Caractères physico-chimiques de l’eau souterraine

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Les nappes souterraines

Une nappe montre l’accumulation d’eau liquide

Quand il s’agit d’eau accumulée dans une formation poreuse on l’appelle nappe d’eau souterraine. L’ensemble du milieu solide et de l’eau contenue, permettant l’écoulement d’une nappe et le captage d’eau, est appelé aquifère. Pratiquement, le terme nappe phréatique désigne une nappe généralement libre à surface peu profonde.

Différents types des nappes d’eau souterraine

Elle peut obtenir différents qualificatifs relatif :
– à son gisement d’une nappe alluviale dans les zones alluvionnaires …,
– à ses conditions hydrodynamiques comme nappe captive ou libre, nappe perchée, nappe artésienne ( Mezzar, 2015).
• Nappe libre
Une nappe libre affleure à la surface du sol, comprise dans un aquifère comportant une zone non saturée de caractéristiques différentes à celles de la zone saturée, et donc non surmontée d’une imperméabilité.
• Nappe captive
Elle est une nappe ou partie de nappe sans surface libre, recouverte entre deux couches imperméables, où l’eau est habituellement sous pression. La figure 2 représente schéma comparatif d’une nappe libre et d’une nappe captive
• Nappe alluviale
Elle contenue dans le grand épandage de sables, graviers et galets des fleuves et des rivières. Une nappe alluviale est le lieu favorable des échanges avec les cours d’eau et les zones humides. Il peut être approvisionné par les crues et libérera à l’inverse de l’eau dans les cours d’eau en période sèche.
• Nappe perchée
C’est une nappe libre, permanente ou temporaire, formée au-dessus d’une zone non saturée et en tout temps à une côté supérieure à celle de la surface d’un cours d’eau.

Pollution de l’eau

La pollution de l’eau est devenue d’un caractère gênant ou nuisible pour l’usage humain. Lesquelles de la faune ou de la flore tout est responsable du changement de caractéristique de l’eau ? Au cours de son utilisation, l’eau s’appauvrit ou s’enrichit de substances de toutes sortes, ou change de température. Les pollutions qui en résultent se trouvent dans les milieux naturels aquatiques (les mers, océans, les rivières, les lacs et réserves d’eau douces souterraines) (Panorama, 2007-2008).

Les diverses origines de la pollution :

– Les rejets urbains :
A la manière de ruissellement des eaux pluviales la collecte et le traitement des eaux usées des ménages, des activités domestiques, artisanales et tertiaires résultants les rejets urbains dans les zones urbaines (Panorama, 2007-2008). – Les rejets agricoles :
Ils provoquent les effets de la percolation des eaux de pluie dans les sols et de son ruissellement, de l’épandage de produits chimiques sur le sol (activités maraîchères et des élevages) (Panorama, 2007-2008).
– Les rejets industriels :
Au niveau national, la part relative aux différents secteurs est évaluée à 50% pour l’agriculture, 35% les rejets urbains et 15% pour l’industrie.
Ces taux varient selon les types de pollutions, la part d’origine industrielle étant par exemple plus importante que pour certains polluants toxiques (Panorama, 2007-2008).

