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Bilan hydrique des sols et recharge de la nappe profonde de la plaine du Gharb (Maroc)


Science et changements planétaires / Sécheresse. Volume 19, Numéro 2, 145-51, avril-mai-juin 2008, Article scientifique

DOI : 10.1684/sec.2008.0132

Résumé   Summary  

Auteur(s) : Malika Kili, Bouabid El Mansouri, Jamal Chao , Laboratoire des géosciences appliquées, Équipe technologies des ressources en eau, Faculté des sciences de Kénitra, Université Ibn Tofail, BP 133, 14000 Kénitra, Maroc.

Résumé : La plaine du Gharb fait partie de l’un des plus grands bassins hydrogéologiques du Maroc occidental. Un bilan hydrique mensuel des différents types de sols, établi sur treize années, a permis l’estimation des infiltrations par percolation profonde. Ces évaluations concernent l’alimentation de la nappe phréatique superficielle et celle de la nappe profonde à travers la zone côtière perméable. La recharge interannuelle de la nappe profonde varie entre 0 et 52 % par rapport au volume moyen des précipitations reçues par cette zone. Celle-ci, située en marge océanique, est exposée à une surexploitation liée au développement croissant de l’agriculture confrontée à des périodes récurrentes de sécheresse.

Mots-clés : bilan hydrique, eau souterraine, Maroc

Illustrations

ARTICLE

Auteur(s) : Malika Kili, Bouabid El Mansouri, Jamal Chao

Laboratoire des géosciences appliquées, Équipe technologies des ressources en eau, Faculté des sciences de Kénitra, Université Ibn Tofail, BP 133, 14000 Kénitra, Maroc

Le bassin du Gharb est situé sur la façade atlantique nord du Maroc (figure 1). Il correspond en grande partie à une vaste plaine de 4 200 km2, couverte de sédiments récents déposés par l’oued Sebou et ses affluents. La gestion de l’eau d’irrigation combine l’usage du réseau superficiel au niveau de la plaine et le pompage des ressources souterraines dans la zone côtière. Cette dernière, en projet d’équipement, ne profite pas encore de l’usage des eaux superficielles. Les prélèvements par pompages privés de la nappe sont en continuelle augmentation avec un nombre de puits qui est passé de 2 000 à 22 000 durant ces trois dernières décennies pour une superficie avoisinant 33 000 hectares. Il en résulte, pour la nappe en marge océanique, une surexploitation avec le risque d’invasion saline [1]. L’objectif de cet article est d’évaluer par le biais du bilan hydrique des sols les quantités infiltrées susceptibles d’alimenter les nappes souterraines superficielles et profondes. Ces estimations étalées sur plusieurs années permettront d’apprécier l’évolution de la recharge de la nappe profonde à travers la zone côtière considérée souvent, comme « le château d’eau » qui alimente la nappe profonde en charge sous la plaine.

Contexte géologique et hydrogéologique

Le bassin du Gharb correspond à une zone d’effondrement formée en marge de la chaîne bético-rifaine au Néogène. Depuis sa formation, il constitue une zone très subsidente [2-5]. Le substratum du remplissage plio-quaternaire est représenté par une épaisse formation marneuse d’âge Miocène supérieur et Pliocène moyen [3, 6]. Les dépôts plio-quaternaires à intérêt hydrogéologique sont analysés à partir des données de subsurface (forages hydrogéologiques et pétroliers, prospection électrique). Le Pliocène supérieur comporte trois principaux faciès : des conglomérats d’origine fluvio-estuariens à l’entrée du bassin vers l’est, des sables et des grès marins dans la partie centrale, et des calcaires bioclastiques littoraux sur la bordure côtière. Le Quaternaire débute par une sédimentation littorale composée de biocalcarénites de sables et de grès dunaires qui n’intéressent que la frange côtière [7]. Le reste du bassin est occupé par une sédimentation continentale caillouteuse interstratifiée de niveaux argileux et argilo-sableux (figure 2). Il en résulte un système hydrogéologique complexe, composé d’une nappe phréatique et d’une nappe profonde en charge. La nappe phréatique est une nappe superficielle localisée dans les sols récents de la partie centrale de la plaine. Sur les bordures occidentale et méridionale, se trouve une autre nappe phréatique de nature généralement gréso-sableuse d’âge plio-quaternaire. Celle-ci est rattachée à la nappe profonde du fait que ses aquifères s’enfoncent sous la plaine et sont en continuité géologique et structurale avec des niveaux aquifères profonds et captifs sous d’épaisses formations argileuses [8].

