Le Laboratoire de Radio-Analyses et Environnement

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1 Ecole Nationale d Ingénieurs de Sfax Laboratoire de recherche Le Laboratoire de Radio-Analyses et Environnement Responsable : pr. Kamel ZOUARI kamel.zouari@enis.rnu.tn

2 Le programme de recherche s insère dans la problématique de la gestion durable des ressources en eau en Tunisie. En effet, notre pays, malgré la rareté de ses ressources en eaux, se distingue par une stratégie de gestion qui nous met à l abri du déficit hydrique. Cette stratégie, essentiellement basée sur un équilibre entre la recharge actuelle et l exploitation de ces ressources, a pour principale caractéristique de prendre en compte les différents aspects qui interviennent dans une gestion intégrée durable des ressources en eaux, aussi bien les aspects physiques liés à la connaissance et à la caractérisation de l hydrosystème que les aspects socioéconomiques liés aux contraintes exercées sur cet hydrosystème. Notre action de recherche vise à développer l utilisation des nouvelles techniques d investigation pour optimiser la mobilisation et la régulation des ressources en eau face à leur exploitation. 1 Les actions de recherche Apport des isotopes de l environnement à l évaluation, gestion et mise en valeur des ressources en eau. Les objectifs visés par notre action de recherche sont de contribuer à : L évaluation du potentiel en eau des nappes souterraines dans de nombreux bassins en Tunisie afin d assurer un équilibre entre la recharge actuelle et l exploitation ; L évaluation de la qualité de ces eaux destinées à l approvisionnement domestique et agricole ; L évaluation des temps de renouvellement et l identification des éventuelles recharges récentes ; La détermination des paramètres quantitatifs et qualitatifs, caractéristiques des ressources en eau, afin de permettre aux décideurs d optimiser et de rationaliser la gestion des gisements en eau, profonde et de surface ; détecter d éventuels mélanges entre des eaux de différentes origines, d identifier la présence de drainance, Les conditions paléohydrogéologiques des aquifères ayant contribuées à la mise en place de leurs réserves géologiques. Qualité de l Eau Les objectifs visés par notre action de recherche sont de contribuer à : L évaluation du potentiel en eau des nappes souterraines dans de nombreux bassins en Tunisie afin d assurer un équilibre entre la recharge actuelle et l exploitation ; L évaluation de la qualité de ces eaux destinées à l approvisionnement domestique et agricole ; L évaluation des temps de renouvellement et l identification des éventuelles recharges récentes ; La détermination des paramètres quantitatifs et qualitatifs, caractéristiques des ressources en eau, afin de permettre aux décideurs d optimiser et de rationaliser la gestion des gisements en eau, profonde et de surface ; détecter d éventuels mélanges entre des eaux de différentes origines, d identifier la présence de drainance, Les conditions paléohydrogéologiques des aquifères ayant contribuées à la mise en place de leurs réserves géologiques.

3 Caractérisation géologique des réservoirs d eau La fracturation est une caractéristique importante à plus d un titre, dans le domaine de l Hydrogéologie (et/ou des hydrocarbures). De ce fait, son étude aux différentes échelles, occupe une place primordiale dans les études des bassins et des réservoirs. En effet, à l échelle de l ensemble d un bassin hydrogéologique, les grandes failles régionales favorisent le drainage d eau d une région ou d un aquifère à un autre, en créant des seuils hydrogéologiques au niveau desquels se produisent des décharges et/ou des recharges. A l intérieur d un même aquifère, elles peuvent accélérer la production d eau en connectant un volume important de réservoir. A une échelle plus petite, la fracturation influe sur la production en jouant comme drains des fluides grâce au réseau de fissures vides, ou au contraire, comme barrières par les joints colmatés. En plusieurs cas et situations, la fracturation et la microfissuration qui se développent dans une roche soumise à des contraintes tectoniques, induisent la création d une perméabilité fissurale de loin supérieure à celle du milieu non-fracturé. Risques hydrologiques - Applications de l imagerie spatiale à l hydrologie de surface Cet axe de recherche vise deux objectifs : La définition de la nature des risques hydrologiques dans un bassin versant constituera le premier objectif. Les risques s inscrivent en effet dans un espace donné, et leur nature dépend du milieu physique, mais aussi des composantes socio-économiques et culturelles de l espace. D une manière globale, le risque hydrologique peut être défini comme un phénomène hydrologique pouvant causer des dommages à la société, ayant une certaine intensité ou gravité, lié à un aléa hydrologique (inondation, sécheresse, pollution des eaux) aggravé par certaines activités humaines, et lié aussi aux aspect de vulnérabilité du milieu. Nous aurons donc à définir, d une part, les aléas hydrologiques dans le bassin de Sfax en se basant sur certains indicateurs hydrologiques, hydrauliques, physico-chimiques et éventuellement bactériologiques, pour les décrire dans l espace et dans le temps et, d autre part, la vulnérabilité du milieu face à l exposition aux risques, notamment, aux risques d inondations, cette vulnérabilité naturelle étant aggravée par certains aménagements. La définition des moyens de gestion des risques hydrologiques, tel que les plans de prévention des risques d inondation, la gestion des sécheresses, les risques de dégradation des sols et d érosion, la gestion des risques de rabattement et de pollution des nappes Ce deuxième objectif devrait définir également l articulation entre la gestion des risques hydrologiques et l échelle spatiale dans laquelle elle devrait s effectuer, puisque l eau est indissociable de l espace. De ce fait, la gestion intégrée du bassin hydrologique de Sfax devrait prendre en compte les différents usages et usagers, dans une approche écosystémique. L utilisation de l imagerie spatiale se fera à travers quelques applications : Cartographie de l occupation des sols et des zones à risques, étude des zones humides littorales, dépendantes d apports d eau continentaux (Merdassia, Thyna, Chaffar). Etablissement de cartes de vulnérabilité et de carte des zones de protection pour les nappes souterraines.

