Annexe 3.A.

THSE

Pour obtenir le grade de

Docteur de Systmes intgrs en Biologie, Agronomie, Gosciences, Hydrosciences et

Environnement

Spcialit : Eaux Continentales et Socits

Prsente et soutenue publiquement par

Marina ALAZARD

le 12 fvrier 2013

Etude des relations surface souterrain du systme aquifre dEl Haouareb (Tunisie Centrale)

sous contraintes climatiques et anthropiques

Travail ralis lIRD, UMR G-EAU, F-34000 Montpellier

Devant le jury : Mme Nathalie Drfliger Directrice, Direction Eau, Environnement Rapporteur et Ecotechnologies, BRGM Mr Pierre Ribstein Professeur, UPMC (Paris 6) Rapporteur Mr Sverin Pistre Professeur, Universit de Montpellier 2 Examinateur Mr Yves Travi Professeur, Universit dAvignon Co-directeur de thse Mr Christian Leduc Directeur de recherche, IRD Directeur de thse Mr Moumtaz Razack Professeur, Universit de Poitiers Prsident

A Marguerite,

A Jean,

Remerciements Jai eu la chance au cours de ces trois annes de thse dtre trs bien entoure, tant au niveau professionnel que personnel, et je souhaiterais adresser mes remerciements toutes ces personnes qui mont permis de faire de cette thse une belle aventure scientifique et humaine. Je tiens avant tout remercier les membres de mon jury de mavoir fait lhonneur dvaluer mon travail. Je leur suis reconnaissante pour leur pdagogie, leurs remarques constructives, et davoir su passer outre les imperfections de mon manuscrit. Merci Nathalie Drfliger et Pierre Ribstein davoir accept le rle de rapporteur et pour leur prsence tout au long de mes annes de thse. Je tiens galement remercier mes encadrants. Leurs diffrentes conceptions de mon sujet de recherche mont permis denrichir ma propre vision et leurs conseils ont toujours t pertinents et bienveillants. Merci Christian de mavoir aiguille au mieux, et ce depuis le Master. Je le remercie de m'avoir pousse dans mes retranchements (mme si quelquefois, en temps de crise, ce fut trop mon gout je l'admets) ce qui m'a permis je lespre, de mamliorer. Merci pour sa patience, son humour, et son implication dans tous les aspects de la thse, malgr le manque de temps. Je remercie galement Yves, dont l'encadrement ma t extrmement profitable. Bien que notre collaboration ait souffert (encore une fois) des emplois du temps compliqus, je le remercie de mavoir consacr temps et nergie, davoir fait preuve dautant de pdagogie, de comprhension et pour ses prcieux encouragements. Je remercie Monsieur Ben Salem pour son aide inestimable et sa collaboration efficace sur le site d'El Haouareb. Je lui suis reconnaissante d'avoir accept de relire mon travail et davoir fait preuve dautant dimplication dans mes travaux. J'espre que ma modeste contribution la comprhension du site d'El Haouareb lui sera utile. Merci aussi toute l'quipe technique du barrage, dont la sympathie et la disponibilit ont rendu les missions de terrains possibles et agrables. Enfin, merci aux collaborateurs du CRDA passs et prsents, notamment Ridah Bji, Mohammed Ayachi et Ali Hendaoui. Je remercie toute l'quipe de IRD de G-eau pour leur aide et leur sympathique soutien durant ces trois annes de thse : Jean-Claude, Jacques, Odile, Jean-Christophe, Patrick, Luc, Nadine, Jean-Pierre, Gilles. Merci Virginie pour son soutien ; ce fut un rel plaisir de partager nos expriences lors de nos brves rencontres dans le cadre du module GIRE. Merci Roger, le bienfaiteur de ces derniers mois de thse ; je le remercie pour tout le mal quil sest donn pour me faciliter le travail et la vie. Merci Sylvain pour sa sympathie et les agrables moments passs sur le terrain, pour tous les conseils et les encouragements. Merci Jeanne pour son soutien et pour toutes les discussions g-eau ou au cours de nos missions. Merci Zakia pour sa gnrosit et tous les moments sympathiques passs sur le terrain. Merci Christine d'avoir si souvent remu ciel et terre pour me sortir de situations administratives rocambolesques, et pour tous les encouragements en stock. Merci, Stphanie pour ces premiers mois de thse passs en ta compagnie et qui ont t un rel bonheur, chargs en moments sympathiques et en franche rigolade ; merci de mavoir accueillie en Tunisie et initie tous les aspects du terrain. Merci Maxime, le plus formidable des collgues de bureau et des coquipiers de ptanque, merci pour les blagues quotidiennes et les partages de vidos pour me faire oublier le stress de la fin de thse. Merci Andrew, avec qui nous avons partag pas mal de dboires de thse communs, et en avons si souvent ri (Promis avant 2027, nous crirons un papier ensemble). Merci pour ton soutien et pour tes attentions. Je remercie galement mon frre de thse, Paul avec qui nous avons partag de nombreux moments agrables, et qui a toujours eu une oreille attentive pour mes questionnements divers. Je le remercie pour sa gentillesse, sa bonne humeur, ses calembours... En esprant que le duo de choc Paul-la-lune et Marina-la-poisse continuera de svir l'avenir. Merci Carla pour son soutien de toujours et son rire extraordinaire, merci davoir partag avec moi les motions de cette fin de thse. Je remercie finalement Ahmed le trs honorable docteur qui a ouvert la voie des thsards de Christian pour son soutien et ses encouragements. Jadresse galement mes remerciements lquipe tendue de G-eau. Merci Virginie pour son sourire et sa bonne humeur. Merci David pour les sympathiques discussions, les ths, les rires. Je remercie chaleureusement POM pour son soutien, son oreille attentive, sa gentillesse et sa considration. Merci

Jean, la premire personne rencontre dans les couloirs de G-eau, et qui, bien que nous ne partagions plus de th au Cemagref depuis quil rpare les soufflets du monde entier, est toujours rest l pour moi... Merci toi et Lucile pour votre soutien lors de ces derniers mois. Je remercie tout particulirement Ophlie, avec qui nous avons tant partag, dans le couloir de G-eau et ailleurs. Son exil au pays des Kouign-aman n'y a mme rien chang, elle est reste dun grand soutien pour moi et je lui en suis reconnaissante. J'adresse une pense particulire Sothea qui termine bientt son aventure doctorale, je le remercie pour sa gentillesse et pour les pauses caf du samedi, lorsque nous tions les seules mes vivre dans les couloirs de G-eau. Jadresse finalement un grand merci tous les stagiaires, doctorants et post-doctorants de G-eau qui ont crois mon chemin et avec qui nous avons toujours pass de trs bons moments : Rami, Ludivine, Ludovic, Andrea, Marie, Maxime, Salifou, Hadiza,... Merci aux collgues des autres axes : Sylvain, Pauline, Myriam, Fred et les autres pour leur sympathique soutien. Une partie de mes travaux sest galement effectue en dehors de lquipe G-eau et jai bnfici, l encore de nombreux appuis. Je remercie Michel Daniel et Roland Simler du laboratoire dHydrogologie dAvignon pour leur sympathie et pour leur agrable collaboration dans les analyses isotopiques. Merci galement Vincent Valls pour son aide dans le traitement de mes donnes. Merci Gilles Boulet du Cesbio de mavoir claire quelque peu de ses lumires sur lvaporation, pour ses relectures et sa disponibilit. Mes plus chaleureux remerciements vont aux membres de l'quipe enseignante du Master qui sont rests mon coute et toujours prts m'aider. Merci Sverin Pistre de stre toujours impliqu au cours de mon parcours, pour sa participation mes comits de pilotage et pour son sympathique soutien. Merci Vronique Lonardi pour son aide dans les encadrements des enseignements, pour sa gentillesse et sa disponibilit. Merci Christelle Batiot qui, malgr nos emplois du temps rarement compatibles, a toujours t l pour m'encourager et partager ses expriences. Je remercie galement Herv Jourde pour sa sympathie et son intrt. Enfin, merci ric Servat de stre toujours montr attentif et concern. Je remercie Sandra Van Exter et Sophie du laboratoire de chimie de HSM, qui ont fait des analyses parfois un peu fastidieuses, d'agrables moments humains. Merci Sandra davoir endur retards, chantillons improbables, dlais impossibles, demandes de matriel incongrues, incidents trs malvenus Tes efforts, ton aide et ta gnrosit n'ont pas t vains puisque nos tentatives analytiques nont finalement pas trop mal abouties. Merci Pascal Brunet pour son aide dans le domptage des fluorimtres, disons capricieux. Merci Nicolas pour les analyses isotopiques et sa gentillesse. J'ai galement une pense pour tous les doctorants de la maison de l'eau et plus particulirement notre quipe du fournil : Alex (Ramon), Marie, Julie, Jonathan, Lila... Merci pour les sympathiques moments passs lors de nos djeuners trop rares. Je remercie galement laffreuse premire formation du CIES au cours de laquelle nous avons abondamment t maltraits et qui nous a permis de nous rapprocher avec Marianne, Grgory et Jrme. Merci Marianne pour ta bonne humeur, ton nergie et ton immense aide sur la dernire ligne droite. Jrme, merci pour tout : les rires, les discussions sans fins (dsole pour les nombreux retards entrains par nos causeries), laide et le soutien que tu mas apport. Je tiens galement remercier Jolle Lopez de SIBAGHE dont la bonne humeur, la patience et limplication ont facilit et rendu son caractre humain aux dmarches administratives.

Tout ceci n'aurait jamais pu se faire sans mes proches Je remercie ma famille qui ma toujours soutenue dans la poursuite de mes tudes. Je ddie ce travail mon grand-pre Jean et ma grand-mre Marguerite qui nont, ni lun ni lautre eu lopportunit de faire des tudes et qui auraient aim voir laboutissement de mon parcours. Merci ma mre de m'avoir toujours encourage suivre ma voie, et pour son norme soutien sur la dernire ligne droite. Merci mon pre d'avoir toujours t l pour moi, en toutes circonstances. Merci lui et Marcel davoir bien voulu rendre laventure subaquatique dEl Haouareb possible. Je remercie galement ma sur Audrey qui me supporte en toutes circonstances et qui, malgr sa vie bien remplie a toujours un moment pour sa petite sur. Merci ma grand-mre, pour son soutien et sa gnrosit. Merci Manu pour son dvouement et sa gentillesse, et pour avoir couru tout Avignon pour mes chantillons. Enfin, un grand merci Fanny qui a toujours t l pour moi, depuis les tartines de Nutella en maternelle au soutien si prcieux de ces derniers mois.