Matériel et méthode

Données pédologiques et réserve hydrique des sols

Le Gharb a fait l’objet d’une étude pédologique complète et détaillée de la zone côtière et d’une grande partie de la plaine. Elle a été réalisée par des organismes divers en vue d’une mise en valeur agricole. Ces travaux ont permis une reconnaissance et une classification systématique des sols. Des études pédologiques [1, 9, 10], nécessaires à l’estimation de la réserve facilement utilisable (RFU), nous ont permis d’établir une carte synthétisant les principaux types de sols. Ceux-ci sont associés à une valeur maximale de la réserve facilement utilisable. Les valeurs sont présentées d’après les études pédologiques citées ci-dessus (figure 1).

Estimation de l’évapotranspiration de référence (potentielle)

La plaine du Gharb présente un climat subhumide dans les secteurs nord et ouest et offre les caractéristiques d’un climat semi-aride au sud et à l’est. Pour cette étude, et compte tenu des données climatiques disponibles (rayonnement, température, humidité, vitesse du vent), nous avons adopté trois méthodes empiriques : celles de Blaney-Criddle et de Hargreave et Samani [11], et celle de Turc [12]. L’évapotranspiration est calculée à l’échelle mensuelle sur une période de 13 années (1987 à 1999) et au niveau de 11 stations couvrant la totalité de la plaine spatialisées par la méthode de Thiessen [13]. Une comparaison avec des mesures expérimentales du bac (bac de classe A) dans la partie centrale de la plaine offre les relations suivantes :

ETBlCr = 0.76 Ebac

R2 = 0.92

Erreur type = 9.41 (mm/mois)

ETHarg = 0.78 Ebac

R2 = 0.91

Erreur type = 11.46 (mm/mois)

ETTurc = 0.66 Ebac

R2 = 0.99

Erreur type = 4,20 (mm/mois)

ETmoy = 0.80 Ebac

R2 = 0.98

Erreur type = 4.08 (mm/mois)

Les coefficients établis par régression linéaire entre les méthodes empiriques et les valeurs expérimentales de bac sont très proches du coefficient du bac Kp égal à 0,75 proposé par Doorenbos et al. [14] et par Allen et al. [15], pour des conditions expérimentales et climatiques similaires à celle de la plaine du Gharb. La moyenne des trois méthodes semble correspondre au meilleur cas avec une sous-estimation de 20 %, une bonne corrélation (98 %) et une erreur type faible (4,08 mm/mois). De ce fait, la moyenne des trois méthodes est prise en considération dans le calcul du bilan hydrique des sols. En moyenne, l’évapotranspiration potentielle varie entre 1 169 et 1 352 mm/an selon les caractéristiques climatiques des différentes parties de la plaine.

Estimation de l’infiltration efficace

L’infiltration efficace en hydrogéologie, appelée également excédent, constitue la fraction d’eau qui parvient par percolation profonde à atteindre les nappes souterraines. Son estimation associée à celle de l’évapotranspiration réelle se fait par le biais d’un bilan hydrique du sol. Selon la procédure de Crampon [16], ce bilan fait intervenir la pluviométrie, l’évapotranspiration potentielle, la réserve facilement utilisable et le ruissellement.