4 Le programme proposé se situe au centre de la stratégie nationale pour la mobilisation de la ressource en eau. D ailleurs, le laboratoire de radio-analyses et Environnement a développé plusieurs actions communes avec les institutions gouvernementales qui sont concernées par cette stratégie, principalement, le Ministère de l Agriculture et des ressources hydrauliques représenté par les Commissariats au Développement Agricole (CRDA) dans le Sud, le Centre et le Nord du pays, d une part, et part la Direction Générale des Ressources en Eau (DGRE), d autre part. Certains cadres scientifiques relevant de ces départements sont membres du laboratoire et contribue ainsi à construire le pont entre les recherches scientifiques et leur mise en application pour la résolution des contraintes liées à la gestion effective des ressources en eaux. Les actions menées au sein du Laboratoire de Radio-Analyses et Environnement sont soutenues par une coopération internationale et par plusieurs organismes spécialisés dans le domaine de l eau. Nous pouvons citer l Agence Internationale de l Energie Atomique de Vienne (AIEA), l Université de Orsay-Paris Sud, le Commissariat à l Energie Atomique de France (CEA), le Centre National de Recherche Scientifique en France (CNRS), l Institut de Recherche et Développement de France (IRD), l Institut d Hydrologie du GSF de Munich (Allemagne), l Université Autonome de Barcelone, en Espagne, la Faculté de Sciences de Semlelia de Marrakech, au Maroc, etc 3 Méthodologie adoptée Apport des isotopes de l environnement à l évaluation, gestion et mise en valeur des ressources en eau. La méthodologie adoptée sera essentiellement axée sur l utilisation des techniques isotopiques ce qui permettra d acquérir des renseignements utiles dans l optique de la gestion et du contrôle des ressources en eau, en particulier : L origine des eaux souterraines, la localisation des zones de recharge, les liens entre les aquifères (échange par drainance) peuvent être reconstitués à partir de l étude des teneurs en isotopes stables (oxygène-18 et deutérium) de la molécule d eau, L évaluation des temps de transit, l identification et la quantification d une éventuelle recharge récente sont réalisées sur la base des teneurs en tritium et des composés dissous du carbone (Carbone14), Le mode d acquisition de la charge saline (dissolution, intrusion marine, concentration des solutions sous l effet de l évaporation, etc. ) peut être déterminé par l examen conjoint des données hydrochimiques et isotopiques. Qualité de l Eau Le programme de recherche sera mené selon les deux méthodologies suivantes : La mise en place et la validation sur site du couplage d une unité de séparation sur membrane au procédé actuel de traitement des eaux urbaines dans les stations d épuration afin d identifier une valorisation économique des rejets hydriques de ces stations, et afin de rentabiliser les coûts de traitement, d augmenter les volumes récupérés tout en diminuant la pollution des milieux récepteurs. Le traitement de l eau potable et essentiellement le développement des procédés de dénitrification de l eau et des procédés de défluoration de l eau.

