Mémoire de fin d’études
En vue de l’obtention du diplôme : Master Académique en Géologie
Option :Hydrogéologie
Thème
Membres deJury Présenté par:
Président : KESSASRA Farès BOUDEBZA Fadia Examinateur : KINIOUAR Hocine BELAIDI Sawsen
Encadrant : CHEDDAD Souhila
Année Universitaire 2019-2020
Numéro d’ordre (bibliothèque) :……….…..….
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Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie
Département : des Sciences de la Terre et de l’Univers
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République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la RechercheScientifique SCIENTIFIQUE
Scientifique
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يحي نب قيدصلا دمحم
-لجيج
-Université Mohammed SeddikBenyahia-Jijel
Apport Du SIG et de la Télédétection Dans Les Etudes
Hydrogéologiques
Remerciement
Ce travail n'aurait pu être mené à bien sans l'aide inestimable de notre encadreur Cheddad Souhila, qui a attribué son soutien et qui a consacré son temps précieux à notre mémoire. Nous sommes également reconnaissantes pour les conseils qu’elle nous a toujours prodigués.
Nous voudrons remercier les membres de jury, pour l'honneur qu'ils nous ont fait d'avoir acceptés de lire et d'examine ce modeste travail.
Nous voudrons remercier vivement l'ensemble des enseignants du département qui nous ont suivis durant notre formation universitaire.
Enfin, nous tenons vivement à remercier nos amies et toute notre promotion pour leurssoutiens moraux qui n'ont cessé de nous l'apporter durant la réalisation de ce présenttravail.
Plus que jamais je dédie ce modeste travail à mes parents et j'aimerai qu'il soit le témoignage de leurs consécrations et leurs fois en moi.
A celle qui m'a imprégné de l'essence de son être, de sa générosité, et de sa gentillesse n'a jamais cessé d'être là pour moi : c'est à toi ma mère que je dois ce travail.
A celui qui n'a cessé de me procurer son aide durant mes années d'étude : à toi mon père, je dédie ce travail qui est le fruit de ta patience et de ton éducation.
Je le dédie aussi à tous mes frères, mes sœurs et surtout ma chère sœur Wassila. À la princesse Bissene et leurs frères.
Et aussi à tous mes amies : Sawsen, Amira, Soussen, Ikhlas et Chada.
Je dédie ce mémoire :
A mes très chers parents qui m’ont toujours soutenu et encouragé Que DIEU les protège. A mes chers frères
A mon cher fiancé A toute la promotion 2020
Et a tous mes amis ET mes seoures: Habiba, Radia, Chafia, Rabia, Nabila, Fadia etImene Et tous mes Amis de facebook
plusieurs types d’études hydrogéologique peuvent être réalisés tel que la pollution, la recherche d’eau dans les zones arides et le problème d’inondation …
L’objectif principal de ce travail est de montrer comment la télédétection et les SIG peuvent contribuer à la résolution des problèmes liées à l’hydrogéologiques. Notre démarche consiste à consulter trois articles, les analysées et discutés leurs résultats pour enfin donner notre avis.
Nous concluons que ces deux outils présentent plusieurs apports importants : l’utilisation de SIG permet de délimiter les zones de protection autour de la retenue (zones de protection immédiate, rapprochée et éloignée) ; faciliter la gestion et la protection de la ressource et identifié les niveaux du risque ; permet aussi de faire un modèle empirique, obtenu après la superposition et l’intégration des paramètres qui influencent le stockage des eaux souterraines dans la région grâce au SIG.
types of hydrogeological studies can be carried out such as pollution, research for water in arid areas and the problem of flooding ...
The main objective of this work is to show how remote sensing and GIS can contribute in hydrogeological problems and studies, and to show these contributions, we consulted three articles, analyzed them and discussed their results to finally give our opinion.
We conclude that these two tools have several important contributions: the use of GIS makes it possible to delimit the protection zones around the reservoir (immediate, close and remote protection zones); facilitate the management and protection of the resource and identify the levels of risk; also allows to make an empirical model, obtained after the superposition and integration of parameters that influence the storage of groundwater in the region thanks to GIS.
وهو ،ةيفوجلا هايملا عم لماعتي يذلا ملعلا وه ايجولويجورديهلا لاجم ،عساو ذا تاساردلا نم عاونأ ةدع ءارجإ نكمي ثحبلاو ،ثولتلا لثم ةيجولويجورديهلا نع تاناضيفلا ةلكشمو ةلحاقلا قطانملا يف هايملا ... ا نم يسيئرلا فدهل اذه معلا ل لكاشملا يف ةمهاسملا ةيفارغجلا تامولعملا مظنو دعب نع راعشتسلال نكمي فيك راهظإ وه تاساردلاو ديهلا ةيجولويجو ، اراهظإو انعجار ،تامهاسملا هذهل لااقم ةثلاث ت ةياهن يف انيأر ءادبلإ اهجئاتن انشقانو اهانللحو فاطملا . ديدحت نكمملا نم لعجي ةيفارغجلا تامولعملا مظن مادختسا :ةمهملا تامهاسملا نم ديدعلا امهل نيتادلأا نيتاه نأ جتنتسن ةيامحلا قطانم( نازخلا لوح ةيامحلا قطانم ،ةبيرقلا ةيروفلا ةديعبلا ) ؛ يهست ل تايوتسم ديدحتو دراوملا ةيامحو ةرادإ ؛رطاخملا جذومن لمعب اًضيأ حمسي ،يبيرجت لعملا لماكتو بكارت دعب هيلع لوصحلا مت و هايملا نيزخت ىلع رثؤت يتلا تام .ةيفارغجلا تامولعملا ماظن لضفب ةقطنملا يف ةيفوجلا ا تاملكل :ةيحاتفملا ظن م تامولعملا ،ةيفارغجلا نع راعشتسلاا ،دعب دراوم ايملا ة
Remerciement Résumé Abstract صخلم
Liste des tableaux Liste des figures Introduction Générale
Partie 01: Les bases Théorique du SIG et de la Télédétection
Introduction : ... 3
1.1. Système d’Information Géographique (SIG) : ... 3
1.1.1. Définition : ... 3
1.1.2. Historique des SIG : ... 3
1.1.3. Les éléments d'un SIG : ... 3
1.1.4. Le SIG, outil d'aide à la décision : ... 4
1.1.5. Les applications des SIG : ... 4
1.2. La télédétection : ... 5 1.2.1. Définition : ... 5 1. 2.2 Historique de la Télédétection :... 5 1.2.3. Objectif de la télédétection : ... 6 1.2. 4. Le rayonnement électromagnétique : ... 6 1.2.5. Le spectre électromagnétique : ... 6
1.2.6. Bilan : rayonnement électromagnétique et télédétection : ... 7
a) Le domaine du spectre solaire : ... 8
b) L’infrarouge thermique : ... 8
c) Les microondes ou hyperfréquences : ... 9
1.2.7. L’image satellitaire : ... 9
1.2.8. Les domaines d'application de la télédétection : ... 9
Conclusion : ... 11
Partie 02: Les cas d'application Introduction : ... 12
2.1. Optimisation du positionnement des ouvrages de captage dans le département de Katiola (centre-nord de la Côte d’Ivoire): ... 12
2.1.2. Matériel et méthodes : ... 14
2.1.4. Discussion : ... 22
2.2. Evaluation des risques de la pollution des eaux et vulnérabilité de la nappe alluviale à l’aide des données spatiales. Cas de la plaine de Sidi Bel Abbés (nord-ouest algérien) : ... 23
2.2.1. Localisation et géologie : ... 24
2.2.2. Matériels et méthodes : ... 25
2.2.3. Résultats et discussion : ... 25
2.3. Cartographie des zones potentielles pour le stockage des eaux souterraines dans le haut bassin du Ziz (Maroc) : Apport de la télédétection et du système d'information géographique : . 39 2.3.1. Localisation et géologie : ... 40
2.3.2. Matériel et méthodes: ... 41
2.3.3. Les données du modèle : ... 42
2.3.4. Modèle empirique : ... 48
2.3.5. La validation du modèle : ... 50
Conclusion (Discussion générale) : ... 52
Conclusion Générale Conclusiongénérale : ... 54 Références Bibliographiques Référence bibliographique : ... 56 Annexes Annexes
- Tableau 1 : Nombre de linéaments par direction.
