Groundwater salinization around the sabkhas of Sad Al Majnoon and Zima (Bahira plain, Morocco)

ARTICLE

sec.2012.0329

Auteur(s) : Mustapha El Mokhtar¹ mustaphael_mokhtar@yahoo.fr, Younes Fakir¹ fakir@ucam.ac.ma, Abdenbi El Mandour¹ a.elmandour@uca.ma, José Benavente² jbenaven@ugr.es, Hanno Meyer³ Hanno.Meyer@awi.de, Tibor Stigter⁴ tibor.stigter@ist.utl.pt

¹ Faculté des sciences Semlalia Département de géologie Laboratoire GEOHYD Avenue My Abdellah BP 2390 Marrakech Maroc

² Université de Granada Water Research Institute Ramon y Cajal 4 18071 Granada Espagne

³ Alfred-Wegener Institute A43. 14473 Potsdam Allemagne

⁴ Geo-Systems Centre/CVRM Instituto Superior Técnico Av. Rovisco Pais 1049-001 Lisbonne Portugal

Tirés à part : Y. Fakir

La genèse des nappes salées est conditionnée par divers facteurs tels la géologie (nature des affleurements, structure du bassin, perméabilité du terrain [Bottomley et al., 1994 ; Boughriba et al., 2006 ; Farber et al., 2007]), la géographie (état du drainage, voisinage de la mer [Trabolsi et al., 1980 ; Capaccioni et al., 2005 ; Sivan et al., 2005]), le climat (pluviométrie, température, évaporation… [Scholler, 1955 ; Al Droubi et al., 1980 ; Sanchez-Martos et al., 2002]), l’hydrologie (temps et surface de contact des eaux avec les terrains [Gartet et al., 2001 ; Banks et al., 2004]) et l’hydrogéologie (nature de l’aquifère, mode d’alimentation, gradient et vitesse d’écoulement des nappes, profondeur de la nappe [Pekka et al., 1988 ; Fedrogoni et al. 2001 ; Vengosh et al., 2005]). L’intervention anthropique vient enfin aggraver localement les processus naturels de minéralisation de ces eaux par l’utilisation des eaux salées et des engrais dans l’irrigation, et/ou par la mauvaise pratique de celle-ci (Dosso, 1980 ; Douaoui et al., 2006).

Au Maroc, la formation des eaux salées résulte pour l’essentiel de trois processus souvent combinés : la minéralisation par dissolution de l’encaissant, la concentration par évaporation et le mélange avec les eaux de mer (Margat, 1961). La majorité des eaux salées sont liées à des terrains sédimentaires d’origine marine, aux dépôts du Permo-Trias à faciès salifère et parfois à des dépôts salins quaternaires. Autant les études anciennes (Margat, 1961) que récentes montrent la large répartition des eaux salées au Maroc, tant dans les régions côtières (Fakir et al., 2001 ; Fakir et al., 2002 ; El Mandour et al., 2008 ; El Yaouti et al., 2009) et centrales (ElMokhtar et al., 2008 ; Outzourit, 2008) que dans les régions sud et sahariennes (Zine et al., 2001 ; Krimissa et al., 2004 ; Bouchaou et al., 2008).

La présente étude concerne la répartition et l’origine de salinité des eaux souterraines dans la plaine de la Bahira, particulièrement aux alentours des sebkhas Sad Al Majnoun et Zima. Ces sebkhas continentales endoréiques sont d’un type rare au nord de la chaîne atlasique. Elles forment des zones humides salées dans la plaine de la Bahira. Cette dernière est située au centre du Maroc, à 35 km au nord de la ville de Marrakech. Elle constitue un bassin endoréique de direction E-W et d’une superficie de 3 500 km². Elle est bordée au nord par le plateau du Gantour et au sud par le massif ancien d’âge paléozoïque des Jebilets (Huvelin, 1972 ; El Mandour, 1991).

La sebkha de Sad Al Majnoun appartient à la plaine de la Bahira centrale. Elle s’étend sur une superficie de l’ordre de 32 km². La sebkha de Zima (figure 1) appartient à la Bahira occidentale. Elle s’étend sur une superficie qui varie entre 5 et 6 km². Elle est classée zone humide Ramsar pour sa grande valeur ornithologique.

