Étude climatologique, hydrogéologique et géophysique du Sahel Côtier des Doukkala (Maroc). Apport de l'analyse statistique et de l'inversion des données géoélectriques à l'étude du biseau salé de la lagune de Sidi Moussa

De
Publié par

Sous la direction de Maroc) Chouai?¨b Doukkali university. Faculté des sciences (El Jadida, Joelle Riss, Khalid Mehdi
Thèse soutenue le 16 décembre 2009: Bordeaux 1
Ce travail concerne l’étude de la salinisation des eaux souterraines de la région côtière du Sahel- Doukkala. Afin de compléter la compréhension du comportement global de ce système aquifère, une approche pluridisciplinaire a été choisie. Dans un premier temps, une étude statistique des paramètres climatiques de la région a montré une hausse significative de la température et des fluctuations des précipitations annuelles dans la région du Sahel-Doukkala au cours des dernières années. L’étude statistique des sondages électriques verticaux réalisés en 1992 dans la région du Sahel Doukkala (analyse en composantes principales et classification hiérarchique ascendante), nous a permis de bien mettre en évidence la cartographie géoélectrique de la région d’étude (la distribution spatiale des différentes résistivités apparentes de ces sondages électriques verticaux) par ailleurs elle a permis de mettre en évidence une évolution des valeurs de résistivités apparentes par rapport à l’éloignement de ces sondages électriques à la mer. A l’issue de cette étude on a proposé d’inverser des données de sondages électriques de la ligne W18 au moyen d’une méthode d’optimisation fondée sur des algorithmes globaux tels que les essaims particulaires (PSO) ; ceci a permis d’estimer, le long d’un profil représentatif perpendiculaire à la côte, la position du biseau d’eau salée. Cette méthode d’optimisation permet d'avoir une distribution statistique des paramètres des modèles électriques (distributions des épaisseurs et des résistivités réelles des terrains) conditionnellement aux données des SEV. L’analyse des paramètres physico-chimiques mesurés et enregistrés dans la région du Sahel- Doukkala, a permis de caractériser la salinité des eaux souterraines et, une description détaillée du fonctionnement de l’aquifère côtier est proposée à partir de la comparaison de l’évolution de la conductivité, de la température et de la hauteur de l’eau par rapport à la marée dans quelque puits ; ces paramètres ont été enregistrés dans un puits localisé à proximité de la ligne 18W (domaine particulier sur lequel l’étude a été concentrée). En conclusion, ce travail apporte un point de vue nouveau sur la salinisation des eaux souterraines de la région du Sahel-Doukkala et a permis de proposer un modèle d’étude qui aide à la caractérisation de la salinité des eaux dans un aquifère côtier.
-Biseau d’eau salée
-SEV
-Essaims particulaires
-Résistivité électrique
-Sahel du Doukkala
-VESLAB
-Hydrochimie
-Sondages électriques verticaux
-Maroc
Abstract
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Publié le : lundi 19 mars 2012
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N° d’ordre : 3965

THESE EN COTUTELLE
Présentée à

L’UNIVERSITE CHOUAÏB DOUKKALI
UFR ENVIRONNEMENT, AMENAGEMENT ET GESTION INTERGREE
DES ESPACES LITTORAUX

ET
L’UNIVERSITE BORDEAUX 1
ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES DE L’ENVIRONNEMENT


Par Zhor OULAAROSS

POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR

Etude climatologique, hydrogéologique et géophysique du Sahel
Côtier des Doukkala (Maroc). Apport de l'analyse statistique et de
l'inversion des données géoélectriques à l'étude du biseau salé de la
lagune de Sidi Moussa.

SPECIALITE : GEOSCIENCES DE L’ENVIRONNEMENT


Soutenue le : 16 décembre 2009

Après avis de :

M. LEBOURG Thomas, Maître de conférences (HDR) UMR Géoazur - VALBONNE. Rapporteur
M. ESSAHLAOUI Ali, Professeur à l’Université Moulay Ismail.