Merci tous mes amis qui ont partag les rires et pong les pleurs ; merci pour tous ces moments prcieux Merci Aurlie, qui me suit depuis le dbut de ma vie universitaire. Les msaventures de mon arrive Montpellier mauront au moins apport la meilleure amie qui soit. Merci pour ton soutien dans mes diverses facties, pour ta patiente coute lors de mes discours enflamms sur la modlisation isotopique. Merci dtre toujours l pour moi... Merci Julie et David. Julie, merci davoir vol mon secours maintes fois, de mavoir paule, nourrie, fait rire. Merci David, le socio-cu le plus impliqu dans une thse dhydrogologie que je connaisse, merci pour ses relectures et son aide. Merci Filou et Mlanie pour tous les coups de mains (le mmorable atelier couture des fluocapteurs entre autres...) les discussions, les coups de gueule, les rires, les repas improviss, et tout le soutien que vous avez pu mapporter durant ces dernires annes. Merci Anne-Laure davoir t l durant ces annes, malgr la distance. Je suis heureuse de constater que cela naffecte pas une relle amiti comme la notre. Merci Marion davoir si souvent partag motions et rflexions, de mavoir toujours soutenue et encourage dans mes projets les plus fous. A Layla, je remercie ma courte exprience architecturale de m'avoir permis de connatre une amie comme toi. Merci pour toutes les soires remontage de moral o tu arrivais charge de victuailles. A toutes les histoires et les aventures que nous avons vcues ensemble et qui je lespre seront encore nombreuses, si la gographie savre un peu plus clmente. Merci Camille, ma jumelle toulousaine sur qui je peux toujours compter, avec qui jai vcu tant de bons moments la MSE, et par la suite. Un grand merci Nadia, qui a beau partir de l'autre ct de la plante mais reste toujours incroyablement l, ainsi qu Anas avec qui jai beaucoup partag ces dernires annes, pour son soutien et son coute. Je vous remercie les filles pour tout ce que vous m'avez apport pendant cette thse, merci de mavoir toujours consacr temps et penses. Jadresse galement un grand merci Olivier et nos soires sushi, la coloc de Braine : Rmi, Franzie, Camillette, Nathalie, Antoine. A mes petits poissons fugu Anas et Johanne ; lquipe sociale de choc ! Merci Johanne de mavoir paule et regonfle dans les moments sombres, et pour les nombreux moments plus agrables passs ensemble. Anas, merci pour tous ces grands moments, pour ton humour incomparable et ton amiti. Enfin, merci Marwen pour les nombreuses soires de soutien, sa gentillesse, sa bont (qui sans aucun doute le perdra) et dont lamiti a t des plus prcieuses ces derniers mois. Merci Tatiana, qui n'a pas hsit risquer le sacrifice de sa beaut sur l'autel de la connaissance des flux souterrains dEl Haouareb, en affrontant bravement l'attaque de potasse alcoolique. Heureusement tu en es sortie indemne : toujours aussi belle et merveilleuse ! A la belle amiti que nous avons russi tisser... Jadresse galement mes remerciements Alex (Le Dillon, le seul, lunique), mon cher Ministre, avec qui jai tant partag dans notre Delta. Dans le Merguellil aussi jen ai ch. et ctait pas pareil sans toi... Je tiens remercier Romain pour tous ces moments passs ensemble, sa gentillesse et sa gnrosit. Nous avons beaucoup partag au cours de ces dernires annes et je te remercie davoir toujours t l pour moi. Je laisse El Haouareb dans de bonnes mains ! Un grand merci Greg, le rservoir rockeur exil en Suisse, pour tous ces bons moments, pour toutes ses penses et son soutien ces dernires annes. Jadresse aussi mes remerciements Laure dont la douceur et la force mont apport courage et motivation, Yo qui a toujours eu une oreille attentive, Julien, Clment et aux autres Et enfin, merci Alex davoir toujours t l pour moi, malgr les loignements. Depuis toujours, tu mas apport soutien et confiance. Je ne pourrais jamais assez te remercier, ni te dire quel point cela compte pour moi.

Table des matires

Chapitre 1. Gnralits .......................................................1

1.1. Contexte gnral............................................................................... 1

1.2. Objectifs de la thse.......................................................................... 4

1.3. Prsentation gnrale du site dtude............................................... 6 1.3.1. Situation gographique .............................................................................................6 1.3.2. Climat de la zone dtude .........................................................................................7 1.3.3. Les contraintes du climat mditerranen semi-aride. .............................................. 10 1.3.4. Hydrographie .......................................................................................................... 11

1.3.4.1. Rseau Hydrographique................................................................................................11 1.3.4.2. Fonctionnement hydrologique de loued .......................................................................12

1.3.5. Le barrage El Haouareb.......................................................................................... 13 1.3.5.1. La retenue.....................................................................................................................13 1.3.5.2. Un cas remarquable : le puits dans la retenue..............................................................14 1.3.5.3. Les mergences du bassin de dissipation ......................................................................15 1.3.5.4. Les sources du bassin de dissipation.............................................................................16

1.3.6. Gologie du seuil dEl Haouareb ............................................................................. 18 1.3.6.1. Structure.......................................................................................................................18 1.3.6.2. Lithologie ......................................................................................................................20

1.3.7. Contexte hydrogologique du seuil dEl Haouareb.................................................. 27 1.3.7.1. Bouhafna et Haffouz .....................................................................................................27 1.3.7.2. Ain Beidha....................................................................................................................28 1.3.7.3. Aquifre fissur dEl Haouareb .....................................................................................28 1.3.7.4. Ain Grab.......................................................................................................................29 1.3.7.5. La plaine de Kairouan ..................................................................................................29

1.3.8. Impacts hydrologiques du barrage El Haouareb ..................................................... 30 1.3.8.1. Impact sur les nappes amont........................................................................................30 1.3.8.2. Impacts sur la nappe aval.............................................................................................30

1.4. Dmarche scientifique et mthodologie propose............................ 33 1.4.1. Etude de la reprsentativit des donnes : Chapitre 2............................................ 33 1.4.2. Identification des apports de surface par le bilan hydrologique du barrage : Chapitre 3........................................................................................................................... 34 1.4.3. Lanalyse hydrodynamique pour dterminer lorigine, la rpartition et lintensit des flux : Chapitre 4 ................................................................................................................. 34 1.4.4. Lapport des outils gochimiques la connaissance des origines des eaux et des mlanges qui soprent au sein du systme aquifre : Chapitre 5 ....................................... 34

Chapitre 2. Les donnes disponibles : Description et critique. 35 2.1 Les flux de surface ....................................................................... 36

2.1.1. Les donnes mtorologiques ........................................................................................36 2.1.1.1 Evaporation du bac ..................................................................................................37 2.1.1.2 Pluies........................................................................................................................42 2.1.1.3 Tempratures atmosphriques..................................................................................43 2.1.1.4 Vent et humidit relative .........................................................................................46 2.1.1.5 Pression atmosphrique ............................................................................................46 2.1.1.6 Rayonnement solaire ................................................................................................47 2.1.1.7 Confrontation des donnes climatiques distantes et de lvaporation au bac El Haouareb 47

2.1.2. Les donnes hydrologiques............................................................................................48 2.1.3. Le suivi du barrage .......................................................................................................52

2.1.3.1 Mesure des niveaux journaliers ................................................................................52 2.1.3.2 Correspondance hauteur / volume / surface. ...........................................................52 2.1.3.3 Les pompages dans la retenue ..................................................................................54

2.2 Les flux souterrains...................................................................... 57 2.2.1. Les dbits du bassin de dissipation...............................................................................57 2.2.2. Suivis pizomtriques du bassin du Merguellil .............................................................61 2.2.3. Suivi pizomtrique du site dEl Haouareb...................................................................65

2.2.3.1 Les suivis ponctuels par lquipe du barrage............................................................65 2.2.3.2 Les quipements de mesures en continu...................................................................68 2.2.3.3 Confrontation des diffrentes sources dinformation ................................................69

2.3 Donnes physiques, chimiques et isotopiques .............................. 72 2.3.1. Paramtres physico-chimiques ......................................................................................73

2.3.1.1 Suivi de la conductivit lectrique du barrage .........................................................73 2.3.1.2 Les suivis ponctuels par lquipe du barrage............................................................75 2.3.1.3 Reprsentativit spatiale des caractristiques physico-chimiques des eaux du bassin de dissipation .............................................................................................................................77 2.3.1.4 Chroniques de temprature et conductivit des puits et pizomtres ......................78 2.3.1.5 Campagnes de profils de conductivit et temprature .............................................78

2.3.2. Analyses des ions majeurs.............................................................................................79 2.3.3. Donnes isotopiques......................................................................................................80

2.3.3.1 Les eaux de la retenue..............................................................................................80 2.3.3.2 Les eaux du bassin de dissipation ............................................................................80 2.3.3.3 Les puits de dcharge ...............................................................................................81 2.3.3.4 Teneurs isotopiques des prcipitations et de la vapeur atmosphrique....................82

2.4 Conclusion. .................................................................................. 84

Chapitre 3. Bilan hydrologique du systme barrage ................85

3.1. Etat de lart .................................................................................... 85

3.2. Les termes du bilan dEl Haouareb................................................. 87 3.2.1. Le volume de stockage ............................................................................................ 87

3.2.1.1. Les apports ...................................................................................................................88 3.2.1.2. Les pertes......................................................................................................................88

3.2.2. Mthodologie propose............................................................................................ 89 3.2.2.1. PARTIE 1 ....................................................................................................................90 3.2.2.2. - PARTIE 2 ..................................................................................................................91

3.3. PARTIE 1: Estimation de lvaporation......................................... 92 3.3.1. Mthodes utilises ................................................................................................... 92

3.3.1.1. Les approches physiques ...............................................................................................92 3.3.1.2. Bilans isotopique et chimique .......................................................................................93

3.3.2. Rsultats ................................................................................................................. 95 3.3.2.1. Priodes de calculs........................................................................................................95 3.3.2.2. Approches physiques.....................................................................................................97 3.3.2.3. Bilans isotopique et chimique .....................................................................................103