17
- Tableau 2 : Longueur des linéaments par direction. 18
- Tableau 3 : Superficie de l’occupation du sol dans la plaine de Sidi Bel Abbès.
27
- Tableau 4 :Poids des paramètres DRASTIC (ALLER et al., 1987). 34 - Tableau 5 : Degré de vulnérabilité selon les valeurs de l’indice DRASTIC
(ENGEL et al. 1996).
37
- Tableau 6 :Les facteurs majeurs influençant le stockage de l'eau souterraine. 41 - Tableau 7 :Classes lithologiques du haut bassin du Ziz en fonction de leur
potentiel pour le stockage des eaux souterraines.
44
- Fig.1 : Rayonnement électromagnétique. 6 - Fig.2 : Le spectre électromagnétique (Bonn et Rochon). 7 - Fig.3 : Utilisation du rayonnement électromagnétique en télédétection 8 Fig.4 : carte de localisation du département Katiola. 13
- Fig.5 : Carte géologique du département Katiola. 13
- Fig.6 : Synthèse de la méthode de cartographie des fractures. 15 - Fig.7 : Synthèse de la démarche méthodologique de l’outil d’aide à la
décision 16
- Fig.8 : Fréquence de distribution statistique des linéaments. 17 - Fig.9 : Linéaments des directions N-S, E-W, NE-SW et NW-SE. 18 - Fig.10 : Corrélation des linéaments avec le réseau hydrographique. 19 - Fig.11 : Validation des linéaments par corrélation avec les puits et forages
réalisés dans la zone d’étude. 19
- Fig.12 : Réseau de fractures interconnectées de la zone d’étude. 20 - Fig.13 : Carte de prévision des débits par krigeage. 21 - Fig.14 : Réseau de fractures interconnectées de la zone d’étude. 21 - Fig.15 : localisation de la plaine de Sidi Bel Abbés. 24 - Fig.16 : Cartes de l’occupation du sol de la plaine de Sidi Bel Abbés : a)
image ALSAT-2A et b) image Landsat 8Land use maps of the Sidi Bel Abbes plain : a) ALSAT-2A image and b) Landsat 8 images
27
- Fig.17 : Cartographie des parcelles agricoles d’arboriculture et d’irrigation
intensive 28
- Fig.18 : Localisation du centre d’enfouissement technique (CET) en plein
milieu agricole et très proche d’une zone urbaine 29
- Fig.19 : Points de rejet et station d’épuration des eaux usées urbaines. 30 - Fig.20: Analyse comparative des débits moyens journaliers des deux stations
hydrométriques (1978/1979-2008/2009) en période d’a) hautes eaux et b) basses eaux
31
- Fig.21 : Rejet des eaux usées industrielles, pollution des eaux traitées et eaux
-Fig.22 : Graphe des valeurs de zinc et de nitrates pour les quatre stations
analysées. 33
- Fig.23 : Cartes des paramètres et de l’indice DRASTIC : a) profondeur (D), b) recharge (R), c) type d’aquifère(A), d) type de sol (S), e) pente (T), f) impact de la zone vadose (I), g) conductivité hydraulique (C), h) croisement des paramètres (indice DRASTIC).
36
- Fig.24 : Carte des zones de vulnérabilité de la nappe et des sources de pollution.
- Fig.25 : Carte de localisation du haut bassin du Ziz (Projection conique
Lambert Nord). 38
40 - Fig.26 : Organigramme de la méthodologie adoptée pour le Modèle
empirique. 42
- Fig.27 : Carte des classes des pluies dans le haut bassin du Ziz.
43 - Fig.28 : Carte des classes de la lithologie dans le haut bassin du Ziz. 44 - Fig. 29 : Carte des linéaments du haut bassin du Ziz. 45 - Fig.30: Carte des classes de densité des linéaments Km/Km2. 46 - Fig. 31 : Rosaces directionnelles (a : longueur totale, b : fréquences). 47
- Fig. 32 : Carte des classes de pente. 48
- Fig. 33 : Carte des classes de densité de drainage Km/km2. 49 - Fig.34: Modèle Empirique montrant les domaines potentiels pour stockage
des eaux souterraines. 49
- Fig.35 : Diagrammes montrant la situation des points.
50 - Fig.36: Situation des sources avec leur productivité dans le modèle potentiel
de stockage des eaux souterraines. 50
- Fig.37 : Situation des forages et de leur productivité dans le modèle potentiel
1
Introduction Générale
L’hydrogéologie est la science qui traite de l’eau souterraine. Cependant, l’eau est une entité : eau des précipitations, eaux de surface, glaces, eaux souterraines participent à un cycle perpétuel. L’hydrogéologie est donc indissociable de l’hydrologie de surface, de la
climatologie, de la géologie, de la géographie, hydrodynamique, hydrochimie.
De plus, comme toutes les sciences modernes, elle fait appel aux innombrables domaines de la physique, de la chimie et de la biologie. L’eau devenant un enjeu de plus en plus important, l’hydrogéologue moderne est aussi confronté à des problèmes sociaux et politiques et à plusieurs d’autres problèmes. Parmi ces problèmes, nous citons : la planification au mieux de l’exploitation des ressources en eau. [1].
Cette discipline est vaste, plusieurs types d’études peuvent être réalisés. Nous citons à titre d’exemple :
• La recherche des eaux souterraines dans les zones très arides et éparasse :
C’est la première problématique à laquelle un hydrogéologue est confronté surtout dans les zones de fortes aridités (précipitations quasiment nulles, terre très secs, climats tés chaud). Il existe deux méthodes pratiquées dans la recherche des eaux souterraines :
- Méthode traditionnelle (dite desoucie),
- Méthode moderne basée sur la reconnaissance scientifique de quelques outils et techniques (géophysique, géologie, forage…) [2].
• La pollution des eaux (de surface ou souterraine)
La pollution est la dégradation d'un écosystème ou de la biosphère par l'introduction, généralement humaine, d'entités (physiques, chimiques ou biologiques), ou de radiations altérant le fonctionnement de cet écosystème.
La pollution a des effets importants sur la santé et la biosphère, comme en témoigne l'exposition aux polluants et le réchauffement climatique qui transforme le climat de la Terre et son écosystème, en entraînant l'apparition de maladies inconnues jusqu'alors dans certaines zones géographiques
La pollution peut être fais d’après une diffusion d’une pollution qui dessein le mécanisme de transport de la matière sous l'effet d'un gradient de concentration, depuis les zones concentrées en matière vers les zones moins concentrées.
La diffusion est aussi le processus pour lequel une substance est déplacée d’un endroit à un autre sous l’action de fluctuations aléatoire. Au niveau de la turbulence, il est l’advection
2
par les tourbillons du fluide porteur. Considérons le système à deux box, et le flux fluctuant compensé par un anti flux de même grandeur dans la direction opposée. [3]
• Les problèmes de gestion de l’eau :
La gestion de l’eau est l'activité qui consiste à planifier, développer, distribuer et gérer l'utilisation optimale des ressources en eau, des points de vue qualitatif et quantitatif. Ceci inclut la gestion des risques « quantitatifs » de sécheresse et pénurie, crues, intrusions marines et celle et des eaux pluviales.