Les principaux polluants

– La pollution organique
A l’origine d’une consommation de l’oxygène présent dans le milieu récepteur et peuvent s’ils sont trop abondants, entraîner la mortalité des poissons par asphyxie. La pollution organique présente également un impact sur la qualité des eaux destinées à la consommation humaine (Panorama, 2007-2008).
– La pollution par les matières en suspension
Par leur effet obscurcissant, les matières en suspension présentes dans les eaux réduisent la photosynthèse qui contribue à l’aération de l’eau donc les organismes vivants subissent un manque d’oxygène.
Par ailleurs, les matières en suspension dans les rivières peuvent gêner les poissons ou entraîner leur mortalité par bouchage des branchies.
Enfin, elles sont à l’origine des envasements posant ainsi un problème d’entretien des cours d’eau et le colmatage des frayères qui perturbe la reproduction des poissons, par extension les mollusques et les crustacés (Panorama, 2007-2008). – La pollution toxique
Presque les substances présentes dans les rejets industriels peuvent, même à dose infinitésimale, être dangereuses pour le milieu aquatique et pour l’homme de la baignade ou d’ingestion.
Les origines des pollutions toxiques sont classées en deux groupes suivant :
 les produits d’origine minérale tels que les métaux ou métalloïdes (mercure, cadmium, plomb, arsenic…)
 les produits d’origine toxique (produits de synthèse, dérivés nitrés…)
– La pollution azotée et phosphorée
Généralement, c’est une croissance excessive des algues et plantes dans le milieu récepteur et une consommation supplémentaire de l’oxygène dissous, d’où une dégradation du milieu aquatique (phénomène d’eutrophisation) qui augmente la pollution azotée. Elle a également un impact sur la qualité des eaux destinées à la consommation humaine. Le phosphore est lui aussi l’un des facteurs de la prolifération d’algues (Panorama, 2007-2008).
– La pollution microbiologique
Elle correspond à la présence dans l’eau de germes pathogènes pour l’homme ou pour la faune aquatique. Elle provient en général de rejets directs d’effluents contaminés non traités : eaux usées domestiques, ou déjections animales (lisier par exemple). Pour les zones les plus sensibles (notamment zones de ramassage de coquillages), un traitement spécifique des effluents est nécessaire.
Ces différentes pollutions peuvent être liées : une pollution azotée ou phosphorée pouvant entrainer une pollution organique par eutrophisation, ce qui génère des particules organiques et peut être toxique (Panorama, 2007-2008).

Conséquences

La pollution de l’eau douce est due aux pesticides utilisés dans l’agriculture pour traiter les champs, mais aussi au déversement des eaux usées directement dans les rivières sans passer par des usines de traitement de pollution. L’eau de pluie ruisselle sur le sol qui l’entraînera dans les rivières. Ces produits s’infiltrent également dans le sol et polluent les nappes phréatiques.
La majorité des victimes se situent en Afrique et en Asie car les eaux usées domestiques et les déchets industriels sont directement rejetés dans les rivières, sans aucun traitement : Dysenteries, choléra, diarrhées aiguës… sont les principales épidémies. Même dans les pays industrialisés, le problème se pose : les nappes phréatiques qui alimentent les eaux potables, sont de plus en plus polluées (pollutions agricoles, animales…) Elles provoquent des diarrhées, des gastro-entérites (Brisou, 1968).

Les risques sanitaires liés aux pollutions bactériologiques et aux contaminations chimiques de l’eau

Pollutions bactériologiques

L’eau peut porter atteinte à la vie humaine, elle peut renfermer des microorganismes pathogènes et agents d’infections (bactéries, virus, champignons, protozoaires, algues). Ils se transmettent dans l’environnement aquatique par l’intermédiaire de souillure fécale humaine ou animale. Les 3 principaux types de microorganismes qu’on peut retrouver dans l’eau potable sont des bactéries, virus et des protozoaires. Ils existent à l’état naturel et devient de la contamination par des matières fécales d’origine humaine ou animale. Les maladies infectieuses provoquées par les bactéries représentent une risque sanitaire relative à l’eau, la boisson la plus courante et la plus répandue. La charge de morbidité dépend de la sévérité et de l’incidence des maladies associées aux agents pathogènes, de leur infectiosité et de la population exposée. Dans de nombreux cas, l’issue des maladies s’avère beaucoup plus grave dans des sous-populations vulnérables (OMS, 2017).
Les effets sur la santé de l’exposition à des pathogènes dans l’eau, se manifeste par la survenance d’une maladie d’origine hydrique :
-Troubles gastro-intestinaux (nausée, vomissement, diarrhée) de courte durée.
-Chez les personnes sensibles à effets chroniques voire mortels.
Certains microorganismes impliquent encore des causes importantes de maladies transmises par l’eau lors de défaillances plus ou moins fortes du traitement. On rapporte des foyers dus à Giardia, E.coli, Salmonella, Shigella, aux virus des hépatites A, aux virus de Norwalk, aux rotavirus.