3.3.3. Discussion ............................................................................................................. 107 3.3.4. Coefficient de conversion pour le bac Colorado .................................................... 110

3.3.4.1. Calcul des CC moyens annuels et saisonniers pour El Haouareb................................110 3.3.4.2. Discussion. ..................................................................................................................113

3.4. PARTIE 2 : Estimation de linfiltration et rsolution du bilan dEl Haouareb.................................................................................................115

3.4.1. Etude de linfiltration ........................................................................................... 115 3.4.1.1. De la ncessit de travailler sur des priodes sans apport ....................................115 3.4.1.2. Rsolution de lquation bilan sur des priodes sans apports de 1990 2011......118 3.4.1.3. Dynamique de linfiltration.........................................................................................122

3.4.2. Fermeture du bilan hydrique : les apports thoriques El Haouareb................... 123 3.4.3. Discussion ............................................................................................................. 125 3.4.4. Conclusion ............................................................................................................ 127

3.5. PARTIE 3 : Gestion de la retenue ................................................128 3.5.1. Le bilan global pour les 8 cycles de remplissage dEl Haouareb ........................... 128 3.5.2. Gestion durable de la retenue ............................................................................... 130

3.6. Conclusion .....................................................................................132

Chapitre 4. Analyse hydrodynamique : origine, rpartition et

intensit des flux .................................................................... 133

4.1. Etat de lart ...................................................................................134

4.2. Etude de la pizomtrie .................................................................135

4.2.1. Les niveaux pizomtriques lamont du barrage ................................................ 135

4.2.2. Variabilit temporelle des niveaux pizomtriques du seuil dEl Haouareb .......... 136 4.2.2.1. Les niveaux pizomtriques du Jebel El Haouareb.....................................................138 4.2.2.2. Les niveaux pizomtriques dans les puits de dcharge..............................................144 4.2.2.3. Analyses corrlatoires des signaux pizomtriques du seuil dEl Haouareb................155

4.2.3. Rpartition spatiale des coulements travers le seuil dEl Haouareb ................. 158 4.2.3.1. Variabilit spatiale des niveaux pizomtriques .........................................................158

4.3. Les circulations souterraines depuis le barrage : apprciation

qualitative par traage artificiel ..............................................................161

4.3.4. Ralisation et suivi du traage la fluorescine.................................................... 161 4.3.5. Rsultats ............................................................................................................... 162 4.3.6. Discussion et interprtation des rsultats ............................................................. 163

4.4. Etude de la dynamique de laquifre carbonat : analyse des dbits

aux mergences .......................................................................................164

4.4.1. tude des dbits classs ........................................................................................ 164 4.4.2. Corrlation cotes du barrage dbits du bassin de dissipation. ........................... 165 4.4.3. Estimation du volume dynamique de laquifre : analyse de la rcession des dbits . 167 4.4.4. Dynamiques de remplissage de laquifre carbonat ............................................. 170

4.5. Conclusion .....................................................................................174

Chapitre 5. Lapport des outils gochimiques la connaissance

des origines des eaux et des mlanges au sein de laquifre El

Haouareb ................................................................................ 177

5.1 Etat de lart ................................................................................177

5.2 Les entres du systme El Haouareb ..........................................180

5.2.1. Localisation des points de mesure ................................................................. 180 5.2.2. Les paramtres physico-chimiques ................................................................ 182

5.2.2.1 Les eaux de surface : le lac du barrage El Haouareb. ............................................182 5.2.2.2 Les eaux souterraines : Les Nappes amont.............................................................182

5.2.3. Les ions majeurs............................................................................................ 183 5.2.3.1 Les eaux de surface : le lac du barrage El Haouareb. ............................................183 5.2.3.2 Les eaux souterraines : Les Nappes amont.............................................................185

5.2.4. Les outils isotopiques .................................................................................... 187 5.2.4.1 Les eaux de surface : le lac du barrage El Haouareb. ............................................187 5.2.4.2 Les eaux souterraines : Les Nappes amont.............................................................189

5.2.5. Conclusion..................................................................................................... 190 5.3 Les signaux de sortie du systme El Haouareb...........................191

5.3.1. Les paramtres physico-chimiques ................................................................ 191 5.3.1.1 Les mergences .......................................................................................................191 5.3.1.2 Les flux capts par les puits de dcharge ...............................................................194 5.3.1.3 Variations temporelles des CE et tempratures. ....................................................200 5.3.1.4 Conclusion ..............................................................................................................220

5.3.2. Les ions majeurs............................................................................................ 221 5.3.2.1 Les mergences .......................................................................................................221 5.3.2.2 Les flux capts par les puits de dcharge ...............................................................222 5.3.2.3 Conclusion ..............................................................................................................225

5.3.3. Outil isotopique............................................................................................. 227 5.3.3.1 Les mergences .......................................................................................................227 5.3.3.2 Les flux capts par les puits de dcharge ...............................................................235 5.3.3.3 Conclusion ..............................................................................................................236

5.4 Conclusion ..................................................................................237

5.4.1. Les mergences.............................................................................................. 237 5.4.2. Les puits de dcharge.................................................................................... 237

Conclusion Gnrale ........................................................................241 Bibliographie.......................................................................................247 Annexes................................................................................................263

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Chapitre 1. Gnralits

1.1. Contexte gnral

Les rgions semi-arides et arides occupent environ un tiers des terres merges et abritent plus de 20 % de la population mondiale. Malgr leur apparent dshritement, elles ont donc une importance majeure pour l'humanit et, parmi les lments clefs de leur dveloppement, la gestion des ressources en eau est le premier facteur considrer. S'intresser aux phnomnes affectant les flux et stocks d'eau des zones arides et semi-arides est donc une ncessit la fois scientifique et socio-conomique, d'autant plus que la rapidit des volutions qui y sont observes aujourd'hui et leurs consquences parfois dramatiques nous imposent de comprendre les grands moteurs de ces volutions pour anticiper les changements des prochaines dcennies. Parmi les rgions les plus souvent cites comme exemples de fragilit, la Mditerrane est particulirement emblmatique. Les grandes synthses ralises au cours de la dernire dcennie dans le cadre du Plan Bleu (2009) ou de grandes instances scientifiques (e.g. EASAC, 2010) ont abouti des constats alarmants : 180 millions de mditerranens disposent actuellement de moins de 1000 m3 par habitant et par an de ressource en eau renouvelable. Ils reprsentent 60 % de la population mondiale vivant en dessous du seuil de pauvret en eau et ils seront 40 % de plus en 2025. Les exemples de surexploitation, dj nombreux, le seront encore davantage et obligeront reconsidrer la rpartition entre les diffrents usages de l'eau, avec des arbitrages svres aux dpens du monde agricole qui est de loin le plus gros consommateur en eau de la rgion (de 60 80 % de la consommation totale selon les pays des rives nord et sud). C'est notamment le cas de la rgion de Kairouan tudie dans cette thse o le systme hydrologique volue aussi rapidement que les connaissances scientifiques. Imaginer une gestion plus efficace de la ressource dans ces rgions o elle constitue la cl du dveloppement conomique requiert de bien connatre les principaux processus hydrologiques et les lments qui les contrlent. Les environnements semi-arides sont bien connus pour l'extrme variabilit spatio-temporelle des processus hydrologiques, reflet de lirrgularit des phnomnes mtorologiques (e.g. Lebel et al., 1996 ; Cudennec et al., 2007, Slimani et al., 2007), souvent sensiblement accrue par l'htrognit des conditions de surface comme la topographie, la vgtation et les proprits du sol (Scanlon et al., 2006; Mayor et al., 2009 ; Herczeg et Leaney, 2010). Les vnements pluvieux producteurs d'coulement sont rares et souvent intenses, et leur grande htrognit est toujours difficile apprhender. La rpartition des prcipitations entre infiltration immdiate dans les premires couches du sol et ruissellement est tout aussi htrogne dans le temps et l'espace. Linfiltration dpend entre autres de lintensit des vnements et les relations entre les quantits prcipites et infiltres ne sont pas linaires. Les coulements de surface les plus importants pour l'hydrologue sont donc difficiles prvoir


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et matriser, et gnralement insuffisants pour satisfaire les besoins des populations (en dehors des alentours immdiats de quelques grands fleuves dont l'origine se trouve souvent en dehors des zones semi-arides). Les eaux souterraines constituent donc souvent la principale ressource en eau exploitable, sinon la seule, et elles sont largement mises contribution pour soutenir le dveloppement urbain, agricole, ou industriel (Simmers, 1997 ; Le Goulven et al., 2009). En milieu semi-aride, l'vaporation est un terme essentiel du bilan hydrologique. Elle affecte les eaux de surface, mais aussi la zone non sature et les eaux souterraines, y compris forte profondeur. C'est ainsi que l'vaporation, allie la reprise transpiratoire de la vgtation racines profondes, explique la cration et le maintien de dpressions pizomtriques, comme les clbres nappes en creux du Sahel (Archambault, 1960 ; Aranyossy et al., 1989). Les travaux de Lloyd (1986) illustrent bien la complexit des processus et le rle de lvapotranspiration tous les niveaux du cycle hydrologique. Dans le cadre de ce travail, l'vaporation sera principalement tudie au travers de la ponction opre sur les masses d'eau de surface. A chaque tape du cycle hydrologique, l'identification des flux deau ncessitent de disposer dobservations suffisantes, en densit et reprsentativit. Cet enjeu fondamental, qui conditionne toute l'analyse ultrieure, implique d'abord de dfinir l'espace de recherche pertinent (bassin versant, lit d'oued, etc.), alors que les domaines hydrogologiques et hydrologiques (de surface) concident rarement. De plus, la permanence de l'eau souterraine, en opposition avec la fugacit des coulements de surface mditerranens est une difficult supplmentaire dans la dfinition d'une chelle de rfrence. En particulier, les dispositifs d'observation existant fournissent rarement des chroniques longues et denses, couvrant une gamme large de situations hydrologiques contrastes, qui seules permettraient de bien comprendre les dynamiques de surface. Au contraire, du fait de la plus grande inertie des systmes hydrogologiques, les mesures disponibles sont souvent plus satisfaisantes, au moins lorsqu'il s'agit d'aquifres poreux ; on verra plus tard que ce n'est pas forcment le cas dans les aquifres fissurs. Les outils de tldtection peuvent suppler ou complter les rseaux d'observation actuels dans certains cas et ils doivent tre exploits au mieux, mme s'ils ne fournissent pas toujours la mme finesse d'information (Chaponnire et al., 2008 ; Xu et al., 2012). La question de la fiabilit et de la reprsentativit des donnes sera un filigrane omniprsent ici, tout comme les limites des interprtations du fait de donnes "insuffisantes" (Scanlon et al., 2006). Ainsi, les bilans hydriques globaux raliss lchelle annuelle en milieux semi-arides peuvent laisser penser qu'aucune recharge nest possible, au contraire des analyses plus petite chelle (journalire ou dcadaire) qui intgrent les variabilits spatiales et temporelles. Les eaux souterraines constituant l'lment clef du dveloppement de la plupart des zones semi-arides, l'identification des processus de recharge dominants et leur quantification est un point essentiel de l'analyse hydrologique. Il est classiquement admis que la recharge directe devient moins importante quand laridit augmente, jusqu devenir nulle face aux mcanismes de recharge indirecte localise, comme dans les dpressions topographiques, les lits mineurs des oueds, les lacs permanents et temporaires ou au pimont des reliefs, mais


