Etude de la pollution des eaux souterraines du bassin versant de la Soummam (Nord-Est Algérien) par géoaccumulation des métaux lourds (Pb, Cd, Cr, Zn, Ni, Fe) et leur impact sur la santé humaine

Abstract

Cette thèse porte sur l’évaluation de la pollution des eaux souterraines du bassin versant de la Soummam (Nord-Est de l’Algérie) par les métaux lourds (Pb, Cd, Cr, Ni, Zn, Fe) et sur l’analyse de leurs impacts potentiels sur la santé humaine. Elle s’inscrit dans un contexte de pression croissante sur les ressources hydriques et d’urbanisation rapide, favorisant l’accumulation de contaminants dans les milieux aquifères. La méthodologie adoptée repose sur une approche intégrée combinant analyses physico-chimiques, indices de pollution, outils statistiques multivariés et modèles d’évaluation des risques sanitaires. L’étude des sédiments a permis d’évaluer la distribution spatiale et l’intensité de la contamination métallique. Les indices de géoaccumulation (Igeo), d’enrichissement (EF), de contamination (CF) et de risque écologique (ER), associés aux indices intégrés (Cd, mCd, PLI, PERI, PNemerow), montrent que les sédiments présentent une qualité globalement bonne à modérée, majoritairement influencée par des apports lithogéniques naturels. Cependant, une accumulation notable de Cd a été observée dans certaines zones, notamment au nord du bassin (région de Béjaia), indiquant une contribution anthropique liée aux activités agricoles, domestiques et industrielles. L’évaluation des risques sanitaires révèle que les indices HI et TCR restent inférieurs aux seuils critiques de l’US EPA, traduisant l’absence de risque significatif pour la population. Toutefois, l’ingestion constitue la voie d’exposition dominante, surtout chez les enfants, justifiant un suivi régulier des zones sensibles. L’étude hydrogéochimique des eaux souterraines, réalisée à partir de 135 échantillons et 12 paramètres chimiques, met en évidence l’importance des interactions eau–roche, dominées par la dissolution des carbonates et des silicates. Les analyses multivariées (ACP, CAH) confirment une origine majoritairement naturelle des ions, avec une contribution anthropique ponctuelle. La carte de vulnérabilité élaborée selon la méthode GOD a permis de distinguer cinq classes de vulnérabilité : extrême, forte, modérée, faible et très faible, représentant respectivement 3 %, 40 %, 15 %, 7 % et 35 % de la superficie totale du bassin. Les paramètres d’irrigation (%Na⁺, MR, SAR, KR, RSC, PI, PS, CE, SSP%) indiquent une bonne aptitude de l’ensemble du réservoir à l’usage agricole. De même, l’indice WQI révèle que 99,26 % des échantillons sont aptes à la consommation humaine. L’indice entropique EWQI classe les eaux souterraines entre excellente (28,15 %) et bonne qualité (71,85 %), avec quelques dépassements localisés en nitrates dans les zones agricoles. L’analyse des métaux lourds dissous révèle des niveaux variables selon les secteurs. L’ACP a mis en évidence deux facteurs expliquant 59,80 % de la variance totale : le premier, dominé par Pb, Cd, Cr, Zn et Fe, traduit une influence anthropique marquée (rejets industriels, effluents urbains), tandis que le second, dominé par Ni, reflète des apports géogéniques associés à des intrants agricoles. L’analyse de cluster (CAH) a permis de classer les échantillons en 2 groupes distincts : le groupe 1 (66,67% des échantillons), fortement contaminé par le Pb et le Cd, et le groupe 2 (33,33% des échantillons), présentant une pollution modérée dominée par le Ni. Les indices HEI et Cdeg ont confirmé cette hétérogénéité spatiale de la qualité des eaux souterraines. L’évaluation quantitative du risque sanitaire montre que l’ingestion est la voie d’exposition principale, avec des valeurs HI < 1 suggérant l’absence de risque non cancérogène, mais des niveaux TCR localement supérieurs aux seuils tolérables, particulièrement pour Cd et Ni. Les simulations de Monte Carlo valident ces résultats et soulignent la nécessité d’une surveillance ciblée des zones vulnérables. Dans l’ensemble, cette recherche met en évidence une qualité globalement satisfaisante des eaux souterraines du bassin de la Soummam, tout en révélant une vulnérabilité localisée susceptible d’engendrer des risques à long terme pour la santé et l’environnement. Elle constitue une contribution scientifique majeure à la compréhension des mécanismes de contamination métallique et à l’évaluation intégrée des risques sanitaires en milieu hydrogéologique. Elle offre également une base méthodologique solide pour la gestion durable de l’eau dans le Nord-Est algérien et représente un outil d’aide à la décision pour la mise en œuvre de stratégies de protection et de prévention des ressources hydriques.