Application Des Techniques Nucléaires Et Hydrogéochimiques À L'étude Des Nappes Profondes Du Bassin Sédimentaire Du Sahara Septentrional

Résumé: Le travail présenté dans ce mémoire constitue une continuité des travaux de recherche entamée sur le bassin sédimentaire du Sahara septentrional il y a une vingtaine d’année dans le cadre d’une thèse de Doctorat 3éme cycle. Les résultats de ces premiers travaux à l’époque ont révélé des informations très intéressantes mais qui nécessitaient des investigations plus approfondies et des approches plus quantitatives. Pour cela il nous a semblé nécessaire de réserver le premier chapitre de ce mémoire à la présentation du grand bassin sédimentaire du Sahara septentrional. qui est situé dans l’un des plus vaste et plus arides déserts du monde. Il s’étend sur une superficie de un million de km2 et il contient deux principales nappes (Continental Intercalaire et Complexe Terminal) dont l’extension va jusqu’au territoire libyen. Ainsi, les grands traits de la climatologie, des précipitations, de la géologie et de l’hydrogéologie sont très largement développés, ceci est considéré comme une première étape nécessaire pour l’application des techniques nucléaires. La méthodologie adoptée quant à l’application des techniques nucléaires et hydrogéochimiques a l’étude des nappes de ce grand bassin été menée selon deux approches, d’abord à l’échelle de toute l’étendue du bassin (échelle régionale) et ensuite à une échelle plus réduite (à l’échelle de la zone non saturée). L’approche qualitative des aquifères à l’échelle du bassin sédimentaire saharien intègre l’hydrochimie des éléments majeurs et en traces (basée sur l’interaction eau-roche) et les isotopes du milieu stables et radioactifs (Oxygène-18, Deutérium, Tritium, Carbone-14, Carbone-13, Chlore-36, Uranium-234 et 238), gaz rares (Argon, Néon, Xénon, Hélium et Krypton). Cela a été développé dans les troisième, quatrième et cinquième chapitres. Elle a permis d’établir les conclusions suivantes: Eaux de précipitations Pour les eaux souterraines, les précipitations constituent la fonction entrée de la recharge des nappes. L’étude de leurs teneurs en isotopes stables (Oxygène-18, Deutérium) permet non seulement de déterminer des caractéristiques telles que: (origines des masses de vapeur qui leur donnent naissance, Reconstitution de la circulation des masses de vapeur dans la troposphère, Origine des masses d’eau souterraine et leur mode de recharge), mais aussi d’extraire des informations ‘paléoclimatiques’ car la connaissance du système actuel est nécessaire à la compréhension du fonctionnement du matériel utilisé. Ainsi une synthèse sur les précipitations actuelles a été établie pour des stations du bassin du Sahara septentrional. Eaux des nappes profondes L’étude hydrogéochimique et isotopique a permis d’établir la caractérisation de la composition chimique et l’évolution spatiale de tous les paramètres sur les radiales représentatives des directions d’écoulement. Ainsi pour la nappe du Continental Intercalaire, l’évolution géochimique et isotopique progressive à partir des zones de recharge (Atlas saharien et plateau du Tinrhert) vers l’exutoire de la nappe (golfe de Gabès) est mise clairement en évidence Un modèle d’évolution hydrogéochimique a été établi pour les eaux du CI intégrant aussi les données isotopiques le long de cette principale direction d’écoulement. Cette évolution permet de mettre en évidence certaines hypothèses sur la recharge des aquifères, l’impact de la forte exploitation et la continuité latérale de l’écoulement. Nappe du Complexe Terminal : l’évolution hydrogéochimique détaillée des éléments majeurs et en traces le long de la principale direction d’écoulement (Sud-Nord) qui s’étend sur environ 700 km a permis une confrontation avec les données hydrodynamiques quant à la continuité hydraulique de l’aquifère du CT. Le traçage naturel des eaux souterraines du bassin du Sahara septentrional soutient la caractérisation