Caractérisation géochimique des lacs collinaires de la...

UNIVERSITE MONTPELLIER 1

Unités de Formation et de Recherche Pharmaceutiques

CARACTERISATION GEOCHIMIQUE DES

LACS COLLINAIRES DE LA TUNISIE SEMI-ARIDE

ET REGULATION GEOCHIMIQUE DU PHOSPHORE

Thèse présentée pour obtenir le grade de :

DOCTEUR DE L'UNIVERSITE DE MONTPELLIER 1

Ecole doctorale : Géosciences

Formation doctorale: Hydrologie, Sciences de l'Eau et Aménagement

Groupe des disciplines pharmaceutiques du CNU 4ûe section

Sciences du Médicament (Hygiène - Environnement)

par

Nathalie RAHAINGOMANANA

soutenue le 3 juin 1998 devant le jury composé de :

Mme Akissa BAHRL Maître de Recherche, INRGREF, Tunisie

M. Jean BONTOUX, Professeur, Université de Montpellier 1

M. André FABRE, Ingénieur CNRS, CNRS-UPR 8211, Toulouse

M. Jacques LEMOALLE, Directeur de Recherche, ORSTOM

Mme Bernadette PICOT, Professeur, Université de Montpellier 1

M. Michel RIEU, Directeur de Recherche, ORSTOM

Examinateur

Examinateur

Rapporteur

Directeur de thèse

Examinateur

Rapporteur

Septembre 1997

UNIVERSITÉ MONTPELLIER 1FACULTÉ DE PHARMACIE

UNIVERSITÉ MONTPELLIER 1 : Président. Professeur Y. LOUBATIERESFACULTÉ DE PHARMACIE: Doyen. Professeur Jean-Louis CHANAL

UNITÉ DE FORMATION ET DE RECHERCHE DES SCIENCES PHARMACEUTIQUES ET BIOLOGIQUESDirecteur: Professeur Jean-Louis CHANAL

UNITÉ DE FORMATION ET DE RECHERCHE EN MATIÈRE ALIMENTAIRE. ŒNOLOGIQUE -ENVIRONNEMENT

Directeur: Professeur Jean-Claude CABANIS

UNITÉ DE FORMATION ET DE RECHERCHE DE PHARMACIE INDUSTRIELLEDirecteur: Professeur Jean-Pierre BALI

PROFESSElJRS DES UNIVERSITES

MM.M.M.M.M.M.M.M.MmeM.M.MmeM.M.M.M.M.M.M.M.MlleM.M.M.M.M.M.MmeMmeMmeMlleM.M.M.MmeM.

ANDARYAUDRANBALIBASTIDEBERLANBONNEBONNETBONTOUXBOUDEVILLEBRESCABANISCANOCASSANASCASTELCHANALCHAPATCROSDELARBREDELONCADOREEESCALEFABREFULCRANDGELISGORENFLOTGRASSYGRIMMONPREZJACOBJULLIENMAILLOLSMALLIEMANDROUMAURYMICHELMODATMONLEAUDPAU

ClaudeMichelJean-PierreJean-MarieJacquesClaudePierreJeanPhilippeJanineJean-ClaudeJean-PaulGenevièveJeanJean-LouisJean-PierreGérardJean-LouisHenriMarcelRogerHuguettePierreChristianAndréGérardLouisMauriceMagaliHélèneMichèleBernadelteLUCAlainGuyJacquelineBernard

Botanique et CryptogamiePhysique et BiophysiqueBiochimie générale et CliniqueImmunologie, Parasitologie et Mycologie MédicaleHématologiePhysiologieChimie OrganiqueSciences de l'Environnement et Santé PubliqueChimie Générale et MinéralePharmacocinétiqueChimie Analytique et BromatologieToxicologiePhysique Industrielle et Traitement de l'InformationChimie ThérapeutiquePhysique et BiophysiqueChimie OrganiquePharmacologiePhysique Moléculaire et StructuraleTechnique Pharmaceulique IndustrielleBiologie CellulaireChimie OrganiqueChimie Analytique et BromatologieChimie ThérapeutiquePhysique et BiophysiqueBiologie Cellulaire et MoléculaireChimie OrganiqueBiochimie Générale et CliniquePharmacie GaléniqueMilieux denses et matériauxTechnique Pharmaceutique IndustrielleImmunologie. Parasitologie et Mycologie MédicaleChimie AnalytiquePhysique Moléculaire et StructuralePharmacologiePhysiologieDroÎl et Economie de la SantéImmunologie

M.MmeM.M.M.M.M.MmeMlleM.

PELLECUER JacquesPICOT BernadetteRAMBAUD AndréROBBE YvesROSSI Jean-ClaudeROUSSEL Jean-LouisSERRANO Jean-JacquesSIMEON DE BUOCHBERG MichèleSOLERE MaryseTEROL Alain

PhannacognosieSciences de l'Environnement et Santé PubliqueSciences de l'Environnement et Santé PubliqueChimie OrganiqueChimie OrganiqueBotanique et CryptogarniePhannacologieBactériologie et VirologieBiochimie Générale et CliniqueChimie Générale et Minérale

MAITRES DE CONFERENCES

M.MmeM.MlleM.M.M.M.M.M.MlleM.M.MmeMlleMmeM.MmeMmeMmeMmeM.MlleMmeM.MmeM.M.M.M.M.M.MlleM.MlleMmeMlleMmeMmeMmeM.M.M.M.Mme

ALBEROLAARTISAUSSELAZAYBATAILLEBEGELBELONBERGEBLACHEBLAISEBLANCHINBOMPARTBOUDARDBOURRETBRESSOLLECABANISCARCYCASADEBAIGCASELLASCASTEXCHARLOTCHAUVETCHOQUETCOCIGLIOCOOPERCOSSONCOUDANECRASSOUSCUQDARMANADENDEVOISSELLEDURUDUSARTENGELENJALBERTFABREGUEFENETFLORACFOURCROYFOURNAJOUXGAGNEGALLEYRANDGARREAUGRISGUIBAL

SergeAnne-MariePaulJacquelineBernardMichelCharlesGilbertYvesAlainMarie-DominiqueJacquesFrédéricEvelyneFrançoiseMarie-ThérèseBernardJacquelineClaudeFrançoiseColetteAlainAnnelleMarylèneJean-FrançoisLaurenceJeanJean-ClaudePierreRolandJean-MarieChristianGhislaineRobertFrançoiseElianeHélèneMarie-ElisabethStellaJosyaneDidierJean-ClaudeHenriJean-PhilippeJacqueline

Chimie Générale et MinéraleChimie Thérapeutique'Physique et BiophysiquePhannacologiePhannacie GaléniqueDidactique PhysiologieBiochimie Générale et cliniqueChimie ThérapeutiqueChimie OrganiqueChimie Analytique et BromatologieChimie Analytique et BromatologieChimie OrganiqueImmunologiePhysique Moléculaire et Structurale'PhannacocinétiqueChimie Analytique et BromatologieBiologie Cellulaire et Moléculaire'Phannacie GaléniqueSciences de l'Environnement et Santé PubliqueImmunologieChimie Analytique et BromatologieChimie Générale et MinéraleToxicologiePhannacologieChimie Analytique et BromatologieBotanique et CryptogamieChimie des MatériauxChimie OrganiqueToxicologieChimie ThérapeutiqueTechnique Pharmaceutique Industrielle'Phannacie GaléniqueBactériologie et VirologieChimie des MatériauxBotanique et CryptogamiePhysique Industrielle et traitement de l'InfonnationChimie Analytique et BromatologieBotanique et CryptogamiePhysiologiePhysique et BiophysiqueBiochimie Générale et CliniquePhysique et BiophysiqueChimie des MatériauxHématologieImmunologie

MmeMlleMmeM.MmeM.M.M.MlleMmeMmeMmeM.MmeM.MmeMmeM.M.MmeM.MMmeMlleM.M.M.MmeMineMmeM.M.MmeMMlleMlleMme

GUIBERTHANSELILLESJEANJEANLACOSTELAGETLARROQUELASSERRELAURENTLlUTKUSMARIONMENAGEMESTRESMESTRESMILHAVETMULLERNIELLOUDPELISSIERPERSONNEPHAMPRECIGOUTPROMRAMBAUDRAPIORRASCOLRAYNAUDSABATIERSALHISOULIESUSPLUGASSUSPLUGASTEISSEDRETEPVALENTINVIANVIEVIVERGE

Marie-SophieSylvieSuzanneBernardAnne-MarieJean-PierreMichelYvesFlorenceMartineChantalKarinaJean-PaulGilberteJean-ClaudeAgnèsFrançoiseYvesChristianTuyet NgaEricThuchJoëlleSylvieJean-PierreEricRobertSharonMarie-LouiseClaudinePaulPierre-LouisAlineAlexisLaurenceMarie-ThérèseDanièle

Physique et Biophysique'Pharmacie CliniqueSciences de l'Environnement et Santé PubliqueChimie Générale et MinéraleBactériologie et VirologieTechnique Pharmaceutique IndustrielleChimie Analytique et BromatologiePharmacie GaléniquePhannacologiePharmacologiePharmacognosieBiologie Cellulaire et MoléculaireChimie AnalytiqueTechnique Pharmaceutique IndustrielleChimie OrganiquePhysiologieTechnique Pharmaceutique IndustriellePhannacognosieBactériologie et VirologiePhysique et BiophysiqueBiologie Cellulaire et MoléculaireToxicologieChimie Générale et MinéraleBotanique et CryptogamieBotanique et CryptogamieBiochimie Générale et CliniquePhysique Moléculaire et StructuraleImmunologieBiochimie générale et CliniquePhannacognosiePharmacognosieChimie Analytique et BromatologieToxicologieParasitologie et Mycologie MédicaleToxicologiePhysique et BiophysiqueBiochimie générale et Clinique

Avant - Propos

Avant - Propos

Je remercie M. Jacques Lemoalle, Directeur de Recherche à l'ORSTOM, qUI a permis la

réalisation de cette recherche qu'il a dirigé et encadré.

L'essentiel de ce travail a été réalisé à l'Institut National de Recherche en Génie Rural, Eaux et

Forêts (l.N.R.G.R.E.F.) de Tunis, au sein du Laboratoire de Chimie des Eaux et des Sols. Je tiens

ainsi vivement à remercier les personnes qui composent ce laboratoire:

- Mme Akissa Bahri, Maître de Recherche, qui a mis tous les moyens de son laboratoire à ma

disposition et qui a toujours tout fait pour que je bénéficie des meilleures conditions de travail

possibles. Je lui suis infiniment reconnaissante de ce temps si précieux qu'elle a toujours pris

pour me conseiller et m'encourager de façon très efficace; je l'a remercie d'avoir accepté d'être

membre du jury;

- M. Moncef Houidek qui m'a beaucoup aidé, notamment pour les prélèvements d'échantillons

sur le terrain;

- Mme Zaâra Chaouch, Mme Fatma Turki, Mme Salha Mokadden et Melle Karima Zaïed qui ont

assuré la réalisation des nombreuses analyses;

- M. Mabrouk Khlifi et M. Khelifa Ben Othman pour tous les services qu'ils m'ont rendus;

- Mme Rafika Takroumi et M. Boubaker Hichri pour leur soutien quotidien.