La gestion par l'homme de cette ressource est ancienne, et commence dès la montagne [4]. • Les inondations :
Une inondation est une submersion temporaire, naturelle ou artificielle, d'un espace par de l'eau liquide. Ce terme est fréquemment utilisé pour décrire : le débordement d'un eau, en crue puis en décrue, sur les terrains voisins ; l'eau est répandue dans les talwegs et les dépressions topographiques ;le ruissellement très important, soit sur des terres cultivées (inondation boueuse), soit en zone imperméable urbanisée.[5]
Depuis leurs apparitions, le SIG et la télédétection occupent une place très importante notamment dans l’observation et le suivi des phénomènes naturels et les activités humaines. La télédétection, avec l’amélioration de la qualité des images satellitaires (résolution spatiale, résolution spectrale, résolution temporelle), est devenue un outil très utilisé par les chercheurs dans les différents domaines. Dans cette optique et dans l’objectif de monter l’importance de ces outils et exprimé leurs apports dans l’étude hydrogéologique notre travail a été mené. Tout d’abord nous avons commencé par poser quelques questions :
- C’est quoi le SIG et la télédétection ?
- Ces outils sont-ils utilisés par les hydrogéologues ? dans quel type d’étude ? - Quels sont leurs apports dans l’étude hydrogéologique ?
Pour répondre à ces questions, notre manuscrit est divisé en deux parties :
- La partie théorique : appelée les bases théoriques du SIG et de la Télédétection. Dans cette partie nous avons mis des quelques définirons des bases du SIG et de la télédétection ainsi que leurs développements et utilisation.
- La deuxième partie, concerne des cas d’application du SIG et de la télédétection dans l’hydrogéologie. Pour cela nous avons consulté les bases de documentation (articles) sur internet. Aucun critère de choix n’a été fixé, c’est-à-dire, nous avons consulté tous les articles en relation avec notre thème, puis nous avons sélectionné trois pour les présenter dans ce manuscrit. Notre manuscrit commence par une introduction générale et se termine par une conclusion générale.
Partie 01 :
Les bases théoriques du SIG et de la
Télédétection
3
Introduction :
Cette première partie concerne les bases théoriques du SIG et de la télédétection. Nous commençons par donner des définirons du SIG et da la télédétection ainsi que leurs développements et leurs utilisations.
1.1. Système d’Information Géographique (SIG) :
1.1.1. Définition :
« Un système d'information géographique est un ensemble de données repérées dans l'espace, structuré de façon à pouvoir en extraire commodément des synthèses utiles à la décision ». (Michel Didier). [6]
Un SIG est par conséquent constitué d'une base de données mais, à la différence d’un fichier « classique », non repérable géographiquement, par exemple le stock de marchandises d'une usine ou d'un commerce, ou le catalogue des livres d'une bibliothèque, la base de données d'un SIG comporte une dimension spatiale et la possibilité de 1'exploiter à l'aide d'un logiciel adapté.
Il existe des documents parfaitement adaptables à la technique des SIG, comme le cadastre ou toute information déjà transcrite sous forme cartographique. Mais il y a bien d'autres bases de données spatialisées ; par exemple le recensement de la population de l'INSEE, les fichiers administratifs (impôts, Sécurité sociale, etc.), les clients d'une entreprise, qui sont répertoriés à l'adresse.
1.1.2. Historique des SIG :
Les systèmes d’information géographique sont nés des progrès récents de l'informatique dans le domaine de la cartographie ; ils sont notamment liés au grand essor de la micro-informatique depuis la fin des années 80 et à la possibilité pour l'ordinateur de traiter les données géographiques, beaucoup plus gourmandes en termes, de mémoire disponible que les données non graphiques. Leurs applications s'avèrent multiples et très prometteuses.
1.1.3. Les éléments d'un SIG :
Un SIG performant comporte au moins deux séries d'éléments fonctionnant en parfaite synergie :
- Un système de gestion de base de données (SGBD) Quin ‘est autre qu'un logiciel de traitement d'une information plus ou moins « classique ».
4
du SGBD. L’échelle et le ressort géographique de cette base peuvent être très variés : de la parcelle cadastrale au monde entier en passant par la commune, le département, la région...etc. La base géographique est raccordée à un système de coordonnées terrestres, généralement les méridiens et les parallèles, dans le cadre d'une projection cartographique donnée. C'est le géo référencement : tout point de la base, et par conséquent tout objet intégré au SGBD sont identifiés spatialement en x et en y avec précision.
1.1.4. Le SIG, outil d'aide à la décision :
C'est l'une des utilisations majeures et l'un des avantages principaux de cette technique, à condition bien entendu d’actualiser constamment la base de données, en y introduisant les éléments nouveaux, mais aussi en enlevant les éléments obsolètes. On peut prendre l’exemple d'une application qui concernera prochainement le grand public : le guidage automatisé de l’itinéraire d’UN automobiliste. Un terminal informatique intégré à la voiture est relié à un SIG centralisé et à un satellite relié par un système GPS, qui déterminent en temps réel le cheminement que doit suivre l'automobiliste pour parvenir à sa destination. Mais bien d’autres applications sont possibles en vue de l'aide à la décision : prospection de nouveaux clients par une entreprise, projets d'urbanisme et d'aménagement d'une collectivité territoriale, etc. [6]
1.1.5. Les applications des SIG :
À quoi sert un SIG ? Un SIG est requis toutes les fois qu'il s'agit de gérer une importante base de données pour laquelle l'aspect spatial ou géographique a un sens par rapport à l'information contenue dans la base. Le guidage automobile automatisé met en relation un certain nombre de données (adresses de services administratifs, d'entreprises, voire de particuliers) avec un plan ou une carte permettant d'établir les itinéraires ; de même, les données alphanumériques du cadastre (surface des parcelles, noms des propriétaires, hauteur des immeubles) sont mises en rapport avec le plan cadastral lui-même.
Par conséquent, toute base de données ne devient pas automatiquement un SIG dès que le croisement des données graphiques avec les données alphanumériques est incomplet, voire absent. De même, un logiciel de dessin ou de conception cartographique n'est pas un SIG s'il n'est pas couplé à un système de gestion de base de données et s'il n'est pas capable de gérer les relations graphiques avec le SGBD dans toutes leurs dimensions (analyse spatiale).
Ces observations relativisent l'extension du champ des applications possibles des SIG, même si ce champ est voué à un élargissement important dans les années à venir. C’est pourquoi la gamme des utilisations possibles des SIG présentée ci-dessous sera limitée aux applications les plus prometteuses dans les circonstances actuelles. [6]
5
1.2. La télédétection :
1.2.1. Définition :
La télédétection représente l'ensemble des techniques qui permettent par l'acquisition d'image, d'obtenir de l'information sur la surface de la terre sans contact direct avec celle-ci. La télédétection utilise les propriétés du rayonnement électromagnétique pour analyser à distance la surface du sol, de l'océan ou l'atmosphère.
Une bonne connaissance de la physique élémentaire du rayonnement est indispensable à l'interprétation des résultats de la télédétection. [7]
1. 2.2 Historique de la Télédétection :
- 1783 : Première ascension en ballon par les frères Montgolfier - 1839 : Invention de la photographie (Daguerre),
- 1858 : Premières photos aériennes par Nadar,
- 1957 : Entrée de la télédétection dans l'ère moderne avec le lancement de Spoutnik, - 1972 : Lancement de Land SAT (USA),
- 1986 : Lancement de Spot 1 (France +Belgique et Suède),
- 1991 : Mise en orbite et début de l'exploitation du satellite européen ERS-1, équipé de plusieurs capteurs passifs et captifs pour l'étude de l'environnement global de la planète. - 1999 : Lancement par la société privée Space Imaging Corp. du satellite IKONOS,
offrant des images à très haute résolution spatiale (1 m). …
L’Algérie possède un satellite de communication Alcomsat-1, construit pas une société chinoise « China Aerospace Science and Technology Corporation ».