Contamination chimiques

Bases toxicologies

La présence de substances chimiques dans l’eau peut provoquer des éventuelles troubles de santé, et il convient de rappeler qu’à l’opposé du risque microbiologique qui s’exerce à court terme, le risque chimique est essentiellement à moyen et long terme. Après étude et observation l’OMS a distingué deux types de substance :

-les composés cancérigènes et génotoxiques pour lesquels l’inexistence de risque est improbable voir exclue

-les autres composés pour lesquels aucun effet n’est observé (Payment, 1998).

Les nitrates

La présence de nitrates dans les eaux et son éventuel effet sur la santé a conduit à une littérature extrêmement abondante…proportionnelle aux enjeux économiques liés à cette pollution. Elle est liée à une pollution croissante par les engrais azotés (épandage de lisiers et azote minéral) et les rejets d’origine humaine (Payment, 1998).

Etude bibliographique récente

Ce présent chapitre résumera les résultats des recherches réalisées par divers auteurs.

Elles sont effectivement relatives à notre thème de recherche.

Cartographie des zones vulnérables à la pollution agricole par la méthode DRASTIC couplée à un système d’information géographique (SIG) : cas de la nappe phréatique de Chaffar (sud de Sfax, Tunisie)

Selon Habib, (2010) dans son étude concernant : «Cartographie des zones vulnérables à la pollution agricole par la méthode DRASTIC couplée à un système d’information géographique ». Au niveau de la ville sud de Sfax, la problématique de risque de la pollution est une combinaison de plusieurs facteurs hydrogéologiques et anthropiques en présence des sources de contamination. Ce travail a pour objectif de déterminer la vulnérabilité de la nappe phréatique de Chaffar. La zone d’étude est située dans la zone côtière au sud de la ville Sfax. Sa superficie est de 470 km2 ; caractérisée par un climat semi-aride avec une température annuelle moyenne de 20°C et une précipitation annuelle moyenne de 200 mm. Elle est caractérisée par des activités économiques importantes, essentiellement agricoles. La région Chaffar a la nappe aquifère multicouche avec deux à trois niveaux réservoirs qui correspondent aux anciens lits des oueds. Sa géologie est caractérisée par : l’extension horizontale formée par des lentilles de sables, de gravier et de sable argileux et verticale limitée. Dans la zone côtière, la profondeur de la nappe est située entre 6 m et 14 m.

Résultats

La carte de vulnérabilité DRASTIC (figure 3) est obtenue par la superposition des sept cartes pondérée. La méthode montre que l’indice DRASTIC calculé varie entre 84 et 172.

Trois degrés de vulnérabilité à la pollution sont étudiés : la vulnérabilité faible, la vulnérabilité moyenne et la vulnérabilité forte.

-la vulnérabilité faible : elle montre que 48% de la zone cartographiée,

-la vulnérabilité moyenne : cette classe occupe presque la moitié de la zone cartographiée soit 48%,

-la vulnérabilité forte : elle ne représente que 4% de la zone cartographiée.

La cartographie de vulnérabilité à la pollution de la nappe alluviale du Bas Cheliff : Application de la méthode DRASTIC

D’après Miguel, (2015) dans son étude concernant « la cartographie de vulnérabilité à la pollution de la nappe alluviale du Bas Cheliff (Algérie) ». La qualité de l’eau dans la nappe alluviale du Bas Cheliff est affectée par la pollution de nature anthropique. Or, la majorité de la population se tourne vers cette ressource pour l’approvisionnement en eau potable. Ainsi, la détermination de la vulnérabilité était très importante pour la gestion de cette ressource. L’étude de l’auteur avait pour but de réaliser des cartes de vulnérabilité à la pollution de la nappe d’eau souterraine.

La zone d’étude est située au Nord-Ouest de l’Algérie, dans la plaine du Bas Cheliff s’étalant sur une superficie d’environ 40 000 ha. La géologie est caractérisée : au nord par des collines composées de marnes et de limons argileux qui changent vers l’ouest en sables et des conglomérats plus grossiers, au sud par des collines comprenant de schistes et de marnes salés, et à l’est par des collines composées de limons calcaires intercalés de sables.