Je souhaite aussi remercier.

- Mme Monia Trad, et le personnel du Laboratoire de Microbiologie qUI ont assuré mes

premières minéralisations à l'autoclave;

- Mme Ceci qui m'a donné accès à la balance de précision de son laboratoire;

- M. Nejib Rejeb, Directeur de l'l.N.R.G.R.E.F., ainsi que le personnel de l'établissement dans

son ensemble qui fut toujours très chaleureux.

Au sein de la Mission üRSTOM de Tunis, je remercie:

- l'équipe chargée du suivi hydrologique des lacs collinaires qui a fortement appuyé et

encouragé ce travail: M. Henri Camus, M. Jean Albergel, M. Yannick Pepin, Melle Zakia

Jenhaoui et tout particulièrement M. Noël Guiguen avec qui j'ai pu faire les tournées

trimestrielles sur les lacs collinaires. ainsi que M. Mohamed Ben Younes qui a entre autres,

réalisé la collecte astreignante des échantillons d'eau pour la bactériologie;

- M. Bernard Dalmeyrac, géologue et M. Patrick Zante, pédologue, qui m'ont aidé à identifier

l'environnement lithologique des lacs collinaires;

- M. Saïd Khalfallah et M. Jalloul El Baccouch qui m'ont souvent conduite sur le terrain et

surtout, efficacement épaulée:

- M. Rached Nagazi pour les diverses courses menées à bien;

- Mme Douja Boussetta, Mme Christiane Ouertani, Mme Saïda Boubekri, M. Hassan Ayari et

M. Amar Saadani pour leur serviabilité et leur soutien;

- et tous les autres amis rencontrés dans cette maison qui m'ont énormément encouragée.

Je suis reconnaissante à M. Ivan Caballero et M. Mohamed El Baccouch qui sont venus me prêter

main forte au labo et sur le terrain, avec beaucoup d'enthousiame et d'efficacité.

Les analyses bactériologiques ont été réalisées au C.I.T.E.T. à Tunis grâce à Mme Amel Fantar et

Melle Habiba Makhlouf je les remercie vivement d'avoir accepté la charge de ce travail malgré

tout celui qu'elles avaient déjà:

Mes remerciements s'adressent aussi à :

- M. Taoufik Tnani du laboratoire de Chimie l'I.N.R.A.T. de Tunis qui m'a donné accès à une

balance de précision;

- M H. Hamrouni, responsable du laboratoire de Chimie de la Direction des Sols de Tunis qui

a mis la centrifugeuse de son laboratoire à ma disposition;

- M. Alain Grasmick et M. Johny Bullon de l'équipe Génie des Procédés de l'USTL de

Montpellier qui m'ont permis et aidé à réaliser les analyses granulométriques des sédiments au

granulomètre laser;

Je remercie pour leurs fructueux conseils:

- Mme S. Sassi du laboratoire d'Analyses Eau-Sol-Plante de l'I.N.R.A.T;

- M. Christian Feller, pédologue à l'ORSTOM de Montpellier;

- M. Han Golterman qui nous a de plus fait don d'une indispensable centrifugeuse;

- Mme Elena Gomez Courtez du Département Sciences de J'Environnement et Santé Publique

de la Faculté de Pharmacie de Montpellier:

- M. Boubaker Houmane, Professeur du Département de Géologie de la Faculté des Sciences

de Tunis.

Avant - Propos

Je tiens aussi à remercier les personnes rencontrées au G.A.M.E.T. et au Cemagref de

Montpellier. leur sympathie a énormément facilité mon atterrissage à Montpellier après le dur

départ de Tunis. Leurs encouragements n'ont ensuite pas manqué durant toute une année de

rédaction, fastidieuse certes, mais qui s'est déroulée grâce à eux, dans la joie et la bonne humeur.

Je remercie particulièrement les personnalités du jury que sont:

- M. André Fabre de l'UMR-CNRS 5552 qui a bien voulu juger ce travail;

- Mme Bernadette Picot et M. Jean Bontoux, Professeurs du Département Sciences de

l'Environnement et Santé Publique de la Faculté de Pharmacie de Montpellier.

J'adresse toute ma reconnaissance à M. Michel Rieu, Directeur de Recherche à l'üRSTüM, qui

m'a permis de parcourir le fabuleux bout de chemin qui m'a menée jusqu'ici. Je le remercie ainsi

pour toutes les expériences scientifiques et humaines que j'ai eu la chance de vivre au cours de

cette thèse et de mes précédents stages, ainsi que pour toutes les rencontres plus enrichissantes les

unes que les autres, que cela m'a permis de faire. Je le remercie enfin pour les remarques

pertinentes qu'il a apporté à ce travail et pour avoir accepté d'en être rapporteur.

Merci à tous les autres amis et parents, qui n'ont jamais cessé de m'encourager.

Pour finir, je souhaiterais rendre hommage aux fellahs riverains des lacs collinaires qui nous ont

toujours offert un accueil très chaleureux et leur vive collaboration.

Table des matières

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE 9

1ère partie: Cadre général de l'étude et objectifs

CHAPITRE 1 : PRÉSENTATION DE LA TUNISIE SEMI-ARIDE 13

1.1. Cadre géographique 13

1.2. Reliefet lithologie de la zone collinaire 14

1.3. Climat 14

1.4. Couvert végétal 16

1. 5. Ressources en eau 16

1.5. 1. La répartition des apports 16

1.5.2. Les eaux de surface 16

1.5.3. Les eaux souterraines 17

CHAPITRE 2: LA GESTION DES RESSOURCES EN EAU ET LE RÔLE DES LACS

COLLINAIRES 19

2.1. Enjeux et stratégies de mobilisation des ressources en eau 19

2.1.1. Les besoins en eau de la Tunisie 19

2.1.2. La lutte contre l'érosion et l'aménagement des bassins versants 20

2.2. Mobilisation des ressources en eau 21

2.2.1. Bilan général 21

2.2.2. La mobilisation des eaux de surface 21

2.2.3. La mobilisation des eaux souterraines 25

2.2.4. Conclusion sur la place des lacs collinaires dans la stratégie de mobilisation des

ressources en eau 26

2.3. L'exploitation agricole de l'eau 27

2.3.1. L'importance de l'irrigation 27

2.3.2. La dominance de la petite hydraulique 28

2.3.3. L'importance de l'irrigation d'appoint 28

2.3.4. Situation et perspectives en zone semi-aride 30

2.4. Remarques et conclusion sur le rôle du lac collinaire en zone semi-aride 32

CHAPITRE 3: PRÉSENTATION DE L'ÉTUDE 34

3.1. Problématique générale de la qualité de l'eau dans les lacs collinaires 34

3.1.1. Le risque de salinisation 34

3.1.2. Le niveau trophique 35

3. 1.3. Les risques sanitaires 35

3.2. Les objectifs de l'étude 36

3.2.1. La caractérisation géochimique des lacs collinaires 37

3.2.2. L'étude du comportement géochirnique du phosphore dans les lacs collinaires 37

CHAPITRE 4: PRÉSENTATION DES LACS COLLINAIRES ÉTUDIÉS 38

4.1. Description des lacs collinaires et de leur bassin versant 38

4. 1. 1. Choix et localisation 38

4.1.2. Caractéristiques des retenues 39

4.1.3. Caractéristiques des bassins versants 39

4.2. Usages de l'eau 42

4.3. Fonctionnement hydrologique des lacs collinaires 44

4.3. 1. Principe général 44

4.3.2. Comportement des lacs collinaires durant la période hydrologique 1994-1996 45

4.4. Conclusion , '" '" 53

2ème partie: Caractérisation géochimique des lacs collinaires

CHAPITRE 1 : INTRODUCTION À L'ÉTUDE GÉOCHIMIQUE DES LACS COLLINAIRES 57

1.1. Rappel des principaux paramètres d'évaluation de la qualité des eaux à usages agricoles57

1.1.1. Qualité des eaux pour l'irrigation 57

1.1.2. Qualité des eaux pour l'alimentation des élevages 59

1.2. Présentation générale de la salinité des eaux de la Tunisie semi-aride 60

1.2.1. Salinité des eaux de surface 60

1.2.2. Salinité des eaux souterraines 61

1.3. Principaux déterminants du comportement hydrochimique d'un petit barrage en zone

semi-aride 62

1.3. 1. Les termes du bilan hydra-salin 62

1.3.2. Evolution des eaux et salinisation 63

1.3.3. Conclusion 65

CHAPITRE 2 : MÉTHODE D'ÉTUDE 66

2.1. Echantillonnage 66

2.1.1. Fréquence d'échantillonnage 66

2

Table des matières

2.1.2. Prélèvements et conservation des échantillons......................................................67

2.2. Mesures et analyses physico-chimiques 68

2.3. Modèles d'équilibres chimiques 69

CHAPITRE 3 : VARIABILITÉ DE LA SALINITÉ DES EAUX DES LACS COLLINAIRES .70

3.1. Salinité globale des eaux analysées 70

3.2. Répartition géographique des salinités 72

3.3. Relation entre la salinité et l'hydrologie 73

3.4. Variation saisonnière de la salinité 74

3. 5. Conclusion 76

CHAPITRE 4 : TYPOLOGIE GÉOCHIMIQUE DES LACS COLLINAIRES 77

4.1. Caractéristiques géochimiques globales 77

4.1.1. Composition ionique des eaux étudiées 77

4.1.2. Relations géochimiques d'ensemble 79

4.1.3. Faciès géochimiques 79

4.1.4. Equilibres géochimiques 81

4. 1.5. Conclusion 83

4.2. Caractéristiques des eaux de remplissage 84

4.2.1. Répartition des lacs collinaires par groupe géochimique 84

4.2.2. Caractéristiques des eaux sulfatées - calciques et sulfatées - mixtes 87

4.2.3. Caractéristiques des eaux à dominante bicarbonatée - calcique 88

4.2.4. Caractéristiques des eaux à dominante chlorurée - sodique 90

4.3. Analyse de l'évolution géochimique des eaux. 90

4.3. 1. Amplitude de variation des concentrations 90

4.3.2. Evolutions géochimiques des eaux 96

4.3.3. Variations du facteur de concentration au cours de l'évaporation 120

CHAPITRE 5: SYNTHÉSE ET CONCLUSION 126

3ème partie: Etude de la régulation géochimique du phosphore

INTRODUCTION . . 135

CHAPITRE 1 : LE CYCLE DU PHOSPHORE DANS LES ÉCOSYSTÈMES LACUSTRES 136

1.1. Les formes du phosphore 136

1. 1. 1. Le phosphore inorganiq ue ..". .. 136

1. 1.2. Le phosphore organique 137

1.2. Origine et rôle du phosphore dans les milieux lacustres 138

3

1.3. Le cycle du phosphore dans les milieux lacustres: principaux mécanismes 139

1.3,1. Vue d'ensemble du cycle du phosphore 139

1.3.2. Mécanismes d'adsorption/désorption 139

1.3.3, Mécanismes de précipitation/dissolution 143

1.34. Mécanismes biologiques , 145

1.3 .5. Phénomènes de transport........................................................................................... 147

lA. Importance relative des mécanismes de rétention et relargage du phosphore du sédiment149