La plaine de la Bahira est caractérisée par un climat semi-aride continental où les influences sahariennes sont ressenties, avec des pluies souvent faibles et irrégulières. La pluie moyenne interannuelle est de l’ordre de 175 mm. Les températures sont élevées en été et basse en hiver. La température mensuelle moyenne varie entre 10,8 et 27,3 ̊C. L’évaporation est intense de l’ordre de 2 700 mm/an. Le réseau hydrographique est peu développé et se limite à des thalwegs temporaires descendant des massifs des Jebilets, Gantour et Mouissate. Sad Al Majnoun et Zima constituent deux dépressions topographiquement basses. Pendant les périodes pluvieuses occasionnelles, elles reçoivent les eaux de surface qui s’y accumulent et s’évaporent après quelques semaines.

Dans la région d’étude, la population est constituée de 220 000 habitants (d’après le recensement national de 2004). L’agriculture et l’élevage sont les principales activités économiques. Les eaux souterraines constituent la seule ressource disponible pour l’irrigation et l’alimentation en eau potable. L’irrigation est majoritairement de type gravitaire.

Les eaux souterraines sont confrontées à de sérieux problèmes de salinisation. Des analyses hydrochimiques et isotopiques sont mises en œuvre pour identifier les origines possibles de la salinité.

Étude hydrogéologique et hydrochimique

Géologie et hydrogéologie

Le Paléozoïque des Jebilet, substratum généralisé de la Bahira, est formé généralement de schistes, micaschistes et flyschs. Il affleure aussi à l’intérieur de la plaine sous forme de horst (seuil de Rhirat). Des formations triasiques argileuses et salifères sont représentées à l’extrémité occidentale des Jbilet et de la Bahira, constituant le soubassement de la Sebkha de Zima. Le Jurassique supérieur est composé de calcaires gréseux et dolomitiques, de marnes et gypses, formant les collines de Mouissate. Le remplissage du fossé synclinal de la Bahira est représenté par le Crétacé moyen et supérieur formé de marno-calcaires du plateau du Gantour, de l’Éocène formé de marno-calcaires phosphatés, les calcaires du Lutétien et enfin les dépôts continentaux sous forme de conglomérats, graviers, argiles et calcaires lacustres d’âge Plio-Quaternaire (Roch, 1930 ; Choubert, 1948) (figure 2).

Au sein des formations sédimentaires de la plaine de la Bahira, s’étendent des aquifères plus ou moins continus (bien que parfois très profonds), de productivité relativement pérenne. Dans le massif paléozoïque des Jbilet, les aquifères sont discontinus, aléatoires et siégent dans des formations altérées guidées par la fracturation du socle ancien (El Mandour, 1991). La productivité de tels aquifères est faible. Parmi les principaux réservoirs de la plaine, on trouve (Combe, 1975 ; Bougadra, 1999) :

• –. le réservoir profond des calcaires lutétiens formé de calcaires siliceux fortement fracturés. Ses affleurements sont bien représentés dans la partie ouest de la plaine et diminuent de façon remarquable en allant vers l’est. Sa puissance moyenne varie entre 20 et 60 m. Cet aquifère s’étend sur une direction E-W le long du Plateau du Ganntour et semble atteindre les Jbilet au sud ;
• –. le réservoir du Plio-Quaternaire  est assez hétérogène sur toute la plaine de la Bahira. Il est constitué d’un complexe d’argiles avec des lits de graviers et de cailloutis. Il présente de mauvaises caractéristiques hydrauliques (perméabilité et transmissivité autour de 10^-6 m/s et 10^-5 m²/s respectivement). Sa puissance peut parfois dépasser les 200 m notamment à Sad Al Majnoun. Son faciès passe au nord et à l’est à des calcaires lacustres à passées de conglomérats, épais de 10 à 40 m, avec des bonnes caractéristiques hydrauliques (perméabilité autour de 5 10^-4 m/s et transmissivité de l’ordre de 10^-2 m²/s).

La carte piézométrique régionale établie en 1963 en régime naturel avant le début des pompages (figure 2) montre que les eaux souterraines s’écoulent des zones de recharge (Gantour, Jbilet et Mouissate) vers la dépression fermée contenant les sebkhas Zima et Sad Al Majnoun. Autour de ces dernières, les gradients hydrauliques sont très faibles marquant une faible recharge et une stagnation des eaux souterraines. Les profondeurs de l’eau varient entre 5 et 20 m.

