Effet de L épandage des Eaux de Crues sur les Ressources en Eaux Souterraines dans les Zones Arides: Plaine de Sidi Bouzid (Tunisie Centrale)

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1 European Journal of Scientific Research ISSN X / X Vol. 129 No 1 February, 2015, pp Effet de L épandage des Eaux de Crues sur les Ressources en Eaux Souterraines dans les Zones Arides: Plaine de Sidi Bouzid (Tunisie Centrale) Monji Hamdi UR Hydroscience Appliquée, Université de Gabès Institut Supérieur des Sciences et Techniques des Eaux de Gabès Cité Erriadh, 6072 Gabès, Tunisie Tel: M Nassri Soumaia Université de Sousse, Institut Supérieur Agronomique de Chott Mariem BP 47, 4042 Chott Mariem, Tunisie Dridi Lotfi Université de Sousse, Institut Supérieur Agronomique de Chott Mariem BP 47, 4042 Chott Mariem, Tunisie Majdoub Rajouene Université de Sousse, Institut Supérieur Agronomique de Chott Mariem BP 47, 4042 Chott Mariem, Tunisie Abida Habib Département des Sciences de la Terre. Université de Sfax Faculté des Sciences de Sfax, Route de la Soukra, Km 4, BP 802, 3038 Sfax, Tunisie Résumé La région de Sidi Bouzid relevant du centre de la Tunisie ne dispose que de faibles ressources hydriques qui sont de plus en plus sollicitées. Cette sollicitation est causée principalement par les conditions hydroclimatiques et le développement économique. Pour faire face à cette situation, le gouvernorat a envisagé la construction d ouvrages d épandage des eaux de crues pour améliorer le bilan globale des nappes. Le présent travail vise à étudier l impact de l épandage des eaux de crues sur la piézométrie et la salinité de la nappe phréatique de Sidi Bouzid. Les chroniques piézométriques élaborées sur trois différentes zones, à savoir le long de l oued, dans la zone de l épandage et dans la zone hors épandage, ont dévoilé un rabattement de l ordre de 0,4 ; 0,6 et 0,8 m, respectivement. Les faibles rabattements enregistrés uniquement dans la zone de l oued sont expliquées par les affleurements perméables. En effet, une couche argilo-sableuse a été identifiée au niveau des coupes lithologiques et qui couvre la zone d épandage et celle hors épandage. Les

