Polycopié2020 (3)

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HYDROGEOLOGIE
Polycopié, Version 4
Fès, 2020
M.A. HESSANE
Département de Géologie

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INTRODUCTION
La discipline hydrogéologie créée en 1985, s'intègre dans le département des Sciences de la terre par le fait
que l'eau, au même titre qu'un gisement de phosphate ou autre, est une ressource minérale, tirée en partie du
sous-sol.
L'importance de cette ressource minérale est évidente car elle intervient à tous les niveaux de la vie d'un pays
 Besoins humains
 Besoins agricole
 Besoins Industriels.
Les ressources en Eau proviennent des précipitations qui peuvent ruisseler (rivière) et /ou s'infiltrer dans le
sol. Des spécialistes de plus en plus nombreux deviennent conscients que devant l'expansion continue de la
consommation, l’augmentation croissante des investissements à consentir pour la recherche, l'exploitation, la
préservation, se posent de plus graves problèmes : car l'eau utilisable économiquement n'existe qu'en
volumes limités, irrégulièrement répartis et participe d’un cycle de phénomènes naturels, si étroitement
associés dans un accomplissement harmonieux et lent que l’homme en modifiant sans prudence l'un ou
l'autre stade risque de provoquer des dommages irréparables.
Pour se faire une idée des quantités et des répartitions, on peut dresser un bilan des eaux à l'échelle du Maroc
Sur une période de 30 ans, le volume annuel moyen des précipitations est de 150.109 m3, réparti sur le 1/3 du
Maroc, la précipitation étant négligeable sur le Sud Marocain.
Les ressources en Eau, qui se renouvellent en moyenne chaque année, atteignent 27.109 m3/an ; soit 18 %
des précipitations.
L’écoulement de surface est évalué à 19.109m3/an
L'écoulement souterrain est évalué à 8.109m3/an.
On retient le chiffre de 20.109m3/an pour le volume des Ressources mobilisables.
Les ressources en Eau sont donc de deux ordres : (La désalinisation de l'eau de mer étant classée à part)
 L'écoulement de surface (rivières)
 L'écoulement souterrain.
Les problèmes que pose leur exploitation seront donc différents. L'écoulement de surface étant surtout utilisé
pour l’irrigation (grand barrages ou dérivation au fil de l'eau) et les eaux souterraines (meilleur qualité de
l'eau, du fait du rôle de filtre joué par les terrains) pour l'alimentation humaine.
Ce schéma est valable dans le cas où il y a effectivement de l'eau de surface sinon les eaux souterraines sont
aussi utilisées pour les irrigations ; il en est ainsi pour la plaine du Souss (Taroudant), le Haouz de
Marrakech (exploitation de l'eau souterraine par pompage et par un réseau très dense de Rhéttara), les hauts
plateaux d'OUJDA...
On peut donc se rendre compte déjà des différentes disciplines que l'hydrogéologue doit connaître. La
discipline de base, étudiée en S1, S2, S3, S4 et S5 est bien entendu la "géologie". Il est bien évident que la
géologie (lithologie, structure des terrains, c'est à dire la géométrie des niveaux géologiques,
géomorphologie, caractéristiques du sol telle que la perméabilité, etc.) conditionne la recherche et
l'exploitation des ressources en eau.
Ce support de cours destiné aux étudiants en S5, de La filières Sciences de la terre et de l’Univers (STU) a
pour objet de connaitre le système hydrogéologique : on y traite du cycle de l'eau, de l'eau et le réservoir
(propriétés physiques des terrains), la dynamique de l'eau c'est à dire grossièrement la mécanique des fluides
en milieu poreux, permettant de poser les équations mathématiques qui régissent la circulation de l'eau, des
nappes aquifère (conditions d'existence, c'est à dire conditions d'alimentation, conditions lithologiques,
conditions structurales ; l'établissements et la discussion des cartes piézométriques), du principe
d'interprétation des essais de pompage, du bilan des eaux etc. …

