Fonctionnement thermique et biochimique du réservoir de Joumine (Tunisie) : modélisation couplée et évaluation de la qualité des eaux

La récurrence des épisodes de sécheresse, la hausse des températures et la diminution des précipitations accentuent la pression sur les ressources hydriques du bassin méditerranéen. En Tunisie, ces phénomènes, combinés à des activités anthropiques croissantes (développements urbains, agricultures intensives), fragilisent davantage des écosystèmes aquatiques déjà vulnérables. Le barrage de Joumine, situé au nord du pays, joue un rôle stratégique dans l’approvisionnement en eau potable, l’irrigation agricole et le maintien de l’équilibre écologique du lac Ichkeul. Cependant, cette retenue est confrontée depuis plusieurs années à une eutrophisation marquée, provoquée par les apports excessifs de nutriments issus du bassin versant agricole et par la baisse du volume d’eau stocké, favorisant le développement de cyanobactéries potentiellement toxiques et la détérioration de la qualité de l’eau.
Cette thèse vise à développer une méthodologie multifactorielle pour représenter et modéliser le fonctionnement physique et biochimique du réservoir de Joumine, afin d’analyser les interactions entre les processus physiques, chimiques et biologiques et d’évaluer l’impact des pressions climatiques et anthropiques sur la qualité de l’eau. Le travail s’articule autour de trois volets complémentaires, basés sur des campagnes de mesures mensuelles réalisées de mai 2021 à juin 2022 sur 8 stations d’échantillonnage. Le premier est consacré à la caractérisation physico-chimique et biologique du plan d’eau, afin d’identifier les principaux facteurs environnementaux contrôlant la répartition spatiale et temporelle du phytoplancton. Le second volet porte sur la modélisation thermique de la retenue à l’aide du modèle DEOLE-J, dans le but de simuler la formation et la dynamique de la thermocline et d’analyser son influence sur la distribution verticale des communautés phytoplanctoniques. Enfin, le troisième volet consiste à associer le modèle thermique DEOLE-J au modèle PEGASE, dédié à la simulation de la qualité de l’eau, afin d’évaluer l’état physico-chimique et biologique du réservoir et de son bassin versant, tout en étudiant les apports amont et les effets du changement climatique.
Les résultats confirment que la retenue du barrage de Joumine présente un état eutrophe à hypereutrophe, avec un indice Carlson’s Trophic State Index (CTSI) moyen de 59,9. L’indice TSID met en évidence une turbidité non algale liée aux particules en suspension, tandis que l’indice basé sur le phosphore total classe le réservoir comme hypereutrophe. Vingt-cinq espèces phytoplanctoniques ont été identifiées, dominées par les Chlorophyceae (44 %) et les Cyanobactéries (24 %), avec des densités élevées en automne et en été tardif. L’analyse multivariée (PCA et RDA) a mis en évidence que la température de l’eau, le pH, les concentrations en ammonium et nitrates, ainsi que l’oxygène dissous sont les paramètres les plus déterminants dans l’évolution des populations phytoplanctoniques. Les simulations réalisées à l’aide du modèle DEOLE-J ont permis de reproduire avec précision (R² = 0,98 pour les températures de surface) la dynamique saisonnière de la thermocline : période de mélange (janvier-février, thermocline ~30 m), formation (mars-mai, ~10 m), et stabilité estivale (juin-septembre, ~2,5 m, avec un indice de force TSI de 0,42 °C/m, températures ~32 °C et vents faibles ~1 m/s), démontrant que cette stabilité thermique durant la période estivale favorise la prolifération des cyanobactéries en surface. L’association du modèle thermique DEOLE-J avec le modèle PEGASE (calibré avec R² > 0,9 pour les nitrates) a permis de simuler la qualité de l’eau dans le bassin versant et dans l’épilimnion du réservoir. Les résultats issus de cette approche couplée ont montré que les apports nutritifs provenant du bassin agricole amont représentent une part prépondérante des charges en nitrate, avec des pics > 22 mg/L dans certains scénarios. Trois scénarios prospectifs ont révélé que, sans mesures correctives, un réchauffement de +1,9 °C et une baisse de 10 % des précipitations augmentent les nitrates de 65 % ; une gestion renforcée (75 % de bonnes pratiques agricoles et 90 % de traitement urbain) réduit ces apports de 63 à 66 %, limitant significativement les épisodes de blooms cyanobactériens, bien que des déficits localisés en oxygène (< 2 mg/L) persistent en été du fait d’une stratification prolongée.
Cette recherche met en évidence le rôle déterminant de la stratification thermique et des apports diffus agricoles dans le contrôle de la qualité de l’eau du réservoir de Joumine. Elle confirme également la pertinence de l’approche de modélisation intégrée basée sur l’association DEOLE-J/PEGASE pour la compréhension et la gestion des écosystèmes aquatiques méditerranéens. Les acquis méthodologiques de ce travail, incluant des recommandations de biomanipulation et de réduction des apports nutritifs, permettent d’améliorer la compréhension des mécanismes complexes de l’efflorescence des cyanobactéries, favorisant une meilleure gestion durable des ressources hydriques et l’élaboration de scénarios prospectifs face à la combinaison de certains effets globaux du changement climatique.