Devant la commission d’examen formée de:
Professeur, UCD FS El Jadida M B. ZOURARAH Président
Mme J. RISS Professeur, Université de Bordeaux 1 Directeur de thèse M. K. MEHDI
Mme. C. SIRIEIX Maître de Conférences, Université de Bordeaux 1 Co-directeur de
thèse
Ingénieur, Université de Bordeaux 1 M. P. MALAURENT Invité
M. A. EL ROUJATI Professeur, FST Guéliz Invité Remerciements
Tant de souvenirs et d’émotion me chargent, avant de rendre hommage à tous ceux qui, de
prés ou de loin, ont contribué à la réalisation de cette thèse.
Mes remerciements vont tout d’abord à mes deux directeurs de thèse, Joëlle Riss et Khalid
Mehdi, sans qui je ne serais pas devenue ce que je suis aujourd’hui. Madame Joëlle Riss,
comment aurais-je fait tout cela sans vous ? Vous m’avez accueillie dans votre maison avant
votre laboratoire, vous m’avez appris à être une bonne scientifique en développant des
qualités de raisonnement et de garder un esprit critique permanent sur les choses, je me
souviendrai toute ma vie de votre hospitalité et votre phrase « Zhor, il faut avoir un regard
critique et être rigoureuse», en plus de votre encadrement scientifique j’ai beaucoup apprécié
votre disponibilité et votre porte ouverte devant une telle « têtue » que je suis. Je trouve
difficilement les mots qui vont contribuer à vous remercier. Monsieur Khalid Mehdi, depuis
maintenant quatre années et le DESA, vous m’avez aidée à réaliser mon travail dans de très
bonnes conditions, vous m’avez tant aidée dans la réalisation de ce travail de thèse : en
mettant à ma disposition tous les moyens disponibles, votre voiture dans les moments assez
critiques de ma thèse, vous avez répondu présent dés que je doutais et vous m’avez aidé à
relativiser dans ces moments-là. Vous trouvez ici une grande gratitude
Au terme de cette étude, je tiens à remercier Madame Collette Sirieix ma co-directrice, grâce
à son soutien au plan scientifique et sa contribution à l’interprétation des données
géophysiques, qui malgré sa maladie m’a toujours suivie pour l’aboutissement de ce travail.
Je vous en remercie.
Monsieur Philippe Malaurent, qui a fait montre d’une serviabilité et d’une générosité inégalable. Je
suis profondément touchée par son aide très précieuse pour les missions de terrain au cours
desquelles il m’a fait partager son expérience et sa connaissance de l’hydrogéologie et de la
topographie. Je vous remercie pour votre gentillesse, générosité et aide. Ainsi je tiens à remercier
votre maman qui m’a fait découvrir la cuisine française, ses plats de poisson sont parmi les plus
délicieux que j’ai mangés.
Je tiens tout particulièrement à remercier Monsieur Juan luis Fernández que j’ai eu l’honneur de
rencontrer pour une durée d’un mois à l’université Bordeaux 1, un mois qui s’est concrétisé par la
compréhension du logiciel Veslab Je vous remercie pour votre gentillesse, votre bonne humeur et
votre aide très précieuse.
1
Je remercie Monsieur le Professeur Bendahou Zourarah qui m’a toujours apporté son aide à travers
ses encouragements et ses remarques au long de ce travail. Qu’il trouve ici l’expression de ma sincère
reconnaissance.
Au terme de ce travail, je tiens à remercier deux personnes : Mesdames Boutayeb Khadija et Guessir
hakima pour leur aide dans quelques missions de terrains mais aussi pour leur sympathie et
gentillesse, vous trouvez ici mesdames un grand merci.
Je remercie notre aimable chauffeur Lhoucine pour sa gentillesse ainsi que pour son aide très
précieuse lors de toutes mes missions de terrain. Qu’il trouve ici une grande reconnaissance.
Je tiens à remercier Charlotte Lavenier, pour sa sympathie ainsi son aide lors de toutes mes missions
en France.
Je remercie tout particulièrement monsieur Lebourg Thomas et monsieur Essahlaoui 1li qui ont
accepté d’être les courageux rapporteurs de ce mémoire de thèse et qui on fait le long déplacement
jusqu’à El-Jadida pour la soutenance.
Je ne saurais trouver les mots pour témoigner ma reconnaissance à mes amis, qui se sont portés
volontaires pour m’aider lors des travaux de terrain : Ahmed Fadili, Issam Mehdi, Adnan Zinoun.
Yunus Ahmed Laaziz. Merci.
Je remercie mes parents pour les nombreux sacrifices qu’ils ont dû faire, ils m’ont soutenue
inlassablement et m’ont toujours fait confiance au cours de ce long et parfois difficile cursus
universitaire. Merci pour les efforts et les sacrifices personnels et économiques, de toute ma famille.
Je remercie infiniment Hatim pour sa patience sa présence, son dévouement et ses encouragements
sans limite. Je remercie également mes frères et sœurs Ayoub et Abdellatif, Itto et Najat et son mari
Abdeljalil qui m’ont encouragée et m’ont souvent aidée.
En fin je remercie mes meilleurs amis, Ouassima et son petit Reda, qui m’a toujours redonné le
sourire, du courage et de la patience, même si parfois c’était au dépend de ton travail, merci pour les
moments passés ensemble. Siham, merci chère amie pour tes conseils et des moments passés ensemble
à coté de notre fameux jardin à El-ksiba, j’espère assister à ta soutenance bientôt. Mes amis de DESA
qui sont devenus mes amis et avec qui j’ai passé des moments agréables : Karima, Yunus, Mouna,
Sanna, Khadija, Hicham, Soufaine. Safae en fin c’est fini tout le stress qu’on a vécu ensemble, je tiens
à te féliciter et merci pour le café.