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aussi par les retours dirrigation ou les pertes dans les canaux dirrigation (Simmers, 1997). Selon les situations, ces modes de recharge complexes peuvent voluer dans le temps et dans lespace de manire trs variable (Martin-Rosales et Leduc, 2003), notamment sous leffet du colmatage. Les processus et flux de recharge sont frquemment perturbs par les multiples amnagements des bassins (barrages, ouvrages anti-rosifs de versant, etc.) entrepris depuis plusieurs dcennies pour satisfaire la continuelle augmentation de la demande et temprer les violences des coulements naturels (Achite et Meddi, 2005 ; Ben Mammou et Louati, 2006 ; Leduc et al., 2007 ; Remini et al., 2009). Ces amnagements rgularisent les coulements de surface mais aussi modifient la recharge des aquifres (Simmers, 1997 ; Garcia-Lopez et al., 2009), en l'augmentant ou la diminuant selon les cas. Ainsi les pertes par vaporation atteignent souvent plus de 30% du bilan hydrique des ouvrages (Kingumbi et al., 2004 ; Remini, 2010) et la multiplication des ouvrages peut donc crer paradoxalement un dficit rgional en eau. Au del de l'exemple des amnagements qui sont indissociables du paysage semi-aride actuel, les relations entre eaux de surface et eaux souterraines sont particulirement complexes et difficiles apprhender dans leur diversit ; il s'agit nanmoins de la composante majeure de la recharge en zone semi-aride. Parfois sens unique lorsque le rseau hydrographique est perch au-dessus des aquifres, ces relations sont le plus souvent dpendantes de l'tat des deux systmes, surface et souterrain, chacun des systmes voluant avec ses propres dynamiques. En particulier, les crues les plus fortes permettent des recharges exceptionnelles dont les consquences sont encore ressenties bien des annes aprs. Souvent hors du calendrier d'une thse, ces vnements singuliers sont une composante essentielle de la recharge. Les hydrosystmes semi-arides les plus vulnrables sont ceux o les nappes phratiques sont les plus sollicites : facilement exploitables et recharges, elles sont aussi les plus sensibles aux pollutions. Bien que cet aspect de contamination soit dune importance capitale pour la gestion future des ressources fragiles (e.g. Cook et Bhlke, 2000 ; de Vries et Simmers, 2002 ; Scanlon et al., 2006), il ne sera pas abord en tant que tel ici : les composantes gochimiques des coulements de surface et souterrain seront analyses en tant que traceur des processus et des flux.

Le prsent travail s'inscrit clairement dans la perspective des multiples travaux ddis l'impact du changement global sur les ressources en eau des zones semi-arides (e.g. de Marsily, 2010). En Mditerrane, les fluctuations climatiques et la croissance des activits humaines interviennent en mme temps sur les diffrents flux d'eau continentaux. Cependant, en dehors de la hausse avre des tempratures, aucune tendance climatique claire n'apparat l'chelle rgionale, en particulier sur d'ventuelles modifications des prcipitations (e.g. Leroux, 2002 ; Norrant et Dougudroit, 2006 ; Meddi et Meddi, 2009). Au contraire, l'espace mditerranen est depuis des millnaires un milieu profondment amnag et les altrations du cycle hydrologiques y sont continuelles, mme si le rythme et l'impact des amnagements a considrablement augment au cours du dernier sicle. Le travail prsent ici illustrera donc tout la fois la variabilit des prcipitations et la profondeur des changements hydrologiques induits par les actions de l'homme.


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1.2. Objectifs de la thse

En Tunisie centrale, le bassin versant du Merguellil fournit un exemple de recharge profondment modifie par les multiples amnagements (ouvrages de conservation des eaux et des sols ; petits et grand barrages, dveloppements agricoles, etc.). Plusieurs tudes dcrivent la zone dtude et traitent de la problmatique rgionale de la gestion de leau (e.g. Kingumbi, 2006 ; Leduc et al., 2007; Le Goulven et al., 2009). Loued Merguellil revt une importance stratgique pour la rgion car il alimente la nappe phratique de la plaine de Kairouan, dans la partie infrieure du bassin. La plaine de Kairouan constitue le plus fort potentiel de dveloppement agricole du pays et sa nappe alluviale est un trs vaste rservoir (Bachta et al., 2005 ; Le Goulven et al., 2009). Elle est surexploite par des milliers de forages privs et des primtres irrigus publics (8 800 ha), ce qui provoque une baisse pizomtrique de 0,25 1 m/an depuis les annes 1980 (Leduc et al., 2007). Les pompages pour l'AEP, l'amont comme l'aval du barrage, reprsentent galement une trs forte ponction sur les ressources en eau rgionales.

Cest pour pallier aux crues dvastatrices de loued Merguellil, comme celle qui fit 156 mort en 1969 que le barrage El Haouareb fut construit en 1989. Il assure la double fonction dcrteur de crue et de stockage deau pour lalimentation dun primtre irrigu en aval. La construction du barrage dEl Haouareb a eu des impacts sur les processus hydrologiques et hydrogologiques de la rgion. Les eaux de loued qui rechargeaient autrefois la plaine par ltale des crues sont dsormais bloques au niveau du barrage, loued ne franchissant plus le seuil dEl Haouareb lexception de quelques rares lchers. Cette modification du fonctionnement hydrologique entraine une perte significative deau par vaporation et concentre la recharge lextrme amont de la plaine (Ben Ammar et al., 2006 ; Leduc et al., 2007), accentuant le dsquilibre pizomtrique de la plaine de Kairouan. A cela sajoute la diminution des coulements du Merguellil, constate depuis les annes 90 (Leduc et al., 2004). Le module annuel moyen prvu lors de la construction de louvrage tait de 34 Mm3 par an (SNC, 1985), or les dbits observs depuis lors sont de lordre de 18Mm3 par an. La baisse de la pluviomtrie observe entre 1976 et 1989 a t voque comme une cause majeure de cette diminution des volumes couls, mais aussi la surexploitation des aquifres amont induisant une infiltration accrue depuis le lit de la rivire (Kingumbi et al., 2005). Dautres tudes mettent en cause la multiplication des ouvrages de conservation des eaux et des sols qui bloquent une grande part des coulements de versant (Lacombe et al., 2008). Depuis la mise en eau du barrage, il a t constat quil perd la majorit de ses eaux par infiltration (Kingumbi et al., 2004). Sa retenue a t rgulirement assche, 39 mois depuis 1989. De ce fait le barrage nassure pas compltement son rle de rgulateur, puisquil ne peut rgulirement pas pourvoir aux besoins lis la cration du primtre irrigu et que les pompages ont du sintensifier pour rpondre aux demandes. Face cette situation, on se pose la question de lefficacit de cette recharge incontrle par les fuites dans le substratum sur la nappe aval, qui ne cesse de voir ses niveaux pizomtriques sabaisser. De nombreux auteurs se sont donc penchs sur le fonctionnement hydrologique du barrage. Citons notamment les travaux conduits par Kingumbi (1999) et


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Virrion (2006, 2009) sur le site dEl Haouareb et ceux de Lacombe (2008) sur les retenues collinaires du bassin amont, qui ont notamment permis de dbroussailler quelques pineuses questions autour de son bilan hydrique. Les modalits spatiales et temporelles des changes surface-souterrain sont cependant encore mal connues. Il transite environ 25 Mm3 par an via le seuil dEl Haouareb mais la rpartition de ces flux est largement inconnue. En effet, le seuil sur lequel est construit le barrage est un verrou gographique, tectonique, hydrologique et gologique complexe et nous ne disposons que de peu dinformations sur la gomtrie exacte des diffrentes formations aquifres en interaction, limportance de leurs relations ainsi que leurs caractristiques aquifres susceptibles de rgir les coulements souterrains. Ce travail de thse a donc pour objectif dapporter des outils pour lidentification des modalits de transfert des flux entre lamont et laval du bassin du Merguellil au niveau du seuil dEl Haouareb, notamment par ltude des interactions surface souterrain. Cette tude, fonde sur ltude dun cas pratique, demeure avant tout intressante par son aspect mthodologique. Le systme dEl Haouareb tant un cas typique, elle peut aisment servir de base de rflexion tout autre systme mal connu.


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1.3. Prsentation gnrale du site dtude

1.3.1. Situation gographique Le bassin versant (BV) du Merguellil est situ dans la rgion des basses steppes de

Tunisie centrale. Il est constitu de deux entits contrastes ; le barrage dEl Haouareb, construit sur le seuil ponyme 200 m daltitude, fait le lien entre un bassin amont montagneux et la plaine en aval (Fig. 1.1).

Fig. 1.1 : Topographie des bassins versants amont et aval du Merguellil et emplacement du barrage

dEl Haouareb et de la sebkha Kelbia.

