Geometry, Recharge and hydrogeological functioning of reservoirs of the Western Haouz. Par:/By. Abdennabi EL MANDOUR

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1 Géométrie, alimentation et fonctionnement hydrogéologique des réservoirs du Haouz Occidental. FIELD middle congress GUID of the 41st IAH International Congress Groundwater: Challenges and Strategies, Marrakech du 15 au 19 Septembre Geometry, Recharge and hydrogeological functioning of reservoirs of the Western Haouz Résumé: Par:/By Abdennabi EL MANDOUR La plaine du Haouz Occidental et la plaine de Mejjate constituent une vaste dépression alluviale d environ 2800 Km 2 de superficie. La zone étudiée est située entre 30 et 80 km au Sud Ouest de la ville de Marrakech et elle est caractérisée par un climat semi aride. La morphologie de la plaine est connue par une topographie plane, monotone et elle est drainée par trois oueds; oued Nfis, oued Assif El Mal et oued Chichaoua. La compilation des données Géologiques, hydrogéologique et Géophysiques montre que la plaine du Haouz Occidental est divisée en deux parties en forme synclinale séparées par les horsts de Marmouta et de Guemmassa. Dans la partie Sud, le synclinal de Mejjate est très subsident montrant plusieurs formations allant des schistes du Paléozoïque aux alluvions du Quaternaire. Par contre dans la partie Nord, le synclinal est moins développé et il est formé que par des poudingues d âge mio-pliocène et des alluvions quaternaires. La carte gravimétrique établie montre des anomalies positives au niveau de la remonté du socle et des anomalies négatives au niveau des bassins subsidents. Sur le plan hydrogéologique, la géométrie des réservoirs et les circulations des eaux souterraines sont très contrôlées par la géologie (Failles, flexure, anticlinal et synclinal). La partie sud de la plaine entre l anticlinal de Marmouta et le piémont du haut atlas montre deux nappes ; la nappe libre logée dans les formations épaisses du Quaternaire et du Mio-pliocène et la nappe profonde captive logée dans les calcaires dolomitiques du Cénomano-Turonien. Cette dernière, est bien alimentée au niveau du flanc Nord du haut atlas, montrant une morphologie karstique et de grande falaise de la dalle calcaire turonienne (Station N 2.). L exutoire de cette nappe profonde captive est matérialisé par la source d Abainou avec un débit qui varie entre 300 et 600 l/s (Station N 3) au sud de l anticlinal de Marmouta formant une barrière des circulations des eaux profondes. La datation isotopique des eaux souterraines par analyse du C14 montre une différence d âge importante entre les eaux souterraines du Haouz occidental ; les eaux anciennes apparaissent au niveau d une quarantaine de Khettaras allongées le long de la faille d Assoufid (Station N 1), les eaux de la source d Abainou et le forage 397/52 captant la nappe captive Cénomano-Turonien ont un âge d environ 5000 ans et en fin les eaux de la nappe libre sont des eaux plus jeunes.

2 Geometry, Recharge and hydrogeological functioning of reservoirs of the Western Haouz Abstract: The Western Haouz plain and the Mejjate plain constitute a vast alluvial plain of about 2800 km 2. The area is located between 30 and 80 km south-west of Marrakech city and it is characterized by a semi-arid climate. The morphology of the plain is known by a flat topography, monotone and it is drained by three rivers; Nfis river, Assif El Mal river and Chichaoua river. The compilation of Geological, Geophysical and hydrogeological data shows that the Western Haouz plain is divided into two parts, it is a synclinal form separated by Marmouta horst and Guemmassa horst. In the southern part, the Mejjate syncline is subsiding and shows a several formations from the shales of the Paleozoic to the alluvium of the quaternary. In the northern part, the syncline is less developed and it is formed by the conglomerates of the Mio-Pliocene and the alluvium of the Quaternary. The gravity map established shows positive anomalies due to the outcrop of the basement, and negative anomalies in the subsiding basins. Hydrogeologically, the geometry of the reservoirs and the groundwater circulation are controlled by geology (Rifts, flexure, anticline and syncline). The southern part of the plain between the Marmouta anticline and the piedmont of the High Atlas Mountains shows two aquifers; the unconfined aquifer housed in thick formations of Quaternary and Mio-Pliocene; and the confined aquifer housed in dolomitic limestones of the Cenomanian-Turonian. The confined aquifer is fed at the northern flank of the High Atlas showing karts morphology and high cliff of limestone slab of the Turonian (Station 2). The outlet of the deep confined aquifer is shown by Abainou source with a variation between 300 and 600 l/s (Station 3) south of the Marmouta anticline and constitutes a barrier for the deep waters flow circulations. Isotopic dating of groundwater analysis of C14 shows a significant age difference between the groundwater of the Western Haouz; the ancient waters appear at forty Khettaras elongated along the Assoufid fault (Station 1), the Abainou water source and the borehole N o 397/52 water capturing the Cenomanian-Turonian confined aquifer have an age of about 5000 years and finally the waters of the unconfined aquifer are the younger.