2
Résumé
Ce travail concerne l’étude de la salinisation des eaux souterraines de la région côtière du Sahel-
Doukkala. Afin de compléter la compréhension du comportement global de ce système aquifère, une
approche pluridisciplinaire a été choisie.
Dans un premier temps, une étude statistique des paramètres climatiques de la région a montré une
hausse significative de la température et des fluctuations des précipitations annuelles dans la région du
Sahel-Doukkala au cours des dernières années.
L’étude statistique des sondages électriques verticaux réalisés en 1992 dans la région du Sahel
Doukkala (analyse en composantes principales et classification hiérarchique ascendante), nous a
permis de bien mettre en évidence la cartographie géoélectrique de la région d’étude (la distribution
spatiale des différentes résistivités apparentes de ces sondages électriques verticaux) par ailleurs elle a
permis de mettre en évidence une évolution des valeurs de résistivités apparentes par rapport à
l’éloignement de ces sondages électriques à la mer. A l’issue de cette étude on a proposé d’inverser
des données de sondages électriques de la ligne W18 au moyen d’une méthode d’optimisation fondée
sur des algorithmes globaux tels que les essaims particulaires (PSO) ; ceci a permis d’estimer, le long
d’un profil représentatif perpendiculaire à la côte, la position du biseau d’eau salée. Cette méthode
d’optimisation permet d'avoir une distribution statistique des paramètres des modèles électriques
(distributions des épaisseurs et des résistivités réelles des terrains) conditionnellement aux données des
SEV.
L’analyse des paramètres physico-chimiques mesurés et enregistrés dans la région du Sahel-
Doukkala, a permis de caractériser la salinité des eaux souterraines et, une description détaillée du
fonctionnement de l’aquifère côtier est proposée à partir de la comparaison de l’évolution de la
conductivité, de la température et de la hauteur de l’eau par rapport à la marée dans quelque puits ;
ces paramètres ont été enregistrés dans un puits localisé à proximité de la ligne 18W (domaine
particulier sur lequel l’étude a été concentrée).
En conclusion, ce travail apporte un point de vue nouveau sur la salinisation des eaux souterraines
de la région du Sahel-Doukkala et a permis de proposer un modèle d’étude qui aide à la caractérisation
de la salinité des eaux dans un aquifère côtier.
Mots clé : Biseau d’eau salée, Essaims particulaires, Maroc, Optimisation, Hydrochimie,
Statistique, Sahel du Doukkala, SEV, Sondages électriques verticaux, VESLAB, Résistivité électrique.
3
Table des matières
RESUME………………………………………………………………………………….…………….3
INTRODUCTION GENERALE……………………………………………………………..10
Chapitre 1 : Cadre de l’étude
1 GENERALITES ........................................................................................................................... 15
1.1 LES ORIGINES DE LA SALINITE DES EAUX EN ZONE COTIERE. .............................................. 15
1.1.1 Facteurs naturels : les changements climatiques, les sols, aérosols, embruns marins,
évaporation, recyclage des eaux et lixiviation....................................................................................... 15
1.1.2 Facteurs anthropiques : les eaux usées, les déchets solides, activités agricoles et intrusion
marine. …………………………………………………………………………………………...18
1.2 GENERALITES SUR LE BISEAU D’EAU SALEE ........................................................................ 20
1.2.1 Introduction ..................................................................................................................... 20
1.2.2 Mécanismes de l’intrusion marine................... 21
1.2.3 Facteurs déterminants de l’intrusion marine.................................................................... 22
1.3 LA GEOPHYSIQUE EN HYDROGEOLOGIE............... 23
1.3.1 Résistivité électrique des roches - intérêt pour la prospection des aquifères................... 24