2 Effet de L épandage des Eaux de Crues sur les Ressources en Eaux Souterraines dans les Zones Arides: Plaine de Sidi Bouzid (Tunisie Centrale) 34 résultats du suivi de la salinité, portés sur 40 ans, ont montré que les concentrations excessives sont enregistrées au niveau de l exutoire du bassin de Sidi Bouzid. De plus, le centre de la plaine devient de plus en plus minéralisé avec un taux de salinité qui a passé de 2, en 1973, à 5 g/l en Ceci est causé par la surexploitation des eaux souterraines qui a atteint 150% en Motsclés: Epandage, Eaux de crues, Piézométrie, Salinité, Plaine de Sidi Bouzid. Abstract The region of Sidi Bouzid, located in the centre of Tunisia, has a scare water resource. This scary is caused by the hydro-climatic and the economic development. To cope with this situation, the governorate has proposed the construction of spreading flood waters structures to improve the overall balance of the water. The present work aims to study the impact of the spreading of flood waters on the hydraulic head and salinity of the groundwater in Sidi Bouzid. The piezometric on three different areas, such as the zone situated along the river, in the area of spread of flood water and the outside area, unveiled a drawdown of water about 0.4, 0.6 and 0.8 m, respectively. The heavy drawdown recorded only in the area river is explained by permeable outcrops. Indeed, a clay-sand layer was identified at lithological sections and covers the spreading out and spreading area. The results of monitoring of salinity increased over 40 years, have shown that excessive concentrations recorded at the watershed outlet of Sidi Bouzid. In addition, the center of the plain becomes increasingly mineralized where salinity has increased from 2, in 1973, to 5 g/l in This is caused by the overexploitation of groundwater which reached 150% in Keywords: Spreading, Floodwater, Piezometry, Salinity, Sidi Bouzid. 1. Introduction Dans les zones arides et semi-arides, le problème de la disponibilité des ressources hydriques est d autant plus aigu qu il est compliqué à cause de la variabilité temporelle des précipitations (Ghazavi et al, 2012 ; Yangui et al, 2011 ; Fugazza et al., 2009). Cette extrême variabilité se traduit par des périodes de sécheresse qui peuvent persister un mois, une année et même des années successives (Macdonald et al., 2009 ; Mileham et al., 2009). Ces conditions climatiques, couplées avec le développement agricole et l accroissement démographique (Ben Hammouda et al., 2013 ; Hamza et al., 2007), ont conduit à un déficit hydrique souterrain inquiétant (Charef et al., 2013). De plus, ils ont engendré une autre pression non moindre telle que la dégradation importante de la qualité des eaux par la salinisation (Derwich et al., 2010 ; Rouabhia et Djabri, 2010 ; Nezli et al., 2007). Dans ce contexte, la région de Sidi Bouzid relevant du Centre de la Tunisie est un exemple où la problématique de la quantité et de la qualité des ressources hydriques souterraines s est intensifiée durant les vingt dernières années à cause de l exploitation intensive (Aydi et al., 2013) qui a atteint 150% en 2012 (DGRE, 2012). Dans ce cadre, l Etat tunisien a envisagé la technique de mobilisation et de valorisation des eaux de crues et pluviales par des ouvrages de conservation des eaux et du sol dans le centre et le sud du pays. Plusieurs recherches ont été menées concernant la recharge naturelle des nappes phréatiques et l épandage artificiel des eaux de crues. En effet, les études de (Besbes et Marsily, 1984; Nazmou et Besbes, 2001; Kingumbi et al., 2007) ont été focalisées sur les modalités de la gestion optimale par la modélisation hydrologique stochastique des bassins. Ils ont contribué à la mise au point d un modèle

3 35 Monji Hamdi, M Nassri Soumaia, Dridi Lotfi, Majdoub Rajouene and Abida Habib d épandage des eaux de crues, en vue d estimer la contribution des composantes de l écoulement de crues à la recharge des ressources hydriques souterraines. Les recherches de Daoud et Trautmann (1994) ont porté sur l apport de la télédétection dans l évaluation et la cartographie des épandages artificiels ainsi que la recherche de nouveaux sites pour de futurs aménagements, afin d assurer une exploitation rationnelle et judicieuse des eaux de crues. Le travail entrepris vise à évaluer l état qualitatif et quantitatif de la nappe phréatique de Sidi Bouzid suite à l épandage des eaux de crues dans différents périmètres. 2. Matériel et Méthodes 2.1. Zone D étude La présente étude porte sur la plaine de Sidi Bouzid. Cette dernière est située dans le centre ouest de la Tunisie. Elle s étend sur plus de 800 Km 2, entre les reliefs du Jebel Al Kebar au Sud, la chaine Faidh à l Est et les Jebels Hamara, Rakhmate et Bir El Hfey à l Ouest (Figure 1). Elle se caractérise par un réseau hydrographique peu développé dont l oued El Fekka constitue le cours d eau principal (Amouri, 1993), avec un débit de l ordre 8,8 Mm 3 /an. Cet oued constitue le point de confluence entre l oued El Hatab et l oued El Hachim. Figure 1: Délimitation de la zone d étude 2.1. Contextes Climatique, Géologique et Hydrogéologique Compte tenu de sa position géographique, la zone d étude se trouve sous l influence d un climat aride. La pluviométrie moyenne est de l ordre de 250 mm/an. La température moyenne mensuelle est de l ordre de 19 C. Elle atteint son maximum en juillet (33 C). L évapotranspiration moyenne est de l ordre de 131,5 mm. Les vents soufflent en moyenne 2 m/s avec des vents sahariens chauds (chhéli) en été et des vents tempérés en hiver. Sur le plan géologique, la plaine de Sidi Bouzid est consitituée d un remplissage sédimentaire Mio-quaternaire de type détritique dans lequel s intercale des aquifères inter-communicants. Les formations détritiques sont remplies essentiellement par du sable, du sable argileux et de l argile sableuse d âge Mio-Plio-Quateranaire. La plaine de Sidi Bouzid est bordée par des chaînes anticlinales sur lesquelles les formations du Crétacé inférieur et supérieur affleurent (Amouri, 1993). Les formations qui entourent les anticlinales sont principalement du Mio-pliocène.