Le bassin amont (1200 km) sappuie sur les versants sud de la dorsale tunisienne. Les altitudes sont comprises entre 200 m (seuil dEl Haouareb) et 1226 m (Jebel Barbrou) (Fig. 1.1). La partie septentrionale est jalonne par des reliefs (appels invariablement Djebel Jbel ou Jebel ) continus moyennement levs, gnralement orients NE-SO (Jebel Kesra, Barbrou et Skhira). Le centre est constitu de plaines et de plateaux et la partie sud, plus en aval, correspond aux piedmonts des Jebels Oueslat, Touila, et Trozza. Il est caractris par lhtrognit des formations gologiques, des couverts vgtaux et de loccupation des sols. La moiti de la superficie du bassin amont est occupe par des cultures cralires ou arboricoles, les terres de parcours couvrent un tiers du bassin. La pinde de Kesra (220km) en constante dgradation cde de plus en plus de place la lande et la garrigue. En raison du faible couvert vgtal les sols du bassin sont peu volus et de faible paisseur. La plaine alluviale qui constitue la seconde entit du bassin du Merguellil fait partie de la plaine agricole de Kairouan qui stend sur prs de 3000 km. Cest une vaste zone dprime, aux altitudes dcroissantes de 180 50 m douest en est. Depuis le barrage, situ au niveau dun accident tectonique lorigine de leffondrement de la plaine, un dnivel brutal de 15 m


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marque le seuil de leffondrement. Au pied du barrage, la plaine est la cote 180 m. La plaine aval connat une activit agricole intense et majoritairement irrigue alors que le bassin amont a des modes de cultures plus varis, avec de lagriculture d'abord pluviale.

1.3.2. Climat de la zone dtude

La Tunisie centrale fait la transition entre la zone plus humide de la Tunisie du nord et la zone prsaharienne au sud (Fig. 1.2). En fonction des annes et des saisons cette rgion subit les influences climatiques de lune ou lautre de ces zones. Le climat du BV du Merguellil est influenc par ce balancement longitudinal des masses dair, tout comme il subit les effets de la latitude, de laltitude et de la continentalit.

Fig. 1.2 : Rpartition de la pluviomtrie moyenne annuelle en Tunisie (Lacombe, 2007)

Le climagramme conu par Emberger permet de donner une expression synthtique des varits du climat mditerranen. Il est fond d'une part sur un quotient pluviothermique qui permet de dterminer l'indice d'aridit, dfaut de mesure directe de l'vaporation, et d'autre part sur l'utilisation de la moyenne des minima des mois les plus froids, m (Marres, 1972). Le quotient pluviothermique le plus frquemment utilis en Afrique du Nord a t formul de la faon suivante (Daget, 1977) :

2000

mMPQ

=

Avec P: prcipitations annuelles en mm ; M: moyenne des maxima du mois le plus chaud en K ; m: moyenne des minima du mois le plus froid en K. Kairouan se situe dans ltage aride suprieur du climat mditerranen alors que lamont du bassin (Makhtar) se situe dans le semi-aride suprieur (Fig. 1.3).


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Fig. 1.3 : Caractristique de la rgion de Kairouan sur le climagramme dEmberger Sauvage

Le climat mditerranen semi aride se caractrise par des tempratures contrastes, des prcipitations irrgulires (averses brutales en automne et au printemps) et par une scheresse estivale. Les variations locales peuvent tre trs importantes du fait du morcellement gologique du bassin sous linfluence de lencaissement des valles, de lexposition des versants etc. On distingue grossirement trois zones orographiques principales sur le BV qui dlimitent des lots climatiques : la plaine de Kairouan, les hautes steppes orientales du bassin amont et les hautes steppes du Nord-Nord Ouest lextrme amont. Les tempratures annuelles moyennes varient de 14,9C pour la station de Makthar 19,6C pour la ville de Kairouan. La continentalit du climat est marque par une forte amplitude diurne et annuelle (de 18C dans la plaine 20C lamont). Lindice de continentalit est croissant vers lamont, fonction de leffet combin de laltitude et de la distance la mer. Le gradient climatique est de -0,4C/100 m depuis la plaine vers les sommets de lamont et le gradient pluviomtrique estim 23 mm/100 m. (Bouzaiane et Lafforgue, 1986 ; Lacombe, 2007). Il pleut environ 500 mm par an Makthar dans les hauts plateaux et 300 mm Kairouan (Fig. 1.2). A la station mtorologique dEl Haouareb, depuis 1989 il a plu en moyenne 260 mm par an. Cette valeur peut varier du simple au double, elle a atteint 438 mm lanne la plus humide (1995-1996) et 103 mm lanne la plus sche (2000-2001).

Kairouan

Makthar


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Fig. 1.4 : Pluviomtrie moyenne annuelle dans le bassin amont du Merguellil sur la priode 1979-2005. Axes obliques : gradients pluviomtriques (axe Z) et des coefficients de variation (axe W) (Lacombe,

2007) Les vents qui soufflent sur la plaine sont rarement violents et ont un caractre desschant (Bouzaiane et Lafforgue, 1986) (Tableau 1.1). En situation moyenne les dominantes sont de N NO en hiver S SE en t avec des orages qui arrivent souvent du NE. Le sirocco peut svir durant toute lanne mais il est le plus frquent davril septembre. Un vent froid, le Jebbali, souffle en hiver depuis les hautes terres algriennes. Tableau 1.1 : Classes de vents mesures la station de Kairouan et frquences observes (Bouzaiane et Lafforgue, 1986)

Classes de vents Frquence doccurrence (%)

0-1 m/s (calme) 30,9 2-4 m/s (faible) 38,7 5-8 m/s (moyen) 26,1 9-14 m/s (fort) 4,1 >15 m/s (violent) 0,2


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1.3.3. Les contraintes du climat mditerranen semi-aride. Lirrgularit des prcipitations est la principale source de prcarit des ressources en eau

sur la zone. La variabilit interannuelle affecte les quantits, lintensit, le rgime des prcipitations et les dates de la saison des pluies. Aussi, la rgion connat des pisodes de pluies responsables de crues violentes et des priodes de scheresse intenses. La variabilit interannuelle leve est illustre par les cart-types importants (Fig. 1.4, Tableau 1.2). Il peut pleuvoir sur une grande partie de lanne, majoritairement de septembre mai avec des maximas au printemps et en automne cependant la saisonnalit nest pas marque toutes les annes (Ben Boubaker et al., 2003). La variabilit mensuelle des pluies est trs importante (Tableau 1.2). Tableau 1.2 : Moyennes mensuelles des prcipitations El Haouareb pour la priode 1989-2009. Mois Moyennes mensuelles (mm) Ecart-types (mm) Septembre 35 38 Octobre 32 30 Novembre 20 23 Dcembre 24 28 Janvier 33 53 Fvrier 15 21 Mars 29 43 Avril 23 20 Mai 22 18 Juin 10 11 Juillet 3 5 Aot 17 22 Les pisodes pluvieux se concentrent sur quelques jours dans lanne, il pleut en moyenne 70 jours Makthar, 44 jours El Haouareb et 35 jours Kairouan. Le total pluviomtrique annuel est gnralement fourni sur quelques pisodes trs intenses de courte dure responsables des crues dvastatrices au caractre trs rosif. Sur le bassin amont, 80% des coulements annuel sont produits en 12 jours en moyenne. Le reste de lanne subit dimportants dficits hydriques. A Kairouan, le diagramme ombrothermique bas sur lindice de Bagnouls et Gaussen fait tat de 8 mois de scheresse en moyenne, dont 6 mois de scheresse estivale (avril-septembre) (Fig. 1.5). Il sagit toutefois dune valeur moyenne car dans cette rgion, la saison humide ne se manifeste pas tous les ans. En Tunisie centrale, 50 70% des annes ne connaissent aucun mois humide (Ben Boubaker et al., 2003).


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Diagramme ombrothermique Kairouan

0

10

20

30

40

50

60

Jan. Fv. Mars Avril Mai Juin Juil. Aot Sept. Oct. Nov. Dc.

pluv

iom

trie

(mm

)

0

5

10

15

20

25

30

tem

pra

ture

moy

enne

(C

)

prcipitationsTempratures

scheresse estivale

Fig. 1.5 : Diagramme ombrothermique de Kairouan (1990-2011)

1.3.4. Hydrographie

1.3.4.1. Rseau Hydrographique

Loued Merguellil prend sa source dans le haut plateau Calcaire de Kesra (Bouzaiane et Lafforgue, 1986). Le bassin est endorique dont lexutoire est la Sebkha El Kelbia situe au nord ouest de la ville de Kairouan (Fig. 1.15). Loued scoule globalement suivant une direction NO-SE dans le BV amont pour atteindre le verrou dEl Haouareb do il stendait dans la plaine de Kairouan en un lit trs large et instable. On nobserve plus dcoulement en surface dans la plaine depuis la construction du barrage, le Merguellil ne franchissant plus le seuil dEl Haouareb lexception de quelques rares lchers.

Fig. 1.6 : Bassin versant amont de loued Merguellil (Ben Ammar, 2007)


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Nous nous intresserons particulirement dans cette tude la partie mridionale du bassin amont qui correspond la portion de loued depuis Haffouz jusquau barrage dEl Haouareb (Fig. 1.6). Au niveau de la ville de Haffouz, le Merguellil reoit les eaux de son affluent le plus important : loued Zebbes dont le bassin versant (environ 200 km) englobe la plaine dEl Ala. Les affluents suivants sont situs dans la cuvette dAin El Beidha, en rive droite de loued. La confluence avec le Merguellil se fait lextrme aval du bassin, proximit du barrage dEl Haouareb. Du Nord au Sud ces oueds sont : - oued El Hammam qui doit son nom Ain El Hammam, une source thermale manations sulfureuse. Son BV draine le flanc Nord-Ouest du Jebel Trozza (997 m). Il ne scoule que lors de fortes pluies et les eaux sinfiltrent gnralement avant davoir atteint le Merguellil. - oued El Hoshass. Son BV (36 km) draine la partie Est et Sud-Est du Jebel Trozza. - oued Ben Zitoun, le plus important de la cuvette. Son BV stale sur 80 km environ. Il prend naissance sur le flanc Sud-Ouest du Jebel Trozza. Les eaux de loued sinfiltrent damont en aval. Avant la construction du barrage elles disparaissent El Kroua ; zone actuellement occupe par la retenue et natteignaient loued Merguellil que lors des plus fortes crues. - oued El Khechem. Il draine le flanc occidental du Jebel Touila. Les eaux collectes par cet oued sinfiltrent pour alimenter la nappe phratique. A Ain Beidha, un accident tectonique forme un seuil hydraulique qui favorise la remonte des eaux de la nappe. Au del de ce seuil les talwegs descendant du Jebel El Haouareb natteignent pas le cours principal de loued cause de la grande permabilit des terrains Plio-Quaternaires adjacents (Hamza, 1976 ; Ben Ammar, 2007).