1.3.2 Les méthodes de résistivités électriques :........................................................................ 27
1.3.3 Dispositif de mesure. ....................................... 27
2 PRESENTATION DE LA ZONE D'ETUDE............................................................................... 28
2.1 CADRE GEOGRAPHIQUE ET GEOMORPHOLOGIQUE DE LA ZONE D’ETUDE............................ 28
2.1.1 Situation géographique.................................................................................................... 28
2.1.2 Les unités morphologiques du bassin.............. 28
2.2 CONTEXTE SOCIO-ECONOMIQUE.......................................................................................... 29
4
2.2.1 La population................................................................................................................... 29
2.2.2 Activités économiques..................................................................................................... 30
2.2.3 Pêche maritime................ 30
2.2.4 Agriculture et élevage...................................................................................................... 30
2.3 L’HYDROLOGIE. ................................................................................................................... 30
3 PRESENTATION GEOLOGIQUE ET HYDROGEOLOGIQUE DU BASSIN......................... 32
3.1 CONTEXTE GEOLOGIQUE REGIONAL .................................................................................... 32
3.1.1 Introduction ..................................................... 32
3.1.2 Néoprotérozoique supérieur (PII-III)............................................................................... 32
3.1.3 Terrains primaires............................................ 34
3.1.4 Le Permo-Trias................................................................................ 35
3.1.5 Le Jurassique ................................................... 35
3.1.6 Le Crétacé inférieur......................................................................... 35
3.1.7 Crétacé inférieur ou moyen ............................................................. 42
3.1.8 Crétacé supérieur ............................................................................................................. 42
3.1.9 Tertiaire ........................................................................................................................... 42
3.1.10 Plioquaternaire ............................................................................................................ 42
3.1.11 Quaternaire.................. 43
3.2 CONTEXTE GEOLOGIQUE DE LA REGION ETUDIEE................................................................ 44
3.3 CADRE STRUCTURAL DU BASSIN SAHEL-DOUKKALA.......................... 46
3.3.1 Structure hercynienne...................................................................................................... 46
3.3.2 La tectonique Post-hercynienne....................................................................................... 47
3.4 CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE.......................... 50
5
3.4.1 Caractéristiques hydrogéologiques du bassin.................................................................. 50
3.4.2 Les différentes nappes du bassin ..................................................................................... 52
3.4.3 Hydrogéologie de la région étudiée................. 56
4 - CLIMATOLOGIE DES SAHEL DOUKKALA........................................................................ 58
4.1 - CARACTERISTIQUES CLIMATIQUES DES SAHEL DOUKKALA.............. 58
4.1.1 Les précipitations :........................................................................................................... 59
4.1.2 Les températures.............. 63
4.1.3 L’évapotranspiration dans la région du Sahel Doukkala :............................................... 65