Dans cette étude, la part du ruissellement a été négligée en raison des particularités morpholithologiques de la plaine. Le Gharb correspond en effet à une zone plate à faible altitude couverte de sols peu perméables. La proximité de la nappe phréatique du sol entrave durant la saison hivernale le drainage souterrain et le ruissellement de surface naturel [17]. Dans la zone côtière, l’absence du ruissellement est due à une forte perméabilité des sols sableux.

Pour évaluer la recharge des aquifères à l’échelle du bassin du Gharb à partir des précipitations, l’infiltration efficace est estimée pour les différents types de sols à l’échelle mensuelle et annuelle. Les calculs sont effectués par l’intermédiaire de tableaux qui tiennent compte de la balance entre les apports des précipitations, le stockage dans le sol (RFU), et les pertes dues à l’évapotranspiration (tableau 1). Durant une période pluvieuse, les couches du sol sont progressivement humidifiées. Une partie de cette eau est retenue à l’intérieur par les forces de capillarité. Quand le sol est saturé et que l’effet de la gravité dépasse la capacité de rétention, l’eau peut continuer son cheminement et atteindre la nappe par percolation profonde. L’évapotranspiration s’oppose à ce processus et le régularise de manière à restituer une partie de l’eau vers l’atmosphère. La quantité évaporée est déterminée par l’évapotranspiration potentielle. Ce paramètre correspond au pouvoir évaporant de l’atmosphère sur le sol à travers un couvert végétal ne souffrant d’aucun manque d’eau.

L’évapotranspiration réelle égalise l’évapotranspiration potentielle lorsque les précipitations et la quantité stockée dans le sol comme RFU suffisent à l’alimenter. Si les précipitations peuvent satisfaire au maximum l’évapotranspiration réelle et la RFU, le surplus éventuel va continuer son transfert en profondeur et détermine alors l’infiltration efficace.

Tableau I Bilan hydrique du sol dans la plaine du Gharb.

Mois

Sept

Oct

Nov

Déc

Janv

Fév

Mars

Avr

Mai

Juin

Juil

Août

Total

ETP

99,87

87,47

57,26

40,62

44,73

47,86

71,48

85,67

114,67

139,11

147,04

135,33

1 071,1

P

15,00

3,00

88,50

205,30

388,00

80,10

77,00

38,70

76,70

6,50

0,00

0,00

978,80

RFU

0,00

0,00

31,24

40,00

40,00

40,00

40,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

191,24

ETR

15,00

3,00

57,26

40,62

44,73

47,86

71,48

78,70

76,70

6,50

0,00

0,00

441,85

EX

0,00

0,00

0,00

124,68

343,27

32,24

5,52

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

505,71

Résultats

Bilan hydrique mensuel et infiltration efficace

Cette analyse mensuelle porte sur 3 années – 1990, 1995, 1999 – qui représentent respectivement, parmi les 13 années étudiées : une année à pluviométrie moyenne variant à l’échelle du bassin, entre 418 et 639 mm ; une année particulièrement pluvieuse avec un cumul de 605 à 988 mm ; et une année sèche où la pluviométrie pour la majorité des stations reste en dessous des 400 mm (figure 3).

La réserve facilement utilisable est dans tous les cas alimentée durant la période pluvieuse s’étendant généralement du mois d’octobre au mois de février. Elle est reconstituée au maximum en saison froide durant les pics pluviométriques et suit leurs fluctuations. Durant la saison sèche (du mois d’avril au mois de septembre), elle s’épuise souvent en totalité par l’évapotranspiration réelle élevée durant cette période, et ce malgré les apports pluviométriques possibles.

