Titre original :

Hydrogeochemical study of Abu Ali watershed’s groundwater (Lebanon)

Titre traduit :

Etude hydrogéochimique des eaux souterraines du bassin versant de la rivière Abou Ali (Liban)

Mots-clés en français :
  • Hydrogéochimie

  • Eaux souterraines -- Qualité
  • Hydrogéologie
  • Eau -- Chimie
  • Interaction eau-roche
  • Ions inorganiques
  • Spectroscopie d'émission optique à source plasma
  • Analyse en composantes principales
  • Analyse multivariée
Mots-clés en anglais :
  • Groundwater
  • Geology
  • Lebanon
  • Hydrogeology
  • Hydrogeochemistry

  • Langue : Anglais
  • Discipline : Chimie organique, minérale, industrielle
  • Identifiant : 2021LILUR052
  • Type de thèse : Doctorat
  • Date de soutenance : 17/12/2021

Résumé en langue originale

L’eau souterraine est une ressource naturelle importante fortement impactée par les activités anthropiques qui peuvent dégrader sa qualité. Le bassin méditerranéen est un environnement sous stress hydrique et soumis à une forte pression anthropique. Ce qui fait que les eaux souterraines représentent la principale ressource en eau pour plusieurs pays méditerranéens, le Liban inclut. Cette thèse vise à étudier la qualité et les caractéristiques hydrogéochimiques des eaux souterraines du bassin versant d’Abu Ali, situé au nord du Liban, et de les comparer avec les caractéristiques hydrogéochimiques des eaux souterraines dans la région méditerranéenne.Dans le premier chapitre, les études et les concentrations d'ions majeurs, mineurs et d'isotopes ont été extraites de 123 études hydrogéochimiques méditerranéennes. Ensuite, Les données ont été analysées qualitativement et quantitativement. Une disparité dans la répartition des sujets d'étude a été observer. De plus, les faciès hydrochimiques dominants sont Ca-Cl au Quaternaire et Ca-HCO3 au « Jurassique et Crétacé » et « Tertiaire ». De plus, le principal processus géochimique modifiant l'eau souterraine est l'évaporation dans les aquifères quaternaires et tertiaires, et l'interaction roche-eau dans les aquifères jurassique et crétacé. Enfin, 29 % et 15.3% des aquifères sont pollués par les nitrates et un des ions mineurs respectivement. Dans le deuxième chapitre, 65 échantillons d'eau souterraine d’Abu Ali ont été collectés entre les saisons humides et sèches de 2019 et 2020. Les paramètres physico-chimiques et les concentrations de 9 ions majeurs ont été mesurées. Les données ont été analysées. Les résultats montrent que Ca-HCO3 avec Ca-Mg-HCO3 et l'interaction roche-eau sont respectivement le principal faciès hydrochimique et le processus géochimique respectivement. De plus, l’analyse en grappes hiérarchiques et les PCA divisent les échantillons en 5 groupes affectés par des concentrations élevées de sulfate, l’activité agricole, faibles valeurs de paramètres physico-chimiques et d'ions majeurs, une réaction inverse d’échange d'ions et une composition chimique modérée respectivement. Enfin, la comparaison avec les autres études dans le bassin méditerranéen indique que l'étude d'Abu Ali ne représente aucune valeur extrême par rapport aux données publiées. Dans le dernier chapitre, différents indices et graphes ont été calculés et construits à partir des concentrations des mêmes 65 échantillons. De plus, les concentrations de 24 ions mineurs ont été mesurées par ICP-OES. Pour l'évaluation d'usage domestique, certains échantillons ont des concentrations plus élevées que les limites en TDS, nitrates, arsenic, antimoine, thallium et plomb. Selon RSC, Donen plot et ratios de magnésium, 4, 10 et 7 échantillons respectivement ont été considérés comme inappropriés. En plus, selon les pourcentages de sodium et les ratios de Kelly, la majorité des échantillonnes sont excellents. Le diagramme de Wilcox indique que 13 échantillons, situés de basse à moyenne altitude, ont été considérés comme bons à admissibles, mais représentent un risque de salinité élevé selon le diagramme USSL. Finalement, la plupart d'échantillons ont été considérés comme appropriés pour l'irrigation.Enfin, ce travail présente une évaluation primaire des caractéristiques hydrogéochimiques moyennes des eaux souterraines dans la région méditerranéenne et une évaluation hydrogéochimique de base des eaux souterraines dans le bassin d'Abu Ali. Des études méditerranéennes comparatives, axées sur les variations saisonnières et les différents types d'aquifères sont indispensables pour avancer les connaissances dans le domaine de l'hydrogéochimie. En plus des études isotopiques et microbiologiques concernant les eaux souterraines d'Abu Ali sont nécessaires afin d’analyser respectivement l’origine et le risque de l’usage des eaux souterraines d'Abu Ali.