Les relevés piézométriques réalisés localement en 2008 montrent que Sad Al Majnoun se présente comme une aire de recharge locale de la nappe phréatique, où la profondeur de la nappe est restée du même ordre que celle mesurée en 1963. Plus loin, les profondeurs de la nappe atteignent 60 m (figure 3) attestant d’une baisse très importante par rapport à 1963, liée à la réduction de la recharge et surtout à l’exploitation intensive des eaux souterraines. Autour de la sebkha Zima, la piézométrie n’a pas beaucoup varié (figure 4).

Hydrochimie

Une quarantaine de prélèvements réalisés sur les deux sites en 2008 sont utilisés pour l’étude hydrochimique (tableau 1). À Sad El Majnoun, la plupart des échantillons prélevés représentent la nappe libre du Plio-Quaternaire. Les forages P5 et P15 captent la nappe profonde du Lutétien. Autour du Lac Zima, les prélèvements sont faits dans la nappe libre peu exploitée et à faible potentiel, circulant dans différentes formations géologiques.

Tableau 1 Paramètres chimiques des eaux souterraines de la Bahira centrale et occidentale.

Les eaux souterraines ont généralement une charge saline élevée. Beaucoup sont saumâtres à salées. La salinité est plus élevée dans la zone de Sad Al Majnoun. Les eaux échantillonnées sont de type chloruré (figure 5). La composante magnésienne pour les cations peut être expliquée par des échanges cationiques entre l’eau souterraine et le complexe d’argiles bien développé dans les dépôts plioquaternaires. Ce processus se produit généralement lorsque des argiles riches en Mg sont en contact avec des eaux riches en Ca ou Na (Appelo et Postama, 2005). Les faibles gradients d’écoulement favoriseraient ces échanges.

Quelques tendances bicarbonatées ou calciques sont liées à certains points moins minéralisés, prélevés dans les niveaux calcaires. Les deux points à faciès chloruré sodique sont les plus minéralisés et localisés dans la sebkha de Sad El Majnoun (M_P11 & M_P12).

La salinité est structurée autour des dépressions topographiques (figures 3 et 4). Vu l’absence de dépôts salifères dans le réservoir aquifère de la Bahira, cette structuration suggère une variété d’origines et de processus :

• –. une salinisation des eaux par lessivage des sels déposés sous les sebkhas puis leur propagation dans la nappe. Les écoulements des eaux dirigés globalement vers les dépressions ne plaident pas en faveur de cette hypothèse, sauf dans les secteurs à proximité immédiate des sebkhas, en l’occurrence à Sad El Majnoun ;
• –. une salinisation résultant d’une résidence prolongée des eaux dans les aquifères accompagnée d’une accumulation des éléments dissous dans les zones dépressives (sous les sebkhas), points de convergence des eaux souterraines. La composante argileuse du réservoir plioquaternaire, les faibles gradients hydrauliques observés et l’absence d’un exutoire naturel des eaux sont autant de paramètres qui plaident en faveur de cette hypothèse. Ce processus explique probablement l’enrichissement en ions majeurs observé mais non pas la présence des eaux très salées ;
• –. une salinisation par évaporation directe des eaux souterraines à cause de l’aridité du climat. Hormis les sebkhas où l’évaporation peut agir directement sur la nappe, la profondeur de la nappe entre 20 et 80 m pour la plupart des points mesurés ne permet pas d’envisager l’action de l’évaporation directe sur des eaux souterraines à une telle profondeur.

Étude isotopique

Pour appuyer l’étude hydrochimique, des analyses isotopiques ont été réalisées à partir d’une vingtaine d’échantillons prélevés en janvier 2009 dans des points de faciès géologique, de profondeur et de salinité différents. Les prélèvements concernent en majorité les aquifères superficiels. À Sad Al Majnoun, deux échantillons (F1 et F2) ont été prélevés dans des puits profonds de 250 et 425 m, captant des eaux issues de la nappe profonde. Des eaux de surface de Sad Al Majnoun et de Zima, sont représentées par deux échantillons nommés E_seb.

Les analyses des isotopes stables en Oxygène 18 (¹⁸O) et Deutérium (²H) (tableau 2) ont été effectuées au laboratoire « Alfred-Wegener Institute for Polar and Marine Research, Isotope Laboratory, Potsdam, Germany ».

Tableau 2 Teneurs en oxygène 18 (¹⁸O) et deutérium (²H) des eaux souterraines.