Hydrogéologie
Généralités
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CHAP. I : GENERALITES.
1.1) Définitions.
L’Hydraulique a pour objet l'étude des lois de l'équilibre et du mouvement des liquides en vue de
leurs applications à l'art de l'ingénieur. Les formules qu'elle établit sont utilisées dans le calcul des barrages
et des murs de réservoirs, l'établissement des conduites de distribution et d'évacuation des eaux, la
construction des canaux de navigation et d'irrigation, l'installation des ouvrages destinés à la production de
l'énergie hydraulique, le calcul des machines utilisant cette énergie ou destinés à mettre l'eau en mouvement.
Etc...
L’Hydraulique comprend :
 l'Hydrostatique : qui étudie les conditions d'équilibre des liquides
 l'Hydrodynamique : qui recherche les lois théoriques de leur mouvement.
L’Hydraulique proprement dite consiste en l'étude des lois réelles de l'écoulement des liquides en
vue de leurs applications pratiques, cette étude étant basée à la fois sur la théorie et sur l'expérimentation
directe.
L’Hydrométrie : C'est la mesure des débits des cours d'eau. A ne pas confondre avec
l’Hydrotimétrie qui est la mesure de la dureté de l'eau.
L’Hydrogéochimie : C'est la science qui étudie les caractéristiques chimiques et physico-chimiques
des eaux souterraines.
L’Hydrologie : C'est la science qui étudie le cycle de l'eau dans la nature et l'évolution de celle-ci à
la surface de la terre.
L’Hydraulique souterraine : C'est une partie de l'hydrologie et de l’hydraulique relative à
l'écoulement des eaux souterraines aux lois qui les régissent et à leurs applications. Plus généralement,
ensemble des aspects quantitatifs de l’hydrogéologie.
Hydrogéologie: C'est la science des eaux souterraines relative à la connaissance des conditions
géologiques et hydrologiques et des lois physiques qui régissent l'origine, la présence, le mouvement et les
propriétés des eaux souterraines : C'est aussi l'application de ces connaissances aux actions humaines sur les
eaux souterraines notamment à leurs prospections à leurs captages et à leurs protections.
1.2) Besoins en eau
L'eau est l'essence de la vie. Sa disponibilité détermine où et comment les animaux et les plantes
existent sur la terre. L’homme a besoin d'eau pour sa consommation, pour son agriculture et pour son
industrie. Nous sommes aussi attirés par l'eau pour les opportunités de loisirs qu'elle offre.
1.2.1) Classification des besoins
 Privés (A E P)
 Professionnels : agricoles et industriels
 Publics.
Les besoins en eaux dépendent de nombreux paramètres. Les plus importants sont le climat, les
habitudes locales, les usagers divers que l’on fait de l’eau, la qualité requise et l’état du réseau de
distribution (pertes).
En fonction de ces paramètres, on peut définir plusieurs types des besoins en eau :
 Consommation spécifique : quantité nécessaire/habit/jour.
La quantité dépend de la variation journalière, saisonnière (consommation de pointe) et aussi de
l’évolution des besoins
La qualité dépend des usagers divers que l’on fait de l’eau.
 - Provenance : surface, sous-sol, dessaler l'eau de mer. IL y a même des projets pour amener des
Icebergs.