Quant à la répartition mensuelle de l’infiltration efficace, elle se présente de la même manière à l’échelle du bassin. Elle concerne quelques mois de la saison pluvieuse et s’annule durant le reste de l’année. Le maximum d’infiltration s’effectue lors de la saison froide durant le mois le plus arrosé et cette quantité est d’autant plus proche du pic pluviométrique que celui-ci est plus élevé, ce qui s’observe généralement durant l’année pluvieuse à moyennement pluvieuse (figure 3A et 3B). En revanche, durant l’année sèche les quantités d’infiltration efficace sont pratiquement nulles. Lorsqu’elles existent, elles sont très faibles et suivent de loin les pics pluviométriques de la saison froide (figure 3C).

Par ailleurs, l’influence de la nature du sol sur l’infiltration efficace n’est clairement perceptible que durant l’année à pluviométrie moyenne dont les excédents sont d’autant plus élevés que la RFU est faible (figure 3A). Cela traduit une réponse plus favorable des sols perméables vis-à-vis de l’infiltration efficace en raison du stock faible retenu dans le sol comme réserve facilement utilisable.

Bilan hydrique annuel et infiltration efficace

L’infiltration efficace annuelle dans la plaine du Gharb est étroitement liée à la pluviométrie, dont elle suit les fluctuations. Les quantités annuelles estimées varient entre 0 et 537 mm, ce qui représente 0 à 55 % du cumul annuel des précipitations. Ces quantités sont variables selon les caractéristiques pédoclimatiques des différentes régions du bassin ainsi que de l’évolution climatique interannuelle. Concernant ce dernier point, la période étudiée peut être divisée en quatre phases successives : une phase à pluviométrie moyenne de 1987 à 1990 où la hauteur des précipitations annuelles est comprise entre 362 et 702 mm, suivie d’une phase sèche de 4 ans (1991 à 1994) avec une pluviométrie variable dans un intervalle de 215 à 570 mm. L’année 1995 ainsi que les deux années suivantes ont bénéficié d’apports dépassant généralement 550 mm et atteignant un maximum de 988 mm. À la dernière phase (1998 et 1999), le climat redevient sec avec un cumul pluviométrique en dessous de 462 mm.

Pour avoir une vue globale sur l’ensemble du bassin, un intervalle du taux d’infiltration efficace est estimé pour chaque phase, dans les différentes régions du bassin (figure 4).

Les quantités infiltrées annuellement les plus élevées, concernent les secteurs nord et ouest où elles peuvent atteindre 537 mm, ce qui représente 55 % du cumul annuel des précipitations (figure 4A). Les deux zones centrale et orientale moins humides, présentent un maximum de 390 mm, ce qui correspond à un pourcentage de 48 % (figure 4B et 4C). La zone sud est la partie la moins servie avec un maximum de 220 mm (figure 4D).

L’influence des caractéristiques pédologiques, comme cela a été observé dans l’analyse mensuelle, se manifeste par une différenciation des courbes représentatives des excédents selon le type de sol. En effet, les infiltrations efficaces sont supérieures pour les sols à RFU faible, dont la perméabilité est plus élevée. Dans les conditions extrêmes d’années sèches, l’infiltration efficace s’annule dans tous les cas.

Recharge de la nappe profonde à partir des infiltrations efficaces

Le cheminement des eaux de précipitations destinées à la percolation profonde, dépend de la nature des dépôts sous-jacents aux sols et de leur perméabilité. Les excédents pluviométriques dans la plaine proprement dite, dont le sous-sol est constitué de dépôts argileux imperméables, n’intéressent que la nappe phréatique peu profonde. Les infiltrations efficaces sont alors responsables de la remontée de la nappe phréatique et de l’engorgement des sols fréquents dans certaines parties de la plaine. En période sèche, ces excès sont épuisés par l’évapotranspiration. L’infiltration par percolation vers la nappe profonde en charge sous la plaine s’effectue à travers les parties libres de cette nappe, situées dans la zone côtière et la bordure sud. Les eaux infiltrées à travers ces deux secteurs composés de dépôts perméables constituent les principales sources d’alimentation des aquifères profonds. Des estimations de la recharge annuelle de ces aquifères à partir de la superficie totale de la zone d’infiltration côtière (48 800 hectares) ont été effectuées sur la base du bilan hydrique, tenant compte de l’excédent propre à chaque type de sol (tableau 2). L’évolution interannuelle de cette recharge par rapport aux précipitations moyennes annuelles (infiltration efficace/Pmoy) à l’échelle de cette zone, varie entre 0 % – enregistrée en 1992 – et 52 % – atteinte durant l’année exceptionnellement pluvieuse de 1995 avec un volume infiltré estimé à 236 Mm3 (figure 5). Cette analyse fait ressortir un seuil pluviométrique de 200 Mm3 au-dessous duquel les infiltrations efficaces chutent considérablement et tendent à s’annuler. Ce volume correspond à un cumul pluviométrique annuel de 400 mm qui détermine également, pour les agriculteurs, le seuil de l’année sèche.