4 Effet de L épandage des Eaux de Crues sur les Ressources en Eaux Souterraines dans les Zones Arides: Plaine de Sidi Bouzid (Tunisie Centrale) 36 Les coupes lithologiques (a et b) réalisées dans la zone d étude (Figure 1) ont montré une variation dans les couches constitutives du terrain. En effet, l aquifère de la plaine de Sidi Bouzid est formé essentiellement de lentilles de sable dans lesquelles s intercalent des formations semiperméables à imperméables de nature sablo-argileuse, argilo-sableuse et argileuse. De plus, ces coupes montrent que les zones à proximité de l oued (Figure 2, Coupe a) ont une texture fine (sable, sable argileux) qui change en s éloignant d oued El Fakka ; elle devient de plus en plus argileuse (Figure 2, Coupe b). Figure 2: Coupes lithologiques de la plaine de Sidi Bouzid 2.3. Présentation des Périmètres D épandage Dix périmètres d épandage sont installés dans la zone d étude (Figure 3) Il s agit des périmètres de El Hachim, El Hachim centrale, S1, ARD, NRD, Z.T, NRG, ARG, S6 et ZRG. Ces périmètres contribuent à la recharge naturelle de la nappe qui est assurée principalement par les apports de crues d oued El Fakka et d apports complémentaires pendant les périodes pluviales d oued Serg Dhiba. D autres apports plus faibles proviennent des bordures des reliefs. Figure 3: Localisation des périmètres d épandage

5 37 Monji Hamdi, M Nassri Soumaia, Dridi Lotfi, Majdoub Rajouene and Abida Habib L installation des périmètres d épandage a débuté en 1960 avec le périmètre El Hachim. Depuis cette date, les expériences se sont multipliées. Ces périmètres couvrent une superficie totale de l ordre de ha. La plus grande superficie est occupée par le périmètre El Hachim, alors que la superficie la plus petite est enregistrée au niveau du périmètre S Méthodologie L évaluation de l impact de l épandage des eaux de crues sur le niveau statique et la qualité des eaux souterraines est basée sur deux campagnes. La première concerne la collecte des données relatives aux niveaux piézométriques et à la salinité de la nappe d étude, elle est réalisée par la Direction Générale des Ressources en Eaux (DGRE) depuis La seconde campagne de mesure et d échantillonnage a été réalisée en avril L opération de mesure et d échantillonnage a été effectuée sur les piézomètres et les puits répartis dans trois zones telles que la zone d oued El Fekka, la zone de l épandage et la zone hors épandage. La première zone est visualisée par le transect 1, alors que les deux autres sont représentées par le transect 2 (Figure 4). L échantillonnage des eaux a été réalisé selon la norme ISO 5665 dans des bouteilles en plastique bien fermées et transportées au laboratoire pour analyse du résidu sec (RS). Figure 4: Localisation des points de suivi du niveau statique et de la qualité 3. Résultats et Discussion 3.1. Evaluation Spatiotemporelle du Niveau Piézométrique Les cartes piézométriques de la nappe phréatique de la plaine de Sidi Bouzid (Figure 5), établies à partir des mesures de 1973 et 2013, montrent un écoulement de la nappe d Ouest vers l Est. En effet, les niveaux piézométriques datant de 1973 ont dévoilé que l oued El Fekka apparaît comme un axe d alimentation de la nappe, surtout sur sa rive gauche. Dans la zone située sur la rive droite, la surface piézométrique est concave et les lignes piézométriques sont convergentes vers l Est ce qui implique que la sabkhat El Akrech draine la nappe. Cependant, en 2013, la sabkhat El Akrech contribuait à l alimentation de la nappe. Ceci est dû à une baisse généralisée des niveaux piézométriques. En effet, les courbes isopièzes varient entre 280 et 330 m. Cette baisse peut être expliquée soit par la

