Geo-Eco-Trop, 2007, 31: 43-56

Apport de la Tldtection et des SIG pour l'estimation du rle de la fracturationdans la contamination de la nappe du Maastrichtien comme suite une

exploitation des rserves phosphates de la partie occidentale de Sra-Ouertane (Tunisie)

Contribution of remote sensing and GIS for the estimation of the fracturing role in thecontamination of the Maastrichtian water table following an exploitation of

phosphatic reserves in the western part of Sra-Ouertane (Tunisia)

Helmi BAHRI*, Noamen REBAI** & Ali ZAIER*

Abstract: The work consists in the assessment of the fracturing role in a possible contamination of the Maastrichitian water table of the western part of Sra-Ouertane (Tunisia). It is apreventive study for directing operations of exploitation and treatment of phosphatic ore in the area.Such operations will have without any doubt an environmental impact notably on the hydrologicalpotentialities of the sector of which the water table is of good quality and of strategic character. For thatwas used multi-source data: ground analysis, remote sensing, GIS (geographic information system) andDRASTIC modelling. Satellite image processing and analysis of ground's data show the presence of three major families offaults in the carbonated series of Lower Abiod: N 15-20, N 135 and East-West with varied proportions. The representation in a 3D block of these results allowed to conclude that the migration of water is, atthe beginning, towards the West and then follows the general pattern of the structure for movingtowards the East.Then, to interpret this migration impact, one carried out several numerical thematic maps obtainedfrom the satellite images and GIS tools. These charts are integrated in the DRASTIC program used toevaluate the intrinsic vulnerability. The final result consists to establish a map of distribution of the vulnerability in the area. The values obtained are classified from weak to very weak; the vulnerabilityvarying between 39 and 102. Thus through the study of the fracturing and the cartography of the vulnerability one is able to delimit the zones where the risks of contamination are the more significant.

Key words: Tunisia, Maastrichtian, Water table, Phosphates, Contamination, Modelling(Remote sensing, GIS, DRASTIC)

Rsum: Le prsent travail consiste valuer le rle de la fracturation dans une possible contaminationde la nappe du Maastrichtien de la partie occidentale de Sra-Ouertane. Cette tude est ralise titreprventif pour orienter l'exploitation ventuelle de la srie phosphate rgionale et des oprations detraitement qui s'ensuivront. Les oprations prcites auront sans aucun doute un impact sur l'environnement et, notamment, sur les potentialits hydrologiques du secteur dans la mesure o il estdot d'un aquifre de bonne qualit et caractre stratgique. Pour cela nous avons utilis des donnes multisources (analyse de terrain, tldtection, S.I.G., et modlisation DRASTIC). Le traitement de l'image satellitaire et l'analyse des donnes de terrain montrent la prsence de troisfamilles majeures de fractures dans les calcaires de la formation Abiod : de direction N15-25, N135 etune famille presque E-O, avec des proportions variables. La reprsentation en un bloc 3D de ces rsultats a permis de conclure que la migration de l'eau se fait au dbut vers l'ouest puis qu'elle suit l'allure gnrale de la structure en se dirigeant vers l'est.Ensuite et pour estimer l'impact de cette migration sur la nappe, on a ralis des cartes numriques thmatiques partir des images satellitaires et des outils SIG du secteur d'tude. Ces cartes sont

* : Laboratoire des Ressources Minrales & Environnement (L.R.M.E), Facult des Sciences de Tunis/Dpartement de Gologie Campus Universitaire 2092 Tunis, Tunisia;

** : 02 /UR./10-02 Dynamique des Bassins Sdimentaires, Paloenvironnements et StructuresGologiques. Facult des Sciences de Tunis/Dpartement de Gologie -1060 Tunis, Tunisia.

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intgres dans la modlisation DRASTIC, mthode utilise pour l'valuation de la vulnrabilit intrinsque. Le rsultat final consiste l'laboration d'une carte de rpartition de la vulnrabilit de lazone. Les valeurs obtenues sont classes de faible trs faible ; la vulnrabilit variant entre 39 et 102.Donc, travers l'tude de la fracturation et la cartographie de la vulnrabilit, on a dlimit les zoneso les risques de contamination sont les plus susceptibles de se produire.

Mots-cls: Tunisie, Maastrichtien, Nappe aquifre, Phosphates, Contamination, Modlisation(Tldtection,SIG,DRASTIC)

INTRODUCTION

L'tude hydrogologique des rgions fractures prsente une complexit remarquable.La circulation de l'eau travers les rseaux de fractures et la connaissance des systmesgologiques ont fait l'objet de plusieurs travaux de recherche (DE MARSILY 1985, DAVY et al.1990, NERETNIEKS 1993, BOUR 1997, KOUAM et al. 1999). Les rsultats de ces tudes ontintress les spcialistes de plusieurs disciplines : hydrogologie (BOUKARI et al. 1985,SAVADOGO 1984, DARCEL 2002), choix des sites d'enfouissement de dchets nuclaires(NERETNIEKS 1993 et DERSHOWITZ et al. 1991), contamination de nappes par les produitsphytosanitaires et les rejets miniers (BAHRI et al. 2005, HAMZA 1999).