Tableau II Calcul de la recharge de la nappe profonde à travers la zone d’infiltration côtière pour l’année 1999.

I. e./sol (mm)

Superficie/sol (ha)

Superficie

I. e./sol (m3)

I. e. total

Sol

A

D

F

A

D

F

Total (ha)

A

D

F

an. (m3)

S. M. Lahmar

0,00

7,17

27,17

4761

12248

2560

19 569

0,00

878 182

695 552

1 573 733

CTCAS

0,00

6532

6 532

0,00

0

Menasra

0,00

0,00

5,68

3865

5933

5706

15 504

0,00

0,00

324 101

324 100

Sidi Ameur

0,00

2,65

22,65

712

1737

4746

7 195

0,00

46 031

1 074 969

1 120 999

Total

488 00 ha

3 018 834

Conclusion

L’infiltration efficace dans la plaine du Gharb se déroule lors de la saison froide et pluvieuse. Les apports pluviométriques en dehors de cette période ne sont guère profitables aux ressources souterraines du fait qu’ils sont épuisés par l’évapotranspiration réelle qui varie en moyenne entre 394 et 437 mm/an. Une validation par un suivi piézométrique a été effectuée pour l’ensemble de la zone côtière. Chaque période humide importante est accompagnée d’une augmentation de l’infiltration efficace traduite par une augmentation de l’altitude de la nappe. Celle-ci ne réagit pas à une pluviométrie faible ou en dehors de la saison froide. Les infiltrations efficaces représentent un rapport variant à l’échelle annuelle, entre 0 et 55 % du cumul pluviométrique. Par ailleurs, on note un contrôle pédoclimatique de la répartition spatio-temporelle de ces infiltrations. Cela marque, d’une part, les années pluvieuses par rapport aux années de sécheresse et, d’autre part, une différenciation régionale vis-à-vis de ce paramètre. L’influence des caractéristiques pédologiques se manifeste par l’intermédiaire de la réserve facilement utilisable qui régularise dans une certaine limite, le transit des eaux selon le type de sol. L’infiltration est plus aisée à travers des sols perméables caractérisés par leurs faibles réserves.

La majeure partie des infiltrations intéresse la nappe phréatique peu profonde. Les excédents pluviométriques participant à la recharge de la nappe profonde ne peuvent atteindre celle-ci qu’à travers ses zones libres situées essentiellement dans la zone côtière et sur la bordure sud. La recharge interannuelle de la zone côtière varie entre 0 et 52 % par rapport au volume moyen des précipitations reçues, ce qui représente un volume annuel variant entre 0 et 236 Mm3. Cette recharge reste, dans la plupart des cas étudiés (77 %), inférieure à 100 Mm3. En effet, la récurrence de périodes de sécheresse peut durer plusieurs années consécutives. La zone principale de l’approvisionnement par pluies de la nappe profonde ne fournit alors qu’une recharge très faible ou nulle. Cette analyse contribuera à actualiser le bilan de la nappe profonde dans la perspective d’établir un modèle de simulation des écoulements souterrains, outil qui contribuera à une meilleure gestion des ressources hydriques profondes. Celles-ci sont en effet confrontées à une exploitation de plus en plus croissante destinée à l’irrigation avec souvent des efficiences de moins de 50 %. Cette situation impose une réflexion sur les moyens de préservation des eaux profondes, en particulier dans la zone côtière, et sur la nécessité d’équiper cette dernière, afin de profiter de l’usage des eaux superficielles.

