..…….. 167

2.1.3. Résultats de la première phase………...………...……… 171

2.2. Deuxième phase (du 20 au 23 juillet 2003)……… ……….……...……… 172

2.2.1. Traitement des fuites du vortex N°1………...…...……… 172

2.2.2. Plombage du vortex N°2………...……….…… 176

3. Essai d’interprétation………..………...……… 178

3.1. Géologie du site du barrage………..………...……… 178

3.2. Conditions karstiques………..………...………..…… 178

3.3. Causes probables des fuites au niveau du barrage de Hammam Grouz^{………..…..} 180

3.3.1. Effet de renard……….……… 180

3.3.2. Rôle des vidanges………...……….…… 180

3.3.3. Substratum karstique et risque d’une retenue vide………...……….… 181

3.4. Cas similaire au cas du barrage de Hammam Grouz…………..……… 181

3.5. Prévention et traitement………..………...……….…… 182

CONCLUSION DE LA DEUXIME PARTIE………...……….………...……… 183

CONCLUSION GENERALE………...……….………....………… 184

BIBLIOGRAPHIE………...……….…….……..……… 186

LISTE DES TABLEAUX……….…….……….………. 188

LISTE DES FIGURES……….……...……….…….………. 190

LISTE DES PHOTOS……….……….…...……….…….………. 195

ANNEXES…………...………...……...………….…….……… 196

RESUME EN ARABE………………...………….……….…….…. 238

RESUME EN ANGLAIS…….………...……….…….…. 239

1 INTRODUCTION GENERALE

Ce travail s’articule autour de deux grandes Parties, qui s’intéressent à l’étude des ressources en eau souterraines et superficielles du bassin du Haut Rhumel à Oued Athménia. Le bassin de Hammam Grouz, contrôlé par le barrage du même nom, fait partie du Kébir-Rhumel (code : 10 de l’ANRH), l’un des plus grands bassins de l’Est algérien.

Il est limité par le sous bassin de l’Oued Kébir-Endja au Nord, le sous bassin de l’Oued Rhumel Seguin à l’Est, le bassin versant Soummam (code : 15) à l’Ouest et le bassin versant des Hauts plateaux constantinois (code : 07) au Sud (fig. 1).

Sur une superficie de 1130 km², le bassin est drainé principalement par la haute vallée du Rhumel qui prend sa source dans les marges méridionales de Tell, au NW de Belaa. L’Oued traverse les Hautes Plaines de Tadjenanet et Chelghoum Laïd et recoupe le versant de Dj Grouz, à travers des gorges calcaires, pour ensuite poursuivre sont trajet vers Constantine.

Dans la première Partie, l’analyse litho-stratigraphique et structurale ainsi que l’exploitation des données géophysiques, constituent une étape primordiale pour préciser la nature et l’extension des différents aquifères existants à divers niveaux du bassin. Aussi, la cartographie piézométrique de la nappe superficielle est établie grâce aux données de deux campagnes de mesures (novembre 2007 et mai 2008), réalisées sur terrain.

Le comportement hydrodynamique des aquifères est étudié sur la base des résultats des essais de pompage réalisés dans la région.

Par ailleurs, considérant que les eaux souterraines sont influencées par les terrains qu’elles traversent et dans lesquels elles séjournent, l’étude hydrochimique vient pour compléter les résultats de l’hydrogéologie et de la géophysique.

Dans la seconde Partie de ce travail, l’étude hydrologique vise à quantifier dans le temps et dans l’espace, les apports en eau du bassin versant. Ils sont appréhendés en relation avec les facteurs climatiques, et les précipitations en particulier. Dans ce but la sélection des séries d’observation tient compte de la qualité des données d’une part, et de la période de fonctionnement du barrage d’autre part.

Vu l’importance du barrage de Hammam Grouz et les contraintes qui ont accompagné son fonctionnement, outre la mise au point de ses caractéristiques hydrotechniques, on procède à l’analyse des bilans de régularisation des eaux, sur toute la période d’exploitation de l’ouvrage (1987-2008). Ces bilans sont établis à l’échelle mensuelle et annuelle sur la base des relevés journaliers effectués par l’organisme gestionnaire (ANBT).

En conséquence, les problèmes de fuites d’eau ayant apparu à travers la retenue (année exceptionnelle 2002/03) conduisent à poser le problème d’étanchéité de cette dernière et discuter le fonctionnement du système karstique complexe de Hammam Grouz.

Figure 1 : Le bassin versant de l’Oued Rhumel à O.Athménia (Rhumel Amont) et sa situation dans l’Est algérien

01- Oued Dehamecha 02- Oued Kebir Endja 03- Oued Rhumel amont 04- Oued Rhumel Seguin 05- Oued Merzoug 06- Oued Rhumel Semedou 07- Oued Kebir Maritime 

SKIKDA

JIJEL

SETIF

N

 3

3

4

CHAPITRE I Cadre géologique

1. CADRE GEOGRAPHIQUE

1.1. Oro-hydrographie et caractéristiques morphométriques du bassin

Les reliefs du secteur sont abrupts et isolés, avec à l’extrême Est Dj Grouz qui culmine à 1187 m, au Sud-Est Dj Toukouia (1192 m), au Nord-Ouest Dj Ed Dess (1212 m) et au Sud, Dj Tnoutit (1092 m). Quant aux plaines de Tadjenanet et Chelghoum Laïd, elles ont une altitude moyenne se situant autour de 850 à 900 m, et elles sont souvent marécageuses au centre des dépressions (présence de merdjas) (fig. 2).

