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I. Les sources hydrauliques : I.1 Les eaux souterraines : Les eaux souterraines

I. Les sources hydrauliques : I.1 Les eaux souterraines : Les eaux souterraines constituent la quasi-totalité des stocks d'eau continentale et une part appréciable de leurs flux, majeure en zones arides et composante essentielle des écoulements réguliers partout. Elles sont aussi le principal vecteur des transports de matières dissoutes. Elles offrent des ressources avantageuses pour de nombreux utilisateurs, prédominantes en certains pays, mais de natures variées, incorporées aux ressources en eau de surface. Elles sont largement utilisées dans un grand nombre de pays, forment souvent la principale source d'approvisionnement en eau potable, contribuent dans une proportion appréciable aux approvisionnements en eau industrielle dans les pays développés et constituent la ressource locale quasi exclusive pour l’irrigation et l'élevage en zones arides (Margat J, 1990) La partie saturée d’eau d’un aquifère forme une nappe souterraine : les termes « phréatique » (ou « libre ») désignent les nappes les plus proches du sol. Celles-ci surmontent éventuellement une ou plusieurs nappes profondes (ou captives) (Ghislain, 2017) Dans les temps modernes, la compréhension du parcours souterrain des eaux terrestres a été remise dans le bon sens et s'est pleinement intégrée dans les images synthétiques et popularisées du cycle de l'eau Figure 1 : Schéma du cycle de l’eau Généralement, la circulation des eaux souterraines dans les vides des formations aquifères augmente la concentration en éléments chimiques ce qui permet au faciès chimique des eaux souterraines de donner des informations pertinentes sur la lithologie des formations aquifères et sur leur comportement hydrogéologique, ainsi que le type d’usage auxquels les eaux souterraines peuvent servir (Bahir, 2003) Les ressources en eau souterraine ne se définissent donc pas seulement dans l'absolu et avec unicité par des variables physiques (hydrogéologiques) quantitatives et qualitatives. Leur évaluation est relative aux critères de leur utilisation et a des contraintes externes, sans unicité. En outre elle n'est généralement pas indépendante de l'évaluation des ressources en eau superficielle, tant du phare des continuités physiques entre les phases souterraines et superficielles des eaux terrestres, que des interactions entre les aménagements et exploitations des unes et des autres et de leur compétitivité dans la sphère économique des utilisations d'eau. (Margat J. , 1990) Les eaux souterraines jouent encore un rôle prépondérant dans les échanges géochimiques entre les eaux continentales et la lithosphère, du fait de la longueur de leur temps de séjour et des très grandes surfaces d'échange. Figure 2 : Une carte mondiale de la profondeur des nappes phréatiques Figure 3 : Sources D'eau utilisées Au niveau Mondial I.2 Les eaux superficielles : L’eau de surface signifient toutes les eaux naturellement ouvertes sur l'atmosphère, y compris( les fleuves, les rivières , les sebkhas ..) en écoulement ainsi que les lacs, les réservoirs, les ruisseaux, les lacs de barrage, les mers et les estuaires avec des profondeurs variables. Elles ont pour origine, soit des nappes souterraines dont l’émergence constitue une source, soit les eaux de ruissellement. Ces eaux se rassemblent en cours d’eau, caractérisés par une vitesse de circulation appréciable. Elles peuvent se trouver stockées en réserves naturelles (lacs) ou artificielles (retenues de barrages) où peut apparaitre une grande hétérogénéité de la qualité selon la profondeur. La composition chimique des eaux de surface dépend de la nature des terrains rencontrés durant leur parcours. Au cours de son cheminement, l’eau dissout les différents éléments constitutifs des terrains. En revanche, sa teneur en gaz dissous (oxygène, azote, gaz carbonique) dépend des échanges à l’interface eau- atmosphère et de l’activité métabolique des organismes aquatiques au sein de l’eau II. Les interactions entre eaux de surface et eaux souterraines : II.1 Définition : Les hydrologues savent depuis longtemps que les eaux de surface et les eaux souterraines sont Des systèmes intrinsèquement liés, par exemple (Glover, 1959); (Cooper, 1959); (Clement, 1996) (Simpson et M.J., 2003) Les zones autour des ruisseaux, rivières, lacs et environnements côtiers représentent des zones d'interaction et de transition entre les deux systèmes où les constituants dissous tels que les polluants peuvent être dilués, échangés, transformés ou détruits (S.J. Westbrooka, 2004) Les interactions entre les eaux de surface et les eaux souterraines ont lieu à l’interface de ces deux compartiments du cycle hydrologique et participent, au même titre que la percolation de l’eau de pluie à travers la zone non saturée, aux processus décharge et de drainage de la nappe. Le drainage de la nappe vers les eaux de surface constitue ainsi une composante essentielle de l’alimentation des rivières en période d’étiage. De