Références

1 El Mansouri B. Développement d’outils et concepts pour la gestion des eaux souterraines. Application à l’aquifère côtier du Rharb. Thèse d’État, université Ibn Tofail, Kénitra, Maroc, 1999.

2 Michard A. Éléments de géologie marocaine. Notes et Mém Serv Géol Maroc (Rabat) 1976 ; 252 : 408.

3 Cirac P. Le bassin sud-rifain occidental au Néogène supérieur. Evolution de la dynamique sédimentaire et de la paléogéographie au cours d’une phase de comblement. Thèse d’État, université de Bordeaux I, France, 1985.

4 Morel JL. Évolution récente de l’orogène rifaine et de son avant-pays depuis la fin de la mise en place des nappes. Thèse d’État. Paris : Mém. Géodifusion, 1988.

5 Flinch JF. Tectonic evolution of the Gibraltar arc. Ph D Thesis, Rice Univ, Houston, Texas, 1993.

6 Wernli R. Micropaléontologie du Néogène post-nappes du Maroc septentrional et description systématique des Foraminifères planctoniques. Notes et Mém Serv Géol Maroc (Rabat) 1987 ; 331 : 265.

7 Combe M. Le bassin Rharb-Maâmora et les petits bassins septentrionaux des oueds Dradère et Soueire. In : Ressources en eaux du Maroc. T2. Plaines et bassins du Maroc atlantique. Rabat : Ed Serv Géol, 1975.

8 Kili M, El Mansouri B, Chao J, Ait Forah A. De nouveaux éléments structuraux du complexe aquifère profond du bassin du Rharb (Maroc) : implications hydrogéologiques. CR Geoscience 2006 ; 338 : 1194-202.

9 Office régional de mise en valeur agricole du Gharb (ORMVAG). Étude pédologique au 1/20 000 de la troisième tranche d’irrigation (TTI) sur une superficie de 100 000 ha. Zone Menasra, Z1 et Z2. Rapport interne ORMVAG. Kénitra (Maroc) : ORMVAG, 1994.

10 Office régional de mise en valeur agricole du Gharb (ORMVAG). Étude pédologique au 1/20 000 de la troisième tranche d’irrigation (TTI). Zone centrale et Zone sud. Rapport interne ORMVAG. Kénitra (Maroc) : ORMVAG, 1996.

11 Mohan S. Intercomparition of evapotranspiration estimates. Hydr Sci J 1991 ; 36 : 5-10.

12 De Marsily G. Quantitative hydrogeology. Groundwater hydrology for Engineering. New York : Academic Press, 1986.

13 Petrie G, Kennie TJM. Terrain modelling in surveying and civil engineering. Caithness : Whittles Publishing, 1990.

14 Doorenbos J, Pruit WO. Les besoins en eau des cultures. Bull FAO d’irrigation et de drainage, 24. Rome : FAO, 1986.

15 Allen Richard G, Pereira Luis S, Raes D, Smith M. Crop evapotranspiration. Guidelines for computing crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper, 56. Rome : FAO, 1998.

16 Crampon N. Cours inédit d’hydrogéologie. Lille : Université de Lille, 1986.

17 Hammani A. Modélisation couplée du drainage souterrain et du drainage de surface : application à la conception du drainage agricole dans le périmètre irrigué du Gharb (Maroc), Thèse Doctorat ès sciences agronomiques, Institut agronomique et vétérinaire Hassan II, Rabat, Maroc, 2002.


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