1A.1. La mobilité du phosphore du sédiment.. 149

14.2. Mises en jeu des mécanismes d'immobilisation du phosphore 149

1.4.3. Mobilisation du phosphore du sédiment 15 1

1.4A. Principaux facteurs déterminant la mobilisation du phosphore du sédiment.. 154

14. 5. Influence de l'assèchement sur la mobilisation du phosphore du sédiment. 155

1.4.6, Conséquences pour la mobilisation du phosphore dans les lacs collinaires 156

1.5. Principales méthodes d'étude de la régulation géochimique phosphore 158

1.5.1. Méthodes de spéciation du phosphore dans les sédiments 158

1. 5.2. Les études des équilibres d'adsorption-désorption 162

1. 5.3. Les études de la (co)précipitation/dissolution des phosphates de calcium 167

CHAPITRE 2 : DÉMARCHE DE L'ÉTUDE 169

2.1. Objectifs et lacs étudiés 169

2.2. Méthode d'évaluation du niveau trophique des lacs collinaires 171

2.2.1. Mesures et prélèvements sur le terrain 171

2.2.2. Analyses 172

2.3. Méthodes d'étude de la précipitation du phosphate de calcium 173

204. Méthode d'étude du rôle des sédiments dans la régulation du phosphore 174

2 A. 1. Prélèvements et conservati on des échantillons 174

2.4.2. Traitement du sédiment 174

2.4.3. Caractérisation du sédiment 174

2A.4 Spéciation du phosphore des sédiments " .. , 176

24. 5. La réalisation d'isothermes d'adsorption " "..... 176

CHAPITRE 3 : LES INDICES DU FONCTIONNEMENT BIOLOGIQUE DES LACS

COLLINAIRES .,., , " , ,',........ . , " 180

3.1. Température, oxygène dissous et transparence dans les lacs collinaires 180

3.1.1. Rappels sur les paramètres déterminant la structure verticale de la colonne d'eau 180

3.1.2. Evolution des températures , 182

3, 1. 3. Les teneurs en oxygène de surface................................................................ 184

3. 14. Structure verticale des lacs en période estivale 186

3.1.5. Stabilité des stratifications thermiques à Fidh Ben Ali, Es Seghir et M'Richet el Anze. 193

4

Table des matières

3.1.6. Relation entre la transparence et la profondeur de la zone mélange 204

3. 1.7. Principales conclusions sur la structure verticale des lacs collinaires 205

3.2. Concentrations en phosphore dans l'eau des lacs collinaires 207

3.3. Teneurs en pigments chlorophylliens 215

3. 4. Conclusion 220

CHAPITRE 4 : ETUDE DES ÉQUILIBRES DE RÉGULATION GÉOCHIMIQUE DU

PHOSPHORE DANS LES LACS COLLINAIRES 222

4.1. Rôle des équilibres de précipitation des phosphate de calcium. 222

4.1.1. Situations des eaux des lacs collinaires dans les diagrammes d'équilibre des phosphates

de calcium 222

4.1.2. Précipitation du phosphate de calcium dans les eaux de Fidh Ben Ali 223

4. 1.3. Conclusion 225

4.2. Rôle des sédiments dans la régulation du phosphore des lacs collinaires 225

4.2.1. Caractérisation des sédiments étudiés 225

4.2.2. Les formes du phosphore dans le sédiment des lacs collinaires 230

-1.2.2.1. Phosphore total. 230-1.2.2.2. Phosphore extrait 234-1.2.2.3. Le phosphore labile 234-1.2.2.4. Le phosphore lié au fer 236-1.2.2.5. Le phosphore lié au calcium 237-1.2.2.6. Le pho.~phore mganiqlle soluble à l'acide 239-1.2.2. 7. Le pho~phore orgamqlle résiduel 239-1.2.2.8. Bilan et mnclusion 2-10

4.2.3. Etude expérimentale des équilibres d'adsorption du phosphore 243

-1.2.3.1. Evolution de la capacité d'adsorption des sédiments au cours du temps 2-13-1.2.3.2. b?f1uence du pH sur la capacité d'adsorption des sédiments 251-1.2.3.3. b!f1uence de la température sur la capacité d'adsorption des sédiments 254-1.2.3. -1. Ajustement des isothermes d'adsorption aux modèles théoriques 255-1.2.3.5. Bilan 260

4.2.4. Conclusion 261

CHAPITRE 5 • SYNTHÈSE ET CONCLUSION 263

CONCLUSION GENERALE 269

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQlTES 275

ANNEXES 287

Table des illustrations 307

5

Introduction

générale

Introduction

INTRODUCTION GENERALE

Au début de la décennie, l'Etat tunisien a entrepris la construction de nombreux lacs collinaires

avec pour objectif, la réalisation de 1000 de ces retenues à l'horizon 2000. Ce vaste chantier

s'inscrit dans une politique générale de conservation des eaux et des sols mise en œuvre pour faire

face à un régime pluviométrique à la fois capricieux et à fort pouvoir érosif. Les lacs collinaires

devraient contribuer à limiter l'envasement de grands barrages situés en aval, tout en augmentant

la maîtrise des eaux de surface et notamment la recharge de nappes.

Bien qu'étant de faible capacité (quelques 10.000 à 250.000 m\ ces aménagements ouvrent des

perspectives locales de mise en valeur d'une nouvelle ressource en eau, dans des zones souvent

déshéritées en la matière. Ces retenues sont ainsi plus ou moins mises à profit par les populations

avoisinantes pour satisfaire des besoins domestiques, l'abreuvement du cheptel et l'irrigation

d'appoint de petits périmètres. La connaissance de la qualité de l'eau de ces petits barrages

apparaît alors indispensable pour assurer une gestion optimale de la ressource car son altération

compromettrait les différents usages qui peuvent en être faits.

La principale menace pour la qualité de ces eaux provient de la concentration des sels en raison de

l'exposition à une forte évaporation. L'accumulation de sels peut rendre l'eau impropre à

l'alimentation du bétail ou surtout à l'irrigation (toxicité pour les cultures, salinisation des sols).

Ce problème est commun aux zones semi-arides, et une étude sur le comportement

hydrochimique de ce type de retenue a déjà été réalisée dans le cas des açudes du Nordeste

brésilien (Laraque, 1991).

Du point de vue biologique, la présence de nutriments (azote et phosphore) serait favorable à la

production biologique mais un enrichissement excessif peut conduire à une eutrophisation des

plans d'eau et aux diverses nuisances que celle-ci engendre : prolifération d'algues indésirables,

développement de micro-organismes pathogènes, anoxie...

Le phosphore est souvent le principal responsable de l'eutrophisation des lacs et des rivières, son

cycle dans les milieux aquatiques est pour cela amplement étudié, en particulier en zone tempérée.

Dans les lacs collinaires, les mécanismes géochimiques de la régulation du phosphore devraient

intervenir de façon déterminante. En effet, les phases d'assèchement ou de forte sédimentation qui

sont liées au régime d'écoulement devraient avoir des conséquences importantes pour les

échanges du phosphore à l'interface eau-sédiment. Le contexte calcaire devrait, pour sa part, se

traduire par la mise en jeu des phénomènes de précipitation du phosphore par le calcium.

9

L'objectif de cette étude est donc dans un premier temps, de caractériser la géochimie des lacs

collinaires et de préciser le risque de dégradation de la qualité des eaux pour l'usage agricole. Il

s'agit ensuite, d'évaluer le niveau trophique des plans d'eau et d'étudier les équilibres géochimiques

pouvant intervenir dans le régulation du phosphore. Ce travail porte sur une vingtaine de lacs

collinaires répartis dans la zone semi-aride de la Tunisie. Ces retenues sont celles qui ont été par

ailleurs équipées par l'équipe d'Hydrologie de l'Orstom pour le suivi et l'analyse du

fonctionnement hydrologique des ces aménagements.

La première partie de ce mémoire dresse le cadre générale de l'étude. La physio-géographie de la

Tunisie semi-aride est brièvement évoquée et la ressource hydrique est décrite en référence à sa

répartition à l'échelle nationale. Les enjeux de la politique nationale de mobilisation des ressources

en eau et les principaux aspects de l'exploitation agricole de l'eau permettent ensuite de préciser le

rôle du lac collinaire. La problématique de la qualité de l'eau et les objectifs de l'étude sont alors

explicités et lacs collinaires étudiés sont finalement présentés.

La deuxième partie est consacrée à la caractérisation géochimique des lacs collinaires. Un chapitre

introductif rappelle les principaux paramètres d'évaluation de la qualité des eaux à usage agricole

et fait le point sur la salinité des ressources en eau de la Tunisie semi-aride; les termes du

fonctionnement hydro-salin des lacs collinaires sont alors précisés. Le deuxième chapitre décrit les

méthodes d'échantillonnage et d'analyse et les résultats sont exposés dans les chapitres suivants.

En premier lieu, la salinité des eaux est analysée d'un point de vue global et selon des

considérations géographiques, hydrologiques et d'évolution saisonnière. La typologie

géochimique des lacs collinaires est alors abordée : la composition géochimique des eaux est

analysée, les groupes géochimiques sont identifiés et l'évolution des eaux est finalement

appréhendée. Un dernier chapitre fait la synthèse des résultats.

La troisième partie concerne l'étude de la régulation géochimique du phosphore. Un premier

chapitre bibliographique rappelle les principaux mécanismes déterminant le cycle du phosphore

dans les milieux aquatiques, il souligne l'importance relative de ces divers mécanismes pour le

piègeage-relargage du phosphore dans les sédiments. Les méthodes d'étude de la régulation

géochimique du phosphore clôturent ce chapitre . Le second chapitre présente notre démarche

d'étude. Le chapitre 3 analyse les indices du fonctionnement trophique des lacs collinaires, à

savoir : la structure verticale des plans d'eau ainsi que les concentrations en phosphore et en

chlorophylle a dans l'eau. Le chapitre 4 traite des équilibres géochimiques mis en jeu dans la

régulation du phosphore dans les lacs collinaires les équilibres par rapport aux phosphates de

calcium sont considérés et le rôle du sédiment est analysé sur le plan de la spéciation et du point

de vue des équilibres d'adsorption. L'ensemble des résultats est repris dans un dernier chapitre.

10

1ère Partie

Cadre général de l'étude

et Objectifs

lèr~ Partie: Cadre général de l'étude et objectifs

Chapitre 1 : Présentation de la Tunisie semi-aride

1.1. Cadre géographique

La Tunisie est divisée en trois grandes régions géographiques: la Tunisie du Nord, la Tunisie

Centrale et la Tunisie du Sud. Dans la région Nord, les massifs telliens encadrent la grande vallée

de la Medjerda. Les reliefs de l'Atlas s'étendent dans la zone Centrale avec les formations de la

Grande Dorsale et la zone des Hautes steppes, tandis que les Basses steppes forment la région

littorale du Sahel. La région Sud, présaharienne, est formée d'étendues arides à désertiques.