Le long de son parcours et avant d’atteindre la cluse de Hammam Grouz, l’Oued Rhumel reçoit plusieurs affluents : Oued Dekri, Oued El Mehari (fig. 3). Le bassin hydrographique se décompose globalement en 4 sous bassins :

• Le Rhumel-amont (de Belaa à Chelghoum Laïd) avec son affluent Oued El Mehari ;

• L’Oued Dekri, affluent le plus important par ses capacités d’écoulement ;

• Le sous bassin constitué par les affluents de la zone Sud-Est s’écoulant à partir d’une ligne de Dj Chebka-Toukouia ;

• La zone hydrographique relativement inactive, au Sud de Tadjenanet

Figure 3: Réseau hydrographique du Haut Rhumel à O.Athménia

Chelghoum.Laïd

Tadjenanet Bir El Arch

Belaa 

Dj Grouz  1187 m

Dj Toukouia  1192m 

Oued El Mehari

Oued Rhumel 

Oued  Dekri

Dj Tnoutit  1092 m

Figure 2: La région d’étude vue à travers un Modèle Numérique du Terrain Oued Aouskourt

Dj Ed Dess  1212 m

6 Les paramètres morphométriques quantifiés du bassin versant sont résumés dans le tableau ci-après :

1.2. Climat et végétation

Le bassin de l’Oued Rhumel amont drainant, dans sa grande partie, la zone de Hautes Plaines, est soumis à des influences méditerranéennes et sahariennes, avec un écart de température considérable en toute saison. Le climat de ces régions est de type continental, semi aride avec un hiver pluvieux et froid et un été sec et chaud.

Du point de vue bioclimatique, la figure 4 montre l’existence de deux domaines, le domaine sub-humide et le domaine semi-aride, ce dernier est le plus répandu.

Figure 4 : Carte simplifiée des zones bioclimatiques de l’Est algérien (Établie d’après Côte M., 1998a, in A.Mébarki, 2005)

Domaine Semi aride Domaine humide Domaine subhumide

Domaine Semi aride inférieur Domaine Subaride Domaine aride

Surface ″A″………... 1130 km² Indice de compacité ″C″……… 1.17 Périmètre ″P″……….... 140 km Indice de pente global ″Ig″………..… 11.3 Altitude minimum Hmin……....… 700 m Densité de drainage………...… 2.2 km / km² Altitude maximum Hmax…..…… 1276 m Classe de relief……… Modéré Altitude moyenne Hmoy……….... 913 m

Tableau 1: Caractéristiques morphométriques du bassin du Haut Rhumel à O.Athménia

7

Le caractère continental du climat conditionne le couvert végétal : les plaines sont vouées aux céréales (orge et blé) et aux cultures maraichères (en irrigué) ; la zone de prairies naturelles se réduit à la vallée du Rhumel, alors que les sommets des massifs sont complètement dénudés, seuls quelques maquis et broussailles couvrent les piémonts des Djebels (fig. 5)

2. CADRE GEOLOGIQUE

2.1. Cadre structuro-géologique de l’Algérie du Nord

Du point de vue géologique, le sous bassin de l’Oued Rhumel Amont correspond aux Monts de Constantine, mais fait déjà partie à l’Ouest des Hautes Plaines sétifiennes, ces dernières sont positionnées dans l’ensemble de la chaine alpine d’Algérie et plus précisément dans les zones externes, segment de la chaine des Maghrébides qui représente la chaine Alpine d’Afrique du Nord (M. Durant Delga, 1969). Cette chaîne s’articule sur le rift et constitue la chaine Tello- Africaine (W. Wildi, 1983).

Le cadre géologique du Nord algérien est d’une extrême complexité, il se caractérise par des structures en nappe à vergences Sud dominante et une unité remarquable, on y distingue de l’intérieur à l’extérieur (fig. 6) :

- Le domaine interne ;

- Le domaine médian ou domaine des flyschs allochtones ; - Le domaine externe.

Figure 5 : Occupation sol (d’après A.Mebarki, 1982)

Figure 6: Les unités géologiques de l’Est algérien (d’après Wildi W., 1983 et carte géologique de l’Algérie au 1/500 000) 

9 2.1.1 Domaine interne

Il correspond aux massifs primaires de la Petite et la Grande Kabylie qui constituent le socle kabyle métamorphique, et la dorsale kabyle sédimentaire qui constitue la limite méridionale de la zone interne.

Ce domaine est également constitué de terrains paléozoïques et plus au Sud, de terrains méso-cénozoïques allant du Jurassique à l’Oligocène (J.M.Vila et Mattauer, 1980).

2.1.2. Domaine médian ou domaine des flyschs

Il se caractérise par des formations de plaines abyssales mises en place par des courants de turbidité. Ces flyschs sédimentés depuis le Crétacé inférieur jusqu’au début du Miocène constituent de grandes nappes de charriages.

Trois types de séries de flyschs ont été distingués : - flyschs massyliens ;

- flyschs mauritaniens ; - flyschs numidiens.

2.1.3. Domaine externe

Il présente une grande diversification et occupe une position méridionale dans le bassin des Maghrébides. On y distingue successivement du Nord au Sud les subdivisions suivantes :

- les séries telliennes ;

- les séries de l’avant pays allochtone ;

- les séries de l’avant pays atlasique (Wildi, 1983 et J.P Bouillin, 1986).

ƒ

Ce sont des séries épaisses à dominante marneuse, issues probablement du sillon tellien.

Elles ont été subdivisées à leur tour en trois grandes unités : - unités ultra-telliennes (épitelliennes) ;

- unités telliennes sensu-stricto (mésotelliennes) ; - unités pénitelliennes (catatelliennes).

ƒ

Selon J.M.Vila, 1980, ces séries ont été regroupées en trois grandes familles :

- l’organisation sétifienne qui présente uniformément un caractère de plateforme subsidente ; - l’organisation constantinoise : elle englobe les séries constantinoises au Nord et les séries

des Sellaoua au Sud ;

- l’organisation Algéro-tunisienne : elle est propre aux confins algéro-tunisiens et à la Tunisie septentrionale.

