ETUDE DE LA QUALITE DES EAUX STOCKEES A L’AMONT ET LES EAUX D’INFILTRATION A L’AVAL DES BARRAGES

LE TRANSPORT DE SOLUTES REACTIFS DANS LES MILIEUX POREUX

Devenir des contaminants

La migration d’un contaminant en solution est généralement le résultat de l’interaction de nombreux processus physiques, chimiques et biologiques (Tableau III. 2). Les quatre principaux processus contrôlant le mouvement des contaminants en sub – surface sont l’advection, la dispersion, le transfert de masse entre différentes phases et la réaction au sens large. Les transferts de phase tels que les phénomènes de sorption, les partitions liquideliquide ou la volatilisation, correspondent à un transfert de matière en réponse à un gradient chimique (Besnard 2003; Benabdallah 2010). La réaction correspond à tous les processus modifiant la nature physico-chimique du contaminant. Il s’agit, par exemple, de la décroissance radioactive, des bio- transformations ou de l’hydrolyse. Les théories originelles du transport de contaminants en milieu poreux sont basées sur les hypothèses d’un milieu homogène et de transferts de masse entre phases et réactions instantanées (Besnard 2003; Benabdallah 2010). Lorsqu’un transport se déroule dans ces conditions, il est dit « idéal ». En réalité, comme nous l’avons vu, le milieu souterrain est hautement hétérogène et de nombreuses réactions chimiques ne sont pas instantanées. C’est pourquoi le transport d’éléments en solution diffère généralement de ce qui est attendu à partir des hypothèses initiales. Il s’agit alors d’un transport « non idéal » (Besnard 2003; Benabdallah 2010). 

QUANTIFICATION DES PROCESSUS DE TRANSPORT 

Méthodes de résolution de l’équation d’advection-dispersion

L’équation d’advection-dispersion peut être résolue soit par des méthodes analytiques voire quasi analytiques, soit par des méthodes numériques. Pour obtenir une solution unique de l’équation, il est nécessaire de spécifier les conditions initiales (valeurs des variables étudiées à l’instant t = 0) et conditions aux limites (interaction entre le domaine d’étude et son environnement) (Khiter 2013).  Les méthodes analytiques nécessitent la résolution de l’équation aux dérivées partielles avec des conditions initiales et limites précises. Ces méthodes sont limitées à des systèmes géométriques simples et généralement à un milieu homogène. Ogata (1961, 1964), Sauty (1980) et van Genuchten (1981)), entre autres, ont fourni des solutions analytiques pour des transports monodimensionnels avec des conditions aux limites du 1er type (Dirichlet), second-type Neumann et 3e type (Cauchy) respectivement. De Josselin de Jong (1958), Fried (1975), Bear (1979), Wilson (1978), Batu (1989), Batu (1993), par exemple, ont présenté des solutions analytiques du transport bidimensionnel. Enfin, Domenico et al. (1985) se sont intéressés au transport multidimensionnel(Besnard 2003).  Dans certains cas, il peut s’avérer utile d’utiliser une méthode semianalytique. Le problème est d’abord résolu analytiquement dans les domaines des transformées de Fourrier ou de Laplace et la transformée inverse est ensuite calculée numériquement (Besnard 2003; Khiter 2013).  Lorsque les méthodes précédentes ont échoué, l’équation d’advectiondispersion doit être résolue numériquement. Le caractère mixte de l’équation avec une dérivée seconde, terme parabolique, exprimant la dispersion et une dérivée première, terme hyperbolique, exprimant l’advection rend sa résolution numérique difficile. Il existe trois grandes techniques numériques (Besnard 2003; Khiter 2013):  Schéma numérique eulérien : le système d’équations est résolu à l’aide d’un maillage fixe. Les deux principales méthodes numériques correspondantes sont les différences finies et les éléments finis. Ces méthodes sont simples, conservent la masse et sont faciles à mettre en œuvre. Néanmoins, lorsque le transport par advection est le processus de transport dominant, comme c’est le cas dans la majorité des transports de soluté dans les eaux souterraines, ces méthodes entraînent une dispersion numérique excessive et/ou des oscillations. Ces erreurs peuvent être réduites en diminuant les discrétisations spatiale et temporelle (pas de temps et taille des mailles de la grille)mais l’effort de calcul engendré peut être trop important (Besnard 2003; Khiter 2013).  Approche Lagrangienne : cette méthode emploie une grille mobile ou des coordonnées mobiles dans une grille fixe pour résoudre le système d’équations. La méthode lagrangienne de base est le particle tracking (Besnard 2003; Khiter 2013).  Approche mixte eulérienne-lagrangienne : l’advection est abordée par une approche lagrangienne alors que la dispersion est résolue par une approche eulérienne. La méthode des caractéristiques (MOC) est une méthode classique correspondant à cette approche (Besnard 2003; Khiter 2013).