6 Effet de L épandage des Eaux de Crues sur les Ressources en Eaux Souterraines dans les Zones Arides: Plaine de Sidi Bouzid (Tunisie Centrale) 38 surexploitation de la nappe et l augmentation du nombre de puits équipés, soit par la nature lithologique du terrain. Figure 5: Cartes piézométriques de la nappe phréatique de Sidi Bouzid Evolution Piézométrique Dans la Zone de L oued Le suivi de la piézométrie au niveau du transect C1 a montré un rabattement de l ordre de 0,5 m. La surface piézométrique de la nappe semble être stationnaire jusqu à 1979 où le débit de crues enregistré est 21 Mm 3. Suite à cet épisode de crues, la fluctuation de la surface piézométrique est d environ 1 m. A partir de 1997, l amplitude de fluctuation est beaucoup plus ressentie à cause du faible débit de crues. Il ne dépasse pas 5 Mm 3 (Figure 6). Après avoir étudié l évolution du niveau piézométrique de la nappe en fonction du débit de crues, on peut désormais envisager que l interaction entre ces deux composantes est fortement liée aux extrêmes climatiques. En effet, un fort débit de crues engendre une grande remontée de la nappe. Au-delà des saisons pluvieuses, la tendance générale est à la baisse.

7 39 Monji Hamdi, M Nassri Soumaia, Dridi Lotfi, Majdoub Rajouene and Abida Habib Figure 6: Evolution des niveaux piézométriques dans la zone de l oued El Fekka Evolution Piézométrique Dans la Zone de L épandage Le suivi du niveau piézométrique au niveau du transect C2, sur une période de 21 ans, a dévoilé un rabattement de l ordre de 0,6 m. La ligne piézométrique pour la période considérée signale quelques fluctuations enregistrées essentiellement en 1998 et Cependant, l amplitude de ces fluctuations apparait moins importante malgré les évènements pluvieux enregistrés (Figure 7). Figure 7: Fluctuation piézométrique au niveau de la zone de l épandage La baisse généralisée du niveau de la nappe, enregistrée au niveau de la zone C2, est la conséquence de l exploitation intensive de la nappe pour satisfaire les besoins des agriculteurs. La Figure 8 montre que le taux d exploitation a augmenté progressivement. Il est passé de 94% en 1987 à 150% en Ceci est expliqué par l augmentation du nombre de puits, passé de 2010 à 3120 puits en 2011.

8 Effet de L épandage des Eaux de Crues sur les Ressources en Eaux Souterraines dans les Zones Arides: Plaine de Sidi Bouzid (Tunisie Centrale) 40 Figure 8: Evolution du taux d exploitation des ressources hydriques souterraines Evolution Piézométrique dans la Zone Hors Épandage Pour la zone hors épandage, l amplitude du rabattement de la nappe enregistré au niveau du Pz7 et Pz1 est de l ordre 0,8 m, durant 24 ans (Figure 9). Cette tendance à la baisse est observée dans les deux piézomètres, malgré un débit de crues de 16 Mm 3 en 1990 et 20 Mm 3 en Cette valeur élevée provient du fait que le taux d exploitation a augmenté. De plus, cette zone se caractérise par des affleurements imperméables de types argile et argilo-sableux. Ces conditions jouent un rôle défavorable dans la recharge de la nappe par les eaux de crues. Figure 9: Evolution piézométrique dans la zone hors épandage 3.2 Impact de L épandage sur la Qualité des Eaux Souterraines Les cartes de répartition de la minéralisation totale en 1973 (Figure 10a) et 2013 (Figure 10b) montrent que cette dernière augmente, généralement, des régions de la bordure Est vers le centre. Les plus faibles valeurs caractérisent la zone de l oued (1 à 2 g/l) et semblent être en relation avec une infiltration des eaux de crues dans la vallée de l oued El Fekka. Le centre de la plaine devient de plus en plus minéralisé entre 1973 (Figure 10a) et 2013 (Figure 10b) où la salinité a dépassé 2 g/l pour atteindre 5 g/l. Ceci peut résulter de la nature des terrains traversés, à prédominance d argile. De plus,