ƒ

Ce sont des séries secondaires très épaisses, leur sédimentation est très homogène.

Elles se caractérisent par des faciès de plateforme subsidente envahie par une sédimentation gréseuse qui débute au Barrémien et se continue jusqu’à l’Albien.

10 2.2. Géologie locale

Une connaissance plus ou moins complète de la géologie locale consiste en une analyse litho-stratigraphique et structurale basée sur les renseignements géologiques qui ont été tirés des documents suivants :

- les cartes géologiques (Sétif-Constantine, 1/200.000, J.M.Vila, 1977) et leurs notices explicatives (fig. 7).

- La monographie de G. Durozoy (1960) : étude géologique de la région de Châteaudun du Rhumel.

La position des formations constitutives du bassin, objet de cette étude, est à cheval entre les séries pénitelliennes et les formations néritiques.

Du point de vue stratigraphique, les terrains superficiels rencontrés sont d’origine continentale, en majeure partie lacustre formée dans des bassins bien limités, ainsi que des massifs rocheux carbonatés d’âge Crétacé à Eocène.

2.2.1. Analyse litho-stratigraphique

L’analyse litho-stragraphique sera basée essentiellement sur les terrains affleurant et résumée dans une colonne litho-stratigraphique (Synthétique) avec de bas en haut (fig. 8):

ƒ

Affleurant au niveau de Dj Dess et Dj Toukouïa, le Trias est le terrain le plus ancien, essentiellement constitué d’argiles rouges à gypses avec quelques cristaux de quartz.

Le Trias n’affleure jamais en situation normale, mais sous forme de pointements diapiritiques nombreux jalonnant des accidents tectoniques, c’est le cas pour les deux affleurements au niveau du secteur d’étude.

- Jurassique (J)

Le Jurassique n’affleure nulle part dans la région d’étude, mais rien ne permet de supposer l’existence d’une lacune de sédimentation.

- Crétacé

• Barrémien (n⁴)

Il affleure au Sud-ouest de la zone d’étude au niveau de Dj Tnoutit, alors qu’au niveau de Dj Grouz il n’affleure pas mais la coupe montre son existence. Il est constitué d’une série composée de calcaires, de dolomies et de grés avec de minces intercalations argileuses ou marneuses.

• Aptien (n⁵)

Il n’affleure pas sur le terrain d’étude mais la coupe montre son existence (fig. 9b) ; il est composé de calcaires avec intercalation marneuse en petits bancs.

• Albien et Vraconien (an)

L’Albien et le Vraconien ne sont représentés qu’au niveau de Dj Grouz sous la barre carbonatée cénomanienne, débutant par des marnes avec intercalation marno-calcaire, alors que le terme sommital est formé de dolomies macro-cristallines.

Figure 7: Carte géologique du sous bassin versant Rhumel Amont Extraite des cartes géologiques au 1/200000 Sétif-Constantine (J.M.Vila, 1977) 

12 Figure 8 : Colonne litho-stratigraphique et hydrogéologique 

Figure 9a : Coupe par le Djebel EdDess, NW de Chateaudun, (d’après G.Durozoy, 1960) 

14

• Cénomanien et Turonien (cn)

Au Dj Grouz, le Cénomanien et le Turonien sont représentés par des calcaires massifs qui peuvent atteindre 300 m d’épaisseur.

Le sommet de la série appartient déjà au Turonien marno-calcaire.

• Sénonien (c6, c)

Il comprend essentiellement le Maastrichtien (c₆) et le Campanien (c) dont les faciès sont monotones de type marno-calcaire, certains niveaux de calcaires lumachelliques sont intercalés dans la série, leur épaisseur n’atteint pas 200m.

En certains endroits, le Sénonien repose directement sur l’Aptien. On note en particulier le Sénonien inférieur représenté par des marnes à bancs de calcaires.

ƒ

Le passage du Secondaire au Tertiaire est continu. Les formations tertiaires sont caractérisées par leurs faibles épaisseurs (20 à 40 m) et leurs caractères assez détritiques (marnes noires, lits calcaires gréso-glauconieux à niveaux microbréchiques).

- Paléocène [Danien-Montien (d, ec)]

Concordant sur le Maastrichtien et comportant des marnes noires ou jaunes avec des alternances de marnes grises et de marno-calcaires en petits bancs.

- Eocène inférieur et moyen [Yprésien supérieur- Lutétien (em)]

Il est représenté par des calcaires marneux à lits de silex et des calcaires cristallins atteignant environ 280 m.

- Eocène moyen et supérieur [Lutétien supérieur-Priabonien (es)]

Ces sont des marnes jaunes à bancs calcaires marneux épais d’environ 300 m.

- Mio-Pliocène continental (mp):

Les terrains attribués au Mio-Pliocène continental occupent de vastes espaces sur la zone objet de l'étude, et les formations caractérisant ces terrains sont des sables, des limons rougeâtres, des cailloutis et des conglomérats.

ƒ

Une couverture limoneuse mélangée de fragments calcaires, résultant de la décalcification de l’assise pliocène par ruissellement des eaux superficielles ; il est inséparable du Pliocène.

- Les alluvions récentes et anciennes (A)

Les alluvions récentes et anciennes formées de banquettes de limons gris et de graviers souvent inondés en dehors de la période d’étiages pour les premières, et des alluvions caillouteuses anciennes pour les secondes, sont souvent bien développées tout au long de la vallée du Rhumel et de l’oued Dekri mais elles sont très peu épaisses.

15 2.2.2. Analyse tectonique et structurale

Dans l’ensemble considéré, la structure est commandée par la présence des massifs calcaires qui ont toujours joué lors des différentes phases de plissements le rôle de socle résistant.

Au niveau du terrain d’étude, les plus importants sont : - Dj Grouz :

Le Grouz est un massif très fracturé où le faciès calcaire est monotone avec une faune très peu abondante et une microfaune peu caractéristique (voir détails dans le chapitre II).