En ce plus de ce satellite de communication, l’Algérie a aussi lancé quatre satellites d’observation de la terre. Il s’agit :
- Alsat-1 : lancé le 28 novembre 2002, est le premier d’une série de cinq microsatellites, lancés dans le cadre de DMC (Désastres Monitoring Constellation), pour la période de temps de 2002-2005. L’objectif de la mission est de fournir des images multi spectrales de résolution moyenne pour la surveillance des catastrophes naturelle ainsi que pour d’autres applications thématiques de la télédétection.
- Alsat-1B : ce satellite assure la continuité de la couverture nationale antérieurement assurée par le satellite Alsat-1,
- Alsat-2A : lancé le 12 juillet 2010. C’est le deuxième satellite d’observation de la terre du programme spatiale national, à haute résolution spatiale (2,5m en mode
6
panchromatique et 10m en mode multi spectrale couvert par les quatre canaux spectraux : bleu, vert, rouge et proche infrarouge).
- Alsat-2B : mis en orbite le 26 septembre 2016.
Ces deux derniers forment une mini-constellation offrant des images à haute résolution, avec une plus grande réactivité dans la programmation et un volume d’images prises quotidiennement. [8]
1.2.3. Objectif de la télédétection :
La télédétection a pour objectif de fournir des informations sur les paysages sous la forme de données images en utilisant le rayonnement électromagnétique comme véhicule de ces informations. [10]
1.2. 4. Le rayonnement électromagnétique :
Le rayonnement électromagnétique (Fig.1) est une forme de propagation de l'énergie dans la nature, cette énergie constituée d'ondes électromagnétiques est considérée comme le vecteur porteur d'une formation relative à l'objet étudié. [11]
Fig.1 : Rayonnement électromagnétique. [11]
1.2.5. Le spectre électromagnétique :
Le rayonnement électromagnétique, d’origine naturelle ou artificielle, existe pour une gamme très étendue de fréquences ou de longueurs d’onde (de 10-9m à 105m), qui constitue le spectre électromagnétique (Fig 2).
Une partie très limitée de ce spectre, entre 0,390 μm 390 nm) et 0,7 μm (700 nm), constitue la lumière visible à laquelle est sensible l’œil humain. Une décomposition en fonctions de slongueurs d’onde de la lumière visible (lumière blanche) aboutit à distinguer les lumières colorées: violet (390 à 450 nm), bleu (450 à 490 nm), vert (490 à 580 nm), jaune (580 à 600nm), orange (600 à 620 nm) et rouge (620 à 700 nm). Les longueurs d’onde
7
inférieures à 390nm (ou les fréquences supérieures à celle du violet) ne sont pas perçues par l’œil humain ; il s’agit du rayonnement ultra-violet. De même, les longueurs d’onde supérieures à 700 nm, également non-perçues par l’œil humain, constituent le domaine infrarouge. [13].
Fig.2 : Le spectre électromagnétique (Bonn et Rochon) 1.2.6. Bilan : rayonnement électromagnétique et télédétection :
Les domaines du spectre électromagnétique utilisables en télédétection (Fig. 3) sont imposés parles sources de rayonnement, et la transparence de l’atmosphère. Les très courtes longueurs d’onde (ultraviolet, rayons X) par exemple ne sont pas utilisables, car l’atmosphère absorbeur diffuse la quasi-totalité de ces rayonnements.
8 Fig.3 : Utilisation du rayonnement électromagnétique en télédétection.
a) Le domaine du spectre solaire :
Dans le visible et le proche infrarouge, de 0,3 à 4 μm, la source unique du rayonnement estle soleil. Le rayonnement solaire réfléchi par la surface est capté ou mesuré par les émulsions photosensibles (photographie) ou des radiomètres imageurs (à balayage) qui opèrent des bandes spectrales nombreuses et bien définies. Les effets de l’atmosphère sont limités.
L’intensité des flux radiatifs est suffisante pour permettre une très bonne résolution spatiale, c’est à dire de distinguer avec précision des portions de la surface terrestre très petites. Le visible et l’infrarouge réfléchi sont par excellence le domaine de la télédétection des espaces terrestres. [15]
b) L’infrarouge thermique :
Au-delà de 3 μm, l’atmosphère n’autorise la transmission du rayonnement que dans un nombre restreint de fenêtres, dont les plus importantes se situent entre 3,5 et 3,9 μm d’une part, entre 10,5 et 12,5 μm d’autre part. Le rayonnement est émis par la surface elle-même. La télédétection infrarouge est surtout destinée à mesurer la température du sol, de l’océan, oudes nuages. Les seuls capteurs disponibles sont les radiomètres imageurs. L’intensité des flux radiatifs mesurés est plus faible qu’aux courtes longueurs d’onde, aussi la résolution spatiale est-elle plus limitée qu’en télédétection visible.
9 c) Les microondes ou hyperfréquences :
Pour les ondes millimétriques ou centimétriques, la transparence de l’atmosphère est très grande ; même les nuages (sauf pendant les précipitations) n’atténuent que très faiblement le rayonnement. En revanche, à ces longueurs d’onde, l’intensité du rayonnement émis naturellement par les surfaces est très faible. Les radiomètres microonde (télédétection passive) ne peuvent mesurer le rayonnement qu’en visant des surfaces très vastes (plusieurs centaines de km2). Malgré son grand intérêt, la télédétection microonde passive reste limitée aux applications météorologiques et océanographiques ou glaciologiques (glaces de mer), pour lesquelles la résolution spatiale n’a pas une grande importance.
Les microondes sont surtout le domaine de la télédétection active. Les radars émettent l’aide d’une antenne un rayonnement microonde de forte intensité, et mesurent le rayonnement rétrodiffusé par la surface étudiée. Les radars sont des capteurs "tous temps », employés en télédétection aéroportée depuis les années 70, mais leur usage est devenu essentiel depuis l’apparition dans les années 90 de plusieurs satellites équipés de radars imageurs (ERS, JERS, Radarsat, Envisat). [15]
1.2.7. L’image satellitaire :
Une image satellitaire est une représentation graphique, en vue de dessus, d'une zone assez vaste de la Terre. La particularité de cette image est quelle est prise par un satellite placé en orbite autour de la planète.
Contrairement aux images obtenues à l'aide d'un appareil photo, ou dessinées sur du papier, une image satellitaire est une image numérique, traitée par outil informatique, élaborée à partir des signaux transmis par un satellite. [12].
1.2.8. Les domaines d'application de la télédétection :
Le premier grand domaine d'application de la télédétection a été l'étude de l'atmosphère (Météorologie et climatologie). L'intérêt de la télédétection dans ce domaine est d'assurer une couverture globale et très fréquemment répétée de la planète entière ; par contre la résolution spatiale n'est pas primordiale pour les applications météorologiques.
Les satellites de météorologie, en orbite géostationnaire, à 36000 km de la Terre, permettent d'obtenir une image couvrant près d'un cinquième de la surface terrestre toutes les demi-heures, cinq satellites de ce type assurent une couverture globale de l'atmosphère terrestre, à
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l'exception des pôles. Ce système est complété par des satellites en orbite polaire, à 900 km d'altitude, qui offrent plus de précision. [9]
Les capteurs utilisés permettent d'observer les nuages et leur déplacement, de mesurer des températures ou le contenu en vapeur d'eau de l'atmosphère. Parallèlement au système opérationnel de veille météorologique, la météorologie est un domaine très actif de la recherche en télédétection ; des capteurs encore expérimentaux, utilisant les micro-ondes, effectuent de véritables sondages de l'atmosphère et mesurent la composition de la stratosphère (ozone) ou les termes du bilan radiatif. Le traitement des données par les physiciens a pour but d'obtenir des paramètres géophysiques susceptibles d'être intégrés dans des modèles numériques de prévision météorologique ou de l'évolution climatique future. En océanographie, la télédétection offre l'avantage de permettre une vision synoptique de vastes régions qu'il est impossible d'obtenir par les moyens traditionnels (bateaux).
