Habib SMIDA
Moncef ZAIRI
Rouaida TRABELSI
Hamed BEN DHIA
Laboratoire Eau, Energie et Environnement (LR3E)
Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax

1 - Problématique, outils et objectifs

Au fur et à mesure qu’elles se raréfient, les ressources en eau requièrent une gestion toujours plus précise qui réduise au minimum les pertes et les usages non productifs de l’eau. Une telle gestion nécessite une connaissance toujours plus détaillée des différents éléments du bilan d’eau et des processus hydrogéologiques: la ressource et la demande, leur distribution spatiale et temporelle et leur qualité, les pertes, leur impact sur la qualité de l’eau, ainsi que toutes les actions anthropiques qui peuvent avoir une influence sur le bilan d’eau.
L’agriculture représente la première activité socio-économique dans la région de Regueb et la plus consommatrice des ressources hydriques. Il est donc nécessaire de la prendre en compte pour assurer une gestion efficace de l’eau et leur implication en terme d’information.

La région de Bled Regueb, purement agricole, se situe en Tunisie centrale à l’Est de la dorsale tunisienne, à la limite Ouest de la plaine du Sahel de Sfax, à environ 30 Km à l’Est de Sidi Bouzid et à 120 Km au SW de la ville de Sfax. De nombreux puits y ont été créés depuis 1960 ainsi qu’une cinquantaine de forages. Le nombre de puits n’a cessé d’augmenter d’une année à l’autre (environ 1000 puits de surface actuellement) avec une demande croissante pour la création de forages de moyenne profondeur. Cette situation a nécessité l’étude des possibilités hydrauliques du système aquifère de la plaine de Regueb.

Des économies importantes peuvent donc être faites pour autant qu’il soit possible d’évaluer correctement les prélèvements et les pertes. Les performances actuellement basses de l’irrigation représentent, dans de nombreuses régions, un potentiel inexploité qui peut dans certains cas représenter bien plus que les ressources additionnelles encore disponibles. Or, l’information nécessaire à l’évaluation de ces pertes fait cruellement défaut à tous les niveaux, depuis l’exploitant jusqu’aux instances nationales et régionales. Cette situation a comme conséquences qu’il devient particulièrement difficile pour les organismes chargés de la planification et de la gestion des ressources en eau, d’évaluer les potentialités réelles d’amélioration de l’utilisation de l’eau. Dans un contexte de rareté croissante, l’information devient un élément déterminant dans la recherche d’une gestion efficace de l’eau, particulièrement dans le domaine de l’irrigation. La situation actuelle, les enjeux et problèmes conceptuels, techniques et institutionnels, ainsi que les perspectives futures sont présentés dans le présent travail, en utilisant le SIG comme outil pour la gestion et la planification des ressources en eau dan ce secteur.
En effet, les Systèmes d’Informations Géographiques (SIG) se présentent actuellement parmis les meilleures techniques d’aide à la décision par leurs grandes capacités cartographiques, d’analyse spatiale des phénomènes naturels et d’interprétation.

2 - Présentation de la zone d’étude

La région de Bled Regueb se trouve à l’Est de la dorsale tunisienne avec une superficie de 1800 Km2 et un périmètre de l’ordre de 177 Km (calculés à partir d’Arc View). Elle est limitée par la ligne de partage des eaux de surface entre Sebkhat Mechéguigue et la plaine de Kairouan au Nord, par l’anticlinal de Bouthadi au Nord-Est, par Djebel Telil et les hauteurs de Bir Ali Ouadrane à l’Est, par la chaîne de Mazzouna (Djebels : Dribica, El HAmra et Kef Ennsour) au Sud, par la chaîne formée de Djebels : Djebbès-Gouleb-Goubrar à l’Ouest et par la chaîne de Krachem El Arstsouma au Nord-Ouest (Figure 1).

Par sa situation à la limite Est du Sahel de Sfax, elle présente un climat influencé par la Mer Méditerranée, et étant entourée par une longue chaîne de montagne à l’ouest, elle présente un micro-climat. D’après les données climatiques de la région de bled Regueb, la partie septentrionale de cette plaine est influencée par l’étage aride supérieur à hiver doux et la partie sud par l’étage aride supérieur influencé par le climat sec présaharien (Figure 2). Les précipitations annuelles moyennes sont de l’ordre de 220 mm/an.