CONCLUSION

Dans les milieux souterrains les éléments inertes sont principalement transportés sous l’effet de deux forces : une force liée au gradient moléculaire « diffusion moléculaire » et une force liée au gradient de charge hydraulique advection. Si la diffusion moléculaire est un phénomène important dans les milieux dans lesquels l’eau stagne ou dans les milieux à faible perméabilité, elle est le plus généralement négligeable. Dans les milieux hétérogènes, les éléments transportés par le flux d’eau subissent une dispersion due à l’hétérogénéité du champ de vitesse à l’échelle du pore (dispersion locale) mais une dispersion encore plus forte due à l’hétérogénéité du champ de vitesse (dispersion macroscopique). L’équation d’advection-dispersion utilisée pour décrire le transport inerte ne se résout analytiquement que dans de très rares cas. De nombreuses méthodes numériques ont été développées pour modéliser ce transport. Les modèles stochastiques fournissent notamment des expressions analytiques des moments spatiaux asymptotiques du panache inerte.

LA VEGETATION FORESTIERE

La végétation Algérienne est fortement diversifiée. Cela est dû aux grands ensembles topographiques, climatiques et la diversité des sols variant du Nord au Sud. Le relief et la pluviométrie agissent comme des facteurs déterminants de la distribution de la végétation dans L’Est Algérien. La forêt Algérienne est irrégulière, avec des peuplements feuillus ou résineux le plus souvent ouverts formés d’arbres de toutes tailles et de tousâges en mélange parfois désordonné. La présence d’un épais sous-bois composé d’un grand nombre d’espèces secondaires limitant la visibilité et l’accessibilité et favorisant la propagation des feux (Ouedraogo 2001). Malgré sa faible extension en termes de surface et sa discontinuité le couvert forestier en Algérie orientale s’étend depuis les forêts des montagnes méditerranéennes, surplombant la mer jusqu’aux forêts subalpines des montagnes de l’atlas saharien (Mate 2003).  Figure IV. 3 : La répartition des principales espèces forestières à l’Est Algérien (DGF modifier). IV.6. LES SOLS La répartition des sols présente une zonation qui reflète celle du climat. Cependant, elle est largement modifiée par l’influence de la nature des roches mères, du relief, de l’eau, de la végétation, ainsi que des facteurs biotiques et anthropogènes (Figure IV.4). On rencontre différents types de sols : Sols bruns lessivés et sols bruns calcaires dans les bioclimats humides et sub–humides (Luvisols, Calcisols) ; Sols châtains et bruns iso humiques, souvent avec des accumulations calcaires enprofondeur, dans les bioclimats semi-arides et arides (Kastanozems, Calcisols) ; Sols gris subdésertiques, minéraux bruts d’érosion ou d’apport, ainsi que des sols salinsaux bioclimats arides et désertiques (Regosols, Solonchaks) (fao 2005). (Chabane 2012) Figure IV. 4: Carte des sols de la région d’étude (source [fao 2005] modifier)

CADRE GEOLOGIQUE

Du point de vue géologique, notre zone d’étude correspond à la partie Est de la zone tellienne et atlasique. A l’instar de l’Algérie septentrionale, l’Est est constitué de reliefs jeunes, modelés au coursdu tertiaire par les mouvements alpins (figure IV.5). L’Algérie alpine est composée des ensembles structuro-sédimentaires suivants, du Nord au Sud:  Le plateau continental Algérien réduit, à dépôts tertiaires et quaternaires (1000 à 3500 m), repose sur un socle métamorphique.  L’Atlas Tellien est le domaine des nappes, avec des bassins de type intra-montagneux dontla série sédimentaire s’étend du Jurassique au Miocène. Le Hodna est un bassin d’avant-fosse dont la séquence de remplissage débute par des dépôts continentaux d’âge Eocène et Oligocène et se poursuit par un Miocène marin.  Les hauts plateaux, avant-pays alpin, à couverture sédimentaire réduite, où les processus locaux de distension ont permis la formation des bassins intra-montagneux comme ceux de Telagh et de Tiaret.  L’Atlas saharien est né d’un long sillon subsident pincé entre les hauts plateaux et la plateforme saharienne. Au Mésozoïque, ce sillon fut comblé par une puissante série sédimentaire (7000 à 9000 m), durant le tertiaire, une tectonique compressive réactive les structures extensives antérieures en failles et structures inverses aboutissant à la formation de cette chaîne montagneuse.  Les bassins du Chott Melrhir dans le Sud-Est constantinois, structurés au tertiaire, à remplissage crétacé (5000 m), ont engendrés et accumulés des hydrocarbures principalement dans le crétacé (Djbel Onk,) (Askri 1995).