Pour certaines études à petite échelle, les données des satellites météorologiques sont largement utilisées en océanographie (températures de surface de l'océan) ; pour les études côtières, ce sont les satellites de télédétection terrestre, équipés de capteurs à haute résolution, qui sont les plus utiles. Des satellites spécialisés à vocation océanographique ont volé dans un passé récent (Nimbus, Seasat) ou volent depuis le début des années 90 (ERS-1 de l'Agence Spatiale Européenne, TOPEX-Poseïdon). Les types de capteurs utilisés pour l'océanographie sont très variés. Les radiomètres utilisant le rayonnement visible analysent la couleur de l'océan, qui permet de mesurer la production biologique (plancton) et la turbidité ; les radiomètres infrarouge ou microonde mesurent la température de surface de la mer. La répartition des températures ou des turbidités est un indice des courants océaniques. Les radars embarqués sur des avions ou certains satellites ont l'avantage d'être insensibles aux nuages ; ils permettent d'observer les phénomènes ondulatoires présents sur l'océan, les vagues en particulier. Enfin, certains types particuliers de capteurs, radars-altimètres ou diffusiomètres sont utilisés pour mesurer avec une très grande précision l'altitude de la surface de la mer qui est un reflet de la dynamique océanique (courants généraux), ou la vitesse du vent sur la mer. Parmi les applications océanographiques de la télédétection, citons enfin l'étude des glaces de mer en régions polaires. [9]
Les applications terrestres de la télédétection sont extrêmement variées. La photographie aérienne, sous toutes ses formes, est encore, sans doute pour peu de temps, le moyen le plus usuel de télédétection ; les photographies aériennes sont de plus en plus utilisées sous forme numérique de façon à permettre leur correction géométrique (Ortho photos) et leur intégration
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dans les Systèmes d'Information Géographique. En télédétection spatiale, ce sont surtout les radiomètres optiques à haute ou très haute résolution qui sont utiles pour les applications terrestres. Depuis 1972, les progrès dans ce domaine sont remarquables : on est passé d'une résolution de 80 m (MSS de Landsat), à 30 m(Thematic Mapper) et à 20 et 10 m (HRV de SPOT).
En géologie ou pour l'étude de la végétation, les radars imageurs, surtout aéroportés, sont aussi très utilisés. Le champ des utilisations de la télédétection ne cesse de s'élargir : cartographie, géologie et prospection minière, mais aussi surveillance des cultures ou du couvert forestier, urbanisme, aménagement, génie civil, etc...
Le traitement de l'imagerie satellitaire numérique est une discipline en constant développement, et la baisse du coût des matériels informatiques a entraîné une augmentation rapide du nombre des utilisateurs.
Conclusion :
Les systèmes d’information géographique (SIG), bases de données repérables dans l’espace, deviennent des outils incontournables d’aide à la décision dans de nombreux domaines. Ils sont basés sur l'information géographique, constituée de données graphiques et alphanumériques, qui s'appuie Sur les productions des grands organismes nationaux (IGN, INSEE, notamment). Leurs applications se développent rapidement, en particulier dans les domaines relatifs à l'économie, l'aménagement, l'urbanisme et l’environnement.
La télédétection offre un aperçu synoptique de la distribution spatiale et de la dynamique des processus hydrologiques, qui n'est généralement pas disponible avec les relevés terrestres.
Partie 02 :
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Introduction :
Dans cette partie et afin de montrer l’apport du SIG et de la télédétection dans les études hydrogéologiques, nous avons exploité les bases de documentation en ligne (thèses et articles) élaboré dans notre thème. Puis une sélection a été effectuée. Cette sélection a été faite d’une façon que les cas choisis chacun montre une région différente (du point de vue géologie, climat, …) et la méthode aussi est différente, dans le but d’exprimer la richesse des travaux de recherches sur ce thème.
Nous avons choisi trois cas d’études, un en Algérie, un autre cas au Maroc et le troisième en Afrique. Il s’agit de :
- Optimisation du positionnement des ouvrages de captage dans le département de Katiola (centre-nord de la Côte d’Ivoire) ; par Coulibaly Talnan J. H.2016.
- Evaluation des risques de la pollution des eaux et vulnérabilité de la nappe alluviale à l’aide des données spatiales Cas de la plaine de Sidi Bel Abbés (nord-ouest algérien) ; par NadjlaBentekhici et al. 2018.
- Et cartographie des zones potentielles pour le stockage des eaux souterraines dans le haut bassin du Ziz (Maroc) : Apport de la télédétection et du système d'information géographique, par Nordine Nouayti et al. 2017.
Les résumés de ces trois articles sont représentés en annexe 01.
Par la suite nous présentons le matériel, la méthode et les résultats tels quels sont présentés dans les articles. En fin nous apportons notre critique.
2.1. Optimisation du positionnement des ouvrages de captage dans le
département de Katiola (centre-nord de la Côte d’Ivoire) :
Ce travail a été réalisé sur le centre-nord de la Côte d'Ivoire (Fig. 4), qui est caractérisé par un climat très humide et une morphologie d'origine socle (Fig. 5).
L’objectif général du travail est de montrer comment la télédétection et le SIG peuvent contribuer à optimiser le positionnement des ouvrages de captage en zone de socle.
13 Fig.4: carte de localisation du département Katiola.[19]
14 2.1.2. Matériel et méthodes :
2.1.2.1. Matériel :
Pour mener son travail, Coulibaly Talnan J. H. et al ont exploité différentes sources de données :
- Données SRTM : quatre dalles SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) d’interférométrie radar ont été utilisés. Ces MNT sont acquises dans les bandes C et X (émettent dans l’hyperfréquence et peuvent pénétrer dans le sol jusqu’à 1 m de profondeur). Pixels de 30 m de chaque côté ; Son choix s’est basé sur la disponibilité et le recouvrement total de la zone d’étude.
- Données hydrogéologiques (relevés de puits et forages) :
Pour cette étude, ils ont utilisé les données de quatre-vingt-dix (90) puits et forages exécutés dans le département de Katiola. Il s’agit des débits d’exploitation, les arrivées d’eau, la profondeur de l’ouvrage, le niveau statique et le type géologique du socle.
- Autres données :il s’agit des données la carte des limites administratives de la Côte d’Ivoire, et le réseau hydrographique de la Côte d’ivoire et de la carte géologique.
- Outils informatiques : Un ordinateur pour l’installation des environnements de travail et le stockage de la base de données numériques a été utilisé, ainsi que les logiciels QGIS et R pour la gestion des données, l’analyse, le traitement d'images, l’extraction des linéaments, la production des cartes et des rosaces directionnelles.
2.1.1.2. Méthodes :
- Cartographie des linéaments structuraux et du réseau de fractures
Pour l’extraction des linéaments structuraux, deux approches méthodologiques peuvent être adopté. La première consiste à extraire de façon automatique les linéaments par morphologie mathématique et la seconde consiste en une extraction manuelle des linéaments par photo-interprétation.
L’approche méthodologique utilisée dans ce travail est la première, qui consiste à l’extraction automatique des linéaments.
Après téléchargement des quatre dalles SRTM, la cartographie des linéaments structuraux et du réseau de fractures de la zone d’étude a été réalisée successivement par le prétraitement des images SRTM d’interférométrie radar, leur traitement pour l’identification et l’extraction des linéaments et enfin, la validation de ces linéaments structuraux.
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L’opération de validation, consiste à supprimer les activités anthropiques, afin de ne laisser que les tracés correspondant effectivement aux linéaments. Le réseau hydrographique, la carte de photo-interprétation et les données de puits et forages réalisés dans la zone ont servi de base pour valider les linéaments.
-Dans notre avis l’extraction automatique de l’linéaments pas toujours efficace car il supprime les activités anthropiques et laissez que les tracées ; aussi il n’y a aucune vérification sur terrain.
