Etude d'un aquifère profond hétérogène en zone aride

Libye 1977

Cultures irriguées dans le désert libyen

La richesse issue de l’exploitation du pétrole en Libye a permis de rendre

l’agriculture possible en plein coeur du désert grâce à l’irrigation.

De 1970 à 1972 le GEFLI (Groupement d'Etude Français en Libye) a effectué une étude de reconnaissance ainsi que l' inventaire des sols et de l'eau dans la plaine de la GEFARA. Cette étude générale de reconnaissance a rendu possible la délimitation d 'un certain nombre de zones de ressources en eau , le plus souvent indépendantes entre elles , permettant d 'envisager le développement agricole par irrigation de certaines. Voir encart en fin de page.

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Albert Calo-Jean Claude Le Floch-Roger Licitri-Olivier Cayla-Libye 1977

SOGREAH et la belle histoire de l’Hydrogéologie

Co-auteurs

Paul JARDIN-Bruno CANALETA-Stéphane FOURNY

Extraits Pages 139 & 140 du livre publié en 2013 par

L’Association Internationale des Hydrogéologues (AIH)

et le Comité Français d’Hydrologie (CFH)

L’une des principales études complètes dans le domaine hydro-agricole, est l’aménagement et la mise en service de deux périmètres d’irrigation dans les plaines de Thessalie en Grèce.

C’est au total 65 000 ha qui sont irrigués à partir de pompages dans deux réservoirs souterrains : nappes alluviales rechargées en périodes hivernales par les infiltrations d’eau à travers les fonds et les berges des rivières.

Les modèles mathématiques construits à partir des mesures et observations des hydrologues et hydrogéologues ont permis de confirmer les choix judicieux des implantations de 2055 forages de 50 à 200 mètres de profondeur (capacité totale de pompage instantanée supérieure à 100 m³/s).

Les hydrogéologues de Sogreah ont assuré la supervision des travaux de forage et assisté les irrigants sur une période totale de 10 ans.

Marcel Clere Larissa Novembre 1978

Les modèles des nappes ont correctement reproduit les évolutions saisonnières des réserves en eaux. A la demande de la Banque Mondiale, les réglages des modèles ont été actualisés sur une période transitoire observée de 10 ans de 1970 à 1980 (réseau de mesures défini et exploité par SOGREAH portant sur le cycle complet de l’eau : pluie, ruissellement, évaporation, infiltration et recharges saisonnières des nappes, écoulements en rivière, pompages d’exploitation et consommations en eau par les plantes,…..).

Pendant cette période, ont été intégrées dans le modèle l’hydrologie de surface, les débits des rivières et débits infiltrés, les consommations en eau par les plantes avec prise en compte des calendriers de consommations en eaux spécifiques (calendriers culturaux).

Ces éléments ont permis de calculer le prix de revient complet du m³ d’eau par type de culture (investissement et exploitation). Ce projet, études et travaux de forage, a été financé par la Banque Mondial dès 1970. En 1979-80, toujours sur financement de la banque mondiale, l’intervention de SOGREAH a porté sur le contrôle et la maintenance des forages. Dans ce cadre environ 200 forages (soit environ 10% du total), ont fait l’objet de travaux spéciaux pour retrouver leurs meilleurs rendements. Les principales cultures irriguées sont le coton et la betterave à sucre, mais la production est multiple (blé, arbres fruitiers, ……)

Etude des nappes souterraines fossiles du désert de Libye

oOo

L'etude des nappes souterraines a été réalisée par Sogreah qui faisait partie du

GEFLI (Groupement d'Etude Français en Libye)

Une autre étude remarquable est l’étude des nappes souterraines fossiles du désert de Libye (Oligocène - miocène). Ces nappes s’étendent au sud de Bengazi sur plusieurs centaines de kilomètres carré. Leur fonctionnement hydrodynamique est particulier : bien qu’elles ne soient plus alimentées en eau, et en l’absence de pompage d’exploitation, la surface piézométrique présente des variations non négligeables de plusieurs décimètres au cours d’une année. Ces variations sont dues à la répercussion dans le sous-sol des variations de la pression atmosphérique, à cause d’une structure sédimentaire particulièrement fine.

Clic sur la page ci dessous pour lire avec le zoom

https://drive.google.com/file/d/1sYfvBT7VIqQvTAKNyrOvMaWrzF0gj0hM/view?usp=sharing

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Le contexte hydrogéologique entraîne une réaction élastique du milieu aquifère : il s’agit toutefois d’une nappe libre, mais, au démarrage d’un pompage, le rabattement est de plusieurs mètres, comme celui que l’on observe dans les nappes captives. Puis après quelques jours de pompage, le rabattement se stabilise suivant un palier horizontal, et après 2 à 3 mois on observe à nouveau un rabattement logarithmique typique des nappes libres. Ce fonctionnement inhabituel était perturbant et ne permettait pas d’envisager l’exploitation des eaux souterraines en adaptant les lois classiques de l’hydrogéologie. 