La zone semi-aride est délimitée par les isohyètes 250 et 500 mm (figure 1). Elle couvre la pointe

littorale du Cap Bon, située dans la région Nord, et une partie importante de la Tunisie Centrale:

elle délimite les reliefs de la Grande Dorsale qui s'étend de la frontière algérienne au Cap Bon et

inclut la partie nord du Sahel. Les régions administratives (gouvernorats) comprises dans cette

zone sont celles de Nabeul, Zaghouan, Siliana, Sousse, Kairouan, et Kasserine.

" ..............'.~

,.l.•......~.~ .

/.'"..'! -- --

""

KASSERINE

---

KAIROUAN

-~--

Isohyètes interannuelles..........., Limites de Gouvernorats

SOkm

figure 1 - Délimitation de la zone semi-aride de la Tunisie

13

1.2. Reliefet lithologie de la zone collinaire

La zone d'implantation des lacs collinaires dans la région semi-aride comprend les reliefs du Cap

Bon et ceux de la Grande Dorsale.

La Grande Dorsale est formée d'une série de djebels qui s'alignent sur un axe sud-ouest nord-est

avec des altitudes supérieures à 1 000 mètres mais diminuant d'ouest en est. Elle comprend le plus

haut sommet du pays, le Chambi (1571 m), situé dans la région de Kasserine près de la frontière

algérienne. Les formations, d'origine sédimentaire, sont dominées par la série des calcaires

(parfois dolomitiques), calcaires-marneux, marno-calcaires et marnes d'âge Crétacé et Eocène.

Des matériaux détritiques du Miocène constitués de grès, de sables et d'argiles sableuses reposent

sur ces formations, tandis que les argiles et marnes gypseuse du Trias affieurent ponctuellement.

Ces dépôts tertiaires sont largement recouverts par des dépôts quaternaires modelés en grands

glacis d'accumulation, souvent fossilisés par un encroûtement calcaire. Les alluvions et colluvions

comblent les dépressions et les entailles (DGRE/ORSTOM, 1986).

1.3. Climat

Le climat du Cap Bon est sous l'influence de la Méditerranée orientale, celui de la Tunisie

Centrale fait la transition entre le climat méditerranéen de la région Nord et le climat présaharien

de la région Sud. L'influence prédominante sur la zone de la masse d'air méditerranéenne ou

saharienne varie selon les saisons et les années. Les caractéristiques climatiques varient aussi

localement selon la latitude et la continentalité qui croît avec l'altitude et l'éloignement de la mer.

Les indications données ci-après font référence aux bassins versants des oueds Zéroud et

Merguellil situés dans la partie sud sud-ouest de la zone semi-aride (DGRE/ORSTOM, 1986).

Les températures

Les températures moyennes annuelles se situent entre 15 et 200 e, elles diminuent d'est en ouest et

avec l'altitude. A l'échelle mensuelle, le mois de janvier est le mois le plus froid avec une

température moyenne inférieure à 100 e tandis que le mois plus chaud, juillet ou août, présente

une température moyenne supérieure à 20°C. L'amplitude thermique saisonnière est importante:

les maximums mensuels dépassent 300 e en été tandis que les minimums mensuels sont inférieurs à

7°C en hiver, ils descendent à 3°e en janvier dans les hauteurs de Thala, Makthar et Kasserine

alors exposées à des gelées permanentes.

14

1;',. Partie: Cadre général de l'étude et objectifs

L'humidité

L'humidité de l'air est aussi fluctuante avec la dominance des masses d'air sahariennes en été et

celle des masses atlantiques en hiver. L'humidité relative moyenne mensuelle oscille entre 70% et

55% de septembre à avril, et entre 40% et 55% de mai à août. Par temps humide, l'humidité

relative peut dépasser 80%, mais elle peut tomber à 10% quand une masse d'air saharienne couvre

la région. Les déficits de saturation de l'air sont donc très importants en été mais la brise de mer

reste influente dans la frange côtière.

Les vents

Les vents sont fonction des localités, ils sont faibles la plupart du temps. En hiver, le jebbali

provenant des hautes terres algériennes peut apporter des températures glaciales, tandis qu'entre

avril et septembre, le sirocco apporte l'air chaud et sec du Sahara.

L'évaporation

L'évaporation annuelle est comprise entre 1200 et 2 000 mm selon les sites, mais la moitié de

cette évaporation se produit entre les mois de mai et août. La pluviométrie de la zone semi-aride

étant comprise entre 250 et 500 mm, le déficit hydrique annuel apparaît supérieur à 600 mm sur

J'ensemble de la région.

La pluviométrie

La pluviométrie se caractérise par une importante irrégularité des précipitations qui présentent un

caractère orageux typiquement méditerranéen. Cette irrégularité s'observe à l'échelle inter-

annuelle avec des années de sécheresse qui apparaissent de façon aléatoire. Ben Osman (1991)

évoque un bilan fait sur 80 années d'observations, indiquant l'apparition de 28 années de

sécheresse. survenues de façon isolée dans 51 % des cas puis sur 2 et 4 années successives dans

respectivement 24% et 13% des cas. Une étude fréquentielle des pluies réalisée sur 9 régions de la

Tunisie a aussi fait apparaître l'importance de la variabilité inter-saisonnière et spatiale de la

pluviométrie. cette variabilité est d'autant plus importante que les pluies sont rares.

Dans la région du Centre, les pluies sont souvent torrentielles. Elles peuvent survenir à toutes

périodes de l'année mais le printemps et l'automne apparaissent plus pluvieux que J'hiver, tandis

que les pluies sont souvent nulles en été (Ben Aleya et al., 1989). Localement, J'altitude et

l'exposition des versants seront des facteurs de variabilité de la pluviométrie.

15

1.4. Couvert végétal

Le couvert végétal persistant sur les versants érodés est essentiellement constitué par des

formations basses ligneuses (garrigue de romarin) et parfois herbacées (alfa); on trouve également

des forêts plus ou moins denses de pins d'Alep dans les zones non dégradées.

1.5. Ressources en eau

Les ressources en eau du pays sont évaluées par la Direction Générale des Ressources en Eaux

(DGIRE). Dans ce chapitre, elles sont présentées selon leur répartition régionale avec les

précisions concernant la zone d'étude.

1.5.1. La répartition des apports

Sur les 36 milliards de m3 précipités au cours d'une année moyenne, seuls 2,7 milliards de m3

s'écoulent dans les oueds. Le reste est évaporé ou infiltré vers les nappes souterraines qui

renferment 1,8 milliards de m3 Les eaux de surface et les eaux souterraines renouvelables

constituent les ressources en eau potentielles conventionnelles: elles représentent 4,4 milliards de

nr' an.

1.5.2. Les eaux de surface

Les apports de surface sont concentrés dans la région Nord du pays qui bénéficie de 81 % des 2,7

milliards de m3fan. Ces eaux sont essentiellement drainées par la Medjerda qui est le seul cours

d'eau pérenne du pays avec un débit de base de 200 millions de m3 . Les unités hydrologiques du

Centre ne voient s'écouler que 11% des apports de surface. soit environ 290 millions de m3 jan

(DGIRE in: DG/PDIA, 1996) dont 190 millions de m3 /an dans la partie semi-aride.

Les apports de base des principaux bassins versants du semi-aride sont les suivants (Ben Osman,

1991): - Cap Bon: 20 Mm3

- Nebhana: 55 Mm3

- Zéroud: 15 Mm3

- Merguellil: 7 Mm3

A ces apports, s'ajoutent ceux de l'oued Rmel (Zaghouan), du Siliana et du Haut Mellègue, ces

deux derniers bassins versants qui se situent dans la partie Nord du semi-aride, font partie du

grand bassin de la Medjerda.

16

1;"0 Partie: Cadre général de l'élude et objectifs

Les crues dans les régions du Centre sont souvent brusques et violentes et s'accompagnent d'un

transport solide important. L'irrégularité du ruissellement est typique du régime semi-aride: le

tableau 1 permet d'apprécier les variations des apports en eaux de surface dans la région Centre

au cours de la décennie 1984-94. Cette période apparaît globalement déficitaire avec des apports

annuels représentant en moyenne 64% de l'apport moyen, mais avec selon les années entre 13 et

241 % de l'apport moyen.

tableau 1 - Variabilité des apports en eau de surface de la région Centre entre 1984 et 1994

(en millions de m3)

Annéesannée 84-85 85-86 86-87 87-88 88-89 89-90 90-91 91-92 92-93 93-94 moy.

moyen. 84-94

apports 290 153 145 115 120 95 700 205 130 160 337 186Mm'

------ ------------------------------------------------% de la /00% 53% 50% 40% 41% 33% 241% 71% 45% 55% 13% 64%moyenne

apports

Tunisie 2700 3044 1 363 4319 840 1 121 3 315 3290 1 640 1 240 780 2095

Mm3

(d'après DG/RE in: DG/PDIA, 1996)

1.5.3. Les eaux souterraines

Les eaux souterraines qui s'élèvent à 1 840 millions de m3 proviennent en majorité (à 64%) des

nappes profondes (à plus de 50 mètres de profondeur). Elles prédominent dans le Sud qui

bénéficie de 45% de la ressource, localisée pour 85% au niveau de nappes profondes. Ces

dernières sont souvent considérées comme fossiles: elles appartiennent dans leur ensemble à des

structures sédimentaires de l'aire saharienne. Les nappes profondes renouvelables existent dans le

Nord et le Centre du pays, elles se trouvent en général dans des bassins sédimentaires de

moyennes dimensions à une profondeur n'excédant pas 500 m. Les nappes phréatiques sont par

contre plus importantes au Nord qui regroupe 30% des ressources souterraines. La région du

Centre bénéficie de 25% des eaux souterraines réparties entre les deux types d'aquifères.

Le tableau 2 précise les ressources souterraines de la zone d'étude. Les eaux souterraines de

Nabeul sont les plus importantes (196 millions de m3) et formées à 86% de nappes phréatiques.

Les nappes de Zaghouan et Siliana sont par contre les moins pourvues. Les nappes de Kairouan et

Kasserine renferment de 140 à 100 millions de m3 avec une dominance des nappes profondes qui

représentent respectivement 60% et 73% des ressources souterraines.

17

tableau 2 - Ressources en eaux souterraines de la Tunisie

(1990) Ressources souterraines Mm3/an

Nappes phréatiques profondes Total

Nord 362,4 186,9 549,3

Nabeul 169,4 26,9 196,3

Zaghouan 10,7 16,2 26,9

Siliana Il,3 12,7 24,0

Centre 207,7 254,0 462,7

Kairouan 58,2 80,4 138,6

Kasserine 28,2 72,7 100,9

Sud 94,1 733,8 827,9

Tunisie 664,2 1 175,7 1839,9

(d'après DG/RE in: DG/PDIA, 1996)

18

l~U Partie: Cadre général de l'étude et objectifs

Chapitre 2: La gestion des ressources en eau et le rôle des lacs collinaires

Le lac collinaire constitue l'un des éléments de la politique nationale de mobilisation des

ressources en eau. Pour ressituer sa place dans cette perspective, ce chapitre présente les enjeux

de cette politique (2.1) avec les divers aménagements mis en oeuvre (2.2). Des précisions seront

apportées sur l'importance de ces aménagements dans la satisfaction des besoins agricoles (2.3).