La démarche a consisté, dans un premier temps, en la comparaison entre les linéaments extraits et le réseau hydrographique. Une corrélation établie montre que les puits et forages à débit supérieur ou égale à 5m3.h-1 se superposent parfaitement aux linéaments.
Enfin les linéaments, extraits et validés, ont été analysés suivant les techniques de l’analyse statistique et géostatistique.
La démarche méthodologique de la cartographie structurale est illustrée sur la Fig.6 suivante.
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- Traitement des relevés de puits et forages :
Le traitement des relevés de puits et forages consiste à vérifier l’existence de corrélation entre les différents paramètres des ouvrages, d'évaluer l'influence de cette corrélation sur l'analyse statistique et d'exploiter les informations issues de l'analyse géostatistique pour déterminer une structuration spatiale de ces différents paramètres
Le progiciel R qui a permis de réaliser ces analyses, de traiter la géostatistique de la productivité, avec la réalisation du variogramme et du krigeage.
La prévision et la répartition spatiale des débits sont intégrées et combinées dans le logiciel d’information géographique QGIS et aboutissent à l’obtention des zones potentielles d’implantation des puits et forages.
Fig.7 : Synthèse de la démarche méthodologique de l’outil d’aide à la décision.
2.1.3. Résultats :
a) Extraction des linéaments :
L’extraction des linéaments dans les images filtrées laisse apparaître sous forme linéaire ou curvilinéaire une variation de réflectance ou de rétrodiffusion. Les détails linéaires observés révèlent des phénomènes géologiques ou géomorphologiques profonds variés : failles, fractures, contacts géologiques.
- Analyse statistique des linéaments :
Le tableau 1 montre que la principale direction de fracturation est NW-SE avec un pourcentage de 26,11% suivie de la direction EW avec 25,61%.
17 Tableau 1 : Nombre de linéaments par direction.
Direction Nombre de linéaments Pourcentage %
N-S 486 24 ,17
NE-SW 485 24 ,11
E-W 515 25,61
NW-SE 525 26,11
TOTAL 2011 100
La fig. 8présente la distribution directionnelle des linéaments.
Fig.8 : Fréquence de distribution statistique des linéaments.
Les fréquences de distribution statistique des linéaments (Fig.8) montrent que les fractures de direction NW-SE sont majoritaires avec plus de 525 linéaments et une fréquence de distribution élevée, suivies par celles de direction EW. La distribution des familles de fractures est d’une manière générale hétérogène.
Le tableau 2 ci-dessous présente les caractéristiques détaillées de ces linéaments. Les fractures de direction NW-SE avec une longueur comprise entre 2,7 km et 20,194 km et une longueur moyenne de 5,174 km, se positionnent comme les plus longues des quatre directions.
18 Tableau 2 : Longueur des linéaments par direction
Direction Longueurs (Km)
Minimum Maximum Moyenne
N-S 2,7 17 ,431 5,175
NE-SW 2,7 17,981 5,085
E-W 2,7 18,545 5,111
NW-SE 2,7 20,194 5,174
Le résultat obtenu (Fig.9) est très intéressant car il est représentatif de la majorité des linéaments présents sur la zone d’étude. Cette figure montre la présence des structures géologiques susceptibles d’influencer l’écoulement des eaux souterraines en direction des nappes de la zone. Ainsi, l’utilisation du couple télédétection-SIG dans ce travail a servi à la mise en évidence, des structures qui contribuent à l’identification des zones d’infiltration des eaux en milieu de socle.
Fig.9 : Linéaments des directions N-S, E-W, NE-SW et NW-SE.
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- Validation des linéaments :
L’opération de validation (Fig. 10) consiste à supprimer les activités anthropiques (réseau routier, chemin de fer, fils électriques, limites de plantation, etc.) ; afin de ne laisser que les tracés correspondant effectivement aux linéaments.
Fig.10 : Corrélation des linéaments avec le réseau hydrographique.
Une autre validation a été effectuée en superposant dans QGIS, les relevés de puits et forages réalisés dans la zone aux linéaments extraits. Une corrélation établie montre que les puits et forages à débit supérieur ou égale à 5m3/h se superposent parfaitement aux linéaments (Fig.11). Ces opérations de validation permettent d’attribuer, à l’ensemble des linéaments retenus, la valeur de fractures.
Fig.11 : Validation des linéaments par corrélation avec les puits et forages réalisés dans la
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Toutes ces fractures sont interconnectées formant ainsi des nœuds et/ou des intersections. En outre, l’intersection apporte des informations hydrauliquement importantes. Une plus forte intersection et une plus forte densité de fracturation indiquent des endroits où l’eau souterraine pourrait circuler davantage.
La Fig.12 montre que le réseau de fractures interconnectées formant des zones d’intersection (en rouge) est plus dense dans la partie Centre et Nord du département (cercle en vert). L'étude de ces linéaments présente les zones de recharge des aquifères discontinus du socle. La forte intersection et la forte densité retrouvée dans la partie Centre et Nord du département indiquent donc que l'écoulement des eaux souterraines pourrait être plus important dans ces zones. Par ailleurs, ces paramètres de fracturation observés seraient de bons indicateurs d’obtention d’un grand débit d'eau souterraine.
Fig.12 : Réseau de fractures interconnectées de la zone d’étude.
- Traitement des relevés de puits et forages :
La fig 13 présente la carte des valeurs de débits obtenues par krigeage . Cette carte permet de visualiser les zones à forts et faibles débits. Elle permet de prévoir les zones à forts débits exploitables. Elle constitue ainsi un outil d’aide à la décision d’implantation d’ouvrages.
21 Fig.13 : Carte de prévision des débits par krigeage.
-Nous considérons les résultats de cette fig comme résultats non fiable car ils ont utilisé un seul paramètre (débit), qui nous donne une carte imparfaite.
- Cartographie des sites propices d’implantation des ouvrages de captage :
Ils ont analysé précédemment la longueur, l’orientation et la densité des linéaments, ainsi que les denses zones d’intersection géo référencées, à l’origine d’un bon écoulement d’eau souterraine. Le krigeage a permis de prévoir les zones à gros débits exploitables. La combinaison des informations sur les zones à forte densité d’intersection et de fracturation, et les zones à gros débits exploitables dans le logiciel QGIS, permet de faire ressortir les zones propices d’implantation des puits et forages (Fig.14). Ce qui permet d’orienter la décision d’implanter de façon optimale ces ouvrages tout en réduisant le taux d’échec.
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La carte ci-dessus (Fig.14) présente les zones propices d’implantation des puits et des forages. En effet, la combinaison dans QGIS de la carte de prévision des débits et du réseau de fractures, fait ressortir les zones potentielles d’implantation des ouvrages. Cette carte montre que les zones exploitables, avec une forte densité de fracturation et de gros débits, se localisent dans le Sud du département de Katiola (cercle en rouge). Elle constitue un précieux outil d’aide à la décision : elle permet d’orienter les décideurs dans leur prise de décision d’implanter de façon raisonnée de nouveaux forages à débits importants, en vue de l’approvisionnement en quantité suffisante d’une eau potable aux populations dans cette zone. La profondeur totale des ouvrages dans la région varie de 20 à 99 m avec une profondeur moyenne de 56 m dans les granites et de 51 dans les schistes.
2.1.4. Discussion :
La réalisation de la carte des linéaments a été possible grâce à l’utilisation de puissants algorithmes incorporés dans les logiciels d’information géographique. Les détails linéaires observés sur la carte, témoignent des phénomènes géologiques profonds : failles, fractures, contacts géologiques susceptibles d’influencer l’écoulement des eaux souterraines en direction des nappes de la zone. Toutefois, la méthode d’extraction manuelle utilisée dans ces travaux s’avère difficile d’usage et subjectif pour un opérateur non averti, n’ayant aucune connaissance du terrain. La carte des linéaments produite automatiquement est jugée très efficace en termes de coût et de temps. La carte des fractures, obtenue ici par la méthode automatique d’extraction des linéaments, est très satisfaisante tant du point de vue de la rapidité d’extraction que de la précision et la fiabilité des informations fournies. Pour cela, la méthode d’extraction automatique est préconisée.