La carte de vulnérabilité a été élaborée à partir des indices DRASTIC qui variaient de 65 à 166. Trois classes de vulnérabilité ont été donc mises en évidence sur cette carte (figure 6) : – Classe faible : occupant un petit pourcentage sur la superficie de la carte. Ce degré de vulnérabilité peut s’expliquer par le fait que : la profondeur du plan d’eau est supérieure à 30 m (les contaminants prennent beaucoup de temps pour atteindre la nappe), le sol est de types limoneux et argilo-limoneux (favorisant l’absorption des éléments), et la zone vadose est constituée des limons et argiles (retardant l’infiltration des polluants).

– Classe moyenne : représentant presque la totalité de la plaine. Cette classe peut s’expliquer par le fait de la forte recharge, permettant au contaminant de mieux se solubiliser et atteindre la nappe en plus grande quantité.

– Classe élevée : correspondant à une petite région sur la plaine. La zone vadose constituée des Sables et Gravier, la faible profondeur du plan d’eau, et la forte recharge (plus de 250 m) permettent la migration rapide de contaminant vers la nappe.

MATERIELS ET METHODES

Contextualisation de la zone d’étude

Localisation de la zone d’étude

Les zones d’étude sont composées de trois districts de la région Analamanga : District Antananarivo Renivohitra, IVème Arrondissement ; District Antananarivo Avaradrano, Commune urbaine Ambohimangakely ; et District Ambohidratrimo, Commune Urbaine Ambohidratrimo (figure 5).

• IV ème Arrondissement

Situé entre 18°54’ de latitude Sud et 47° 32’ de longitude Est, la commune urbaine est délimitée au Nord par le 1er Arrondissement, au Sud par la commune de Tanjombato, à l’Ouest par la commune Rurale Anosizato, Commune Rurale Bemasoandro et à l’Est par la 2ème Arrondissement. Sa superficie est de 13 Km2contenant 32 Fokontany avec une densité de la population de16403 habitants. Km−2 (Monographie du IVème Arrondissement, 2018).

• La commune Ambohimangakely

Située entre 18°54’ de latitude Sud et 47° 36’ de longitude Est, la commune Urbaine Ambohimangakely se trouve sur les hautes terres, à la périphérie immédiate de la Capitale, vers l’Est, sur la Route Nationale N°2 dans le District d’Avaradrano avec une distance par rapport à Antananarivo Renivohitra de 8 Km2. La commune Rurale Ambohimangakely est délimitée au Nord par la commune Fieferana –Ilafy, au Sud par la commune Antananarivo Renivohitra Ambohimanambola, à l’Ouest par la commune Antananarivo Renivohitra et à l’Est par la commune Ambohimalaza. Sa superficie totale est de 53 Km2 contenant 17 Fokontany avec une densité de la population de 1314 habitants. Km−2 (Vololonirina, 2018).

• La commune Urbaine Ambohidratrimo

La commune Urbaine Ambohidratrimo est repérée par les coordonnées suivant : 18°48’ de latitude Sud et 47°27’ de longitude Est, elle est délimitée au Nord par la commune Rurale Ivato, au Sud par la commune Rurale d’Iarinarivo, à l’Ouest par la commune Rurale D’Anosiala et à l’Est par la commune Rurale de Talatamaty, se situant à 14 Km de la capitale (Antananarivo) suivant la Route Nationale N° 4. Sa superficie totale est de 29 Km2renfermant 9 Fokontany avec une densité de la population de 737 habitants. Km2 (Monographie de la commune Ambohidratrimo, 2018).

Contexte physique

• Relief

Antananarivo est caractérisé par sa localisation dans la région des Hauts-plateaux de Madagascar. Son principal trait géomorphologique est l’existence d’une zone en relief composé des collines latéritiques et de zones basses constituées essentiellement par des plaines alluviales, lieux général d’écoulement des rivières, de temps en temps avec des marécages.

Le Centre se caractérise par l’escarpement de faille de l’Angavo et le paysage de colline de l’Imerina Est. A l’Ouest, il y a les plaines d’Antananarivo, dont l’aménagement commençait au temps de la royauté Merina.