1.3.4.2. Fonctionnement hydrologique de loued

Il scoule en moyenne 17,8 Mm3 par an la station dHaffouz. Ces coulements sont trs ingalement rpartis durant lanne (Tableau 1.3). La variabilit interannuelle est trs importante : sur la priode 1971-2011, les dbits maximaux journaliers mesurs Haffouz ont vari de 6,15 490 m3.s-1. Tableau 1.3 : Dbits caractristiques (atteints pour un nombre de jours n dans lanne) du Merguellil Haffouz tlphrique sur la priode 1971-2011 (en m3.s-1).

DMAX DCC_10 DCC_20 Mdiane DCE_20 DCE_10 DMIN Dbits en m3/s n= 1 n= 10 n= 20 n= 183 n= 345 n= 355 n= 365 Min 6,15 0,181 0,089 0,006 0 0 0 Max 490,6 23,26 5,392 0,232 0,051 0,051 0,05 Moyenne 68,998 4,638 1,251 0,0562 0,0094 0,0084 0,0075

Les volumes mensuels moyens montrent globalement un rgime saisonnier deux maxima (septembre principalement et avril) qui se retrouve galement dans la rpartition des crues au cours de lanne. La majorit des crues se produit en Aot-Septembre-Octobre (51%) et une grande partie (33%) se produit au printemps (Mars Juin) (Bouzaiane et Lafforgue, 1986).


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Les crues du Merguellil peuvent tre trs violentes. Le temps de transfert des eaux dans le Bassin amont est gnralement trs bref, le dtarage des stations est important lors des pisodes violents, aussi les mesures des dbits de crues sont soumises de srieuses incertitudes. Bouzaiane et Lafforgue (1986) ont estim lintervalle de confiance des dbits de crues 80%. Le dbit de pointe des crues du 26-27 septembre et du 6 octobre 1969 tait de 3000 m3/s. Daprs Bouzaiane et Lafforgue (1986) ces dbits auraient une priode de retour de 57 ans mais si lon tient compte de lintervalle de confiance, ils pourraient avoir une occurrence comprise entre 15 ans et plusieurs sicles (Tableau 1.4). Tableau 1.4 : Priode de retour des crues du Merguellil et intervalles de confiance correspondants (Bouzaiane et Lafforgue, 1986)

Les caractristiques des crues de loued Merguellil ont galement t tudies lors de la prospection pour la construction du barrage (Tableau 1.5). Lapproche de la SNC (1985) a t prudente et les dbits estims correspondent plutt aux intervalles suprieurs avancs par Bouzaiane et Lafforgue (1986). Tableau 1.5 : Caractristiques des crues du Merguellil dtermines lors de la conception du barrage (SNC., 1985) Frquence Dbit maximal (m3/s) Volume apport El

Haouareb (Mm3) 1/2 (moyenne) 375 11,6 1/10 1820 56,3 1/20 2880 87,0 1/50 4600 142 1/100 6520 202 1/1000 8770 247 Crue maximale probable 11820 301

1.3.5. Le barrage El Haouareb

1.3.5.1. La retenue

Le barrage dEl Haouareb a t construit en 1989. Il tait destin en premier lieu crter les crues de loued Merguellil. Il avait galement pour but de dvelopper des primtres irrigus en aval et permettre la recharge de la nappe par des lchers deau. (SNC, 1985 ; Chadly, 1990). Il sagit dun barrage type remblai compos de quatre ouvrages principaux: une digue principale en terre de 2070 m, une digue de col en bton arm destine retenir les


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hautes eaux en rive droite, un ouvrage de prise deau et de dvasement et un vacuateur de crues en bton arm de 40 m de long. (Fig. 1.7) La cote de la retenue normale a t estime 217 m correspondant un volume de 95 Mm3. La capacit maximale, pour la plus haute cote (225 m) est estime 212 Mm3. (SNC, 1985). Les ouvrages dvacuation des crues nont jamais servi puisque la cote maximale jamais atteinte a t 211.47 m en fvrier 2006. Depuis sa construction, la retenue a t sec 37 mois, dont 11 conscutifs en 2010.

Fig. 1.7 : Vue par satellite du site et localisation des principaux ouvrages hydrauliques.

Lemplacement des puits de dcharge est indiqu par les pointills rouges, la localisation du puits dans la retenue est signale par le carr rouge, les dtails du bassin de dissipation (cadre jaune) sont

prsents en Fig. 1.10.

1.3.5.2. Un cas remarquable : le puits dans la retenue

En juin 1994, alors que la retenue tait quasiment sec, lquipe technique du barrage a constat la prsence dun effondrement du sol qui drainait une partie des eaux de la retenue. Cet accident dun diamtre de 12 m environ se trouvait en rive droite de la retenue proximit des affleurements calcaires du J. El Haouareb 300 m environ en amont de la tour de prise (Fig. 1.7). Cela sest avr tre un ancien puits construit dans les calcaires du Crtac qui agissait dsormais comme un siphon (Fig. 1.8). Leau sy engouffrait avec un fort dbit. Les essais de pompages raliss (Q = 110 L/s) ont montr par la stabilit des niveaux pizomtriques quil tait bien connect une nappe. Les tentatives de colmatage ont chou. Aussi, pour viter une trop grande fuite des eaux du barrage, il a t dcid de construire une tour en maonnerie jusqu 205,0 m daltitude en Aot 1994, puis successivement 207,0 m et 208,2 m en mai et Aot 1997. (Ben Salem, 1998)


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Fig. 1.8 : Schma de leffondrement constat en 1994, daprs les descriptions de Ben Salem (1998).

Le puits constitue maintenant une sorte de pizomtre de la nappe situe sous le barrage, quelques mesures de niveau y ont t effectues de manire ponctuelle. Ce puits constitue incontestablement une zone de recharge prfrentielle de laquifre dEl Haouareb. Nous avons utilis ce puits pour effectuer un traage luranine en novembre 2011 (cf. Chapitre 4).

Fig. 1.9 : Photographie du puits dans la retenue sec en fvrier 2010 (la hauteur approximative du

cuvelage est de 3 m) (C. Leduc).

1.3.5.3. Les mergences du bassin de dissipation

Avant la construction du barrage, les puits des habitants de la zone du bassin de dissipation montraient une altitude du niveau pizomtrique avoisinant 194 m NGT. Les travaux dexcavation du bassin de dissipation ont bien rvl la prsence de la nappe phratique ce niveau. Le bassin a t creus jusqu la cote 180 m grce la mise en place de 10 pompes permettant un dbit de prs de 1500 m3/h. (Chadly, 1992 ; Kingumbi, 1999) A la fin des travaux, lorsque les pompes ont t retires, le bassin sest rempli jusqu la cote 193 m correspondant llvation du seuil de sortie du bassin. Le bassin a une profondeur maximale de lordre de 13 m au pied du mur amont, puis diminue jusqu tre de lordre dun mtre au niveau de sa limite aval. Il est dsormais en permanence rempli deau et un


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coulement se produit au niveau du seuil, en direction du NE, canalis par la digue. Un canal de jaugeage a t construit en 1998 au niveau du seuil (cf. Chapitre 2). Les dbits de sortie du bassin ont par la suite augment, en consquence du remplissage de la retenue. Au mois de fvrier 1990 sont apparues pour la premire fois des sources sur le mur gauche du bassin au contact du calcaire dolomitique et des marnes (la plus haute la cote 199 m environ).

Fig. 1.10 : Schmatisation de lemplacement du bassin de dissipation, des principales venues deau et des pizomtres de lvacuateur de crues sur le croquis topographique de la SNC (1985). La limite de

remplissage maximale avant coulement dans le canal est indique en bleu.

1.3.5.4. Les sources du bassin de dissipation

La plupart des venues du bassin de dissipation sont submerges (ou subaffleurantes). Mais en fvrier 1990, alors que la retenue atteint pour la premire fois la cote 207,25 m, des sources se sont mises couler sur les murs du bassin de dissipation. La plus importante est situe 199 m daltitude. Elle est constitue dune dizaine de petites venues sur le mur gauche, au contact entre les calcaires dolomitiques et le niveau marneux, le dbit de lensemble des venues a t estim 6 L/s en 1990. Ces sources cessent de scouler lorsque le niveau de la retenue sabaisse. Le niveau limite de dbut ou darrt dcoulement des sources est difficile estimer car les observations ne sont pas rgulires. On compte galement la prsence dautres sources principalement sur le mur frontal, ainsi que sur le mur droit. Ces sources sourdent lgrement au dessus du niveau du bassin. Des suintements ont galement t observs sur le mur frontal, diffrentes hauteurs diverses poques. Les campagnes prcdentes nont pas clairement fait la distinction entre les diffrentes arrives deau. Elles ont t uniquement diffrencies par leur appellation les sources au dessus de leau de la source . Nous avons identifi et numrot les sources les plus importantes au niveau du mur frontal et au contact des marnes (Fig. 1.11). Les sources au


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dessus de leau ont t identifies comme celles scoulant au niveau du mur frontal, cela inclut les sources 4, 5, 6 et 7 mais nous ne sommes pas en mesure de savoir de quelle source il sagit, ni si les mesures ont toujours t faites sur la mme. Pour ce qui est des autres sources lidentification a pu se faire pour certaines campagnes seulement, daprs les photos de terrain sur lesquelles nous avons pu identifier la source 1, ou source des marnes (Fig. 1.11).

Fig. 1.11 : Localisation des principales sources des mergences.

Nous avons effectu une plonge de reconnaissance en avril 2010 dans le bassin de dissipation alors que le barrage tait sec depuis 6 mois et le dbit du bassin trs faible. La visibilit tait relativement mauvaise et nous tions contraints par le temps. Aucune arrive deau massive na pu tre identifie lors de cette exploration. La venue deau la plus importante tait la source subaffleurante n7 (Fig. 1.11). Le fond du bassin est recouvert de sdiments trs fins dune paisseur de lordre de 50 cm. Nous avons pu y observer une dizaine darrives deau au dbit imperceptible qui dgageaient de tout sdiment des aires pouvant atteindre un mtre de diamtre environ (Fig. 1.12).


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Fig. 1.12 : Photographies de deux arrives deau au fond du bassin de dissipation, environ 13 m de

profondeur.