La qualité des informations obtenues découle de la qualité des images satellites d’interférométrie radar utilisées. L’analyse orientée objet menée sur les images SRTM d’interférométrie radar a permis d’extraire automatiquement et efficacement des informations fiables, base de toute décision de gestion sûre pour des études hydrogéologiques.
L’analyse des linéaments et des rosaces directionnelles a montré que la direction de distribution NW-SE est majoritaire en fréquence, nombre, densité et longueur, suivie par la direction EW. Cela indique que les fractures à rechercher dans la zone, lors d’une campagne hydraulique, doivent être de direction NW-SE et EW. De même, l’utilisation des SIG a permis de faire ressortir les denses zones d’intersection avec leurs coordonnées. Elles forment des zones très perméables pour la recharge de l'eau souterraine. Leur localisation précise par leurs coordonnées pourra faciliter l’implantation des ouvrages avec réduction des taux d’échec.
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La difficulté des travaux d’extraction des linéaments reste leur validation. En effet, l’épaisse couche d’altérité surmontant le socle de la zone d’étude n’a pas facilité une bonne étude de terrain. A cette difficulté, s’associent les limites dues au temps. Le réseau hydrographique et la carte photo-géologique ayant servi de support de validation, pourraient être complétés par des mesures sur les affleurements pour renforcer les résultats acquis.
L’analyse variographique des relevés de puits et forages associée au krigeage ont été nécessaires pour la prévision des zones à gros débits exploitables. Le krigeage se présente ici comme la méthode par excellence de prévision. Les résultats obtenus par cette méthode sont assez fiables et reflètent la réalité de terrain. La combinaison des informations issues des linéaments et des relevés de puits et forages de la zone a permis de prévoir les sites propices d’implantation d’ouvrages de captage. Les cartes obtenues des images d’interférométrie radar sont de bonne qualité et représentent assez fidèlement la réalité puisque les informations fournies par ces images montrent une vraisemblance avec la réalité de terrain. Ce qui fait de ces cartes de précieux outils de décision et de gestion.
L’utilisation des SIG et de la télédétection a permis de vérifier l’exactitude des informations extraites des images SRTM. Les résultats obtenus donnent une vision assez nette aux décideurs. Le couple télédétection-SIG se présente ainsi comme un outil d’aide à la décision. Ces études ont abouti à la mise en place d’un système de décision assistée par télédétection et SIG, en vue de fournir des informations utiles, pour aider à une prise de décision rapide et efficace pour la gestion de catastrophes naturelles.
Dans notre avis l’étude basée sur les débits de forages mais il n’y a aucune mention n’est faite à leurs profondeur ; aussi l’absence de la géophysique pour confirme la cartographie de linéaments.
2.2. Evaluation des risques de la pollution des eaux et vulnérabilité de la
nappe alluviale à l’aide des données spatiales. Cas de la plaine de Sidi Bel
Abbés (nord-ouest algérien) :
Cet article présente une étude sur la plaine de Sidi Bel Abbés. Il s’agit d’une nappe alluviale caractérisé par un climat semi-aride.
L’objectif principal de cette étude est d'évaluer l’état actuel et le risque de pollution des ressources en eau en se basant sur des données de la télédétection et d’autres données
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exogènes (qualité des eaux). La réalisation de la cartographie de la vulnérabilité de la nappe à la pollution a pour but de protéger et de préserver les eaux souterraines.
2.2.1. Localisation et géologie :
Fig.15 : localisation de la plaine de Sidi Bel Abbés. [20]
C’est une zone de structure en cuvette avec un remplissage alluvionnaire, un climat semi-aride, une connexion permanente entre les oueds et la nappe (fluctuation saisonnière) et un siège important d’alimentation de la nappe (SOURISSEAU et al., 1973). Cette zone est caractérisée par la vocation agricole avec une superficie agricole totale (SAT) de 97 598 ha (DIRECTION DES SERVICES AGRICOLES DE SIDI BEL ABBÈS, 2016). Les activités industrielles sont localisées dans la zone industrielle de Sidi Bel Abbès qui figure parmi les plus grandes sur le territoire Algérien.
La plaine fait partie du bassin versant d’oued Mekerra d'une superficie de 3 046 km, l’oued principal est d'une longueur de 120 km. À l’exception des oueds Mekerra, Tissaf et Anefress, tous les oueds de la plaine sont temporaires : secs en été et immédiatement en crue à la suite de pluies torrentielles (HALLOUCHE etal., 2010). Le débit moyen annuel de l’oued Mekerra est de 0,82 m ∙s (MEDDI et al., 2009). La plaine comporte une nappe alluviale plio-quaternaire qui constitue le principal aquifère dans la région d’une superficie de 730 km. Elle est alimentée selon trois processus : alimentation directe par les eaux des précipitations ; alimentation par des aquifères adjacents soit par infiltration latérale directe ou par l’intermédiaire des sources ; et enfin une alimentation par des oueds. La profondeur moyenne de la nappe est de l’ordre de 15 à 20 m avec des zones faibles profondeurs (moins de 10 m) le long des oueds Lamtar et Tissaf.
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Les ressources en eaux mobilisables dans la plaine sont constituées de sources. Les seules sources ayant un débit permanent plus ou moins important, destinées à l’alimentation en eau potable, sont : la source de Sidi Ali Boussidi (Ain El Hadjar) et les sources de Sidi AliBenyoub ; ces sources drainent le réseau karstique des dolomies et calcaires gris-bleu du Jurassique supérieur des monts de Tlemcen (MEGHERFI, 2010). La production globale de ces sources est de 15 000 m ∙j. La troisième est la source d’Ain Mekhareg constituée de deux griffons captés (orifices de sortie visibles et localisés d'une source) qui rejoignent une chambre de prise et servent à l’alimentation par gravité de la ville de Sidi Bel Abbès, avec un débit de 80 L∙s. Enfin, la source d’Ain Skhouna possède un débit de 70 L∙s (110 L∙s en hiver) (DIRECTION DES SERVICES DE L’HYDRAULIQUE DE SIDI BEL ABBÈS, 2016). Généralement, ces potentialités hydriques sont très exposées aux différentes sources de pollution et conduisent à la dégradation qualitative des eaux, mettant en danger la santé publique et l’environnement. [20]
2.2.2. Matériels et méthodes :
a) Matériels
La recherche a été effectuée à partir de données multi-sources spatiales et exogènes. Il s’agit de données cartographiques et statistiques telles que :
-Données climatiques qui ont été obtenues auprès de l’Office national de météorologie (ONM) pour la période de 1985 à 2012, ainsi que des données sur les analyses des mesures de la perméabilité des 22 points d’échantillons d’analyse.
-Données piézométriques issues de la campagne réalisée en décembre 2011 et obtenues auprès de l’Agence nationale des ressources hydriques (ANRH).
-Données cartographiques, qui comportent la carte hydrogéologique à 1/100 000 ; et -Des données de télédétection : modèle numérique de terrain ASTER DEM et des images satellitaires Landsat 8, d’une résolution de 30 m, et des images à haute résolution fusionnées ALSAT-2A.
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-Cartographie des sources de pollution des eaux à partir des images satellitaires : La protection des ressources en eaux contre la pollution constitue un aspect prioritaire de cette étude. Avec l’apparition des outils de télédétection et les images à haute résolution, il est devenu facile de détecter les sources agricoles, urbaines et industrielles de la pollution. Pour ce faire, nous avons utilisé des données satellitaires ALSAT-2A, qui par leur haute résolution, fournissent les détails nécessaires pour la cartographie des sources de pollution.