5 Le traitement des effluents est envisagé selon plusieurs phases : Première phase : intégration d'une unité prototype de séparation sur membrane, disponible au laboratoire, dans le procédé actuel de traitement des eaux usées urbaines afin d évaluer et de confirmer les résultats obtenus à l échelle laboratoire dans des conditions d'exploitation réelles. On suivra alors, en fonction de la variation de la qualité de l eau admise dans la station et en fonction de la variation des conditions climatiques, l évolution des grandeurs globales de mesure de la pollution et la stabilité de la qualité de l eau produite. Seconde phase :simultanément au suivi de l unité, mise en route de la réutilisation de l eau traitée rendue possible par la qualité de l'eau obtenue à la sortie du procédé membranaire pour encourager l'implication des différents acteurs. les joints colmatés. En plusieurs cas et situations, la fracturation et la microfissuration qui se développent dans une roche soumise à des contraintes tectoniques, induisent la création d une perméabilité fissurale de loin supérieure à celle du milieu non-fracturé. Risques hydrologiques - Applications de l imagerie spatiale à l hydrologie de surface Cet axe de recherche vise deux objectifs : La définition de la nature des risques hydrologiques dans un bassin versant constituera le premier objectif. Les risques s inscrivent en effet dans un espace donné, et leur nature dépend du milieu physique, mais aussi des composantes socio-économiques et culturelles de l espace. D une manière globale, le risque hydrologique peut être défini comme un phénomène hydrologique pouvant causer des dommages à la société, ayant une certaine intensité ou gravité, lié à un aléa hydrologique (inondation, sécheresse, pollution des eaux) aggravé par certaines activités humaines, et lié aussi aux aspect de vulnérabilité du milieu. Nous aurons donc à définir, d une part, les aléas hydrologiques dans le bassin de Sfax en se basant sur certains indicateurs hydrologiques, hydrauliques, physico-chimiques et éventuellement bactériologiques, pour les décrire dans l espace et dans le temps et, d autre part, la vulnérabilité du milieu face à l exposition aux risques, notamment, aux risques d inondations, cette vulnérabilité naturelle étant aggravée par certains aménagements. La définition des moyens de gestion des risques hydrologiques, tel que les plans de prévention des risques d inondation, la gestion des sécheresses, les risques de dégradation des sols et d érosion, la gestion des risques de rabattement et de pollution des nappes Ce deuxième objectif devrait définir également l articulation entre la gestion des risques hydrologiques et l échelle spatiale dans laquelle elle devrait s effectuer, puisque l eau est indissociable de l espace. De ce fait, la gestion intégrée du bassin hydrologique de Sfax devrait prendre en compte les différents usages et usagers, dans une approche écosystémique. L utilisation de l imagerie spatiale se fera à travers quelques applications : Cartographie de l occupation des sols et des zones à risques, étude des zones humides littorales, dépendantes d apports d eau continentaux (Merdassia, Thyna, Chaffar). Etablissement de cartes de vulnérabilité et de carte des zones de protection pour les nappes souterraines. Le programme proposé se situe au centre de la stratégie nationale pour la mobilisation de la ressource en eau. D ailleurs, le laboratoire de radio-analyses et

6 Environnement a développé plusieurs actions communes avec les institutions gouvernementales qui sont concernées par cette stratégie, principalement, le Ministère de l Agriculture et des ressources hydrauliques représenté par les Commissariats au Développement Agricole (CRDA) dans le Sud, le Centre et le Nord du pays, d une part, et part la Direction Générale des Ressources en Eau (DGRE), d autre part. Certains cadres scientifiques relevant de ces départements sont membres du laboratoire et contribue ainsi à construire le pont entre les recherches scientifiques et leur mise en application pour la résolution des contraintes liées à la gestion effective des ressources en eaux. Les actions menées au sein du Laboratoire de Radio-Analyses et Environnement sont soutenues par une coopération internationale et par plusieurs organismes spécialisés dans le domaine de l eau. Nous pouvons citer l Agence Internationale de l Energie Atomique de Vienne (AIEA), l Université de Orsay-Paris Sud, le Commissariat à l Energie Atomique de France (CEA), le Centre National de Recherche Scientifique en France (CNRS), l Institut de Recherche et Développement de France (IRD), l Institut d Hydrologie du GSF de Munich (Allemagne), l Université Autonome de Barcelone, en Espagne, la Faculté de Sciences de Semlelia de Marrakech, au Maroc, etc 3 Méthodologie adoptée Apport des isotopes de l environnement à l évaluation, gestion et mise en valeur des ressources en eau. La méthodologie adoptée sera essentiellement axée sur l utilisation des techniques isotopiques ce qui permettra d acquérir des renseignements utiles dans l optique de la gestion et du contrôle des ressources en eau, en particulier : L origine des eaux souterraines, la localisation des zones de recharge, les liens entre les aquifères (échange par drainance) peuvent être reconstitués à partir de l étude des teneurs en isotopes stables (oxygène-18 et deutérium) de la molécule d eau, L évaluation des temps de transit, l identification et la quantification d une éventuelle recharge récente sont réalisées sur la base des teneurs en tritium et des composés dissous du carbone (Carbone14), Le mode d acquisition de la charge saline (dissolution, intrusion marine, concentration des solutions sous l effet de l évaporation, etc. ) peut être déterminé par l examen conjoint des données hydrochimiques et isotopiques. Qualité de l Eau Le programme de recherche sera mené selon les deux méthodologies suivantes : La mise en place et la validation sur site du couplage d une unité de séparation sur membrane au procédé actuel de traitement des eaux urbaines dans les stations d épuration afin d identifier une valorisation économique des rejets hydriques de ces stations, et afin de rentabiliser les coûts de traitement, d augmenter les volumes récupérés tout en diminuant la pollution des milieux récepteurs. Le traitement de l eau potable et essentiellement le développement des procédés de dénitrification de l eau et des procédés de défluoration de l eau. Le traitement des effluents est envisagé selon plusieurs phases : Première phase : intégration d'une unité prototype de séparation sur membrane, disponible au laboratoire, dans le procédé actuel de traitement des eaux usées urbaines