La demande du Maître d’Ouvrage était : quel est le volume exact du réservoir souterrain, comment va-t-il se comporter à long terme sous l’effet de fort pompage, quel est le débit qui peut être exploité (minage des eaux souterraines) sur une période de 20 ou 30 ans pour des exploitations agricoles à installer dans le désert : dispositifs d’exploitation, nombre de fermes possibles, implantation des forages et débits unitaires.

André Rivoire-Albert Calo-Roger Licitri-Jean Claude Le Floch Libye 1977

Le fonctionnement théorique de ce type de nappe a fait l’objet d’études par Mme STRESTLOVA (Londres) et Mr NEUMAN (USA). Chacun avait développé un logiciel spécial pour interpréter les essais de pompage permettant de déterminer le coefficient d’emmagasinement élastique (phase initiale du pompage) puis le coefficient de drainage (phase finale et volume d’eau stocké dans l’aquifère). Tous deux ont offert leur logiciel à Sogreah qui les a repris pour en faire un nouveau logiciel industriel appelé NEWMAG. Un autre logiciel régional aux différences finies a ensuite été développé par Sogreah : le logiciel PACT. Il permet de prendre en compte simultanément les deux coefficients d’emmagasinement pour une simulation d’exploitation des eaux souterraines (minage) répondant à la demande du client.

Pour terminer ce chapitre on peut signaler le modèle de la nappe de KIRKUK en Iraq qui a été réalisée pour étudier les phases de mise en place du réseau de drainage à associer à la mise en irrigation d’un périmètre de120 000 ha. L’objectif du drainage est d’accompagner la remontée de la surface de la nappe sous l’effet des infiltrations des eaux non consommées par les plantes pour, d’une part, maintenir une zone de sol non saturé en eau nécessaire au développement des racines des plantes et, d’autre part, garantir la non accumulation du sel dans le sol, pouvant entraîner la salinisation des sols comme cela a été observé dans de nombreuses régions arides ou semi arides : basse plaine du Nil, vallée du Pakistan, vallée du Cheliff en Algérie. Même si l’eau d’irrigation est de bonne qualité au départ, avec moins de 0,6 g/l de sel total en solution, après évaporation d’une grande partie du débit d’environ 100 m³/s apportée par le réseau d’irrigation, c’est 600 kg/s de sel qui doivent être évacués hors du périmètre irrigué. Si le débit drainé est au total de 6 m³/s, c’est une eau concentrée à 10 g/l qui doit être stockée dans une zone appropriée, hors des secteurs de culture.

Le même phénomène a été rencontré par Sogreah dans de nombreux pays.

Par exemple dans la plaine d’Ispahan (Iran), qui était parcourue par un réseau d’irrigation d’environ 500 ans (Réseau traditionnel d’irrigation par submersion mis en place par un mathématicien célèbre : Tabatabai, à l’époque du CHAH ABBAS Premier), le bon fonctionnement du drainage et l’élimination du sel était assurée par des conditions naturelles favorables. Avant élimination complète vers le désert des eaux résiduelles salées, les eaux apportées aux parcelles depuis les canaux et non consommées par les plantes étaient récupérées par pompage pour un recyclage aval. L’équilibre hydraulique et physico-chimique de ce réseau ancien apparaissait comme fragile, inapte à supporter une modernisation de son fonctionnement sans mise en place d’un nouveau système de drainage adapté.

La conception de ce système de drainage a été fondée sur la réalisation d’un modèle mathématique de représentation des écoulements souterrains et de surface, intégrant la rivière le Zayandé Roud, et le chevelu complexe des canaux d’irrigation et de drainage. Il a débouché sur la définition d’un projet de drainage original respectant le recyclage traditionnel par pompage et le drainage classique assurant le transport hors des zones de culture de plusieurs tonnes de sels par an. Le modèle mathématique de la nappe, qui couvre environ 100 000 ha, a été construit sur place par une équipe d’hydrogéologues chargée d’étudier et de saisir toutes les données de terrain sur une période de 2 ans de 1973 à 1975 : inventaire des puits, fonctionnement des réseaux traditionnels d’irrigation et de drainage, caractéristiques de l’aquifère, cartographie de la qualité chimique des eaux.

Page communiquée à l'ARSA par Paul Jardin Décembre 2018.

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Page publiée le 19 Janvier 2019