Le dôme du Dj Grouz se trouve dans l’alignement de Dj Friktia – Chettabah (Nord-est du secteur), mais il n’en est pas le prolongement exact, se soulève à l’Ouest de la grande faille NW- SE, et le flanc Nord étend d’autre part effondré en compartiments successifs entre des failles Est- Ouest.

- Dj Toukouïa :

L’anticlinal post-miocène du Dj Toukouïa, masquant les structures antérieures à matériel crétacé supérieur-éocène.

Il est jalonné de pointements de Trias diapir très important en liaison avec une zone de fracture profonde de même direction qui se prolonge au Nord-Est dans le synclinorium de Chettaba et se prolonge au-delà jusqu’à la région de Constantine.

- Dj Dess :

L’anticlinal du Dj Dess, est marqué par la présence d’un affleurement important du Trias diapir, lié à un grand accident de direction SW-NE

En plus des massifs calcaires, on a les structures résultantes des mouvements qui ont affecté la couverture continentale et qui sont de faible amplitude tels que (fig. 10) :

9 La série des plis dans les marno-calcaire Eocène (orientés NW-SE et de plus en plus aigus du Nord vers le Sud) est recoupée obliquement par la vallée du Rhumel.

Il s’agit de plis faillés à grand rayon de courbure et ayant subi une poussée venant du Nord avec un pendage très accentué vers le Nord-Est, et cela indique une phase compressive (G. Durozoy, 1960).

9 Entre l’aval de Tadjenanet et Chelghoum Laïd, la vallée du Rhumel suit en gros l’axe d’un synclinal pliocène à fond très plat.

Enfin, le fait caractéristique de cette région est l’indépendance tectonique des terrains continentaux par rapport à celles des terrains plus anciens, un synclinal post-pontien se trouvant par exemple superposé à un anticlinal intéressant le Crétacé et l’Eocène.

Figure 10 : Schéma tectonique du bassin Haut Rhumel (d’après G. Durozoy, 1960)  Ain Melouk

17 2.3. Conclusion : géologie et formations aquifères

On a essayé à travers cette étude géologique de bien détailler la lithologie et la tectonique affectant le bassin du haut Rhumel afin de pouvoir mettre en évidence les différents niveaux qui peuvent présenter un intérêt hydrogéologique, et de ce fait la colonne litho-stratigraphique et hydrogéologique montre les possibilités des horizons aquifères suivants :

- Horizon aquifère poreux :

Il est représenté par les formations du recouvrement quaternaire : « cailloutis, fragments de calcaires, les alluvions anciennes des plateaux et des vallées ainsi que les alluvions actuelles ».

Ces formations recouvrent une grande surface du sous bassin et représente donc une extension importante avec une faible épaisseur.

- Horizon aquifère de l’Eocène :

Montre un ensemble de calcaire à lits de silex et phosphaté.

- Horizon aquifère du Crétacé :

Il est représenté par un ensemble de calcaires durs et des marnes jaunes pour le Crétacé supérieur, avec un ensemble généralement calcaro-dolomitique pour le Crétacé inférieur.

Notons que les formations dolomitiques du Jurassique supérieur sont généralement négligées vu leurs profondeurs d’une part, et leur absence dans l’ensemble du secteur d’autre part.

Aux formations perméables citées auparavant, s’ajoutent également les formations qui conditionnent l’existence d’aquifères et qui jouent le rôle d’une barrière étanche (substratum imperméable). Il s’agit des formations suivantes :

- Trias : argiles et gypses à cristaux de quartz ;

- Sénonien inférieur : marnes à banc de calcaire (50 m) ; - Dano-Montien : marnes et lits de calcaire grossier (70 m) ; - Lutétien supérieur : marne à banc de calcaire (300 m).

Les aquifères cités précédemment peuvent être en liaison et communiquent les uns avec les autres, au moyen de fractures qui ne sont pas toujours limitées aux bordures des massifs calcaires, mais englobent aussi une partie des formations superficielles récentes, et ces fractures forment des conduites pour l’eau souterraine.

Cette communication se confirmera par l’alimentation, la qualité des eaux et la propagation de la pollution qui sera traitée dans les deux prochains chapitres

17

CHAPITRE II

ETUDE HYDROGEOLOGIQUE

INTRODUCTION

L’étude hydrogéologique s’appuie sur les informations tirées de la géologie et des travaux géophysiques effectués au niveau du terrain d’étude, afin d’identifier les aquifères existants, leurs extensions géographiques et leurs épaisseurs.

Par ailleurs, la cartographie de l’aquifère (carte d’ioso-profondeur et piézométrique), a pour but de schématiser les formations du réservoir, d’étudier la nappe d’eau souterraine dans son contexte géologique et de déterminer les fluctuations de la surface piézométrique ainsi que le sens d’écoulement des eaux souterraines.

1. CARACTERISTIQUES LITHOLOGIQUES DU SOUS BASSIN VERSANT 1.1. La classification hydrogéologique des formations lithologiques

La caractérisation lithologique des formations géologiques affleurantes est établie pour la délimitation des différentes zones de perméabilité.

Vu l’absence des mesures de la porosité et de la perméabilité, facteurs déterminant les possibilités d’infiltration des eaux, nous avons appliqué la classisfication hydrogéologique adoptée par l’ORSTOM (P. Dubreuil et J.Guiscafre, 1971) et partiellement modifiée par J.F.Zumstein (A.Mebarki, 1982).

Les huit classes récapitulées dans le tableau 2 ci-dessous sont d’un caractère purement qualitatif car elles sont basées théoriquement sur la structure physique des roches.