2./. Enjeux et stratégies de mobilisation des ressources en eau

2.1.1. Les besoins en eau de la Tunisie

La plupart des indications concernant les besoins en eau du pays et la stratégie de mobilisation de

la ressource ont été tirées du "Bilan, stratégique des ressources en eau" du Ministère de

l'Agriculture (DGIPDIA 1996).

La précarité des ressources hydriques de la Tunisie a depuis toujours nécessité le recours à

diverses techniques de collecte et de valorisation des eaux dont les traces se retrouvent jusqu'à

l'époque romaine (El Amami, 1984; Pérennès, 1993). Aujourd'hui, le potentiel de mobilisation des

ressources en eau renouvelables atteint ses limites alors que la demande en eau ne cesse

d'augmenter avec la croissance démographique et l'amélioration du niveau de vie de la population.

La FAD fixe le minimum indispensable à la satisfaction des besoins de chaque individu à

1 000 m3/hab./an et situe ainsi la Tunisie parmi les 10 premiers pays menacés par la pénurie d'eau

(FAD, 1994). En 1994,75% des ressources conventionnelles étaient déjà mobilisées, donnant un

ratio de 333 m3/hab./an pour une population de 8,8 millions d'habitants. En 2025, la mobilisation

de toutes les ressources en eau pour une population de 13 millions d'habitants donnerait un ratio

de 300 m3/hab./an.

Le secteur agricole absorbe 80% de la demande annuelle d'eau (tableau 3), le développement et

la distribution spatiale des ressources en eau apparaissent indispensables pour répondre aux

principaux objectifs de la politique agricole qui sont:

- assurer la sécurité alimentaire du pays,

- augmenter la flexibilité de la production afin de répondre à l'évolution de la demande,

- stabiliser la population rurale en améliorant ses revenus.

Dans le mème temps, la demande concurrentielle des secteurs urbains, industriels et touristiques

s'accroît rapidement.

19

tableau 3 - Demande en eau annuelle par secteur (en millions de m3)(Eau 2000 in DG/PDIA, 1996)

Secteur 1994 2010

Eau domestique 308 519

Tourisme 20 58

Industrie 109 123

Irrigation 1 575 2540

total 2012 3240

Pour faire face à ce défi et assurer le développement optimal et durable de la ressource, la

stratégie décennale de mobilisation des ressources en eau définie au début des années 1990 vise:

- la mobilisation de l'ensemble des ressources en eau identifiées, c.a.d.la mise à disposition de

100% des ressources souterraines et de 85% des eaux de surface potentielles;

- la recherche de nouvelles ressources, notamment par la prospection géologique;

- le développement de ressources non conventionnelles telles que les eaux usées et les eaux

salées;

- l'économie d'eau par l'adoption de techniques et de pratiques devant réduire le gaspillage.

2.1.2. La lutte contre l'érosion et l'aménagement des bassins versants

L'érosion est un autre grand défi pour le pays puisqu'elle menace 60% des 5 millions d'hectares de

terres cultivables du pays. Les précipitations sont l'un des principaux agents érosifs et leur

agressivité augmente du Nord au Sud. La zone semi-aride est particulièrement exposée, avec des

terres en pente fragilisées par la dégradation du couvert végétal (déboisement, surpâturage) et les

mauvaises pratiques culturales (morcellement vertical des parcelles). L'érosion entraîne

l'appauvrissement des sols, elle a aussi un impact sur les ressources hydriques en diminuant

l'infiltration de l'eau dans les sols et en accélérant le comblement des barrages.

Dès l'indépendance, un travail de conservation des eaux et des sols a été entrepris pour contrer ce

phénomène. La lutte contre l'érosion s'est intensifiée dans les années 1980 et, au début des années

1990, un vaste chantier a été entrepris pour le développement et la généralisation des

aménagements anti-érosifs. Ainsi, le traitement des terres en pentes par les banquettes, cordons de

pierre et les bandes végétalisées se multiplie pour réduire le ruissellement à la parcelle.

20

lu Partie: Cadre général de l'étude et objectifs

Certains petits aménagements hydrauliques traditionnels (meskhats du Sahel, jessours de

Matmata) qui permettent la collecte des eaux de ruissellement pour l'arboriculture sont restaurés.

Les lacs collinaires, les barrages de dérivation et de recharge de nappes font partie des ces

techniques dîtes de conservation des eaux et des sols (CES). Ces aménagements apparaissent

comme les meilleurs moyens de lutte contre l'envasement des grands barrages, mais ils permettent

aussi d'allouer une partie de la ressource hydrique aux populations situées en amont des bassins

versants. Leur rôle socio-économique peut ainsi être important car ils contribuent à la mise en

valeur de zones rurales reculées souvent désoeuvrées, où la disponibilité en eau est un facteur

déterminant la fixation des populations (Ben Osman, 1991).

2.2. Mobilisation des ressources en eau

2.2.1. Bilan général

Comme le rappelle le tableau 4, les 4,4 milliards de m3/an de ressources en eau conventionnelles

du pays se partagent entre 61 % d'eaux de surface et 39% d'eaux souterraines renouvelables. Les

eaux de surface potentielles sont considérées comme régularisables à 80%, les 20% restant sont

maîtrisables et plus ou moins valorisables. En 1994, les 2/3 des ressources potentielles étaient déjà

mobilisées: 60% des eaux de surfaces exploitables et 93% des ressources souterraines étaient

valorisées avec une surexploitation au niveau des nappes phréatiques.

2.2.2. La mobilisation des eaux de surface

En 1994, la mobilisation des eaux de surfaces s'élevait à 1,3 milliards de m3 (tableau 4). La

mobilisation des 2,2 milliards de m3 de ressources potentielles exploitables est prévue pour l'an

2000, grâce au développement d'ouvrages d'accumulation (grands barrages et barrages collinaires)

(DG/PDIA, 1996). Les 540 millions de m3 de ressources potentielles restantes, devraient être mis

à profit par l'aménagement des bassins versants selon les techniques de conservation des eaux et

des sols: lacs collinaires, barrages de dérivation et de recharge de nappes, etc...

21

tableau 4 - Bilan des ressources en eau potentielles et valorisées en 1994(DG/PDIA, 1996)

Ressources potentielles valorisées

(Mm3/an) totales exploitables (1994)

Eaux de surface : 2700 2 160 1 300

Eaux souterraines :

- nappes phréatiq. 669 669 699

- nappes profondes 1080 1080 930

Total: 4449 3909 2929

Les grands ba"ages

Les grands barrages assurent l'essentiel de la mobilisation des eaux de surface. Jusqu'au début de

la décennie, 17 barrages réalisés sur les principaux bassins versants du pays mobilisaient 1,242

milliards de m3, essentiellement dans la partie Nord du pays. La stratégie décennale prévoit

l'édification de 21 nouveaux barrages pour une mobilisation totale de 2 milliards de m3, soit de

94% des eaux de surfaces exploitables (Laroussi, 1991). Dans la région Centre, la mobilisation de

57% de la ressource est déjà assurée par les barrages de Nebhana (30,2 Mm\ El Haouareb (42,0

Mm\ Sidi Saâd (93,7 Mm') situés dans le gouvernorat de Kairouan ~Laroussi, 1991). Les

barrages existants et prévus pour la zone semi-aride sont précisés dans le tableau 5. Ces ouvrages

devant mobiliser un total de 367,9 millions de m3 sont destinés à:

- la protection des plaines avales contre les crues,

- la recharge des nappes,

- l'irrigation.

tableau 5 - Répartition des grands barrages réaliséset prévus par régions (Laroussi, 1991)

Régions nbr Mm3

gds bar. mobilisés

Nord dont: 32 1 775

- Nabeul 7 55,5

- Zaghouan 1 43,9

- Siliana 3 82,1

Centre dont: 6 206,4

- Kairouan 3 165,9

- Kasserine 2 20,5

Tunisie 38 1 981

22

i'" Partie: Cadre général de l'étude et objectifs

Les principaux problèmes liés à l'exploitation de grands barrages sont (Ben Osman, 1991) :

- l'envasement des réservoirs qui diminue la capacité de mobilisation de la ressource;

- les pertes d'eau par évaporation;

- l'eutrophisation liée aux pollutions d'origines domestiques, agricoles ou industrielles.

Dans le semi-aride, les deux premiers points sont particulièrement critiques en raison de

l'importance du transport solide qui accompagne les crues et de la forte évaporation qui prévaut,

en particulier lors des périodes de sécheresse. Les menaces d'eutrophisation concernent plus

particulièrement les ouvrages implantés sur les affluents urbains du bassin de la Medjerda, tel que

le barrage de Sidi Salem (447,8 Mm3/an) qui est l'ouvrage le plus important, contribuant à

l'alimentation en eau potable de Tunis et des agglomérations du littoral (DG/PDIA, 1996).

Les barrages collinaires

Les barrages collinaires (de 0,5 à quelques millions de m3) doivent permettre la mobilisation des

6% d'eaux de surface exploitables restant (128 millions de m3). A la fin août 95, 61 barrages

collinaires étaient réalisés sur les 200 prévus pour l'an 2000 (DGIPDIA, 1996). Situés plus en

amont que les grands barrages, ces ouvrages présentent un coût relativement élevé par rapport

aux volumes d'eau mobilisés mais leur incidence socio-économique locale devrait être importante

(Laroussi, 1991). La zone semi-aride est concernée par 85 de ces ouvrages qui mobiliseront 71,1

millions de m', ils se répartiront dans les divers gouvernorats comme indiqué dans le tableau 6.

tableau 6 - Répartition des barrages collinaires réalisés et prévuspar régions (Laroussi, 1991)

Régions nbr Mm3

bar. collin. mobilisés

Nord dont: 196 99,5

- Nabeul 26 14,4

- Zaghouan Il 12,3

- Siliana 23 17,8


- Kairouan 12 4,3

- Kasserine 19 24,3

Tunisie 227 128,1

23

Les lacs collinaires

Une cinquantaine de lacs collinaires (5 000 à 500 000 m3) existait depuis les années 60 dans la

région Centre, mobilisant environ 3 millions de m3fan (Laroussi, 1991). La stratégie décennale

prévoyant "1000 lacs collinaires à l'horizon 2000", 245 unités étaient déjà recensées fin août 1995

dans le Nord et le Centre du pays (DG/PDIA, 1996). Ces ouvrages devraient permettre la

mobilisation de 53 millions de m3fan, soit 10% des ressources potentielles non exploitables par les

barrages de plus grande taille.