9 41 Monji Hamdi, M Nassri Soumaia, Dridi Lotfi, Majdoub Rajouene and Abida Habib cette zone est caractérisée par un faible gradient hydraulique résultant de la surexploitation des eaux souterraines (150%). Ainsi, la circulation des eaux est très lente, ce qui favorise l augmentation de la concentration en sels dissous dans les eaux. Figure 10: Evolution de la salinité de la nappe phréatique de Sidi Bouzid a: carte de la salinité en 1973 ; b: carte de la salinité en Conclusion Au terme de cette étude, il est à signaler que de point de vue hydrogéologique l aquifère est multicouche, et les niveaux des réservoirs sont logés dans des formations sableuse, sablo-argileuse et argileuse. Ces formations sont séparées par des couches imperméables d argile et argilo-sableuse. L étude piézométrique de la nappe montre que le rabattement de la nappe augmente en s éloignant de l axe de l oued. En effet, au niveau du C1, une réponse positive a été enregistrée de la nappe vis-à-vis de la recharge par les eaux de crues. Cependant, au niveau de C2, l impact de l épandage sur la piézométrie n est pas évident à cause de la nature lithologique du terrain et de l exploitation intensive des eaux souterraines. Sur le plan qualité chimique, les cartes de salinité, ont révélé que les concentrations les plus élevées des sels sont enregistrées au niveau de l exutoire. Ainsi, les eaux deviennent de plus en plus minéralisées à l exception de l axe de l oued. A l issu de ces résultats, l élaboration d un modèle hydrogéologique est une étape primordiale pour une bonne gestion de la nappe de Sidi Bouzid. Ce modèle permettra de prévoir les conséquences de plusieurs scénarios d exploitation sur l évolution de la piézométrie et de la salinité. References [1] Amouri M Etude hydrogéologique du système aquifère de Sidi Bouzid. Rapport de direction Générale des Ressources en Eaux, 45p. [2] Aydi W., Saidi S., Chalbaoui H., Chaibi S., Ben Dhia H Evaluation of the groundwater vulnerability to pollution using an intrinsic and a specific method in a GIS environment application to the plain of Sidi Bouzid (Central Tunisia), Arabian Journal Science Engineer 38, pp [3] Ben Hammouda M. F., Carreira P., Marques J. M., Egenkamp H Geochimical and isotopic investigations to study the origin of mineralization of the coastal aquifer of Sousse, Tunisia, Procedia Earth and Planetray Science 7, pp [4] Besbes M., Marsily Y From infiltration to rechrge: use of a pametric transfer function, Journal of Hydrology 74, pp [5] Charef A., Ayed L., Azzouzi R Impact of natural human processes on the hydrochimical evolution of overexploitation coastal groundwater: Case study of the Mornag aquifer refill (South-East Tunis, Tunisia), Chemie der Erde 72, pp [6] Daoud A., Trautmann J Les aménagements hydrauliques en milieu semi-aride. Exemple de la plaine de Sidi Bouzid (hautes steppes Tunisiennes). In Développement et Environnement au Maghreb Colloque de la faculté des lettres de Sfax.

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