Résumé traduit

Groundwater is an important natural resource heavily impacted by human activities which can degrade its quality. The Mediterranean basin is water stressed environment and subject to strong anthropogenic pressure. This makes groundwater the main water resource for several Mediterranean countries, including Lebanon. This thesis aims to study the hydrogeochemical characteristics of groundwater in the Abu Ali watershed, located in northern Lebanon, and to compare them with the hydrogeochemical characteristics of groundwater in the Mediterranean region. The first chapter of this thesis is a hydrogeochemical meta-analysis study of the Mediterranean region, while the second and third chapters focus on Abu Ali’s watershed in order to analyze the hydrogeochemical characteristics and assess its groundwater quality.In the first chapter, information about the studies and concentrations of major, minor ions and isotopes were taken from 123 Mediterranean hydrogeochemical studies. Then, the data was analyzed qualitatively and quantitatively. In fact, a disparity in the distribution of study topics was observed. In addition, the dominant hydrochemical facies are Ca-Cl in the Quaternary and Ca-HCO3 in the “Jurassic and Cretaceous” and “Tertiary”. In addition, the main geochemical process modifying the groundwater’s chemistry is the evaporation in Quaternary and Tertiary aquifers, and rock-water interaction in Jurassic and Cretaceous aquifers. Finally, 29% and 15.3% of aquifers are polluted by nitrates and at least one of the minor ions respectively.In the second chapter, 65 groundwater’s samples were collected from Abu Ali’s watershed between the wet and dry seasons of 2019 and 2020. The physicochemical parameters and concentrations of 9 major ions were measured. The data has been analyzed. The results show that Ca-HCO3 with Ca-Mg-HCO3 and rock-water interaction are the main hydrochemical facies and geochemical process respectively. In addition, hierarchical cluster analysis and PCAs divide samples into 5 groups affected by high sulphate concentrations, agricultural activity, low values of physicochemical parameters and major ions, reverse ions exchange and moderate chemical composition. Finally, the comparison with other studies in the Mediterranean basin indicates that Abu Ali's study does not represent any extreme value compared to the published data. In the last chapter, different indices and plots were calculated and constructed from the same 65 samples’ concentrations. In addition, the concentrations of 24 minor ions were measured by ICP-OES. For domestic use, some samples have concentrations higher than the limits for TDS, nitrates, arsenic, antimony, thallium and lead. According to RSC, Donen plot and magnesium ratios, 4, 10 and 7 samples respectively were considered inappropriate. Meanwhile, based on sodium percentages and Kelly’s ratios, the majority of samples are excellent. The Wilcox diagram indicates that 13 samples, located from low to medium elevation, were considered good to acceptable. In addition, the same samples represent a high salinity risk according to the USSL diagram. Ultimately, most of the samples were considered suitable for irrigation.Finally, this work presents a primary assessment of average hydrogeochemical characteristics of groundwater in the Mediterranean region and a baseline hydrogeochemical assessment of groundwater in Abu Ali basin. More comparative Mediterranean studies, focusing on seasonal variations and different types of aquifers are essential for advancement in the field of hydrogeochemistry. In addition, isotopic and microbiological studies of Abu Ali’s groundwater are needed in order to analyze the groundwater’s origin and assess the risk of Abu Ali’s groundwater respectively.

  • Directeur(s) de thèse : Ouddane, Baghdad - Halwani, Jalal
  • Président de jury : Baroudi, Moomen
  • Membre(s) de jury : Merheb, Mohammad - Barrez, Frédéric - Maschke, Ulrich - Net-David-Buytaert, Sopheak
  • Rapporteur(s) : Abdallah, Chadi - Deloffre, Julien
  • Laboratoire : Laboratoire Avancé de Spectroscopie pour les Interactions, la Réactivité et l'Environnement (LASIRE)
  • École doctorale : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)

AUTEUR

  • Al Haj, Rachad
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