3 - Apport des SIG dans le domaine de gestion des ressources en eau

Les dernières décennies ont vu la capacité de stocker, gérer et analyser l’information relative aux ressources en eau à un coût acceptable se multiplier à une vitesse impressionnante. On en arrive paradoxalement à une situation dans laquelle les données de base nécessaires à l’utilisation des logiciels et modèles disponibles font de plus en plus défaut à l’heure où la rareté croissante de l’eau exige une connaissance toujours plus précise de la ressource et de son utilisation.
Les banques de données relationnelles sont maintenant à la portée de la plupart des services techniques responsables de la gestion de l’eau. Les récents développements dans le domaine de cartographie (SIG, Télédétection et bases de données) permettent de mettre en place des systèmes décentralisés de collecte, analyse et diffusion de l’information, beaucoup plus aisés à gérer que les systèmes centralisés existant jusqu’à présent.
Les progrès récents dans le domaine des SIG permettent d’obtenir à peu de frais une information détaillée sur l’utilisation des terres et notamment sur les terres irriguées. Combinés avec des systèmes d’information géographique et des modèles appropriés, ils permettent le développement de systèmes d’appui à la décision particulièrement utiles pour la planification et même la gestion en temps réel des ressources en eau. Au niveau local, ils permettent également de fournir une information en temps réel concernant les besoins en eau.
Ces technologies représentent un atout considérable dans la recherche d’une gestion appropriée des ressources en eau. Encore faut-il que les utilisateurs soient en mesure d’y avoir accès et d’en assurer la gestion et l’entretien, notamment pour ce qui concerne la collecte de l’information de base.

4 - Méthodologie de travail

4-1- Collecte de données
Les données de sources diverses sont inventoriées à partir de plusieurs organismes, sur terrain et par numérisation des cartes existantes (Tableau 1). Ces données sont traitées sous une plate forme multi-logiciel (M. Access, Arc View et ArcGis…) afin d’élaborer une base de données hydrogéologique très riche permettant la manipulation, la mise à jour des ces données ainsi que la visualisation personnalisée des différents résultats.

4-2- L’environnement Arc-Gis et son importance dans la modélisation hydrogéologique
Un Système d’Information Géographique (SIG) permet de gérer, d’analyser et d’afficher des informations géographiques. Celles-ci sont représentées par une série de jeux de données génériques simples. La possibilité d’accéder aux données SIG, quel que soit leur format, et celle d’utiliser plusieurs bases de données et fichiers de jeux de données simultanément sont deux caractéristiques fondamentales d’ArcGis. En effet, ce dernier utilise un modèle de données géographiques génériques pour représenter les informations spatiales telles que les entités, les rasters et autres types de données spatiales. La prise en charge des modèles à bases de fichiers comprend l’accès à de nombreux jeux de données SIG, tels que les couvertures (coverages), les fichiers de formes (shapefiles), les grilles (grids), les images et les réseaux de triangulation irréguliers (TIN ou MNT). Le modèle de géodatabase gère le même type d’informations géographiques dans une base de données relationnelle et offre les nombreux avantages dans la gestion de données proposés par un SGBD. ArcGis permet de disposer d’informations géographiques multi-usages, pouvant être partagées et conformes aux normes.
Dans notre cas d’application, le modèle hydrogéologique présenté, est un prototype développé pour le bassin de Bled Regueb et qui pourrait être applicable pour tout autre bassin voisin. Plusieurs couches (topographie, géologie, tectonique, lithostratigraphie, hydrologie et hydrogéologie) sont intégrées et superposées. Le but étant de délimiter le bassin en question, définir sa géométrie de réservoir et le sens d’écoulement, ainsi que son fonctionnement hydrodynamique (zone de recharge et exutoire).

4-3- La Géodatabase
La géodatabase (géographic database) est le cœur de tout Système d’Information Géographique, qui organise les données SIG en couches thématiques et en représentations spatiales. Sa composante spatiale représente une collection des données spatialement référencées qui agissent comme un modèle de la réalité. Par contre les données thématiques représentent les éléments (objets, relations…) qui permettent de réaliser des cartes thématiques. Dans le domaine de la cartographie, Boussema (1994), a défini la base de données comme une collection de données non redondantes partageables entre différents systèmes d’application.
La base de données élaborée dans le cadre de ce travail est à deux composantes :
· une composante descriptive ou alpha-numérique sous M. Access ;
· une composante Cartographique spatiale sous Arc View ;
· Sous Arc GIS desktop on a combiné ces deux composantes afin de les visualiser sur un même support.