3 1 Cadre Géologique et Hydrogéologique du Haouz Occidental : La plaine du Haouz Occidental et la plaine de Mejjate constituent une vaste plaine alluviale d environ 2800 Km 2 de superficie, située entre 30 et 80 km au Sud Ouest de la ville de Marrakech (Figure 1). Elle est délimitée au Nord par le massif hercynien des Jebilets et oued Tensift, au Sud par la chaine du Haut Atlas Occidental, à l Est par l oued Nfis et à l Ouest par les plateaux de Bou Sbaa. La morphologie de la plaine est caractérisée par une topographie plane et monotone. Elle est drainée par trois oueds; à l Est par l oued Nfis dont la surface du bassin versant de 2900 Km 2, à l ouest par l oued Chichaoua avec une surface du bassin versant de 2121 Km 2, et au centre par l oued Assif El Mal avec une surface plus faible de 927 Km 2, (Figure 2). Deux barrages sont installés sur Oued Nfis (Barrage de Ouirgane en amont et Barrage Takarkouste en aval) et un seul barrage sur Oued Assif El Mal (Barrage Tassakourte). Figure.1: Carte Géologique montrant la situation des stations d arrêt et la localisation de la coupe géologique.

4 Figure.2: Carte du réseau hydrographique, Sources et Khettaras. Sur le plan géologique, les forages de reconnaissance N IRE 42/52, 397/52 et 1163/52 dont la profondeur dépasse 400m captent des formations allant du Paléozoïque au Quaternaire. Les formations schisteuses d âge paléozoïques affleurent au niveau des collines de Guemassa et le massif des Jebilets. Ce dernier renferme une nappe à faible productivité dans la tranche superficielle des Altérites (EL Mandour 1998 et El Mandour et al 2001). Le log stratigraphique du Forage 397/52 dont la profondeur est de 608,5 m montre deux nappes ; la nappe supérieure libre logée dans les alluvions quaternaires et les poudingues mio-pliocène et la nappe captive du Cénomano-Turonien (Figure 3). La compilation des données des trois forages montre les formations suivantes en allant du Bas vers le Haut : les schistes du Paléozoïque, des grés, des calcaires gréseux et des argiles rouges du Trias, des calcaires du Cénomano- Turonien, des calcaires marneux de l Eocène, des poudingues à ciment argileux sableux du Mio-Pliocène et enfin des alluvions, des limons et des conglomérats d âge quaternaire.

5 Figure.3 : Log stratigraphique et carte de situation du forage de reconnaissance N IRE 397/52. La coupe géologique figure 4 établie à partir des forages de reconnaissance, des observations de terrain et des données de Géophysique, montre que la plaine du Haouz Occidental est divisée en deux parties en forme synclinale séparées par le horst de Marmouta à l Ouest de la plaine et le horst de Guemmassa à l Est. Dans la partie Sud, le synclinal de Mejjate est très subsident montrant plusieurs formations allant des schistes du Paléozoïque aux alluvions du Quaternaire. Par contre dans la partie Nord, le synclinal est moins développé et il est formé que par des Poudingues d âge mio-pliocène et des alluvions quaternaires. L étude géophysique basée sur l étude de la gravimétrie entamée dans le cadre de Sujet de thèse de doctorat de l étudiante Ibtissame Chouikri au laboratoire GEOHYD à la Faculté des Sciences Semlalia en collaboration avec la Faculté des sciences et Technique, montre des anomalies positives au niveau de la remonté du socle et des anomalies négatives au niveau des bassins subsidents. Cette étude, basée sur plus de 900 points de mesures de l anomalie de Bouguer, vient confirmer les résultats de l étude géologique. Des travaux similaires de l application de l étude gravimétrique sur la plaine du Haouz oriental, la plaine de la Bahira du Maroc occidental et la plaine d Angad et Triffa du Maroc oriental et la plaine de Tadla du Maroc central ont données des résultats comparable sur la compréhension de la géométrie des réservoirs et les