1.3.6. Gologie du seuil dEl Haouareb

1.3.6.1. Structure

La zone dtude est situe sur un nud tectonique complexe. Les reliefs du BV correspondent globalement aux anticlinaux, les dpressions et les plaines aux synclinaux (Khomsi et al., 2006 ; Ben Ammar 2007). Lorientation des reliefs correspond aux structures majeures de la Tunisie : les structures atlasiques de la dorsale tunisienne orientes NE-SO (amont du bassin, Jebel Trozza, Jebel Cherichira) et les structures orientes N-S de laxe tunisien (Jebel El Haouareb, Oussletia et Touilla) (Fig. 1.13, Fig. 1.14). Les deux principaux pisodes tectoniques qui ont model ces structures ont eu lieu la fin de lEocne pour la phase atlasique et a dbut au Mio-Pliocne pour la phase nord-sud. Cette dernire a t amorce avec la formation de laxe Nara-Touilla-El Haouareb avant de provoquer leffondrement de la plaine de Kairouan, les Jebels Touilla, Hallouf, et El Haouareb forment dsormais un rempart de calcaire entre le bassin amont et la plaine (Fig. 1.14).


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Fig. 1.13 : Schma structural de lAfrique du nord et de la Tunisie centrale. 1, Mio-Pliocne, 2,

Miocne, 3, Oligocne, 4, ocne, 5, Crtac suprieur, 6, chevauchements, 7, failles majeures, 8, forages, 9, lignes sismiques (Khomsi et al., 2006). La zone dtude est encadre en bleu.

Fig. 1.14 : Esquisse structurale de la rgion dEl Haouareb (SNC, 1985). Lemplacement du barrage est

figur par le point bleu.

Barrage El Haouareb

10 km


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Les mouvements qui ont affect la rgion ont galement entrain la cration de nombreuses failles. On en retrouve dans toute la rgion et notamment proximit du barrage. Un des accidents les plus importants dans la rgion est laccident de Cherichira (ou faisceau de Cherichira Fig. 1.14) dont lorientation varie de NE-SO E-O et N-S plus localement. Laccident de Cherichira et les structures qui lui sont associes, ont t actifs depuis le Crtac infrieur jusqu'au Villafranchien, rejouant aux moindres sollicitations tectoniques. Elles ont enregistr une succession de dformations : partir du Miocne infrieur moyen, cet accident, jusqu'alors distensif, devient dcrochant-compressif; d'abord senestre avant le Langhien-Serravallien, il volue en dextre-compressif, l'exception d'un bref pisode Messinien de distension. Les volutions successives de contexte tectonique depuis le Miocne nont pas t uniformes dans tous les secteurs affects par le mouvement. Comme lindiquaient Martinez et al., 1990 : Cette variation dans la dformation Mio-Plio-Quaternaire traduit plus des perturbations locales du rgime des contraintes sur un difice dj structur que des alternances d'pisodes de compression et de distension; ces perturbations, lies l'allure brise de l'A.M.C. [laccident Mhrila-Cherichira], peuvent engendrer lors d'un mme pisode, des dformations ici en compression et l en distension . Ainsi, le sud du Jebel Cherichira, a connu un pisode de distension postrieur au Plio-Villafranchien, traduit par dimportants dpts Mio-Plio-Villafranchiens louest du Trozza, o de nombreuses failles normales synsdimentaires indiquent une extension NNO-SSE (Martinez et al., 1990). Les formations discordantes du Miocne moyen ont t dposes sur un substratum bien structur et fractur. Lallure actuelle du trac de laccident de Cherichira, avec ses changements brusques de direction, indique que, sous la couverture Miocne, le rseau daccident est complexe, marqu par un couloir de failles parallles, de direction E-O, entre lesquelles jouaient des failles de direction NO-SE, N-S et NE-SO. Par la suite, une partie des failles orientes E-W tant ractives, les accidents N-S et NE-SO servent de zones de relais (Martinez et al., 1990). On retrouve 1accident de Cherichira dans le rseau de fractures E-W, dcrochantes-dextres, qui trononnent au nord de lOued Merguellil, lextrmit mridionale du Jebel Cherichira et, au sud, le Jebel El Haouareb. Loued est lui-mme install sur la fracture majeure de part et dautre de laquelle les structures ne se correspondent pas, identifie comme l accident du Merguellil (SNC,1985 ; Martinez et al., 1990) (Fig. 1.14, Fig. 1.16).

1.3.6.2. Lithologie

Les formations sdimentaires qui affleurent dans la rgion stendent du Trias au quaternaire. Les reliefs du BV sont constitus de formations principalement calcaires, marno-calcaires et marneuses dge Crtac. Elles affleurent au sud et lest du seuil dEl Haouareb sur le flan ouest du Jebel El Haouareb et au cur du Jebel Trozza (Fig. 1.15). Des roches dtritiques constitues de dpts plus grossiers (grs, sables ou argiles sableuses) de la fin du tertiaire (Miocne) reposent en discordance sur les sries calcaires, elles affleurent principalement lextrmit sud du Jebel Cherichira. Les dpts tertiaires ont t largement recouverts par des sdiments quaternaires anciens (limons, sables, argiles, cailloutis) souvent


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fossiliss par une crote ou un encroutement calcaire eux mme recouverts par les alluvions plus rcentes (Hamza, 1976 ; Bouzaiane et Lafforgue, 1986, Ben Ammar, 2007). Les plaines du bassin amont et de laval sont des synclinaux remplis de sdiments continentaux dge Plio-Quaternaire.

Fig. 1.15 : Carte gologique de la rgion dEl Haouareb, (extrait de la carte gologique de Tunisie au 500.000e, Ben Haj Ali et al., 1985 cit par Ben Ammar, 2007). Lemplacement du barrage est indiqu

par le cadre bleu.


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Fig. 1.16 : Gologie simplifie lemplacement du barrage El Haouareb. Localisation des principales

failles, dlimitation de la retenue du barrage en hautes eaux. Emplacement des coupes prsentes dans les Fig. 1.17, Fig. 1.18, Fig. 1.22 et Fig. 1.23

a) Le Jebel El Haouareb Le Jebel El Haouareb qui constitue lappui droit du barrage se situe lextrmit

septentrionale de lanticlinal dissymtrique dEl Haouareb. Il appartient la chaine Nara-Touilla oriente nord-sud (Fig. 1.14). Il sagit dun monoclinal orient N 30 avec pendage vers louest. Les formations de calcaire grseux et de marno-calcaire qui affleurent sennoient au nord et louest sous les dpts quaternaires du Merguellil. Le flan ouest prsente des bancs de calcaire grseux le long de laxe du barrage avec passage de marnes grises et des intercalations marno-calcaires du Crtac suprieur plus en amont (Fig. 1.17). Le flanc est voit ses formations marno-calcaires tronques par une faille normale qui met la structure calcaire en contact direct avec les formations quaternaires de la plaine de Kairouan.

Plaine dAin Beidha

E

E

F

F


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Fig. 1.17 : Coupe gologique schmatique travers le Jebel El Haouareb (C-C) (Ouali, 2007)

Le calcaire grseux affleure sur prs de 150 m lappui droit du barrage, entre les cotes 227,5 et 204 m. Il sagit dun calcaire massif et dur sous forme de bancs dcimtriques mtriques et intercals de bancs centimtriques de calcaire marneux. Les bancs sont orients N30 N40 (ils forment un angle de 40 environ avec laxe du barrage) et prsentent un pendage moyen compris entre 20 et 30NO. Ces calcaires sont trs fissurs, deux forages situs dans cette zone ont enregistr une perte deau totale tout au long du carottage de la formation. Les essais deau sous pression ralis dans lun deux ont montr une forte absorption, parfois suprieure au dbit de la pompe (70 L/min). Des essais dinjection de coulis de ciment ont montr une absorption maximale de prs de 3,3 tonnes de ciment pour une tranche injecte de 5 m. (SNC, 1985). Ils sont recoups de trois familles de joints. La plus importante prsente une direction perpendiculaire laxe du barrage. Les joints sont espacs de quelques dcimtres quelques mtres, gnralement subverticaux, parfois ouverts ou remplis dargile et de calcite. La deuxime famille prsente des joints subparallles laxe du barrage (N0 N5), rugueux et rectilignes, gnralement remplis de calcite et dargile. La dernire famille de joints correspond au litage de la roche (orientation N 40 et pendage 20 NO) (Ouali, 2007). Une importante faille de direction NE-SO traverse le Jebel El Haouareb au niveau de lvacuateur de crues. Elle est notamment visible au niveau du canal dvacuation des crues dans lequel les formations gologiques de part et dautre du canal ne se correspondent pas.

b) Ain Grab Au nord du barrage dEl Haouareb, le Jebel Cherichira est un chanon peu lev qui

montre une succession de formations sdimentaires gnralement tendres, recouvertes localement de colluvions, affect au sud par le mouvement de Cherichira. Sur le passage de la faille affleurent des intrusions triasiques.


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La formation Ain Grab, lextrmit ouest du J. Cherichira montre une barre de plusieurs grso-carbonats trs fossilifres. Lemprise du barrage en rive gauche recouvre de lamont vers laval des argiles et grs du Miocne, des sables et grs de lOligocne continental et des marnes et grs de lOligocne marin. La formation Mahmoud dge Langhien suprieur correspond des argiles gypseuses avec intercalations de grs carbonats bioclastiques. Considres comme stables et impermables, elles constituent lappui du barrage en rive gauche (SNC, 1985).

Fig. 1.18 : Coupe gologique schmatique de lextrmit sud du Jebel Cherichira (coupe B-B) qui

constitue lappui gauche du barrage (modifi de Ibrahim, 1997)

c) Ain Beidha Le bassin dAin Beidha se prsente comme une cuvette remplie de sdiments dge

Mio-plio-quaternaire et entoure par des anticlinaux o affleurent des formations du secondaire. La structure de cette cuvette savre tre trs complexe et trs compartimente. On retrouve globalement deux formations synclinales spares par un anticlinal. Lensemble est marqu par de nombreux accidents tectoniques (Ben Ammar, 2007) (Fig. 1.19). Les sdiments du plio-quaternaires ont une paisseur variant de 10 180 m. La puissance de recouvrement augmente dans le secteur de loued Merguellil et vers le J. Trozza mais diminue ses piedmonts. A proximit du seuil dEl Haouareb, les dpts quaternaires biseautent sur les calcaires du Crtac (Fig. 1.20, Fig. 1.21).