géochimique et isotopique de ces eaux dont le caractère ancien est dominant, ce qui offre la possibilité de les utiliser comme des archives paléoclimatiques. Ces eaux anciennes des nappes profondes sur le bassin saharien sont caractérisées par des teneurs isotopiques associées à des valeurs d’excès en deutérium, plus faibles que celles des précipitations actuelles régionales et des températures de recharges déterminées à partir des gaz nobles qui sont de 5°C inférieures aux températures moyennes annuelles régionales actuelles. Ces variations traduisent des conditions climatiques plus froides que celles de nos jours. Les autres radiochronomètres (chlore-36, Hélium-4) utilisés pour les datations des eaux de la nappe du Continental Intercalaire dont les âges ont dépassé la limite théorique de datation par le Carbonse-14 (40 ka) indiquent des temps de résidence sur le Grand Erg Oriental (en Algérie et Tunisie) variant de 50 ka BP à plus de 600 ka BP pour le chlore-36 et de 50 ka à 500 ka pour l’helium-4. A l’échelle de l’Afrique du Nord (Algérie, Tunisie et Libye), des relations à l’échelle régionale ont été faites en intégrant les teneurs isotopiques, les températures de recharge et les datations dans l’échelle du temps du C-14. Deux groupes d’eaux ont été individualisés : des eaux récentes (0-5 ka BP) plus riches en isotopes lourds que des eaux plus anciennes dont les âges varient entre (15 et 30 ka BP) avec une différence de température de recharge de 4 à 5°C Les teneurs en 18O diminuent qualitativement en fonction de l’âge des eaux. En termes paléoclimatiques, le premier groupe (0-5ka) correspondrait à la recharge de ces nappes pendant les phases de l’Holocène alors que le second groupe (15-30ka) correspondrait aux phases humides du Pléistocène inférieur. Toutefois, ces périodes de recharge des nappes profondes et les périodes de haut niveau lacustre ne semblent pas être liées par une relation particulière, ce qui peut être expliqué par une différence de fonctionnement hydrodynamique ou climatique. En effet, le grand système aquifère du Continental Intercalaire représente un volume considérable et présente une inertie importante par rapport aux variations paléoclimatiques, la plus grande majorité de sa recharge se serait produite d’après les datations au chlore-36, il y a plus de 100 ka. Les résultats des taux d’évaporation et de recharge déterminés à travers le bassin sédimentaire du Sahara septentrional aussi bien en Algérie qu’en Tunisie par l’application des différents modèles et méthodes varient pour l’évaporation entre 1 et 10 mm an-1 et s’inscrivent ainsi sur la courbe de tendance générale déterminée pour plusieurs sites à travers le monde (climat aride et semi-aride) et de (10 - 30 mm/an) pour la recharge. Ces données peuvent servir de base pour de nouvelles prospections qui permettront une extrapolation à l’échelle régionale pour les besoins des modèles numériques. La problématique de la gestion des ressources en eau non renouvelable est particulièrement importante dans les trois pays du bassin du Sahara septentrional où les nappes profondes du Continental Intercalaire et du Complexe Terminal sont fortement sollicitées au niveau des principaux axes et centres de captages. Les analyses chimiques et isotopiques effectuées ainsi que leur suivi pendant une vingtaine d’année sur le bassin ont permis de mettre en évidence les zones de mélanges entre différents niveaux aquifères et une tendance à l’homogénéisation des faciès isotopiques et chimiques. Ces évolutions sont à mettre surtout en relation avec les rabattements importants des nappes liés à l’exploitation et les variations lithologiques. En définitive cette étude souligne la nécessité d’approfondir les connaissances sur ces grands bassins sédimentaires dont le comportement est très complexe et insiste également et surtout sur la nécessité d’une gestion raisonnée des ressources en eau sur tout le bassin saharien.

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