6 circulations des eaux souterraines (Khattach et al et 2006, Najine et al 2006 Aqil et al., 2010, Rochdane et al et Karoum et al. 2014). Figure. 4 : Coupe géologique montrant les structures du bassin du Haouz Occidental et les deux bordures Nord et Sud. Sur le plan hydrogéologique, Le Haouz occidental est divisé en deux zones ; la parie Nord entre la route nationale Marrakech Chichaoua et les collines des jébilets où on distingue une nappe libre logée dans les formations alluviales quaternaires et les poudingues mio-pliocène. Cette partie de la plaine du Haouz occidental montre une productivité en eaux souterraines très faible et la nappe à connue ces dernières années une surexploitation et une baisse très importante et critique du niveau piézométrique au niveau de la rive gauche d oued Nfis. La partie sud de la plaine entre l anticlinal de Marmouta et le piémont du haut atlas montre deux nappes ; la nappe libre logée dans les formations épaisses du quaternaire et du Mio-Pliocène Sinan (2000) et la nappe profonde captive logée dans les calcaires dolomitiques du Cénomano-Turonien. Cette partie de la plaine du Haouz montre une productivité meilleure que la partie Nord surtout avec l alimentation par abouchement au niveau du piémont du Haut-Atlas au contact des calcaires du Crétacé avec la nappe libre de Mejjate entre Assif El Mal et la région d imintanout et l infiltration des eaux d irrigation à partir des eaux des oueds à la sortie du Haut-Atlas. La nappe profonde captive, logée dans les formations calcaires d âge Cénomano-turonien Moukhchane (1983) est bien alimentée au niveau du Haut-Atlas (station N 2). L exutoire de cette nappe profonde captive est matérialisé par des sources (Sources d Abainou avec un débit de 300 à 600 l/s Station N 3) au sud de l anticlinal de Marmouta formant une barrière des circulations des eaux profondes. La datation isotopique des eaux souterraines par analyse du C14 au laboratoire de chimie isotopique de l Université de Barcelone dans le cadre du projet de coopération Maroco-Espagnol, AECID N AP/040547/11 montre une différence

7 d âge importante entre les eaux souterraines du Haouz occidental ; les eaux anciennes apparaissent au niveau des Khettaras le long de la faille d Assoufid, les eaux à âge moyen au niveau de la source d Abainou et le forage 397/52 captant la nappe captive Cénomano-Turonien et en fin les eaux de la nappe libre sont des eaux plus jeunes. 2 - Description des arrêts. Trois arrêts sont prévus dans la sortie au niveau du Haouz Occidental : Station N 1 : Géométrie de la plaine du Haouz occidental et le rôle de la faille d Assoufid dans la remontée des eaux très anciennes datées par le C14. Ces eaux anciennes sont captées par une quarantaine de Khettaras au sud de la localité de Guemmassa. Ces khettaras sont alignées le long de la faille d Assoufid. La carte piézométrique établie au niveau de cette zone figure 5 montre une surexploitation au niveau des puits alimentant en eau potable le Douar de Guemmassa et le gradient hydraulique très élevé au niveau de la Faille citée en haut. Figure. 5 : Carte de situation des Khettaras, de la Faille d Assoufid, et la piézométrie de la région de Guemassa.