Hydrogéologie
Généralités
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1.2.2) Exemple de répartition entre eaux superficielles et souterraines.
A Tanger, Il y a système d'alimentation mixte :
Eau souterraine : 56%
Eau superficielle : 44%
Une partie des eaux superficielles est injectée dans la nappe :
Schéma général de l'alimentation en eau de Tanger (J.-P. THAUVIN, 1971)
Barrage →
Décantation
2/3 réseau de distribution
Traitement →
Station de reprise →
1/3 injecté dans la nappe
L’injection se fait dans une fissure ouverte protégée contre l’érosion et la pollution
1.2.3) Evolution des besoins :
La croissance démographique, le développement social, les activités urbaines, agricoles, industrielles
et récréatives exigent des volumes de plus en plus grands d'eau de qualité mais elles impliquent aussi, dans
la plupart des cas, des rejets polluants qui menacent les ressources en eau. L’évolution des besoins en eau est
donc liée d'une part à l'augmentation de la population, à l'augmentation du cheptel, aux périmètres irrigués, à
l’industrie. Et d'autre part à l'augmentation des besoins humains (liée à l'élévation du niveau de vie). Par
exemple, entre 1960 et 1980 les besoins de la ville de Tanger ont été multipliés par 3.
Evolution des Chiffres ONEP de 1972 à 2010
Production et Distribution d’eau
potable
Unité
1972
2010
Débit équipé
m3/seconde
3
51,6
Production
Millions m3
80
901
Station de Traitement
Unité
9
69
Centres de distribution
Unité
61
574
Abonnés
Unité
65 000
1 468 818
Taux de branchement urbain
%
50
93
Taux d’accès rural
%
-
91
Assainissement Liquide
Stations d’épuration en cours
d’exploitation
Unité
-
41
Centres d’intervention en
assainissement
Unité
-
79
Population bénéficiaire
Millions d’habitants
-
3
Données générales
Chiffre d’affaire
Millions de DH
25
3645
Investissement
Millions de DH
60
4017
Effectif
Unité
1537
7229

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Généralités
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1.3) Propriétés de l'eau.
En hydrogéologie, on s’intéresse principalement aux écoulements naturels en milieux aquifères et
superficiels, il faut d'abord bien rappeler les propriétés physiques de l'eau dans les conditions dites
"normales" de température et de pression.
Les propriétés de l'eau dépendent des propriétés de l'eau pure et aussi des impuretés (sels dissous)
L’eau n’est pas la substance inerte à laquelle nous sommes habitués. C‘est un liquide très particulier,
aux propriétés physiques et chimiques très différentes des autres liquides, et particulièrement réactionnel.
L'eau pure est un liquide que l'on dit associé parce qu'il est constitué par la molécule d’eau (H2O), de groupe
de ces molécules, l’ion hydrogène (H+) et l’ion hydroxyle (OH-).
H2O est une molécule dipolaire : 2 atomes d'hydrogène et 1 atome d'oxygène. En général O16 et H1.
Electriquement neutre.
La dissymétrie de la molécule fait apparaître une attraction privilégiée et lui donne une tendance à
s’orienter dans un champ électrique.
1.3.1) Propriétés physiques et thermodynamiques.
L'eau est un liquide homogène (pur) dont les propriétés physiques sont pratiquement constantes.
 L'eau gonfle en gelant
 L'eau a une chaleur spécifique
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[E M−1 Θ−1] ou [L2 T−2 Θ−1] très élevée (1 Cal / g /°K)
Compressibilité :
A la température ordinaire, pour diminuer de 1% un volume d'eau, il faut exercer une pression de
250 bars. L'eau est un liquide qui est souvent considéré comme incompressible. Toutefois la compressibilité
de l'eau n'est pas négligeable pour l'étude des nappes profondes captives.
Le coefficient de compressibilité de l'eau β est défini par :
Où 
 représente la variation relative du volume provoquée par la variation de pression dp (une
variation positive de pression provoque une contraction de volume)
On a donc aussi : 
β permet d'exprimer, à température donnée, les variations de masse spécifique en fonction de la
pression.
Pour l'eau, à 20°C, β ≈ 4,6. 10-11 cm2/dynes
β: varie en fonction de la température.
Masse volumique :
La masse volumique ou spécifique d'un corps est la masse de l'unité de volume de ce corps (dans des
conditions précisées de température et de pression).
Notation usuelle :  = 
Dimensions: M.L-3
Pour l’eau, la masse spécifique prise à la pression atmosphérique est assez peu variable en fonction de la
température.
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La chaleur spécifique (ou capacité calorifique), cw, est la propriété qui reflète le changement de température d'une substance suite à
une modification de sa teneur en énergie thermique. Elle est définie comme étant la quantité d'énergie thermique absorbée ou libérée
par masse unitaire par unité de changement de température.