Au Nord-est et à l’est, il y a le bassin de Mamba et la rive droite de l’amont de l’Ikopa. Au niveau de cette dernière, le relief est représenté par les plateaux d’Ambohimanambola, la pente sud de la colline de Mahatsinjo et les massifs d’Ambohitrimanjaka (1507m) et d’Ambotrakanga (1422 m) dans la commune d’Ambohimangakely.

Les Hauts Plateaux situés au Nord et à l’Ouest dépassent l’altitude de 1 500 m, ils sont séparés par des vastes vallées drainées par deux fleuves, le Betsiboka et l’Ikopa.

Le Sud constitue l’altitude la plus élevée. Ambatolampy est une région volcanique comprenant plusieurs bassins aménagés (Artelia, 2014 ; Miandra, 2015).

• Climat

Antananarivo est une région située au cœur des Hautes Terres, il en résulte que son climat présente des caractères y afférents, mais avec deux saisons bien distinctes. La saison sèche, de Mai à Septembre et la saison humide, d’Octobre à Avril. La saison cyclonique coïncide avec la saison humide (Artelia, 2014).

En saison sèche les températures sont moindres aussi bien l’amplitude diurne. Des pluies fines se présentent parfois. En revanche, durant la saison humide les températures accroissent avec des fortes pluies et une amplitude diurne forte. Le régime hydrologique d’Antananarivo dont la plupart des régions trouve son ressource en eau à la rivière Ikopa et ses affluents semble très influencé par ce contexte.

En période sèche, les cours d’eau sont permanents et en période de pluies, leur débit s’accentue.

• IV ème Arrondissement et Ambohimangakely : noté A et B

La température moyenne annuelle est de 19,58°C. La pluviométrie moyenne mensuelle interannuelle est de 1400,56 mm avec un nombre de jours de pluie par année de 104,2 jours.

• Ambohidratrimo : noté C

La température moyenne annuelle est de 19,36°C. La pluviométrie moyenne mensuelle interannuelle est de 1281,38 mm avec un nombre de jours de pluie par année de 100,2 jours.

• Hydrographie

Concernant l’hydrographie, les rivières et fleuves, les lacs et marais constituent les réseaux de surfaces du bassin.

Le réseau principal est constitué par la rivière Ikopa.

Les réseaux secondaires ou affluents sont formés par :

– la Sisaony qui prend sa source dans la falaise de l’Angavo ;

– l’Andromba apparaît dans le massif d’Ankaratra ;

– la Katsaoka en rive gauche de l’Ikopa ;

– la Mamba draine la partie Nord d’Antananarivo en rive droite de l’Ikopa ;

– la rivière Andakana et la Renihirano à Mahitsy dans la partie nord du Bassin Versant. Il y a trois rivières qui entrent dans la plaine de Tananarive : Varahina-Ikopa, Mamba, Sisaony, qui reçoivent les eaux d’une autre rivière, l’Andromba et son affluent la Katsaoka pour former

l’Ikopa à l’aval de la plaine, et qui doivent sortir à un seul endroit au seuil de Bevomanga (Artelia, 2014).

• Pédologie

En matière de pédologie, la Région est marquée par la dominance des deux types de sols suivants:

– La zone colline constituée de sols ferralitiques couvrant une grande partie des régions. Ils sont d’évolutions très diverses, allant des argiles latéritiques, relativement fertiles, jusqu’aux cuirasses des Tampoketsa, imperméables, dépouillées d’éléments utiles, crevassées de « lavaka ». Dans l’ensemble ces sols sont compacts, fragiles, difficiles à travailler. Néanmoins, convenablement amendés.

– la zone basse représentée par les sols hydromorphes et alluviaux, très favorable à l’agriculture, en particulier au riz et aux cultures maraichères et florales mais nécessitent des travaux hydrauliques et de protection contre l’ensablement (Delubag, 1962 ; Miandra, 2015).