La petite capacité de ces ouvrages ne leur permet pas d'assurer une régulation inter-annuelle des

stocks, ils sont par ailleurs très sensibles à l'envasement. En outre, en tant qu'ouvrage CES, le lac

collinaire peut a priori aussi bien être destiné à la rétention des eaux de ruissellement qu'à celle des

sédiments pour la protection des grands barrages situés en aval. Dans la zone semi-aride, 500 lacs

collinaires devraient être implantés selon la répartition indiquée dans le tableau 7, ils

représenteront une capacité globale de 24,5 Mm3.

tableau 7 - Répartition des lacs collinaires réaliséset prévus par régions (Laroussi, 1991)

Gouvernorat nbr Mm3

lacs collin. mobilisés

Nord dont: 795 40,4

- Nabeul 80 4,0

- Zaghouan 120 6,5

- Siliana 120 6,0


- Kairouan 80 4,0

- Kasserine 100 4,5

Tunisie 1050 53,0

Les ouvrages de suralimentation de nappe et d'épandage de crues

Ces ouvrages CES sont spécifiquement destinés à la maîtrise des eaux de surface dans les zones

sub-arides

L'épandage de crue est un mode traditionnel d'irrigation basé sur la dérivation des eaux de crues,

il joue aussi le rôle de protection des zones inondables mises en valeur en aval. La dérivation des

eaux des oueds s'effectue par l'intermédiaire de brèches à l'entrée desquelles des seuils peuvent

être construits pour élever le niveau de l'eau dans l'oued. La stratégie décennale prévoit la maîtrise

de 47 millions de m3 par 2000 de ces ouvrages.

24

};.,. Partie: Cadre général de l'étude et objectifs

Les ouvrages de suralimentation de nappe freinent la crue de façon à favoriser l'infiltration des

eaux dans le lit des oueds: 2 000 ouvrages de ce type sont aussi prévus.

2.2.3. La mobilisation des eaux souterraines

Les eaux souterraines renouvelables sont estimées à 1,8 milliards de m3 si on ne tient pas compte

de la qualité saline des eaux qui peut en limiter les usages. Le tableau 8 fait le bilan de

l'exploitation de la ressource dans la zone semi-aride, en précisant les taux de surexploitation et

les volumes restant mobilisables.

tableau 8 - Bilan d'exploitation des ressources en eaux souterraines (Mamou, 1993).

Régions Nappes phréatiques Nappes profondes

( 1990) exploitées % disponibles* exploitées % disponibles*

(Mm3) sur-exploit. * (Mm3) (Mm3) sur-exploit. * (Mm3)

Nord 377,4 28% 89,6 74,1 3% 114,8

Nabeul 226,9 35% 22,0 12,1 0% 14,8

Zaghouan 6,3 0% 4,5 9,9 8% 7,0

Siliana 12,5 19% 1,2 7,6 16% 6,4

Centre 232,9 20% 19,5 178,1 2% 80,3

Kairouan 58,0 3% 1,8 54,5 0% 26,1

1 Kasserine 28,5 13% 3,4 55,6 0% 17,1

Sud 90,5 22% 23,1 598,8 9% 191,5

(*) les taux de surexplOitation se rapportent aux nappes effectIvement explOItées : des ressources peuvent être

parallèlement disponibles

La mobilisation des nappes phréatiques

Les nappes phréatiques sont largement exploitées à partir des puits de surface disséminés sur

l'ensemble du territoire. Entre 1980 et 1990 le nombre de puits a presque doublé (110 000

recensés en 1990) et le volume d'eau exploité a augmenté de 80%, passant de 395 Mm3fan à

700 Mm3fan (Mamou, 1993). La ressource (670 Mm3) apparaît donc déjà globalement

surexploitée. Le tableau 8 indique un taux de surexploitation des nappes important dans le

gouvernorat de Nabeul, certaines nappes (Grombalia, El Haouaria) ont vu leur qualité chimique se

dégrader de façon irréversible suites aux intrusions salines.

25

Un programme national de recharge induite des nappes phréatiques vise à pallier la

surexploitation des nappes. Il s'appuie sur les ouvrages de maîtrise des écoulements de surface,

ces derniers étant sinon à la fois trop violents et aléatoires pour permettre une alimentation

efficace des nappes. Les lacs et barrages collinaires, autant que les ouvrages d'épandage de crue et

de suralimentation de nappes, sont mis à profit à cette fin (Laroussi, 1991).

La mobilisation des nappes moyennes et profondes

Les nappes profondes sont exploitées à partir de sources et de forages, 2 400 points d'eau étaient

recensés en 1994 pour l'exploitation totale de 930 millions de m3. La plupart des prélèvements

s'opèrent dans les aquifères du Sud (tableau 8), une part importante concerne les aquifères

fossiles. La région du Centre réalise 20% des prélèvements qui sont passés de 156 à 190 millions

de m3/an de 1980 à 1994 (DGIRE, 1994).

Les nappes profondes permettent l'approvisionnement en eau potable dans les zones rurales, une

place importante est donc accordée à la prospection géologique souterraine pour satisfaire les

besoins en eau des populations (Laroussi, 1991).

2.2.4. Conclusion sur la place des lacs collinaires dans la stratégie de mobilisation

des ressources en eau

La stratégie décennale de mobilisation des ressources en eaux conventionnelles table

essentiel1ement sur la récupération de l'ensemble des ressources en eaux de surface. Dans le même

temps, un effort particulier est réalisé pour augmenter la recharge des nappes phréatiques dont le

potentiel est déjà surexploité, tandis que la prospection géologique vise l'identification de nappes

profondes.

L'importance des lacs collinaires dans la gestion des ressources en eau paraît minime à l'échel1e

nationale. Ils représentent une capacité de mobilisation de 2,5% des ressources en eau de surface

potentielles. A l'échelle régionale, même si les deux tiers de ces ouvrages doivent être implantés

dans la région Nord, ils représenteront une part légèrement plus importante des ressources

mobilisées dans la région Centre (5,3%). En zone semi-aride, les lacs collinaires prévus

représentent une capacité de mobilisation de 2,3% à 10,5% des ressources en eau de surface selon

les gouvernorats.

En tant qu'ouvrage de CES, le lac collinaire est aussi présenté comme un moyen de lutte contre

l'envasement des grands barrages. Cependant, si l'ensemble des lacs collinaires étaient astreints à

cette tâche, ce ne seraient à terme que quelques dizaines de milliers de m3 de sédiments qui

seraient piégés dans les retenues, alors que le volume moyen annuel de sédimentation dans les

barrages est de 25 millions de m3 (Fauck et al., 1991).

26

J''' Partie: Cadre général de l'étude et objectifs

L'intérêt de ces ouvrages apparaît essentiellement au niveau local et en terme de décentralisation

de la ressource au profit des zones reculées. Leur contribution à la recharge des nappes serait, par

ailleurs, très opportune.

2.3. L'expLoitation agricoLe de L'eau

Pour mieux évaluer le rôle du lac collinaire dans l'activité agricole, quelques considérations sur

l'importance des différentes ressources en eau pour ce secteur, en particulier dans le semi-aride.

2.3.1. L'importance de l'irrigation

La production agricole de la Tunisie est assez diversifiée, avec des cultures arboricoles (agrumes,

dattes, vigne, olivier, rosacées... ), maraîchères (tomate, patate, piment, melon... ) fourragères

(sorgho, maïs... ) et céréalières (blé). Environ 45% des terres irriguées sont destinées aux cultures

maraîchères, 34% à l'arboriculture fiuitière, 13% aux cultures fourragères et 18% à la

céréaliculture et autres cultures. Le secteur irrigué assure en moyenne 32% de la production

agricole et 13% du PNB de la Tunisie. Vers l'an 2000, le secteur irrigué devrait assurer 50% de la

production agricole. En effet, du point de vue qualitatif, les sols de la Tunisie présentent une.

aptitude plutôt favorable à l'irrigation et le potentiel irrigable de ces terres n'est pas encore

totalement exploité (Ennabli, 1995). Sur une superficie cultivable d'environ 5 millions d'hectares,

la surface irrigable potentielle représente 570 000 ha (dont 405 000 ha en intensif) répartis à 37%

dans le Nord et 55% dans le Centre. Au début de la décennie, les périmètres irrigués en intensif

dépassaient 300 000 ha et se situaient à 57% au Nord, 32% au Centre et 11% dans le Sud (CRDA

in: DG/PDIA, 1996) (voir chap. 2.3.4).

Le tableau 9 indique que les surfaces lITIguées en intensif au début de la décennie étaient

essentiellement alimentées à partir des puits de surface (41%) et des barrages (32%). Au terme de

la mobilisation des ressources en eau, l'aménagement de l'ensemble des surfaces irrigables

potentielles résultera essentiellement d'une augmentation des surfaces irriguées à partir des

barrages (+59%). Les superficies irriguées à partir des nappes phréatiques ne peuvent guère plus

se développer dans la mesure où la ressource est déjà surexploitée. Les lacs collinaires sont

implantés chaque fois que cela est faisable pour compléter la mobilisation des eaux de surface,

mais les surfaces potentiellement irrigables à partir de ces retenues (14900 ha) représenteraient en

final moins de 4% de la superficie irrigable en intensif Comme nous le verrons plus bas, il est

prévu d'augmenter de façon importante les superficies susceptibles de recevoir une irrigation de

complément (+85%).

27

tableau 9 - Superficies irrigables potentielles et effectives en 1990selon la ressource en eau (d'après VIlème Plan (1987-1991),1987)

Origine Superficie irrigable (ha)

de la ressource en 1990 Potentiel

Grands barrages et 98800 157000

barrages collinaires

Lacs collinaires 900 14900

Nappes profondes 57900 61 900

Nappes phréatiques 125 700 130 100

Oueds 14300 14300

Eaux usées traitées 6000 28400

Total irrigable intensif 303600 406600

+Irrigation de complément 90700 167700

Total 394300 574300

Allocation hydraulique 1 575 Mm3 2450 Mm3

(millions de m3fan) (1987-91)

2.3.2. La dominance de la petite hydraulique

Les périmètres publics irrigués (PPI) à partir des barrages ou des forages profonds sont récents :

l'irrigation s'est avant tout développée à partir de la petite hydraulique correspondant à

l'exploitation individuelle des puits de surface ou des oueds. La petite hydraulique a toujours été

encouragée car les ressources souterraines existent dans une large part du pays, en particulier

dans le Centre et le Sud. La création et l'exploitation des puits est par ailleurs à la portée du petit

exploitant. Actuellement, les petits périmètres ainsi mis en valeur représentent 46% de la

superficie irrigable, les puits fournissant environ 560 millions de m3fan pour l'irrigation. Les

périmètres d'irrigation traditionnels sont particulièrement nombreux dans le Nord-Est (Bizerte,

Tunis, Cap Bon) et le Centre (Sidi Bou Zid, Kairouan) du pays (Ennabli, 1995).