4-4- Le géoréférencement et la numérisation des cartes
La numérisation des différentes cartes topographiques et géologiques est faite sous Arc View soit en utilisant une table digitale soit directement sur des cartes scannées, et cela selon la disponibilité des informations.
La zone d’étude s’étale sur plusieurs cartes 1/50 000 selon le découpage Lambert tunisien. Afin d’avoir une seule couverture de toute la zone en question pour tout les thèmes, on a attribué les cordonnées géographiques réelles à toutes les cartes de chaque thème. Cette étape connue sous le terme « géoréférencement » (Figure 3), qui nous a permis d’assembler les couvertures en question, est faite en utilisant l’extension « Outil de Géoréférencement et de Transformation » d’Arc View.
Le géoréférencement est fait en deux étapes ; d’abord sur des cartes scannées (transformation affine) puis sur les cartes digitalisées (transformation conforme) pour corriger les erreurs de transformation et minimiser la marge d’erreur RMS.
Les cordonnées géographiques réelles utilisées dans ce travail, ont des cordonnées planes métriques selon le système UTM (Universel Transverse Marcator).

4-5- Le modèle numérique du terrain
Le modèle numérique du terrain est crée sous Arc Sène à l’aide du module 3D analyst d’Arc-Gis. Il s’agit d’une représentation mathématique de l’altimétrie du terrain. Les altitudes en tout points sont calculées à l’aide d’un algorithme d’interpolation. Il permet de créer des cartes thématiques tels que les cartes d’isovaleurs, des vues tridimensionnelles, le calcul des volumes et des surfaces,…

5 - Résultats et discussions

5-1- Géomorphologie
La plaine de Bled Regueb correspond à un fossé d’effondrement dont le Nord est occupé par Sebkhat Méchéguigue et le sud par l’Oued Leban.
La carte topographique, élaborée par numérisation et assemblage de dix (10) feuilles à échelle 1/50 000 selon le découpage Lambert tunisien (Figure 4), montre que l’altitude moyenne de la plaine est de 150 m, plus de 70 % du bassin est situé à une altitude inférieure à 200 m avec une pente quasi uniforme de 1 %. Cette géomorphologie favorise un fort ruissellement.

5-2- Hydrographie
Le bassin de Bled Regueb est subdivisé en deux sous bassins versants. Le premier au Nord à écoulement endoréique, convergeant vers Sebkhat Mechéguigue et le deuxième exoréique au sud correspond à Oued Leban qui prend naissance dans les hauteurs de Djebel Melloussi situées dans la cuvette de Meknassy (Figure 5).
La densité du réseau hydrographique est très importante dans la zone amont du bassin. Les principaux oueds (O. Saida, O. El Gsar, O. Regueb, O. Ghwis et O. Rihana) prennent naissance à partir de la chaîne formée par Djs Khechem, Goubrar, Gouleb et Djebbès. Les eaux de ruissellement des ces oueds s’infiltrent dans les alluvions sablonneux avant d’atteindre Sebkhat Mechéguigue.
La partie sud présente un réseau hydrographique moins important, mais elle est traversée Oued Leban qui est alimenté lui-même de cours d’eau secondaires essentiellement O. Ezzedine, O. Cheraitt et O. Sebra.

5-3- Délimitation du bassin de Bled Regueb
L’approche par bassin de la gestion des ressources en eau a des implications pratiques et opérationnelles importantes. Elle exige une décentralisation des processus de décision et la mise en place d’instruments et de mécanismes régulateurs adaptés. Dans la plupart des cas, l’approche de gestion par bassin versant implique un découpage du territoire qui ne correspond pas au découpage administratif du pays, ce qui entraîne des conflits de compétences entre autorités administratives et autorités de bassins. Ce problème se retrouve généralement au niveau de la gestion de l’information: l’information concernant l’irrigation et les autres formes d’utilisation de l’eau est généralement disponible selon un découpage administratif du territoire et non selon un découpage par bassin. Sans un inventaire exhaustif et géo-référencé des usagers, il est illusoire d’espérer procéder à une gestion efficace de la ressource.
Le bassin versant de Bled Regueb est commun entre les gouvernorats de Sidi Bouzid (1288 Km2) et de Sfax (512 Km2) et l’information se trouve ainsi toujours éparpillée entre ces deux organismes de gestion. Dans le but de leur fournir un support commun pour une meilleure gestion des ressources en eau dans cette région, on a pu délimiter exactement ce bassin hydrogéologique en rassemblant toutes les informations nécessaires. Cette étape a été réalisée en intégrant les deux paramètres précédents (Topographie et hydrographie) en profitant des technologies d’informatique moderne tel que le SIG en utilisant la technique de modèle numérique de terrain (Figure 6).