4.2 EVOLUTION CLIMATIQUE :................................................................................................... 68
4.2.1 Evolution de la température à l’échelle globale............................... 68
4.3 EVOLUTION DE LA TEMPERATURE DANS LA REGION DES SAHEL-DOUKKALA. ................... 69
4.3.1 Interprétation des données des stations météorologiques de Khmis Zemamra, Khmis
Metouh.et El Jadida............................................................................................................................... 69
4.4 ANALYSE STATISTIQUE DES TEMPERATURES MENSUELLES................................................. 72
4.5 EVOLUTION DES PRECIPITATIONS DANS LA REGION DES SAHEL-DOUKKALA. .................... 76
4.5.1 Interprétation des données des stations météorologiques de Khmis Zemmamra, Khmis
Metouh, Ouled Ghanem et El-Jadida. ................................................................................................... 76
4.6 ANALYSE STATISTIQUE DES PRECIPITATIONS MENSUELLES :.............. 79
4.7 CONCLUSION :.......................................................................ERREUR ! SIGNET NON DEFINI.
Chapitre 2 : Analyse statistique et inversion des SEV.
1 ETUDE STATISTIQUE DES SONDAGES ELECTRIQUES:................................................... 84
1.1 INTRODUCTION : .................................................................................. 84
1.2 STATISTIQUES DESCRIPTIVES :............................................................. 86
6
1.3 MATRICE DES CORRELATIONS.............................................................................................. 87
1.4 LES ANALYSES FACTORIELLES DES SONDAGES ELECTRIQUES :.......................................... 91
1.5 ANALYSE DE LA TOTALITE DES SONDAGES ELECTRIQUES................... 93
1.5.1 Tableau des valeurs propres de l’analyse : ...................................................................... 93
1.5.2 Représentations graphiques des données :....... 94
1.5.3 Classification et Typologie des sondages électriques :.................................................... 98
1.6 ANALYSE DE SONDAGES ELECTRIQUES DE LA LIGNE 18W................ 104
1.7 CONCLUSION...................................................................................................................... 106
2 INVERSION DE SONDAGES ELECTRIQUES VERTICAUX PAR LA METHODE DES
ESSAIMS PARTICULAIRES :.......................................................................................................... 108
2.1 DONNEES GEOPHYSIQUES.. 109
2.2 LA METHODE D’OPTIMISATION GLOBALE : LES ESSAIMS PARTICULAIRES......................... 111
2.3 APPLICATION AU SONDAGE ELECTRIQUE S 228/26............................................................ 113
2.4 ANALYSE COMPARATIVE DU LOG GEOLOGIQUE ET DE LA COUPE GEOELECTRIQUE DEDUITE
DE LA METHODE PSO .......................................................................................................................... 121
2.5 COUPE GEOELECTRIQUE, BISEAU D’EAU SALEE ET NAPPE COTIERE DANS LA FRANGE
COTIERE DU SAHEL DOUKKALA .......................................................................................................... 123
2.5.1 Coupe géoélectrique et biseau salé................ 123
2.5.2 Nappe côtière................................................................................................................. 141
2.6 CONCLUSION...................... 147
Chapitre 3 : Caractérisation physico-chimique des eaux de la
région du Sahel Doukkala.
1 PIEZOMETRIE ET PARAMETRES PHYSICO-CHIMIQUES DES EAUX DE LA REGION
SAHEL- DOUKKALA ....................................................................................................................... 151
1.1 LA STRATEGIE D’ETUDE..................................................................................................... 151
7
1.2 LE REGIME PIEZOMETRIQUE :............................................................................................. 154