Si l'hydraulique paysanne fait preuve de dynamisme et d'ingéniosité, elle est aujourd'hui

confrontée aux méfaits de la surexploitation des nappes résultant de l'usage généralisé des

motopompes. Le déficit en ressource dans les puits et la dégradation de la qualité chimique de

l'eau menacent en effet sérieusement les plantations en irrigué. Ceci explique l'importance

accordée à la recharge de nappe évoquée au chapitre 2.2.3 qui apparaît comme une condition de

sauvegarde de cette agriculture.

28

ji!,. Partie: Cadre général de l'étude et objectifs

2.3.3. L'importance de l'irrigation d'appoint

L'irrigation d'appoint correspond aux apports d'eau réalisés sur les cultures pluviales en

complément des précipitations, elle a toujours existé en Tunisie pour assurer la bonne production

en olives, céréales ou pâturages. L'irrigation de complément permet surtout de pallier les "trous

pluviométriques" qui peuvent apparaître même au cours d'une année pluviométrique normale, se

traduisant par une absence de pluies sur une période d'un mois ou plus. Bien que ponctuel, ce

déficit pluviométrique peut fortement compromettre les rendements s'il survient au cours d'une

période sensible du cycle végétatif (mars-avril, novembre). Ces aléas climatiques sont ainsi

responsables de l'importante variabilité dont souffre la production céréalière. La céréaliculture

couvre 30 à 40% des terres labourables, l'essentiel de la production nationale est réalisé dans la

partie Nord du pays, mais aussi dans les régions du Centre (1,6 millions d'hectares). Les besoins

céréaliers du pays sont estimés à 16 millions de quintaux par an, les rendements enregistrés ont

été de :

- 2,9 millions de quintaux en 1988,

- 25,5 millions de quintaux en 1991,

- 19,2 millions de quintaux en 1993.

L'irrigation d'appoint tend donc à être développée par le Programme National d'Irrigation

d'Appoint initié en 1988. La surface potentielle concernée couvre 167 700 ha, celle effective en

1994 s'élevait à 90 700 ha. Les épandages de crues assurent une part importante des apports de

complément, mais ils restent directement dépendants de la survenue aléatoire des crues et sont

surtout localisés en Tunisie méridionale et centrale.

tableau 10 - Superficies devant être équipéespour l'irrigation d'appoint à partir des lacs collinaires

(d'après vnème Plan, 1987)

Régions Superficie (ha)

Nord dont: 5770

- Nabeul 280

- Zaghouan 465

- Siliana 1200

Centre dont: 1 230

- Kairouan 550

- Kasserine 500

Tunisie 7000

29

Les projets d'extension de l'irrigation de complément concernent essentiellement les régions du

Centre et surtout le Nord céréalier, les lacs collinaires sont alors désignés comme étant les plus

appropriés à cette fin. Le tableau 10 présente la répartition des superficies (7 000 ha) qui

pourront être équipées pour l'irrigation d'appoint à partir des lacs collinaires. Les forages, le

pompage dans les oueds et les barrages doivent aussi être mis à contribution (Ennabli, 1995).

2.3.4. Situation et perspectives en zone semi-aride

La répartition des périmètres irrigués dans les divers gouvernorats du semi-aride au début de la

décennie et la part des diverses ressources dans leur alimentation sont indiquées dans le tableau

Il. Les superficies irriguées sont les plus importantes dans les gouvernorats de Nabeul et

Kairouan. Les eaux souterraines alimentent l'essentiel des superficies irriguées de la zone, en

particulier dans les gouvernorats de la région Centre (plus de 80%). Les puits de surface assurent

l'exploitation de 51 à 72% des surfaces irriguées, sauf dans le gouvernorat de Siliana (25%) où les

superficies irriguées par les barrages sont plus importantes. Le tableau 12 donne les surfaces

irrigables potentielles par les barrages, les lacs collinaires, les puits et forages. Les superficies

irrigables à partir des eaux souterraines sont déjà maximales.

tableau Il - Superficies irriguées de la zone semi-aride et parts des différentes ressources en eau

dans leur alimentation (CRDA, in DG/PDIA, 1996)

Surface % par +Irrig.

Régions irriguée barrage forage puits de sources eaux d'appoint

(ha) surface et oueds usées (ha)

Nord dont: 171 717 50,9 6,8 31,8 7,6 2,9 22691

- Nabeul 39800 36,5 3,0 59,6 - 0,9 200- Zaghouan 4400 - 18,2 56,8 25 - 400- Siliana 9250 56,8 8,6 24,9 9,7 - 14820Centre dont: 96772 1 1l,7 20,5 65,6 1,1 1,1 26410

- Kairouan 448441

11,9 19,7 1,01 66,9 0,5 1000

- Kasserine Il 44011 16,3 30,5 51,6 1,6 3 510

Sud 34233 1 - 77,5 21,9 0,6 - 33120Tunisie 302 722 : 32,7 19,1 41,5 4,7 2,0 + 82221

1, 384943

30

lÙ~ Partie: Cadre général de l'étude et objectifs

tableau 12 - Surfaces irrigables potentielles en zone semi-aridepar type des ressources

Surfaces irrigables potentielles (ha) par

Régions barrages lacs coll. puits forage

Nabeul 20297 770 23000 1 200

Zaghouan 5 190 930 2990 800

Siliana 6836 2720 2410 800

Kairouan 5590 1 100 30200 9262

Kasserine 6011 1 000 5790 3940

Le CapRon

Dans le Cap Bon (gouvernorat de Nabeul), l'irrigation est une pratique traditionnelle fort bien

maîtrisée pour l'agrumicuiture et le maraîchage. Elle s'est originellement développée autour des

puits de surface qui alimentent aujourd'hui près de 60% des 40 000 ha irrigués. L'extension de

l'irrigation a été permise grâce à la maîtrise des eaux de surface au niveau des principaux oueds de

la région et par l'adduction des eaux de la Medjerda via le canal du Cap Bon. Près de 85% des

surfaces potentielles sont irriguées, et bien que la région couvre moins de 3% de la superficie du

pays, elle fournit près de 80% de la production d'agrumes, 60% de celle du vin, 40% des cultures

maraîchères (Ennabli. 1995). Les superficies irriguées achèveront de s'étendre surtout grâce aux

nouveaux barrages. Le recours aux eaux usées traitées (sur 2 000 ha potentiels) est aussi prévu

pour la sauvegarde de périmètres irrigués par puits de surface en zone de surexploitation des

nappes (voir chapitre 2.2.3). Les surfaces potentiellement irrigables à partir des lacs collinaires ne

représentent que 1,7%.

Gou vernorat de Zaghouan

Les surfaces irriguées représentent 4 400 ha, alimentées à 75% par les eaux souterraines.

L'irrigation d'appoint concerne 400 ha. La mobilisation des eaux de surface permettra d'étendre

l'irrigation sur 6 000 ha supplémentaires, parmi lesquels 930 ha devant bénéficier de l'eau de lacs

collinaires. Ces derniers doivent aussi permettre l'irrigation d'appoint sur 400 ha.

Gou vernorat de Siliana

Les surtàces irriguées couvrent 24 000 ha mais 62% de ces surfaces correspondent à l'irrigation

d'appoint des cultures céréalières. Le barrage de Siliana permet l'irrigation de 57% des périmètres

irrigués qui doivent s'étendre grâce à l'augmentation des ressources en eau de surface.

L'implantation de nombreux lac collinaires devrait permettre d'équiper 2 700 ha en irrigation

maîtrisée et 1 200 ha en irrigation d'appoint.

31

Le Kairouanais

La région de Kairouan est l'un des foyers de l'irrigation par puits de surface: des petits périmètres

sont disséminés dans la plaine de Kairouan et ses environs. Cette exploitation est renforcée par la

maîtrise des eaux de surface au niveau des barrages de Nebhana et Merguellil qui assurent la

recharge des nappes situées en aval, ainsi que par les forages profonds de Sidi Saâd. Ceci a aussi

permis la création de grands périmètres. Les puits de surface alimentent 67% des 45 000 ha

irrigués et les forages, 20% de ces surfaces (Ennabli, 1995). L'irrigation d'appoint ne concerne

qu'un millier d'hectares. La superficie irrigable est déjà bien exploitée. L'implantation des lacs

collinaires doit permettre l'irrigation maîtrisée sur 1 000 ha et l'irrigation d'appoint sur 550 ha.

Goul'ernorat de Kasserine

Les ressources souterraines alimentent plus de 80% des Il 500 ha irrigués (50% à partir des puits

de surface). L'irrigation de complément est apportée sur 3 500 ha supplémentaires (Ennabli,

1995). La mobilisation des eaux de surface devrait permettre d'augmenter de façon conséquente

les surfaces irrigables, les lacs collinaires représentent un potentiel d'irrigation maîtrisée de 1 000

ha et d'appoint pour 500 ha.

2.4. Remarques et conclusion sur le rôle du lac collinaire en zone semi-aride

Diverses fonctions sont assignées au millier de lacs collinaires devant être disséminé dans les

djébels du Nord et du Centre du pays d'ici la fin de la décennie. En tant qu'ouvrages de

conservation des eaux et des sols, les lacs collinaires sont considérés selon les cas comme des

moyens de.

- lutte contre l'érosion par l'écrêtement des crues et le piégeage des sédiments dans les zones à

risque érosif afin de protéger les grands barrages situés en aval,

- collecte des eaux de ruissellement pour la recharge de nappes et/ou la satisfaction de besoins

locaux.

Dans un premier temps, les lacs collinaires ont souvent été multipliés sans réelle prédéfinition de

leurs objectifs: les sites étaient essentiellement choisis d'après des considérations oro-

topographiques et de fonctionnement hydraulique (Talineau et a/., 1994). Si l'objectif de lutte

contre l'érosion est mis en avant dans les zones sensibles, les aspects de recharge de nappe et de

création d'une ressource en eau dans les régions reculées semblent désormais primer. En effet, le

lac collinaire peut constituer une réserve d'eau saisonnière très opportune pour l'abreuvement du

cheptel, l'irrigation de petits périmètres ou l'irrigation d'appoint, ainsi que pour certains usages

domestiques.

32

]0' Partie: Cadre général de l'élude et objectifs

Par ailleurs. la mise à profit des aménagements est une des conditions d'adhésion des exploitants

agricoles censés assurer la maintenance et donc la viabilité des ouvrages (DGIPDIA, 1996b).

L'eau des lacs collinaires n'est par contre pas destinée à l'alimentation humaine, l'eau potable étant

presque partout distribuée à partir de forages, puits ou citernes.

Dans la zone semi-aride, les lacs collinaires offrent des perspectives de micro-développement

d'autant plus intéressantes que les zones concernées sont particulièrement désoeuvrées et

confrontées à un sévère déficit de la ressource en eau. La valorisation des retenues déjà créées

n'est toutefois pas importante (Selmi et al., 1994). Selmi (1996) observe que l'exploitation des

lacs collinaires peut apporter un supplément de revenu important (notamment par l'introduction de

cultures maraîchères) mais que seuls 22% des exploitants situés autour des retenues en eau ont

intégré la nouvelle ressource dans leur mode de production.