même, les eaux de surface peuvent contribuer, par l’intermédiaire de différents réservoirs (rivière, zone humide, lac, zone côtière), à la recharge de la masse d’eau souterrain. Les échanges entre les eaux souterraines et les eaux de surface sont conditionnés par des facteurs naturels (climat, topographie, hydrogéologie, facteurs biotiques) et anthropogéniques (irrigation, drainage, captage,…). Figure 4 : Compartiments principaux du cycle hydrologique. Les flèches indiquent le sens des échanges entre les différents réservoirs (Wood E et al, 2004) II.2 Différents direction des flux : Les Travaux réalisés par des écologues, les géologues et hydro (géo) logistes ont permis une approche pluridisciplinaire dans l'étude des interactions sources avec une vision globale des processus impliqués. L'interface de source hydraulique peut être considérée comme un objet multi-échelles dont les processus et les moyens d'étude varient en fonction de l'échelle spatiale et temporelle d'observation (Flipo et al, 2014) (Kalbus et al, 2006) À l'échelle locale [0 m - 100 m], l'interface des sources est considérée comme une zone constituée d'une couche de sédiments saturés en eau, située autour du lit de la rivière (Kalbus et al, 2006) dite la zone hyporhéique (HZ) (Schwoerbel, 1961) Alors qu'à l'échelle de l'hydrosystème (10 km - 100 km), cette interface est considérée comme une zone, constituée d'une couche de sédiments saturée en eau, située autour du lit de rivière (Kalbus et al, 2006)dite zone Hyporhéique (HZ) (Schwoerbel, 1961) On au terme zone Hyporhéique est défini comme l’interface des eaux superficielles et souterraines. La zone Hyporhéique a un fonctionnement très dynamique, dans ses dimensions verticale, latérale et longitudinale du cours d’eau. Le sens et l’intensité des échanges entre l’eau de surface et la nappe souterraine dépendent de la perméabilité de cette zone et des gradients hydrauliques des écoulements. Il existe plusieurs définitions et modèles conceptuels de cette zone (Malard, 2000-2005) (Vernoux, 2011) .La zone Hyporhéique est également définie comme une zone de mélange entre des eaux (souterraine et de surface) qui ont la plupart du temps des signatures géochimiques différentes. De plus l’eau souterraine se caractérise plutôt par un faible taux de carbone organique et une faible activité micro bactérienne alors que pour les sédiments Hyporhéiques, c’est plutôt l’inverse. Du coup, on peut considérer qu’il y a des possibilités importantes de réactions biochimiques pour des substances polluantes transportées de l’aquifère vers la zone Hyporhéique ou vice et versa, et donc d’atténuation naturelle. Figure 5 : Les différents types de zone HYPOTHEIQUE modifié d'après Malard et al. (2000). Figure 6 : les échanges hyporhéiques a différents échelles spéciale (Datry et al, (2008)) D’après (Hester and Doyle, 2008) les échanges hyporhéiques obéissent principalement aux mécanismes suivants : • 1. Les flux dus au changement local de pente du cours d’eau et induits par le gradient de charge créé. • 2. Les flux dus aux remous, créés par le gradient de charge formé par l’afflux d’eau à la suite d’un obstacle dans le fond de la rivière (tronc d’arbre, débris...). • 3. Les flux dus aux pertes de charge. Figure 7 : Condition hydraulique classique rencontrée à proximité d’une rivière, la convergence des flux de l’aquifère vers la rivière permet l’échange (Rosenberry and LaBaugh, 2008).) L’étude de la ZH est réalisée dans l’objectif d’étudier les procédés bio-géochimiques. Il convient de définir deux types de flux :  le flux total échangé entre la nappe et la rivière qui correspond à la somme algébrique des flux entrants ou sortants de l’interface nappe-rivière.  le flux net qui correspond au flux échangé entre la rivière et l’aquifère excluant les flux localisés dans la ZH voués à un circuit entre la rivière et la ZH. Lorsque l’on élargit l’échelle d’étude des échanges nappe-rivière au-delà de la ZH, la résultante des flux nappe-rivière tend vers le flux net, qui est lui contrôlé par des paramètres régionaux (recharge de la nappe par exemple), et revêt un fort intérêt sur le quantitatif. En dehors des flux uniquement contenus dans la ZH, c’est également à l’échelle locale que le flux net nappe-rivière est directement échangé au travers de l’interface .Lorsque l’on considère une coupe transversale à la rivière, on réalise que l’arrangement des lignes de courant est convergent / divergent (sauf dans le cas d’une rivière complètement pénétrante). Ces flux, contrôlés par les paramètres régionaux sont déterminants pour l’étude quantitative du flux net (Morel-Seytoux et al, 2014). II.3 Les Méthodes de détection L’échange entre les Sources : Les méthodes permettant de caractériser les échanges nappes/rivières sont nombreuses. Leurs concepts de base relèvent de champs disciplinaires différents : géomatique, écologie, physique, statistique, géochimie… II.3.1 Les outils pour identifier et quantifier ces interactions : Les interactions entre uploads/Geographie/ les-sources-hydrauliques.pdf