-Cartographie de l’occupation du sol :
La végétation est la résultante des facteurs physico-géographiques (relief, lithologie et climat) à laquelle s’ajoute le facteur anthropique via le défrichement et la mise en culture ainsi que le reboisement.
Les auteurs ont réalisé une carte de l’occupation du sol de la plaine de Sidi Bel Abbés à partir de la méthode de classification supervisée de l’image Landsat8 ; en utilisant l’algorithme maximum de vraisemblance. Ainsi, en ils basant sur la méthode d’interprétation visuelle et de la classification supervisée de l’image ALSAT-2A, ils ont établi une carte d’occupation du sol plus détaillée de la plaine (Fig. 16).
Ces cartes d’occupation permettent de constater une superficie de 22,4 % de la surface occupée par des sols boisés, couvrant la partie sud entre El Hçaiba et Moulay Slissen. Dans les forêts denses et claires arbustives, le ruissellement est généralement très faible, protégeant le sol contre l’érosion et favorisant une bonne infiltration des eaux.
27 Fig.16 : Cartes de l’occupation du sol de la plaine de Sidi Bel Abbés : a) image ALSAT-2A
et b) image Landsat 8Land use maps of the Sidi Bel Abbes plain : a) ALSAT-2A image and b) Landsat 8 images.
Les terrains agricoles occupent une surface de 53,75 % (Tableau 3); ils rassemblent toutes les cultures, comme la céréaliculture, le maraîchage et l’association entre l’arboriculture et le
maraîchage.
Généralement, ces terrains présentent une infiltration moyenne des eaux, donc un risque moyen décontamination de la nappe, mais avec l’utilisation excessive des fertilisants, le risque de pollution des nappes est important.
Tableau 3 : Superficie de l’occupation du sol dans la plaine de Sidi Bel Abbés.
Occupation Superficie (%) Forêt 5,71 Forêt et maquis 16,69 Agriculture 41,25 Jachère 12,5 Terrain dégradé 3,2 Sol nu 2,6 Végétation clairsemée 13,5 Périmètre urbain 2,78 Zone incendiée 1,72 Plan d’eau 0,16
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- Cartographie des zones d’irrigation intensive et d’arboriculture :
La biomasse végétale présente une bonne réluctance dans la bande proche infrarouge. Ils ont établi une composition colorée en codant le proche infrarouge par la couleur rouge. Le résultat donne une image dont la couleur rouge foncé présente une importante biomasse végétale. Par l’interprétation visuelle et l’application de l’indice de végétation normalisée (NDVI) sur l’image, les fortes valeurs de NDVI présentent une forte activité chlorophyllienne. Dans ce cas, ils ont cartographié les terrains en bonne activité chlorophyllienne, ce qui correspond à un couvert végétal(Fig.17). Des produits fertilisants sont épandus sur ces terrains. C’est un type de pollution diffuse des eaux.
Fig.17 : Cartographie des parcelles agricoles d’arboriculture et d’irrigation intensive.
- Identification des sources de la pollution d’origines urbaines solides :
La plaine dispose de 12 décharges publiques sur une superficie de 49 ha localisées en majorité sur des terrains à hautes valeurs agricoles. À l’aide de l’image ALSAT-2A, une cartographié des zones de décharges et le centre d’enfouissement technique (CET) a été effectuée.
Le CET de Sidi Bel Abbés est localisé sur un site agricole, à 450 m de la zone urbaine ; c’est un danger pour la santé de la population en raison du biogaz. Le CET présente un risque de pollution des eaux souterraines, car il est localisé sur des impluviums des nappes phréatiques de faible profondeur (1m) avec des formations lithologiques perméables (mélange
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limon, marne, argile, sable, conglomérats) exposant les eaux souterraines à un grand risque de dégradation par les lixiviats (Fig.18).
Fig.18 : Localisation du centre d’enfouissement technique (CET) en plein milieu agricole et
très proche d’une zone urbaine.
Si la mise en décharge demeure le moyen le plus économique et donc le plus utilisé pour l’élimination des déchets, elle présente cependant des risques de dégradation de l’environnement par la production des biogaz et des lixiviats. Ces lixiviats, en s’infiltrant dans le sous-sol, entraînent une forte dégradation des eaux souterraines.
-Identification des sources de la pollution par les eaux usées urbaines :
L’oued Mekerra reçoit les eaux usées urbaines sur 24 points de rejet, l’équivalent de 250L.s d’eaux usées(Fig.19). Cet oued traverse plusieurs agglomérations dans la plaine sur une distance de 17,5 km (DIRECTION DES SERVICES DE L’HYDRAULIQUE DE SIDI BEL ABBÈS, 2016) et seules les eaux usées de l’Agglomération de Sidi Bel Abbés sont traitées.
30 Fig.19 : Points de rejet et station d’épuration des eaux usées urbaines.
La charge polluante des eaux de l’oued Mekerra est : DBO de 41,296 t.a, DCO de 123,465t. a, azote total 3 193 t.a, phosphore total 2 342 t.a. Ces valeurs font que les eaux d’oued Mekerra sont très polluées. L’oued présente une très faible concentration en oxygène et une très grande concentration en DBO et DCO, d’où une eau fortement polluée provoquant le phénomène d’eutrophisation des eaux. Cet oued présente tous les types de pollution (physique, chimique et biologique), ce qui conduit, par conséquent, à une forte pollution des eaux du barrage de Chorfa.
L’évacuation des eaux usées non traitées présente un risque majeur de pollution des eaux souterraines, notamment pour l’oued Tissef qui alimente constamment la nappe, car la majeure partie des débits de cet oued se ré infiltre dans la nappe, particulièrement au niveau du chenal conglomératique d’âge pli quaternaire récent près de Sidi Khaled (YOUSFI, 2008). Ceci peut être étayé par l’analyse comparative des débits moyens journaliers collectés auprès de l’ANRH enregistrés par les deux stations hydrométriques de Sidi Bel Abbés (amont de la plaine) et de Sid Ali Benyoub (aval de la plaine) en période de hautes et basses eaux (1978/1979-2008/2009). Les débits moyens journaliers montrent l’existence d’une connexion permanente entre l’oued Tissaf (amont de la plaine) et la nappe alluviale pendant toute l’année (Fig.20).
31 Fig.20 : Analyse comparative des débits moyens journaliers des deux stations hydrométriques
(1978/1979-2008/2009) en période d’a) hautes eaux et b) basses eaux.
En hautes eaux de novembre à mai, la logique d’accroissement des débits de la plaine d’amont vers l’aval est globalement respectée.
Les nappes sont alors à leur niveau maximum où les oueds réagissent aux pluies.
Cependant, en périodes stables (pas de crue), le débit de base de la station de Sidi Bel Abbés est relativement supérieur à celui de station de Sidi Ali Benyoub. Ce surplus de l’eau dans l’oued ne pourrait s’expliquer que par l’apport des eaux souterraines. En basses eaux, allant de juin jusqu'à la fin d’août, la relation oued-nappe est bien claire et confirme la situation stable qui a été enregistrée en période des hautes eaux où les débits tendent à se rapprocher à ceux en période d’étiage.
-Identification des sources de la pollution par les eaux usées industrielles :
Problème majeur de dégradation des eaux usées urbaines traitées Sidi Bel Abbés dispose d’une zone industrielle située à l’est de l’agglomération. Elle est considérée comme le troisième pôle industriel de la région ouest de l’Algérie. Elle s’étend sur plus de 434 ha. Elle dispose d’un tissu industriel diversifié : électronique, mécanique agricole, agroalimentaire et parapharmaceutique. La zone industrielle utilise un volume considérable d’eau évacuée dans le réseau domestique à plus de 80 %. Ces eaux usées industrielles riches en matière organique et métaux lourds sont évacuées vers l’oued Elmaleh (effluent d’oued Mekerra). Les deux stations d'épuration existant au niveau du complexe de production du matériel agricole et