Classe Nature lithologique Zone de perméabilité S⁽¹⁾ Formations superficielles Zone perméable à

aquifère drainé

P2 Grés

P3

Formations alternées de marnes, argiles,

grés, calcaires et calcaires marneux Zone à perméabilité moyenne ou faible P4 Calcaires fissurés plus ou moins

karstiques Zone perméable en

grand P5 Marnes, argiles à blocs, flysch….

Zone relativement imperméable P6 Formations métamorphiques à dominante

de micaschistes

P7 Granites Zone à perméabilité liée

à l'altération en arènes Tableau 2: Les classes de répartition des zones de perméabilité

1- la zone de perméabilité S est assimilée essentiellement aux formations quaternaires, par ailleurs P1 qui correspond a la zone perméable à aquifère drainant ou non drainé n’est pas prise en compte dans cette classification

18 1.2. Répartition des zones de perméabilité dans le sous bassin

La répartition des zones de perméabilité retenues à l’échelle du sous bassin, peut être analysée à partir du tableau 2 en se référant parallèlement à la carte (fig. 11).

Au niveau de l’ensemble du sous bassin, les matériaux perméables de la classe «S», assimilés aux formations quaternaires de vallée et de plaine dits à aquifère drainé, ont une extension spatiale considérable (plus de 50% de la superficie totale), ce qui détermine la présence d’aquifères à nappe libre plus ou moins continus et facilement exploitables.

En deuxième lieu, on relève la prédominance des terrains à perméabilité moyenne ou faible de la classe «P3», qui sont représentés par les formations variées de Mio-Pliocène. Ces formations ont un aspect hydrogéologique assez particulier, vu leur extension considérable et les niveaux travertineux (calcaires lacustres) qu’elles comportent et qui leur donnent une grande possibilité d’infiltration. Alors que les niveaux marneux et marno-calcaires, leur capacité d’accumulation reste liée aux intercalations perméables.

A un degré moindre, affleurent les terrains à perméabilité en grand de la classe « P4 », au niveau des massifs (Dj Grouz, Dj Dess et Dj Tnoutit) avec des formations calcaires, calcaires marneux ou à intercalations marneuses. Ces formations possèdent des possibilités d’accumulation en eau souterraine certaines, mais leur dispersion ne leur permet pas de former un réservoir aquifère important, sauf dans le cas où l’existence des interconnections des

formations en profondeur.

Vu leur puissance (leur épaisseur allant jusqu’à 300 m au niveau de Dj Grouz), ces formations sont le siège d’une importante évolution karstique, ce qui leur attribue une perméabilité en grand élevée.

La classe «P5» qui regroupe la zone relativement imperméable, se compose de formations à dominance gypseuse (Trias), avec une extension presque négligeable par rapport aux trois classes précédentes.

2. CONTEXTES HYDROGEOLOGIQUES

Afin de déterminer les différents aquifères existants au niveau du bassin, et représenter leur configuration, on dispose de l’étude géologique précédemment étudiée ainsi que des données géophysiques réalisées dans le secteur d’étude.

Concernant ces dernières, deux études géophysiques ont été exécutées :

• la première a été effectuée par CGG en 1973, représentée par quatre profils Nord-Sud (A, B, C et D) distants de 2 km, allant de Tadjenanet à Bir El Arch (fig. 12) ;

• la deuxième a été effectuée par ALGEO en 1978, au niveau du sous bassin de Chelghoum Laïd, suivant sept profils (A`,…G`) espacés de 5 km (fig. 12).

Figure 11 : Carte lithologique du sous bassin versant Rhumel Amont

Figure 12 : Carte de position des sondages électriques (d’après CGG, 1972/73 et ALGEO, 1978)

21 2.1 Identification des aquifères par les données géophysiques

Les études précédemment mentionnées, ont permis de mettre en évidence trois types de nappes ou aquifères d’importance et d’extension différentes.

2.1.1 Aquifères du Crétacé

• Aquifère du Crétacé inférieur

Les formations du Crétacé inférieur, constituent la majorité des affleurements au niveau des massifs ; elles sont d’une épaisseur considérable et formées généralement de calcaires avec intercalations marneuses et des calcaires dolomitiques. Cette nappe est limitée, dans sa partie supérieure, par les formations marneuses (Sénonien inférieur), et sa limite inférieure (substratum) reste inconnue.

• Aquifère du Crétacé supérieur

Cet aquifère d’une épaisseur de 100 à 180 m, est formée de marno-calcaires fissurés du Maastrichtien et Campanien. Il s’agit d’une nappe captive, dont le Paléocène (Dano-Montien) constitue le toit alors que le Sénonien inférieur constitue le substratum de ce réservoir.

Du point de vue géophysique et d’après C.G.G, la zone hachurée au niveau de la carte des horizons résistants du Crétacé moyen et supérieur réalisée par C.G.G, correspond aux zones qui répondent aux conditions suivantes (fig. 13) :

- formations résistantes pouvant recevoir une alimentation ; - formations suffisamment éloignées du Trias sous-jacent ;

- formations qui sont au moins de 500 m de profondeur et assez épaisses.

De ce fait, ces horizons qui sont parfois épais, sont considérés comme une surface d’alimentation suffisante.

Les cartes d’iso-résistivités apparentes AB=200 m (fig. 14) et AB=400 m (fig. 15), effectuées par ALGEO au niveau du sous bassin de Chelghoum Laïd, montrent que les terrains calcaires du Crétacé supérieur, localisés le long de la route nationale RN°5, sont représentés par les zones dont les résistivités sont égales ou supérieures à 100 Ω/m.

2.1.2 . Aquifères de l’Éocène

C’est un aquifère qui renferme des calcaires marneux avec des calcaires cristallins à la base, d’une épaisseur de 60 à 250 m. Il s’agit d’une nappe captive dont le toit marneux est d’âge Miocène inférieur, alors que le substratum est d’âge Dano-Montien.