Dans le cas prsent, le problme qui se pose est une ventuelle contamination denappe par des rejets miniers, tant donn que le secteur d'tude (le Sra-Ouertane) se caractrise par des rserves considrables en phosphates sdimentaires (plus de sept milliardsde tonnes exploitables) et des rserves en eau de trs bonne qualit, emmagasines aussi biendans les calcaires de l'Eocne infrieur que dans ceux du Campanien suprieur-Maastrichtien(HACHMI 1982, ZAIER 1984, ZAIER 1999).

PRESENTATION DU SITE D'ETUDE

Le secteur d'tude (Fig. 1) se situe l'ouest de Sra - Ouertane, dans le centre-ouest dela Tunisie environ 40 km au sud du Kef. Les coordonnes limitant la zone d'tude sont X :de 394000 402000 et Y : de 278000 286000 (projection Lambert, Nord tunisien).

La zone de Sra-Ouertane est constitue par une large cuvette synclinale oriente NE-SO, pendage faible. Cette structure se prolonge par deux brachy-anticlinaux : au nordl'anticlinal de Jerissa-Fej Ettameur et au sud le demi-dme de Bou El Hanche.

Ce secteur est reprsent essentiellement par un plateau peu inclin vers le SE, pierreux, rabot et ravin, affect par des fractures de directions diverses. Certaines de cesfractures ont des rejets importants, dpassant parfois 150m et dlimitant des zones peuinclines. La srie stratigraphique du domaine tudi a fait l'objet de plusieurs tudes (KASTANY 1952, BUROLLET 1956, HACHMI 1982, ZAIER 1984, ZAIER 1999, RANJBAR etal. 2004). Cette srie est reprsente par un ensemble dominance carbonate rattach auCampanien - Maastrichtien infrieur (formation Abiod), reprsente par des calcaires,gnralement massifs, patine blanche, organiss en deux barres spares par un termemarneux renfermant des intercalations carbonates. La barre suprieure est la plus puissante(plus de 180 m), alors que la barre infrieure est d'environ 30 m d'paisseur, surmonte par lesmarnes du Maastrichtien suprieur-Palocne (Formation El Haria). Enfin, nous retrouvonsles sries phosphato-carbonates de l'Yprsien, du groupe Metlaoui qui reposent directementsur les marnes palocnes de la formation El Haria. Le groupe Metlaoui est reprsent par unesuccession de couches phosphates plus ou mois carbonates et/ou marneuses, d'une puissance allant de 20 plus de 65 m. Surmontes par environ 20 m d'alternances de calcaires,marnes et phosphorites, elles sont affectes par des accidents siliceux sous forme de lentillesavec rognons de silex, plus au moins continues, de couleur brune.

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Les alternances sont couronnes par une dalle de calcaire Nummulites. L'paisseurde cette barre est d'environ 40 m, mais pouvant atteindre 90 m au SO du Jebel Ayata (sondagede prospection de la Socit d'exploitation des phosphates de Sra Ouertane SEPHOS )(JACOBS, INTERNATIONAL INC 1984: JACOBS, INTERNATIONAL INC 1985).

METHODOLOGIE

Afin de mener bien les travaux, la mthodologie adopte a consist, dans un premiertemps, en une tude tl-analytique portant sur le traitement d'une image satellitaire LandsatTM (Thematic Mapper) du satellite Landsat-5 acquise le 05-03-1993. Les rsultats trouvs ontt, par la suite, vrifis et valids par des campagnes de terrain. Enfin, l'laboration d'un SIGa t entreprise dans le but de raliser le modle DRASTIC pour la cartographie et l'tude dela vulnrabilit de la nappe.

Traitement de l'image satellitaire

La correction gomtrique

On effectue ce traitement pour la correction des distorsions gomtriques causes parplusieurs facteurs comme, par exemple, la variation de la gomtrie Terre-capteur et la transformation des donnes en vraies coordonnes sur la surface de la Terre (exemple : en latitude-longitude) (CHABRILLAT et al. 2000, HIMYARI et al. 2002). L'image Landsat TM a trecale par rapport la carte topographique.

La corrlation des canaux

Pour valuer et avoir une ide sur les informations contenues dans l'image, on a ral-is un grand nombre de slections de canaux afin d'utiliser ceux qui contiennent le plus d'informations.La premire phase de cette tude a consist en une apprciation visuelle des canaux bruts del'image. Ensuite c'est l'analyse des histogrammes de frquences qui montre gnralement une

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Tableau 1 : Coefficients de corrlation des canaux LANDSAT-TM

rpartition unimodale. Enfin, on est pass aucalcul des coefficients de corrlation (Tableau1). Les canaux les moins corrls sont ceux quiprsentent un coefficient de corrlation faible,infrieur 0.75 (TM1-TM4, TM1-TM7, TM2-TM4, TM2-TM7, TM3-TM4, TM4-TM5, TM4-TM7 et TM5-TM7).

Choix du triplet de combinaisons

Un certain nombre de combinaisons a t test partir des canaux de l'image LandsatTM (une vingtaine d