5-4- Les faciès affleurants
La carte lithologique du bassin de Regueb, obtenue par numérisation et assemblage de plusieurs feuilles géologique, montre que cette région est dominée par des dépôts sableux et limoneux rouges actuels qui reposent sur une croûte calcaire villafranchienne affleurante au niveau des anticlinaux de Bouthadi et Bir Ali et sur les bordure des grands reliefs limitrophes. Ces derniers sont caractérisés par l’affleurement des dépôts mésozoïques indifférenciés. Les lits des oueds sont couverts par des alluvions actuelles. La partie Est « effondrée », est occupée par Sebkhat Mechéguigue et des Garaâs dont les affleurements sont des sols salins de type sebkha et des encroûtements gypseux (Figure 7).

5-5- Tectonique
La structure d’ensemble de la plaine de Bled Regueb paraît simple, mais son histoire géologique et sa situation à l’Est de la dorsale tunisienne sont à l’origine des phénomènes suivants (Hajjem, 1999) :
- des complications structurales sur la chaîne bordière entraînant l’apparition du Trias ;
- le changement de la direction d’écoulement d’Oued Leban du NNE vers Sebkhat Mechéguigue à une direction NE-SW vers la plaine de Ouadrane par le biais de la partie effondrée de l’anticlinal de Bir Ali – Plateau de Mezzouna ;
- la dissymétrie des formations mio-pliocènes avec un épaississement vers le Nord (800m) et un amincissement vers le Sud (200m).
Cette région fait partie de l’entité du Sahel de Sfax qui est marquée par une subsidence importante et affectée par des ondulations de grands rayons de courbures. Les axes des plis bordiers coïncident avec ceux des formations tertiaires. La carte structurale (Figure 7) montre globalement deux familles de failles de directions perpendiculaires. La première de direction NE-SW affectant essentiellement la chaîne de Goubrar, Goulèb, El Khechem et toute la limite Ouest et une deuxième famille de direction NW-SE à E-W affectant les anticlinaux de Bouthadi et Bir Ali et la chaîne de Mezzouna.

5-6- Elaboration d’un modèle géologique de terrain
En superposant plusieurs paramètres (topographie, hydrographie, géologie et tectonique) et en utilisant les grandes capacités du SIG Arc Gis pour la visualisation tridimensionnelle, on a pu élaborer un modèle géologique pour le bassin de Regueb (Figures 8.a et 8.b) qui montre en même temps la limite du bassin, la morphologie du terrain naturel et le faciès affleurant. Ce modèle confirme la limite exacte du bassin en se basant sur les lignes de partage des eaux et les affleurements. Il peut servir comme un outil d’aménagement pour la proposition de sites de recharges en se basant sur la perméabilité des affleurements et les principaux cours d’eau afin d’améliorer l’infiltration directe des eaux de surface dans les zones les plus favorables.

5-7- Hydrogéologie
La zone de Bled Regueb est exploitée par un millier de points d’eau (Figure 9) (puits de surface et des forages semi-profonds). Il s’agit d’un aquifère multicouche de remplissage mio-plio-quaternaire (systèmes phréatique et semi-profond). Les niveaux réservoir (plus qu’un niveau) se localisent dans des formations sableuses à sablo-argileuses intercalées par des niveaux imperméables à semi-perméables (argiles et argiles sableuse) (Figures 10.a et 10.b).