Il faut noter que la nappe éocène est en certains endroits, libre, c’est que nous pouvons déduire de la coupe du forage de la Mechta Aïn Beïda où les graviers et les galets du Mio- Pliocène recouvrent directement les calcaires éocènes (fig. 16).

Figure 13 : Carte des horizons résistants du crétacé moyen et supérieur (D’après CGG, 1972/73) 

Figure 14 : Carte de résistivité apparente en ligne AB=200 m (D’après ALGEO, 1978) 

Figure 15 : Carte de résistivité apparente en ligne AB=400 m (D’après ALGEO, 1978) 

25 Par endroits, le Mio-Pliocène et le Quaternaire sont absents et complètement érodés, laissant ainsi apparaitre les calcaires de l’Éocène. Ceci est visible au bord de la route nationale RN°5 entre Tadjenanet et Chelghoum Laïd.

Les cartes de résistivité AB=200 m, AB=400 m (fig. 15), AB=4000 m ainsi que la carte AB=3000 m réalisées par ALGEO et CGG, montrent que les valeurs de résistivité supérieure ou égale à 50 Ω.m forment une tache centrale qui correspond à l’ensemble des calcaires éocène (fig. 14, 17, 18 et 19).

2.1.3. Complexe aquifère à nappe libre du Mio-Plio-Quaternaire

Il s’étale sur une grande superficie, qui va de Tadjenanet à Oued Athménia, passant par Chelghoum Laïd au long de l’Oued Rhumel.

Ce complexe aquifère à nappe libre, a pour substratum les marnes et les argiles du Miocène et par endroits des argiles du Quaternaire en couverture. Comme son nom l’indique, c’est un ensemble de trois aquifères qui sont en liaison hydraulique entre eux vu leur nature lithologique : il s’agit de l’aquifère du Quaternaire, l’aquifère du Plio-Quaternaire et celui du Mio-Pliocène.

Du point de vue géophysique, les cartes de résistivité AB=200 m (fig.14 et.17) réalisées par ALGEO et CGG, montrent que les valeurs de résistivité supérieure ou égale à 20 Ω.m correspondent au remplissage pliocène essentiellement argileux.

km km

Figure 16 : Log litho-stratigraphique du forage M^taAïn Baïda 

Figure 17 : Carte de résistivité apparente en ligne AB=200 m (D’après CGG, 1972/73) 

Figure 18 : Carte de résistivité apparente en ligne AB=4000 m (D’après CGG, 1972/73) 

Figure 19 : Carte de résistivité apparente en ligne AB=3000 m (D’après ALGEO, 1978) 

29 2.2. Géométrie des aquifères selon les coupes géoélectriques

Afin de visualiser plus clairement la géométrie ainsi que l’extension des aquifères existants, on dispose des coupes géo-électriques réalisées au cours des deux études géophysiques effectuées par ALGEO et CGG.

2.2.1. Coupes géo-électriques réalisées par CGG

L’interprétation de la coupe géo-électrique «C» (fig. 20), a permis de mettre en lumière : - une allure synclinale au Nord, formée par un entassement de plusieurs couches

successivement conductrices et résistantes, avec une épaisse formation résistante qui a été attribuée au Crétacé ;

- une remontée des calcaires aptiens jusqu’au Dj Tnoutit ;

- un accident relatif à un chevauchement important dû à la présence de formations conductrices côte à côte des formations résistantes, d’où la remontée du Trias à de très faibles profondeurs.

Alors que les coupes géo-électriques « A» et «B» (fig. 20), présentent la même allure avec de grands accidents, limitant au Sud des affleurements crétacés et triasiques des Djebels Resfa et Rokbet El Djemel. Le Trias au Sud est présent à de faibles profondeurs ; cependant ; sur la quasi- totalité de la plaine, il n’apparait pas ou bien il est profond.

2.2.2. Coupes géo-électriques réalisées par ALGEO

Les coupes géo-électriques, les plus représentatives parmi celles réalisées, à partir des sept profils effectués, sont les coupes «A`, C`, D` et E`» (fig. 21).

La coupe la plus significative, et qui met en évidence tous les aquifères et définit ainsi leur géométrie est la coupe «C». Cette dernière qui laisse apparaitre des formations très résistantes, avec des valeurs de résistivité de l’ordre de 400 à 500 Ω.m et qui sont attribuées au Crétacé moyen et inférieur.

Ces formations résistantes, correspondent aux épaisses séries calcaro-dolomitiques avec des intercalations marneuses qui constituent le substratum de l’aquifère du Crétacé supérieur.

Les coupes «C’, D’ et E’» laissent apparaitre les formations triasiques essentiellement argileuses et marneuses, témoignant ainsi d’une tectonique tangentielle. Ces formations triasiques sont bien visibles au Nord, au niveau de Dj Dess sur la coupe «A’».

30 Figure 20: Coupes gé-électriques (D’après CGG, 1972/73) 

31 Figure 21: Coupes gé-électriques (D’après ALGEO, 1978) 

32 3. PIEZOMETRIE ET ESSAIS DE POMPAGE

3.1. Données d’inventaires

La cartographie de l’aquifère du Mio-Plio-Quaternaire est établie à travers la réalisation de cartes d’iso-profondeur et celle piézométrique en période de hautes et de basses eaux. A celle-ci s’ajoutent les essais de pompage qui consistent à déterminer les paramètres hydrodynamiques, en particulier la transmissivité et le coefficient d’emmagasinement.

L’inventaire des points d’eau est la phase préliminaire de toute étude des eaux souterraines.

Pour ce faire, nous avons effectué deux campagnes piézométriques, l’une en période de basses à moyennes eaux, en novembre 2007, et l’autre en période de hautes eaux, en mai 2008.