Contexte géologique

La structure géologique joue un rôle dans la protection de l’eau souterraine. Les couches géologique confèrent à l’eau souterraine ses propriétés spécifiques, et la nature de cette dernière dépend principalement de la lithologie du sol et de l’aquifère qui la contient. Les formations géologiques rencontrées sont de 2 sortes dans la région :

-Les roches magmatiques et métamorphiques sont formées des granites, des gneiss et migmatites.

– Les alluvions de la plaine sont composées d’argile, de tourbes, puis d’argiles sableuses et des sables à la fois.

En zone tropicale les roches métamorphiques et magmatiques sont altérées et présentent toujours le profil-type suivant de haut en bas : latérite, argile latéritique, arène argileuse, arène grenue, socle sain.

La nappe alluviale de la plaine d’Antananarivo est une nappe captive par endroit, mais aussi semi-captive et forme un grand réservoir d’eau. Les altérations favorisent le transport des argiles qui alimentent les débits solides des rivières sous forme de limon (Miandra, 2015).

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
I. Cycle de l’eau
II. Les nappes souterraines
1. Une nappe montre l’accumulation d’eau liquide,
2. Différents types des nappes d’eau souterraine
III. Pollution de l’eau
1. Les diverses origines de la pollution :
2. Les principaux polluants
3. Conséquences
IV. Risque sanitaire liées aux pollutions bactériologiques et aux contaminations chimiques de l’eau
1. Pollutions bactériologiques
2. Contamination chimiques
V. Etude bibliographique récente
Chapitre II : MATERIELS ET METHODES
I. Contextualisation de la zone d’étude
a. Localisation de la zone d’étude
b. Contexte physique
c. Contexte géologique
d. Contexte hydrogéologique
e. Contexte sociale
II. Collecte des données ; analyses des paramètres physico-chimiques et microbiologiques de l’eau
A. Collecte des échantillons
B. Paramètres physico-chimiques de l’eau
1. Paramètres physiques
1.1. Paramètres organoleptiques de l’eau
a. Couleur
b. Odeur
1.2. Paramètres physiques à étudier
a. pH
b. Turbidité
c. Conductivité
2. Paramètres chimiques de l’eau
a. Salinité
b. Matière organique
c. Alcalinité
d. Oxygène dissous
e. Nitrate
f. Nitrite
g. Ammonium
h. Chlorure
i. Dureté totale
j. Phosphore total
k. La demande chimique en oxygène (DCO)
l. Demande biochimique en oxygène(DBO)
C. Paramètres microbiologiques de l’eau
a. ?? et ?. ????
b. Entérocoques intestinaux
c. ASR
III. L’analyse statistique des données hydro-chimiques (statistique descriptive)
IV. Etude de vulnérabilité de la nappe d’eau souterraine de la zone d’étude
a. Présentation de la différente méthode pour l’évaluation de vulnérabilité
b. Présentation des paramètres et de la note de vulnérabilité de la méthode DRASTIC
c. La cartographie de la vulnérabilité
Chapitre III : RESULTATS
I. Résultats des paramètres physico-chimiques et microbiologiques
A. Caractères physico-chimiques de l’eau souterraine
a. Couleur
b. pH
c. Conductivité
d. Turbidité
e. Matières en suspension
f. Salinité
g. Anions et cations
h. Azote minéral des eaux (Ammonium, Nitrate, Nitrite)
i. Dureté totale, Matière organiques
j. Oxygène dissous, DCO et DBO
B. Paramètres microbiologiques de l’eau étudiés
C. L’examen de la matrice de corrélation, nous a permis d’établir quelques corrélations entre les différents éléments
II. L’étude de la vulnérabilité de la nappe d’eau souterraine de la ville d’Antananarivo
1. La profondeur de la nappe (D)
2. La recharge efficace (R)
3. La lithologie de l’aquifère (A)
4. Le type de sol (S)
5. La topographie (T)
6. La lithologie de la zone vadose (I)
7. La conductivité hydraulique (C)
8. L’indice de vulnérabilité de la nappe souterraine
DISCUSSION
CONCLUSION GENERALE ET PESPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES :
REFERENCES WEBOGRAPHIQUES :