· 1er niveau aquifère :
Il est capté par les puits de surface et abrite la nappe phréatique, son épaisseur moyenne est de 20 m.
· 2ème niveau aquifère :
Il est capté par des forages à bras réalisés au fond des puits de surface et aussi par des forages. Il constitue le réservoir aquifère de la nappe semi-profonde.
Les deux niveaux aquifères sont séparés par des assises semi-perméables permettant une communication plus ou moins importante entre eux et par endroit ces assises sont absentes et on a un seul niveau aquifère sur une épaisseur moyenne de 120m.
L’alimentation de la nappe se fait à partir des piedmonts bordant la plaine (Boudinar, Goubrar et Krechem el Artsouma) et aussi par les infiltrations des eaux de ruissellement sur tout le réseau hydrographique de la plaine.
L’épaisseur moyenne de la formation aquifère productive est de 30 m (d’après la carte d’interpolation des épaisseurs réalisée sur ArcView). A partir de la carte géologique on a élaboré une carte de perméabilité des faciès affleurants, permettant d’estimer le volume d’eau infiltré vers la nappe en attribuant un coefficient d’infiltration pour chaque intervalle de perméabilité. 1137 puits sont inventoriés dans la plaine de Bled Regueb et seulement 820 sont en fonctionnement. La profondeur moyenne du plan d’eau est de 50m en amont, de 15m dans la zone centrale et de 3m aux environs de Sebkhat Mechéguigue.
L’écoulement général des eaux de la nappe est de direction NW-SE dont l’exutoire principal est le bassin de Bir Ali Ouadrane, avec un écoulement secondaire vers Sebkhat Mechéguigue (exutoire secondaire).
Pour le calcul du bilan de ce système on a utilisé la méthode d’interpolation des différents paramètres hydrodynamiques utilisés afin d’avoir une valeur moyenne pour chacun. Le bilan est calculé par différence entre les entrées et les sorties.

Les entrées (Ve) :
Ve = 16,13 106 m3/an.
- Infiltration efficace des eaux de pluie : 9,83 106 m3/an.
(Volume annuel des infiltrations calculé sur la base des superficies et des différents coefficients perméabilité)
- Infiltration par ruissellement : 4,6 106m3/an.
- Infiltration par l’Oued Leben : 1,7 106 m3/an.

Sorties (Vs) :
Vs = 9,31 106 m3/an.
- Exploitation de la nappe : Qex = 8,36 106 m3/an
- Ecoulement souterrain (ES):
Transmissivité :
T= 5 10-4 m2/s. (formations sablo-argileuses de la partie nord) ;
T=7,5 10-4 m2/s (formations sableuses et grossières de la zone sud)
Gradient hydraulique : = 4,33 10-3 ; Front d’écoulement = 14 Km donc ES = 0,9 106 m3/an

Bilan:
Ve – Vs = + 6.8. 106 m3/an.

5-8- Elaboration d’un modèle hydrogéologique
En exploitant les grandes capacités cartographiques d’ArcGis, on a pu déterminer un modèle hydrogéologique dans lequel sont intégrées toutes les couches d’informations élaborées dans le cadre de ce travail (Figure 11). Ce modèle support, qui peut servir comme un outil d’aide aux décisions futures, rassemble des données diverses (géologiques, géomorphologiques, hydrologiques et hydrogéologiques) et facilite l’analyse spatiale des phénomènes hydrogéologiques et leur évolution dans le temps et en fonction de l’enrichissement de la base de données. L’apport d’ArcGis dans ce travail paraît considérable, soit à travers sa capacité de visualisation de données soit à travers sa grande compatibilité avec les autres programmes implique dans ce projet (ArcView, M. Access, les images,…).

6 - Conclusion

Le modèle hydrogéologique établi permet de décrire précisément le fonctionnement hydrodynamique de tout le système en question en allant de la surface en profondeur. D’abord le MNT permet de délimiter le bassin versant ainsi que de montrer le sens d’écoulement des eaux de surface. La composante géologique du modèle dégage les principales zones de recharge du système aquifère. De point de vue hydrogéologique, la carte piézométrique (en MNT) montre clairement le sens d’écoulement des eaux souterraines ainsi que les zones d’alimentations et l’exutoire du bassin hydrogéologique. Les données de bilan sont en relation avec l’évolution de ce modèle.

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

Boussema M. R. (1994) : Base de donnée et cartographie numérique. Thèse de Doctorat d’Etat es Sciences géologiques, Sujet complémentaire. Faculté des Sciences de Tunis, 64 p.

Esri France (2004) : ArcGIS 9, Qu’est ce que ArcGIS, 120p.

Faurès J. M. (1998) : Gestion intégrée de l’eau en milieu rural : le rôle déterminant de l’information. Conférence Internationale "Eau et Développement Durable". PARIS - 19-20-21 Mars 1998

Hajjem A. (1999) : Etude sur l’hydrogéologie de la plaine de Regueb. Direction générale des ressources en eau, Ministère de l’Agriculture, République tunisienne, 50p.

INC-SGF (2003) : Synthèse des données hydrogéologiques des nappes phréatiques su Sahel de Sfax, Rapport synthétique, 63p.

Smida H. (2003) : Apports de SIG pour l’étude et la gestion des ressources en eau : Application pour la nappe de Chaffar – Sfax. DEA, Faculté des Sciences de Sfax, 131p.