Les points inventoriés sont maintenus pour les deux campagnes, afin de pouvoir déterminer l’influence des précipitations sur le comportement de la nappe. Ils sont au nombre de 29, exploitant l’aquifère superficiel et sont répartis sur la totalité de la plaine du Haut Rhumel (fig. 22).

3.2. Cartographie de l’aquifère 3.2.1. Carte d’iso-profondeur

Les cartes d’iso-profondeur correspondant aux deux périodes précitées, schématisent les profondeurs des eaux et montrent leur relation directe avec la morphologie de l’eau souterraine et particulièrement avec la topographie du secteur d’étude (fig. 23 et 24).

La valeur minimale des profondeurs, est de l’ordre de 2.13 m (P5) près de l’Oued Rhumel pour la première campagne, alors qu’elle est de l’ordre de 1.44 m (P9) au Nord du bassin versant, pour la deuxième campagne.

Concernant la valeur maximale, elle est enregistrée au niveau du même point d’eau (P26) durant les deux périodes, avec des valeurs de l’ordre de 29.5 m pour la première et 24.22 m pour la seconde.

L’analyse et la comparaison des deux cartes d’iso-profondeur établies durant deux périodes différentes montrent que :

• les valeurs minimales des profondeurs sont liées soit à la proximité des puits au cours d’eau (ex : P2, P5…etc), soit à la nature des terrains dans lesquels les points d’eau sont implantés et qui sont généralement des terrains de la classe «P3» avec des possibilités d’infiltration non négligeables ;

• les valeurs maximales sont caractéristiques des points d’eau implantés dans les formations perméables à aquifère drainé de la classe «S» et plus précisément dans la croûte calcaire ;

• les courbes d’iso-profondeur montrent la même allure durant les deux périodes, avec une légère diminution des valeurs de profondeurs qui ne dépassent pas les 2 m pour la majorité des points d’eau. Cette diminution est liée à un cumul de précipitations de 139 mm durant les cinq mois qui séparent les deux campagnes, participant en grande partie à l’alimentation de l’aquifère, et contrebalançant certainement l’effet de l’évaporation.

Figure 22: Carte d’inventaire des points d’eau du bassin Rhumel-amont 

Figure 23: Carte d’iso-profondeur du sous bassin Rhumel-amont (novembre 2007)

Figure 24: Carte d’iso-profondeur du sous bassin Rhumel-amont (mai 2008) 

36 3.2.2. Carte piézométrique

La carte piézométrique est la synthèse la plus importante d’une étude hydrogéologique. Dans notre cas, les cartes piézométriques sont établies à partir des prélèvements effectués sur terrain en deux périodes distinctes (fig.25 et 26 et annexe 1).

Ce type des cartes permet d’analyser la morphologie de la surface piézométrique, de tracer les lignes de courant et donc définir la direction des axes principaux d’écoulement.

La surface piézométrique présente durant les deux périodes un caractère d’irrégularité avec une morphologie plus ou moins complexe.

A l’extrême Nord du bassin versant, la courbe isopièze fermée met en évidence une dépression piézométrique avec des lignes de courant convergeant vers les côtes 843.80 m et 847.90 m du point d’eau (P23) ; ces dernières correspondent respectivement à la période de basses à moyennes eaux et à celle de hautes eaux.

Le module d’espacement des courbes s’accroit progressivement en se rapprochant vers la zone de dépression, avec une diminution du gradient hydraulique qui passe de 2‰ et 3‰ à 5‰.

Cette dépression peut être due à l’existence d’un drainage par le substratum constitué par les calcaires lacustres qui ont généralement une perméabilité importante, le voisinage de cette zone à des cours d’eau temporaire ou celui permanent de l’Oued Dekri et de ces affluents peut être également un signe d’un drainage de la nappe par ces derniers.

A l’exception de la dépression piézométrique précédemment mentionnée, la zone d’étude est caractérisée par un drainage général vers O. Rhumel qui la traverse d’Ouest en Est au niveau de son centre, ce qui nous amène à identifier deux zones principales :

• La zone Nord Oued Rhumel

Cette zone bordée au Sud par l’Oued Rhumel, et au Nord par Dj Dess à pluviométrie importante où les courbes isopièzes sont subparallèles aux reliefs et se resserrent légèrement à leur bordure, avec un gradient hydraulique de l’ordre de 2.3‰. Ce gradient à tendance à diminuer jusqu’à une valeur de 1.3‰ avec l’accroissement du module d’espacement vers le SE, sachant que la direction NW-SE est la direction principale des axes d’écoulement au niveau de cette zone.

• La zone Sud Oued Rhumel

Cette zone est caractérisée par la présence d’une nappe divergente au niveau de sa partie extrême Ouest, et d’une nappe convergente au centre et à l’Est. Ceci donne un écoulement reparti comme suit :

- NE-SW à l’extrême Ouest ;

- NW-SE à l’Est de ligne de partage des eaux ; - SW-NE au centre et à l’extrême Est.

Les courbes isopièzes présentent un espacement dans la direction d’écoulement SW-NE, avec une concavité orientée vers l’aval et un gradient hydraulique qui passe de 0.6‰ à 0.3‰. Il faut noter également que les courbes isopièzes gardent leur parallélisme à la limite des affleurements des massifs calcaires (Dj Tnoutit), avec une convergence qui met en évidence le caractère drainant de l’Oued Mehari.

Figure 25: Carte piézométrique du sous bassin Rhumel amont (novembre 2007) 

Figure 26: Carte piézométrique du sous bassin Rhumel amont (mai 2008) 

39 s= 0.183 Q/T Log (2.25.T.t / R² s)

sr= 0.183 Q/T Log [(T+t’) / t’) 3.3. Alimentation de la nappe superficielle

La pluviométrie joue un rôle très important dans la distribution des ressources en eau et la fluctuation de la surface piézométrique, mais l’éficacité des eaux météoriques qui participent à l’alimentation de la nappe restent liées à la perméabilité des formations traversées. Cela est confirmé par l’augmentation du niveau piézométrique en passant de la période de basses eaux à la période des hautes eaux.