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Fig. 1.19 : Schma structural du bassin dAin Beidha (Ben Ammar, 2007)

Fig. 1.20 : Coupe schmatique amont-aval (coupe D-D) du bassin dAin Beidha (Ben Ammar, 2007)

Fig. 1.21 : Corrlation gologique est-ouest dans la partie aval du bassin de Ain Beidha (coupe A-A)

daprs Hamza, 1976 modifi (Ben Ammar, 2007)

A A

D

D

Emplacement du barrage


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d) Corrlation litho-stratigraphique au niveau de lemplacement du barrage Le barrage est la jonction entre plusieurs entits gologiques. Du nord au sud il fait

le lien entre les formations dtritiques tertiaire dAin Grab et les formations calcaires secondaires du Jebel El Haouareb (Fig. 1.22). Entre les deux reliefs stend un remplissage Plio-Quaternaire htrogne recouverts dalluvions. Laxe de la digue recoupe laccident du Merguellil qui fait ressortir un affleurement du Miocne grseux au centre du lit de loued par un jeu de failles.

Fig. 1.22 : Coupe gologique schmatique suivant laxe du barrage (EE sur la Fig. 1.16) (Modifi de

Ibrahim, 1997) En rive droite, de lamont vers laval, le seuil calcaire dEl Haouareb fait le lien entre le remplissage dtritique Plio-Quaternaire dAin Beidha et les dpts Plio-Quaternaire de la plaine de Kairouan. Les calcaires sont recoups par deux failles normales (Fig. 1.23).

Fig. 1.23 : Corrlation litho-stratigraphique E-O travers le seuil dEl Haouareb (FF sur la Fig. 1.16)

(modifie de Chadly, 1992). Les niveaux pizomtriques (NP) sont reprsents en pointills bleus.

S

Amont Aval


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1.3.7. Contexte hydrogologique du seuil dEl Haouareb

Le bassin amont est constitu de plusieurs aquifres en relation. Dans son extrmit aval, coexistent les aquifres de Bouhafna, Haffouz et Ain Beidha, damont en aval. Dune manire gnrale, pour ces trois aquifres, les bassins hydrographiques et hydrogologiques se superposent. Les eaux de ces rservoirs se dversent successivement les unes dans les autres pour converger vers le seuil dEl Haouareb. Cest travers ce seuil que transitent les eaux qui vont recharger laquifre de la plaine de Kairouan (Fig. 1.24). Le seuil dEl Haouareb est galement encadr par deux massifs rocheux : le Jebel El Haouareb au sud et le Jebel Cherichira au nord. Ces deux formations sont fortement affectes par le faisceau dcrochant de Cherichira qui fait merger le Jebel Cherichira et que lon retrouve au niveau des failles qui jalonnent la zone (accident du Merguellil, faille dans lvacuateur de crue). Le Jebel El Haouareb est galement affect par le mouvement N-S qui affecte la rgion au niveau de son extrmit orientale.

Fig. 1.24 : Reprsentation schmatique des aquifres en relation au niveau du seuil dEl Haouareb

1.3.7.1. Bouhafna et Haffouz Le synclinal grseux formant laquifre de Bouhafna en amont de Haffouz constitue un

rservoir important largement surexploit (Kingumbi, 2006). Ses eaux sont draines par loued Merguellil et finissent par se dverser dans laquifre de Haffouz. Ce dernier comprend deux horizons. En profondeur se trouvent des calcaires qui affleurent au J. Ouesslat, o se produit une partie de la recharge. Dans le reste de laquifre les calcaires se trouvent sous un remplissage dtritique continental du Mio-Pliocne qui peut atteindre 400 m dpaisseur. Lensemble de ce systme est drain par le Merguellil, il existe de nombreuses petites sources jalonnant loued (Bouzaiane et Lafforgue, 1986). Une partie des eaux svapore Sidi Boujdaria, en aval de la ville dHaffouz o la nappe affleure et cr un marcage. La nappe rejoint ensuite les eaux dAin Beidha au niveau de lemplacement actuel du barrage.


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1.3.7.2. Ain Beidha La nappe dAin Beidha occupe la partie la plus mridionale du bassin amont. Elle est

limite au nord par loued Merguellil, au sud par la ligne de partage des eaux entre Merguellil et Zeroud, louest par le Jebel Trozza et lest par lalignement des Jebels Touilla El Haouareb (Fig. 1.19). La recharge se fait principalement au niveau des piedmonts des reliefs encadrant le bassin (J. Trozza et Touilla) et par les oueds (Fig. 1.19). Les niveaux pizomtriques voluent de 350 m environ jusqu atteindre 200 m environ dans les gorges dEl Haouareb, o la nappe est sub-affleurante. La nappe se dverse ensuite dans la plaine de Kairouan via les calcaires du Crtac dEl Haouareb (Hamza 1976 ; Chadly, 1992 ; Ben Ammar, 2007). Globalement, le bassin dAin Beidha est constitu de plusieurs horizons aquifres superposs et/ou mis en contact par les nombreuses failles (Ben Ammar, 2007). Les eaux dAin Beidha scoulent du SO vers le NE, le seuil dEl Haouareb constitue lexutoire du systme. lapproche du seuil dEl Haouareb les essais de pompages raliss dans deux forages situs moins de 4 km de lemplacement actuel du barrage ont donn des valeurs de transmissivit de 7.10-2 et 1.10-2 m/s (Hamza, 1976).

Fig. 1.25 : Pizomtrie schmatique de la nappe dAin Beidha, tat ant-barrage, 1973 (Ben Ammar,

2007)

1.3.7.3. Aquifre fissur dEl Haouareb

Ce petit aquifre fissur tait autrefois considr comme partie intgrante de laquifre dAin Beidha. Il a t individualis par Chadly en 1992 la suite dtudes pizomtriques,


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chimique et litho-stratigraphiques. La nappe se situe dans la srie calcaire du Crtac suprieur. Cet aquifre constitue un lien entre les aquifres amont qui convergent vers ce seuil et laquifre alluvial de la plaine de Kairouan. Le volume des eaux transitant par les calcaires crtacs depuis Ain Beidha a t estim par diffrents auteurs. Hamza (1976) avait avanc un volume transitant de 2,7.106 m3/an (86 L/s) puis Kingumbi, en 1999, a rvalu le volume souterrain transitant 5.106 m3/an (159L/s). La profondeur de la formation nest pas connue. Les essais de pompage raliss dans le forage El Haouareb 5 indiquent une transmissivit moyenne de lordre de 6.10-4 m/s (Hamza, 1976). En amont, les dpts du quaternaire dAin Beidha et de laquifre de Haffouz biseautent sur les calcaires et ces deux nappes se dversent dans la nappe de Kairouan via les formations calcaires. Une grande faille normale, lorigine de leffondrement de la plaine de Kairouan met en contact les calcaires dEl Haouareb avec les formations quaternaires de la plaine alluviale en aval. Les sources prennes qui alimentent le bassin de dissipation du barrage dEl Haouareb tmoignent de cette alimentation. La nappe du J. El Haouareb est galement alimente par la retenue du barrage, les mesures du dbit de lmergence montrent dailleurs une forte proportionnalit avec la cote du plan deau (Kingumbi, 1999 ; Virrion, 2006) (cf. Chapitre 4).

1.3.7.4. Ain Grab

Le barrage prend appui en rive gauche sur le petit mont dAin Grab qui constitue lextrmit sud du Jebel Cherichira. Ce monticule rocheux accueille le village dAin Grab. Comme son nom le laisse penser ( Ain signifie source en arabe), deux sources prennes sourdent au niveau de ce village (Fig. 1.16). Ces deux sources constituent deux points de sortie du mme systme, car leurs caractristiques physico-chimiques (pH, conductivit lectrique, temprature, teneur en ions majeurs et isotopes stables) sont identiques (M. O, comm. personnelle). Elles sont utilises pour la consommation humaine. Les villageois ont canalis ces sources qui totalisent un dbit infrieur 1L/s et amnag des fontaines.

1.3.7.5. La plaine de Kairouan

Laquifre de la plaine fait partie dun grand bassin sdimentaire dtritique qui correspond une cuvette effondre remplie de sdiments dge Plio-Quaternaire, dont lpaisseur peut atteindre 800 m. Le remplissage constitu de graviers, sable et argile est htrogne, ces dpts continentaux sont forms en couches lenticulaires dextension variable (Ben Ammar, 2007). Laquifre de la plaine de Kairouan est un systme aquifre multicouche intercal dhorizons de tailles et de permabilits variables, il contient une nappe libre sur sa partie amont (Besbes, 1972). Au niveau du seuil dEl Haouareb, les niveaux pizomtriques plongent brusquement l'aval du barrage sous l'effet probable de la faille normale qui a provoqu leffondrement de la plaine. Entre le pizomtre El Haouareb 5 (EH5) au pied de la digue (n 8941 sur la Fig.


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1.23) et le pizomtre M21 situ moins de 2 km, la profondeur du niveau statique passe de 14 m environ plus de 52 m (Fig. 1.23).

1.3.8. Impacts hydrologiques du barrage El Haouareb

1.3.8.1. Impact sur les nappes amont

Depuis la mise en eau du barrage les puits et pizomtres dAin Beidha proximit de la retenue (< 5 km) ont enregistr une remonte sensible de leurs niveaux pizomtriques (Kingumbi, 1999).

Fig. 1.26 : Evolution des niveaux deau dans la nappe dAin Beidha proximit du barrage dEl

Haouareb (Kingumbi, 1999)

1.3.8.2. Impacts sur la nappe aval

Laquifre dEl Haouareb joue depuis la construction du barrage un rle cl dans le transfert des eaux (Fig. 1.27). Avant sa construction, la recharge de la nappe dans la plaine laval se faisait principalement par ltale des crues de loued Merguellil et dans une faible proportion par alimentation profonde depuis la nappe dAin Beidha (Fig. 1.27) (Chadly, 1990 ; Kingumbi, 2006). Dsormais, loued ne coule plus au-del du barrage. La majorit des

Mise en eau du barrage


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eaux retenues svaporent ou sinfiltrent au niveau des calcaires dEl Haouareb et une partie est consomme pour lirrigation. La recharge de la nappe de Kairouan est concentre l

Annexe 3.A.

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