7 afin d évaluer et de confirmer les résultats obtenus à l échelle laboratoire dans des conditions d'exploitation réelles. On suivra alors, en fonction de la variation de la qualité de l eau admise dans la station et en fonction de la variation des conditions climatiques, l évolution des grandeurs globales de mesure de la pollution et la stabilité de la qualité de l eau produite. Seconde phase :simultanément au suivi de l unité, mise en route de la réutilisation de l eau traitée rendue possible par la qualité de l'eau obtenue à la sortie du procédé membranaire pour encourager l'implication des différents acteurs. Troisième phase : exploitation de l ensemble des données obtenues pour sélectionner, concevoir et dimensionner une unité à installer sur site. Durant la dernière phase du projet, on effectuera une étude technico-économique, en partenariat avec l ONAS, pour la détermination du coût global du traitement et l évaluation des conséquences biologiques, environnementales et économiques de cette nouvelle gestion de l eau. En ce qui concerne le traitement de l eau potable, on envisage les étapes suivantes : Première phase : évaluation à l échelle du laboratoire des meilleures conditions d'exploitation et de l efficacité des techniques utilisées en fonction de la qualité de l eau. Seconde phase : suivi de la première phase et encouragement de l'implication des différents acteurs. Troisième phase : exploitation de l ensemble des données obtenues pour sélectionner, concevoir et dimensionner une unité à installer sur site. Durant la dernière phase du projet, on effectuera une étude technico-économique, en partenariat avec la SONEDE, pour la détermination du coût global du traitement et l évaluation des conséquences biologiques, environnementales et économiques de cette gestion de l eau. Caractérisation géologique des réservoirs d eau L'étude de la fracturation naturelle comprend plusieurs étapes qui s'échelonnent depuis la collecte des données jusqu'à leur traitement. Elle met en œuvre des moyens d'observation et d'analyse variés et de différentes échelles, intégrant les données de la cartographie géologique régionale, de l'analyse et de l'interprétation de photographies aériennes, et des observations directes de terrain. Les documents cartographiques permettent de définir le réseau de failles régionales et les dispositifs structuraux qui leurs sont liés. Ils permettent de préciser les géométries des bassins et les extensions des niveaux étudiés. A plus petite échelle, l'étude quantitative de la fracturation se fait au niveau de stations d'analyse, sur le terrain. Le choix de ces stations est fondé sur : la variation du contexte structural régional; la bonne qualité des affleurements permettant notamment d'effectuer des mesures sur une grande population de fractures; une lithologie variée permettant d'aborder l'étude des relations entre lithologie et fracturation;

8 la proximité de points d'informations sur les caractéristiques hydriques des eaux (sondages, sources ). Risques hydrologiques - Applications de l imagerie spatiale à l hydrologie de surface Notre méthodologie sera structurée comme suit : Définition des concepts particulièrement ceux de «aléa», «vulnérabilité» et «risques» avec comme référence spatiale le bassin hydrologique de Sfax. Mise en place d une base de donnée la plus élaborée et la plus complète possible. Identification des aléas et des aspects de vulnérabilité expliquant les risques auxquels est soumis le bassin de Sfax (Analyse multivariée des données récoltées). Elaboration de scénarios de risques par la modélisation hydrologique du bassin. Cartographies des aléas, de la vulnérabilité et des risques. Elaboration de Schémas d intervention, de schémas de gestion