L’étude des cartes piézométriques met en évidence d’autres sources d’alimentation de la nappe :

• les eaux qui dévalent des flancs des massifs (Dj Dess, Dj Tnoutit et Dj Grouz) qui sont généralement à pluviométrie importante ;

• les massifs calcaires, et cela est confirmé par les isopièzes parallèles à ces affleurements ;

• les nombreux oueds permanents qui existent au niveau de la zone d’étude, en dehors du Rhumel tel que O.Dekri, O.Mehari et O.Aouskourt….

3.4. Caractéristiques hydrodynamiques des aquifères (essais de pompage)

Pour une étude hydrogéologique, il est toujours souhaitable d’effectuer des essais de pompage afin d’estimer les caractéristiques hydrodynamiques des aquifères et définir qualitativement d’autres caractéristiques particulières telles que les conditions aux limites, les hétérogénéités et la drainance.

Au niveau du bassin Rhumel à Oued Athménia, on dispose de deux essais de pompage :

• le premier au niveau du forage DE6, implanté dans les formations du Mio-Plio-Quaternaire à une profondeur de 150 m. Cet essai a été effectué par l’entreprise SARL-SFIC du 18 au 22/06/2000, avec une durée de 72 h pour la descente et 30 h pour la remontée ;

• le second a été effectué au niveau du forage F2 du 03 au 04/08/2004, avec une durée de 24 h pour la descente et 24 h pour la remontée.

L’emplacement de ces deux forages est précisé sur la figure 22, alors que les coordonnées géographiques et les coupes sont résumées dans les annexes 2 et 3.

3.4.1. Représentation graphique des données :

L’essai de pompage de longue durée, permet d’estimer la transmissivité (T) ainsi que la perméabilité (K) en utilisant l’expression d’approximation logarithmique de C.E.Jacob en régime transitoire suivante :

- Pour la descente :

- Pour la remontée :

40 Où :

s : le rabattement (en m)

sr : le rabattement résiduel (en m) Q : le débit (en l/s)

T: la transmissivité (en m²/s) t : la durée de pompage (en s)

t’ : le temps écoulé depuis l’arrêt de pompage (en s) R : le rayon d’action (en m)

S : le coefficient d’emmagasinement

La méthode de la résolution graphique des données recueillies dans les tableaux en annexes 4 et 5, nous permet de tracer deux courbes représentatives de la descente et de la remontée pour chaque essai, et cela consiste à porter sur un diagramme semi logarithmique :

• le rabattement (s) en fonction de Log(t), avec une équation de la droite représentée sous la forme s=f (logt), pour la courbe de la descente (fig. 27a et 27b);

• le rabattement résiduel (sr) en fonction de Log(t+t’/t’), avec une équation de la droite représentée sous la forme s=f[Log(t+t’/t’)], pour la courbe de la remontée (fig. 28a et 28b).

Il est à noter que, généralement, les courbes représentatives montrent trois tronçons distincts : - le premier tronçon, caractérise un retard des rabattements réels dit effet de capacité. Cet effet

est du au diamètre du forage et aux paramètres de l’aquifère ; - le deuxième tronçon, correspond à la réponse directe de l’aquifère ;

- enfin le troisième tronçon, correspond souvent à la stabilisation traduite soit par un effet de colmatage des parois du puits par les particules fines, soit par un équilibre entre le débit rentrant et le débit sortant.

Figure 27a : Droite représentative de la descente S=f(logt, forage DE6)

Figure.27b :Droite représentative de descente s=f(Log t), forage F2

Figure.27b: Droite représentative de la remontée sr=f[Log (t+t'/t)], forage DE6

Figure.28b: Droite représentative de la remontée sr=f[Log (t+t'^/t)], forage F2

45 T= 0.183 Q/c

c= S2-S1/∆Logt

c= S2-S1/∆Log (t +t’/t’) 3.4.2. Evaluation de la transmissivité

La transmissivité d’un aquifère est un paramètre régissant le débit d’eau qui s’écoule par unité de largueur de la zone saturée d’un aquifère continu, et par unité de gradient hydraulique.

Elle exprimée en m²/s, et calculée par la formule simplifiée de C.E.Jacob :

Où, c désigne la pente de la droite représentative déterminée comme suit : - pour la descente :

- pour la remontée :

Les résultats des applications numériques, sont reportés dans le tableau suivant :

NB : le coefficient d’emmagasinement S n’a pu être calculé tenant compte du manque d’un piézomètre.

3.4.3. Interprétation des essais de pompage

D’après l’essai de pompage exécuté au niveau du forage DE6, il est à noter que le niveau de l’eau dans le forage monte très rapidement à la différence de la descente qui a été très lente. Cela peut être dû à la proximité du forage au lit de l’Oued Aouskourt qui peut présenter un caractère drainant ou à l’existence d’une alimentation rapide par un système de fissures de très forte section (zone de broyage).

Le log stratigraphique du forage DE6, montre que les aquifères sont compris entre des terrains imperméables (toit argileux et substratum marneux), avec un niveau statique de -66.18 m au dessus du toit imperméable, il s’agit donc d’une nappe captive.

  Courbe Q (l/s) c T (m²/s) Tmoy

(m²/s) F2

Descente 50 c=2,40 3,81 x 10^-3

4,93 x 10^-3 Remontée 50 c1=2,10 4,35 x 10^-3

6,05 x 10^-3 c2=1,15 7,75 x 10^-3

DE6 Descente 14,6 7 3,80 x 10^-4

5,23 x 10^-3

Remontée 14,6 0,4 6,67 x 10^-3

Tableau 3 : Résultats des applications numériques du calcul de la Transmissivité(T)