8 Photo 1 : Khettara dans les formations d âges Moi-pliocène région Guemassa. Station N 2 : Zone d'alimentation de la nappe libre et la nappe captive Cénomano-turonienne. Cet arrêt présente une vue panoramique du paysage et des premiers reliefs du Haut-Atlas. Sur la rive gauche entre le village d Azilal et l oued Nfis le contact entre le réservoir de la nappe libre quaternaire et mio-pliocène et le relief du Haut - Atlas est marqué par des formations schisteuses paléozoïques d âge cambrien et ordovicien de faible perméabilité. Au niveau de cette zone l alimentation de la nappe libre du Haouz occidental est très faible, sauf au niveau de la vallée d assif Al Mal où on remarque quelques affleurements de calcaires dolomitiques d âge cénomano-turonien, montrant un pendage vers la plaine du Haouz entrainant un écoulement et une alimentation de la nappe du Haouz. Par contre la rive droite entre le village d Azilal et le village d Imintanout est marquée par de grandes falaises de calcaires dolomitiques d âge crétacé montrant généralement un pendage vers la plaine de Mejjate. Ces formations calcaires assurent une alimentation de la nappe libre de Mejjate par abouchement au contact du réservoir supérieur Mio-pliocène et Quaternaire. Ces calcaires dolomitiques sont très fracturés et montrant une morphologie karstique (photos N 2, 3 et 4) favorisant une infiltration des eaux de pluie et les eaux de la fonte des neiges.

9 Photo 2 d une doline dans les formations calcaire dolomitique du Cénomano-Turonien. Photo 3 d une Aven dans les formations calcaire dolomitique du Cénomano-Turonien.

10 Photo 4 d une Faille avec dissolution dans les formations calcaire dolomitique du Cénomano-Turonien. Station N 3 : Source d'abainou Exutoire de la nappe Turonienne du Haouz Occidental. La source d Abainou (photo 5) avec un débit presque constant au cours d un cycle hydrologique et une variation du débit au cours des années entre 300 et 600 l/s (figure 6) au niveau d une plaine à climat semi-aride (précipitation moyenne annuelle de 250 mm/an) et des évapotranspirations élevées est rarement observé dans les plaines du Maroc. La coupe géologique figure 4 et le forage profond N IRE 397/52 montrent que le synclinal de Mejjate renferme en profondeur une nappe captive logée dans les formations calcaires dolomitiques qui affleure au niveau piémont du Haut-Atlas Station N 2. Le Haut -Atlas correspond au lieu de la recharge de cette nappe captive. La remontée du socle au niveau du horst de Marmouta bloquant les circulations des eaux souterraines et l affleurement des ces formations calcaires dolomitiques au niveau de l oued chichaoua donnent naissance à de nombreuses sources photos 5 et 6 (Ain Abainou, Ras El Ain, Ain Boudlal, Ain Lala Chafia et Ain Afdane. Figure 2). La réalisation de deux profils de tomographie de 1000m de longueur avec 96 électrodes (photo 7) à 20m en amont de la source dans le cadre du projet de collaboration bilatéral Maroco-Espagnol entre l université Cadi Ayyad et

11 l université de Barcelone montre une épaisse couche de calcaires dolomitiques à forte résistivité (150 Ohm.m) sur une longueur de 1000 m. Cette couche résistante est affectée d une faille au niveau de la source d Abainou. Photo 5 montrant la source d Abainou. Photo 6 montrant la source Ras El Ain.

12 Photo 7 Equipe de la mission de tomographie électrique. Figure. 6 : Bassin de protection de la source d Abainou et Evolution du débit des sources d Abainou et Ras EL Ain.