La sous-exploitation des lacs collinaires est liée à des considérations socioculturelles et au manque

de moyens. elle résulte aussi des incertitudes liées à précarité de la ressource: la violence des

orages peut provoquer des crues destructrices et/ou l'envasement rapide des retenues tandis que la

forte évaporation peut conduire à leur assèchement fréquent et plus ou moins long. Ce sont, de ce

fait. les projets de spéculation à court terme qui sont le plus à même d'être promus autour de ces

aménagements.

33

Chapitre 3: Présentation de l'étude

3.1. Problématique générale de la qualité de l'eau dans les lacs collinaires

La problématique de la qualité de l'eau dans les lacs collinaires se pose par rapport aux divers

usages qui en sont faits (abreuvement du bétail, irrigation, usages domestiques) ou qui pourraient

en être faits (pisciculture), ainsi qu'en terme d'impact sur la qualité des eaux souterraines (recharge

de nappe). La question concerne trois principaux aspects:

- le risque de salinisation;

- le potentiel trophique et le risque d'eutrophisation;

- les risques sanitaires.

3.1.1. Le risque de salinisation

En Tunisie, comme dans la plupart des régions arides, la salinité de l'eau est un handicap majeur

pour l'exploitation de la ressource. La salinité des eaux pose particulièrement problème sur le plan

ag~'icole car la présence excessive de sels dans les eaux d'irrigation est toxique pour les cultures et

conduit à une dégradation, voire une stérilisation des sols (salinisation). La salinité limite aussi les

possibilités d'alimentation animale et humaine. En Tunisie. 50% des ressources en eau ont une

salinité inférieure à 1,5 g/l et peuvent donc être exploitées sans restriction. La majorité des eaux

de surface sont considérées comme étant de bonne qualité, mais seulement 16% des eaux

souterraines ont une salinité inférieure à 1,5 g/l tandis que 30% du potentiel des nappes présente

une salure supérieure à 4 g/l (DG/PDIA, 1996).

Les eaux stockées dans les lacs collinaires sont soumises à une forte évaporation, en particulier en

zone semi-aride. ce qui fait craindre qu'une accumulation de sels se produise dans les retenues. La

salinisation des lacs collinaires compromettrait leur mise en valeur et pourrait aussi avoir un

impact sur la qualité des eaux souterraines en relation. Le risque de salinisation dépend

principalement des apports en sels du bassin versant et du degré d'exposition des eaux à

l'évaporation. Ce dernier dépend de la dynamique hydrologique des retenues, fonction de divers

facteurs tels que : les conditions climatiques et de terrain, la morphométrie des ouvrages et la

gestion de l'eau.

34

lÙ' Partie: CatÜe général de l'étude et objectifs

Du point de vue chimique, la concentration des sels dans la retenue est influencée par divers

processus de précipitation chimique, selon la nature et la quantité des espèces dissoutes présentes.

Des précisions sur les mécanismes déterminant la salinité des eaux des lacs collinaires sont donc

utiles pour optimiser la gestion de la ressource, en vue de son exploitation directe ou pour la

réalimentation des nappes.

3.1.2. Le niveau trophique

L'implantation d'un lac collinaire s'accompagne de l'apparition d'un écosystème aquatique pouvant

faire l'objet d'une production biologique plus ou moins importante. Le développement de la vie

aquatique va dépendre en premier lieu de la disponibilité des éléments nutritifs (azote, phosphore)

pour la production primaire (algues, végétation de bordure). Ces éléments proviennent du milieu

naturel, ils ont surtout une origine anthropique suite aux rejets domestiques, à l'entraînement

d'engrais agricoles, ou des déjections des troupeaux.

Dans la zone collinaire semi-aride, les apports nutritifs dans les lacs collinaires sont a priori limités

en raison du faible niveau de l'activité humaine dans les zones d'implantation. L'usage d'intrants

chimique est en général peu important sur les cultures pluviales en raison du surcoût que cela

représente pour les petits exploitants alors que les rendements restent dépendants des aléas

climatiques. Leur usage peut par contre se développer sur les petites plantations irriguées à partir

du lac collinaire, autour duquel l'activité humaine devrait s'intensifier.

L'évaluation du potentiel trophique des lacs collinaires est utile pour une éventuelle valorisation

des ouvrages par la pisciculture, mais il est aussi intéressant de considérer les risques

d'eutrophisation qui résulteraient d'apports nutritifs excessifs. Le phénomène d'eutrophisation peut

entraîner diverses nuisances pour les usagers d'un plan d'eau: la prolifération d'algues

(cyanobactéries en particulier) peut rendre l'eau impropre aux usages domestiques ou à

l'alimentation du bétail (toxicité) et peut être une gêne pour l'irrigation (obstruction de buses).

D'autre part, la décomposition massive de la matière organique favorise le développement de

micro-organismes pathogènes (voir 3.1.3) et provoque des déficits en oxygène néfastes pour

l'activité piscicole.

3.1.3. Les risques sanitaires

Le lac collinaire n'est pas destiné à l'alimentation humaine, les populations rurales disposant en

général de sources, forages ou citernes, plus ou moins proches pour l'approvisionnement en eau

potable (AE.P.). Il est cependant important de contrôler la salubrité de ces points d'eau, des

usages non prévus (alimentation, toilette, baignade... ) risquant toujours d'en être faits.

35

Par ailleurs, des échanges peuvent exister avec des eaux souterraines elles-mêmes en relation avec

les points d'A.E.P situés en aval.

Un risque de contamination chimique de l'eau peut résulter de l'usage d'engrais (nitrates) ou de

pesticides sur des cultures en amont ou à proximité des retenues. Dans les eaux riches en

nutriments, la prolifération de certaines cyanobactéries (Microcystis, Oscillatoria, Nostoc... ) peut

entraîner la libération de toxines dans l'eau.

La contamination microbiologique de l'eau peut provenir en premier lieu des déjections des

troupeaux qui s'abreuvent autour du lac. Elle peut être liée aux matières transportées par les eaux

de ruissellement ou résulter des apports souterrains suite à une mise en relation de la nappe

phréatique avec des puits perdus en amont de la retenue. La prolifération des micro-organismes

pathogènes peut être favorisée par le caractère stagnant du milieu, les températures élevées et la

présence de matière organique.

L'apparition et la propagation de parasitoses doivent aussi être considérées. En particulier, la

schistosomiase urinaire était signalée en Tunisie par l'OMS en 1985 (in: Birley, 1993) et le lac

collinaire est susceptible de constituer un habitat favorable au développement de l'escargot

aquatique vecteur (Bulinus) du parasite (s. haematobium) qui infecte l'homme par voie cutanée.

Les petites retenues d'eau à usage polyvalent apparaissent comme des sites particulièrement

favorables à la transmission de ce type de parasitose en raison de la fréquence des contacts des

individus avec l'eau par rapport au faible volume d'eau (Hunter et al., 1994).

3.2. Les objectifs de l'étude

Notre étude a trait à deux principaux points qui sont:

- la caractérisation géochimique des eaux des lacs collinaires pour l'évaluation de la qualité

saline de la ressource et la prévision de son évolution;

- l'étude du comportement géochimique du phosphore dans les retenues, le phosphore étant un

élément déterminant du fonctionnement trophique des plans d'eau.

Un contrôle de la qualité microbiologique des retenues a été effectué de façon annexe.

36

lÙ' Partie: Cadre général de l'étude et objectifs

3.2.1. La caractérisation géochimique des lacs collinaires

La géochimie des lacs collinaires est abordée de manière exploratoire et prévisionnelle.

L'étude exploratoire concerne l'analyse des caractéristiques géochimiques des lacs collinaires, en

terme de variabilité des concentrations et de diversité des faciès, de façon à distinguer les

éventuelles familles géochimiques présentes. A partir de cette identification, les processus

géochimiques mis en jeu au cours de l'évolution des eaux peuvent être précisés, en relation avec le

comportement hydrologique des retenues qui font l'objet d'une dynamique saisonnière rapide.

La typologie géochimique établie permet dans un second temps d'effectuer une analyse prédictive

de l'évolution de la qualité de l'eau à l'aide d'un modèle simulant la concentration des eaux par

évaporation. Les risques de salinisation peuvent ainsi être évalués.

3.2.2. L'étude du comportement géochimique du phosphore dans les lacs

collinaires

La disponibilité du phosphore pour la production primaire est un facteur limitant de cette dernière

et nous souhaitions analyser l'influence des phénomènes géochimiques susceptibles d'intervenir

dans la régulation du phosphore des lacs collinaires. En raison de l'importance du transport solide

qui accompagne les crues, les processus d'adsorption du phosphore sur les particules

sédimentaires doivent jouer un rôle important, tandis que la précipitation du phosphore par le

calcium peut se produire dans les eaux calcaires.

Cette étude est traitée en deux volets :

1- La détermination du niveau trophique des lacs collinaires

Afin de préciser l'état trophique des lacs collinaires, quelques indices du fonctionnement

biologique des lacs collinaires sont examinés:

- l'évolution des concentrations en phosphore et en pigments chlorophylliens dans l'eau;

- la structure verticale de la colonne d'eau (température, oxygène, transparence).

2- L'étude des processus de régulation géochimique du phosphore

L'étude de la régulation géochimique du phosphore est réalisée à partir de :

- l'analyse du rôle des équilibres de co/précipitation avec le calcium, considérés en relation avec

les résultats de la caractérisation géochimique;

- l'analyse du rôle des sédiments par la détermination des formes du phosphore du sédiment, et

l'étude expérimentale des équilibres eau-sédiment (isothermes d'adsorption).

37

f•..è'-",,J

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Chapitre 4: Présentation des lacs collinaires étudiés

4.1. Description des lacs collinaires et de leur bassin versant

4.1.1. Choix et localisation

Les lacs collinaires du semi-aride que nous avons choisi d'étudier correspondent aux 24 unités

suivies dans le cadre du programme de surveillance hydrologique des lacs collinaires (voir 4.3.2).

Ces retenues se distribuent de la zone littorale jusqu'aux contreforts de la frontière algérienne,

dans les principaux bassins versants de la région (figure 2). Le tableau 13 précise la répartition

des retenues dans les différentes régions administratives (gouvernorats).

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lire Partie: Cadre général de l'élude et objectifs

tableau 13 - Répartition des lacs collinaires étudiés par gouvernorat

Gouvern. Nabeul Zaghouan Siliana Kairouan Kasserine

Lacs El Melah Saadine Abdessadok Dekikira Abdeladhim

collinaires Es Seghir Sbahia El Hnach El Gouazine Araara

Kamech Hadada El Mouidhi Bawajer

lannet Fidh B. Ali Brahim Zah.

M'Richet Fidh B. Nac. Echar

Sadine 1 Essenega

Sadine 2 M'Rira 2

4.1.2. Caractéristiques des retenues

Le lac collinaire est un petit barrage formé d'une digue en terre compactée de 5 à 12 mètres de

haut et de 100 à 300 mètres de long. La digue est équipée d'un déversoir latéral pour l'évacuation

des crues. Une conduite de chasse et de prélèvement branchée à une tour de prise traverse la

digue d'où elle débouche, munie d'une vann

Caractérisation géochimique des lacs collinaires de la...

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