1.3 CARACTERISATION PHYSICO- CHIMIQUE ET ASPECT QUALITATIF DES EAUX..................... 161
1.3.1 Analyses des données de température, pH et conductivité............................................ 161
1.3.2 Etude de la chimie des eaux souterraines de la région du Sahel Doukkala ................... 168
1.4 EVOLUTION DE LA CHIMIE DES EAUX EN FONCTION DE LA DISTANCE DES LIEUX DE
PRELEVEMENTS A LA COTE ................................................................................................................. 175
1.5 ETUDE DE LA RELATION CONDUCTIVITE/ELEMENT CHIMIQUE :........ 181
+ 2+ 2+ + 2- -1.6 - ETUDE DE LA RELATION ENTRE NA , MG , CA , K , SO ET LE CL DES EAUX 4
SOUTERRAINES ET DE L'EAU DE MER ................................................................................................... 185
1.6.1 Relation linéaire............. 185
+ 2+, 2+ + 2- -1.6.2 La relation entre Na , Mg Ca , K , SO et le Cl ..................................................... 185 4
1.7 RAPPORT DES CONCENTRATIONS MOLAIRES BR/CL.......................... 192
2 - ETUDE DES PROCESSUS HYDROGEOCHIMIQUES ....................................................... 194
2.1 - CLASSIFICATION DE STUYFZAND..................................................... 194
2.1.1 Aspect général ............................................................................... 194
2.1.2 Evolution spatiale des eaux souterraines du Sahel- Doukkala...... 197
3 - CARACTERISATION HYDROCHIMIQUE GLOBALE DES SYSTEMES GRACE A L’ACP
ET LA CHA. ....................................................................................................................................... 199
4 - MISE EN EVIDENCE DE L’INFLUENCE DE LA MAREE :.............. 204
4.2 FLUCTUATIONS PERIODIQUES THEORIQUES D’UNE NAPPE LIBRE EN CONTACT AVEC
L’OCEAN : TRANSFERT DE PRESSION ................................................................................................... 208
4.3 EFFET DE LA MAREE : TRANSFERT DE MASSE.... 213
4.4 CONCLUSION...................................................................................................................... 213
5 CONCLUSION.......................... 214
8
Chapitre 4 : Synthèse des résultats, conclusions et perspectives.
1 SYNTHESES ET CONCLUSIONS :......................................................................................... 216
1.1 L’ETUDE GEOLOGIQUE, HYDROGEOLOGIQUE ET LES VARIATIONS DES PARAMETRES
CLIMATIQUES :..................................................................................................................................... 216
1.2 ANALYSE DES SONDAGES ELECTRIQUE PAR COMBINAISON DE METHODES STATISTIQUES ET
D’INVERSION........................................................................................................................................ 218
1.3 ANALYSE PIEZOMETRIQUE ET LA CARACTERISATION HYDRO-CHIMIQUE DES EAUX DU
SAHEL-DOUKKALA :............................................................................................................................ 220
2 PERSPECTIVES :...................... 221
3 PROPOSITION DE PROTOCOLE D’ETUDE DU PROBLEME DE LA SALINISATION DES
NAPPES COTIERES :........................................................................................................................ 222
Les annexes
CLIMATOLOGIE............................................................................................................................... 244
LEVEE TOPOGRAPHIQUE DE LA ZONE D’ETUDE................................... 257
METHODES ANALYTIQUES .......................................................................... 263
REGRESSION MULTIPLE................................................ 266
PARAMETRES PHYSICO-CHIMIQUES ......................................................... 268
LES SEV DE LA LIGNE 18W........................................................................................................... 276
9

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