13 Conclusion. D un point de vue géologique, la plaine du Haouz occidental et le piémont du haut atlas montrent plusieurs formations allant du Cambrien au Quaternaire. La remontée du socle au niveau des horsts de Marmouta et Guemassa donne naissance à deux bassins différents ; Le bassin Sud, c est le synclinal de Mejjate plus subsident, plus épais où une couverture importante secondaire repose sur le socle, et le bassin Nord moins épais où le Mio-pliocène repose directement sur le socle paléozoïque. Sur le plan Hydrogéologique les principaux résultats obtenus dans le cadre de cette étude apportent des éléments nouveaux permettant ainsi d améliorer les connaissances sur la structure, la géométrie de la plaine du Haouz Occidental et de la plaine de Mejjate et la gestion des ressources en eaux au niveau de la plaine du Haouz de Marrakech. Ces résultats peuvent être résumés dans les points suivants : Le réservoir de la nappe libre, généralisé sur toute la plaine, est formé de deux couches à perméabilités différentes ; alluvions quaternaires surmontant les poudingues Mio-pliocène, La nappe captive formée de calcaires dolomitiques d âge Cénomanoturonien est limitée au niveau du bassin Sud (plaine de Mejjate), La succession d anticlinaux et de synclinaux donne une géométrie particulière aux réservoirs superficiels et profonds, La faille d Assoufid, la flexure d Ait Smougen, le horst de Marmouta et la remontée du socle de Guemassa jouent un rôle important dans l écoulement et les circulations des eaux souterraines. L alimentation des deux nappes se fait par abouchement du Haut-Atlas, L alimentation des nappes à partir du Haut-Atlas est plus importante dans la partie ouest que dans la partie Est de la plaine du Haouz occidental, La productivité de la nappe libre est plus importante dans la partie Sud de la plaine que dans la partie Nord, La surexploitation de la nappe libre est très critique dans la partie Nord que dans la partie Sud de la plaine du Haouz occidental, La source d Abainou avec des débits allant de 300 à 600 l/s est un exutoire de la nappe captive d âge Cénomano-turonien, Pour préserver la Pérennité de la source d Abainou, Il faut interdire le creusement des forages profond au niveau du Bassin de protection de la source (figure 6), La datation des eaux souterraines de la plaine du Haouz Occidentale par le C14 montre trois âges (eaux récentes, eaux à âge moyen et des eaux anciennes).

14 Références : Aqil, H., Khattach D., El Gout R., El Mandour A. & Kaufmann O. (2010) Contribution de la gravimétrie à la reconnaissance de l aquifère profond de la plaine des Angad (Maroc nord-oriental). Sécheresse, Volume 21, Numéro 4. El Mandour, A., Khattach, D., Boughriba, M., Mania, J., Aboufirrassi, M. & Lahbil, A. (2001) Comportement bicouche du réservoir fissuré du massif des Jebilet (Méseta occidentale, Maroc), Sciences et Technique de l'environnement, Besançon, France El Mandour, A. (1990) Actualisation des connaissances hydrogéologiques du massif des Jebilets,Meseta Occidentale, Maroc. Thèse de troisième cycle, Université Cadi Ayyad, Marrakech. Khattach, D., Mraoui, H., Sbibih, D. & Chennouf, T. (2006) Analyse multi-échelle par ondelettes des contacts géologiques : application à la carte gravimétrique du Maroc nord-oriental. C. R. Geoscience, 338, Khattach, D., Keating, P., Mili, El M., Chennouf, T., Andrieux, P. & Milhi, A. (2004) Apport de la gravimétrie à l étude de la structure du bassin des Triffa (Maroc nordcentral) : application hydrogéologiques. C. R. Geoscience, 336, Moukhchane, M. (1983) : Contribution à l étude des réservoirs profonds de la bordure nord de l Atlas entre Demnat et Imin tanout (Maroc). Thèse de 3ème cycle. Besançon. 119p. Morad Karroum, Abdennabi El Mandour, Driss Khattach, Albert Cassas, Mahjoub Himi, Samia Rochdane, Nour-Eddine Laftouhi et Noureddine Khalil, Fonctionnement hydrogéologique du bassin de la Bahira (Maroc central): apport de l analyse des données géologiques et gravimétriques. Rev. can. sci. Terre 51: 1 10 (2014) cjes Najine, A. ; Jaffal, M. ; El Khammari, K. ; Aifa, T. ; Kattach, D. ; Himi, M. ; Casas, A. ; Badrane, S. ; Aqil, H. (2006) : Contribution de la gravimétrie à l étude de la structure du bassin de Tadla (Maroc): Implications hydrogéologiques, C.R. Géoscience 338 (2006) Samia rochdane, Abdennabi El Mandour, Mohammed Jaffal, Mahjoub Himi et Albert Casas. (2013) «The quality of surface and ground water in the eastern Haouz and Tassaout area, Morocco» Hydrological Sciences Journal: red book for the Symposia H04: Understanding fresh-water quality problems in a changing world, (IAHS Publ. 361, 2013). Sinan, M. (2000) : Méthodologie d identification, d évaluation et de protection des ressources en eau des aquifères régionaux par la combinaison des SIG, de la géophysique et de la géostatistique : Application à l aquifère du Haouz de Marrakech (Maroc). Thèse doctorale, Université Mohammed V, Ecole Mohammadia d Ingénieurs.353p.