L’absence des données isotopiques de référence sur les précipitations locales, nous a amenés à utiliser la ligne météorique locale du bassin du Haouz (LML) (Raibi et al., 2006) situé à 30 km au sud du bassin de la Bahira.

Les eaux prélevées à Sad Al Majnoun affichent des teneurs variant entre - 6,24 ‰ et - 4,88 ‰ ± 0,03 en ¹⁸O et entre - 44,4 ‰ et - 37,4 ‰ ± 0.3 en ²H (figure 6A). Un enrichissement isotopique est observé pour le puits P5 localisé dans Sad Majnoun ainsi que pour l’eau prélevée en surface de la sebkha (E_{seb_M}). Le graphique ¹⁸O vs ²H montre que les échantillons sont alignés sur une droite d’évaporation d’équation « δ²H = 3,9δ¹⁸O - 18,8 ». Les eaux prélevées dans la sebkha (P5 et E_{seb_M}), d’une salinité très élevée, résulteraient d’un mélange entre des eaux évaporées déjà présentes et des eaux de pluie fraîchement arrivées.

Les teneurs isotopiques des eaux souterraines de la région de Zima varient entre - 5,36 et - 3,33 ‰ ± 0,03 en ¹⁸O et - 38,9 et - 25,8 ‰ ± 0,3 en ²H (figure 6B). L’échantillon représentant les eaux de Jbilet (loin de la sebkha de Zima) est plus appauvri en isotopes. Les eaux de surface de la sebkha (E_{seb_Z}) sont plus enrichies. Les points sont alignés sur une droite d’évaporation de pente plus faible que celle de Sad Al Majnoun « δ²H = 4,7δ¹⁸O - 9,76 ».

Les résultats obtenus montrent l’effet généralisé de l’évaporation sur le processus de salinisation. L’évaporation agit directement sur les eaux de surface et sur la nappe dans les secteurs où celle-ci est à faible profondeur (centre des dépressions occupées par les sebkhas). Dans les secteurs où la nappe est profonde, l’aquifère est rechargé par les eaux de surface (pluie et eau de ruissellement) qui ont subi une évaporation avant et au cours de leur infiltration. En effet, en zones aride et semi-aride, à l’instar de la nôtre, le phénomène d’évaporation affecte les eaux de ruissellement, les eaux de pluies tombant directement sur les sols ainsi que les eaux d’irrigation bien avant qu’elles n’atteignent l’aquifère. Une des autres conséquences de ce phénomène est le dépôt de sels ou d’accumulation de solutés en surface ou subsurface et qui peuvent être lessivés vers la nappe par les eaux de percolation.

La signature évaporatoire de la nappe profonde est probablement due à un mélange, soit par drainance soit directement dans les forages, entre les eaux profondes et celles de la nappe de surface.

Conclusion

La Bahira, nom local de la plaine, signifierait en fait Bohaïra, c’est-à-dire grand lac. Durant les périodes pluvieuses lointaines, à cause de son caractère endoréique, cette plaine aurait en effet renfermé de grandes étendues d’eau, alimentées par les eaux de surface et le débordement des eaux souterraines dans les secteurs les plus affaissés.

Actuellement et à cause de la sécheresse, de ce régime endoréique ne subsistent que quelques sebkhas comme celles de Sad El Majnoun et Zima. Ces sebkhas (figure 7) constituent des « systèmes évaporatoires » alimentés surtout par des apports de ruissellement sporadiques. Autour de ces sebkhas, les nappes en régime de baisse sont saumâtres à salées. Elles sont rechargées par des eaux ayant subi une évaporation avant et pendant leur infiltration. Ces eaux d’infiltration entraîneraient des éléments chimiques qui se sont accumulés en surface ou subsurface. Par ailleurs, dans les aquifères, la présence d’argiles, les gradients hydrauliques faibles et l’absence d’exutoire naturel plaident en faveur d’une longue résidence des eaux souterraines, responsable d’un enrichissement supplémentaire en ions majeurs.

Une datation des eaux souterraines et une étude sélective de la nappe profonde sont nécessaires pour compléter les résultats obtenus. La nappe profonde étant de plus en plus sollicitée dans la région, comme en témoignent l’approfondissement des puits par sondage et le creusement de nouveaux forages profonds, les modalités de sa recharge et les mesures de sa protection contre tout mélange avec la nappe de surface, doivent être déterminées.

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