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Contribution à la connaissance des aquifères karstiques : Cas du Lias de la plaine du Saïs et du Causse

Moyen Atlasique tabulaire (Maroc). Thèse d"Etat en Hydrogéologie (F. AMRAOUI, juillet 2005).

ROYAUME DU MAROC

UNIVERSITE HASSAN II AIN CHOCK

Faculté des Sciences. Casablanca.

THESE DE DOCTORAT D"ETAT

Présentée pour obtenir le titre de

DOCTEUR ES SCIENCES EN GEOLOGIE APPLIQUEE

Option : Hydrogéologie

Par

Fouad AMRAOUI

Docteur de l"Université des Sciences et

Techniques du Languedoc (USTL-Montpellier-France)

Soutenue le 11 juillet 2005

devant la commission d"examen composée de : Abdelhafid DEBBAGH, Dir. formation des cadres. Ministère de l"Enseig. Sup. Président Lhoussaine BOUCHAOU, Prof. Fac. des Sciences Ibn Zohr d"Agadir. Directeur de thèse Moumtaz RAZACK, Prof. Fac. des Sciences de Poitiers (France). Rapporteur Abdessadek CHTAINI, Prof. Fac. des Sciences Ben Msik de Casablanca. Rapporteur Mohamed SINAN, Prof. Ecole Hassania des Travaux Publics de Casablanca. Examinateur Fouad El KAMEL, Prof. Fac. des Sciences Aïn Chock de Casablanca. Examinateur

CONTRIBUTION A LA CONNAISSANCE

DES AQUIFERES KARSTIQUES :

CAS DU LIAS DE LA PLAINE DU SAIS ET DU

CAUSSE MOYEN ATLASIQUE TABULAIRE (MAROC)

Contribution à la connaissance des aquifères karstiques : Cas du Lias de la plaine du Saïs et du Causse

Moyen Atlasique tabulaire (Maroc). Thèse d"Etat en Hydrogéologie (F. AMRAOUI, juillet 2005).

REMERCIEMENTS

Au terme de ce travail de recherche qui a duré plusieurs années, je tiens à exprimer ma

reconnaissance envers tous ceux qui ont contribué à sa réalisation. J"exprime toute ma gratitude à Monsieur Abdelhafid Debbagh, Directeur de la formation des

cadres au Ministère de l"Enseignement Supérieur, d"avoir accepté de présider le jury et de

mettre à contribution son expérience et son savoir faire pour juger ce travail. Ma première pensée va au professeur Moumtaz Razack que je connais depuis plusieurs années.

Il a siégé dans mon jury de Doctorat de 3

ème cycle soutenue à Montpellier en 1988, et il a assuré

la co-direction rapprochée de la présente thèse. Je témoigne ici de la reconnaissance que je lui

dois et de l"estime que je lui porte. Sa présence dans ce jury de thèse est un grand honneur

pour moi. Je le remercie pour son implication dans ce travail, pour sa générosité scientifique,

pour sa disponibilité, pour son accueil à plusieurs reprises dans son laboratoire à Poitiers et pour

les moyens informatiques et bibliographiques qu"il a mis à ma disposition. Je tiens à remercier

également sa petite famille pour sa gentillesse et son hospitalité.

J"ai été chanceux et heureux d"avoir comme directeur de thèse le professeur Lhoussaine

Bouchaou. Sa compétence, son sérieux, sa générosité scientifique, sa gentillesse et son

implication dans ce travail m"ont beaucoup apporté, et je tiens à lui exprimer ma grande

reconnaissance. Sa longue expérience dans le domaine de l"hydrogéologie karstique m"a été

profitable et notre collaboration se concrétise aujourd"hui par l"aboutissement de cette thèse et

par la publication d"articles scientifiques de valeur. Je salue également ici son dynamisme dans la recherche scientifique autour du thème des ressources en eau souterraines. Je suis heureux et honoré d"avoir dans mon jury de thèse le professeur Abdessadek Chtaini. Je le remercie pour ses encouragements et son soutien durant la préparation de cette thèse, et

pour avoir accepté de mettre à contribution son expérience et son savoir faire pour juger ce

travail.

Je suis honoré d"avoir dans le jury de cette thèse le professeur Mohamed Sinan. Son expérience

dans le domaine de la recherche, mais également dans la pratique des sciences de l"eau m"a été

profitable, notamment en ce qui concerne les systèmes d"informations géographiques, auxquels

il a bien voulu m"initier. Je le remercie pour son soutien, pour l"intérêt qu"il a porté à ce travail et

pour son accord de siéger dans mon jury de thèse. Je remercie vivement le professeur Fouad El Kamel d"avoir accepté de faire partie des membres

de mon jury de thèse. Je tiens à lui témoigner ma grande reconnaissance pour avoir mis à ma

disposition une bibliographie riche et diversifiée sur les aspects structuraux et sédimentologiques

de la région étudiée, et pour m"avoir fait profiter de ses connaissances sur la géologie

structurale.

Je tiens à remercier le personnel de la Direction de l"Hydraulique pour l"intérêt qu"il a porté à ce

travail. Je remercie également les chefs des services hydrologie et hydrogéologie de l"Agence du

Bassin du Sebou pour leur soutien et leur contribution.

Contribution à la connaissance des aquifères karstiques : Cas du Lias de la plaine du Saïs et du Causse

Moyen Atlasique tabulaire (Maroc). Thèse d"Etat en Hydrogéologie (F. AMRAOUI, juillet 2005). Un grand merci également pour les responsables de la Régie Autonome de Distribution d"Eau et

d"Electricité de Méknès, et particulièrement Mr Affitou, pour leur collaboration. Qu"ils trouvent ici

ma grande reconnaissance.

Je remercie les responsables des deux directions régionales de l"ONEP de Fès et de Méknès pour

leur soutien et pour l"intérêt qu"ils ont porté à ce travail.

Je remercie tous les collègues du département de Géologie pour leurs encouragements. Je salue

particulièrement Mme N. Yacoubi qui a bien voulu corriger les imperfections de style ou

d"orthographe du présent manuscrit.

Je dédie ce travail de thèse à :

A mes parents pour leur amour et leur dévouement A mon épouse Ilhame, à mes enfants Mehdi, Ghali et Younes pour leur affection et leur patience A mes frères, sœurs, leurs enfants et leurs conjoints pour leur encouragement

A ma belle famille pour son soutien

A mes oncles, ma tante, leurs conjoints et leurs enfants pour leur soutien

A mes amis pour leur solidarité

Contribution à la connaissance des aquifères karstiques : Cas du Lias de la plaine du Saïs et du Causse

Moyen Atlasique tabulaire (Maroc). Thèse d"Etat en Hydrogéologie (F. AMRAOUI, juillet 2005).

AVANT PROPOS

Le présent travail de thèse qui s"intègre dans l"étude des grands aquifères karstiques du Maroc,

a bénéficié de la collaboration locale de la Direction de la Recherche et de la Planification de

l"Eau (DRPE) à Rabat, de l"Agence du Bassin Hydraulique du Sebou à Fès et de la Régie

Autonome de Distribution de l"Eau et de l"Electricité à Méknès (RADEEM). La Faculté des

Sciences de Poitiers (France) a contribué également à ce travail en tant que partenaire étranger.

La direction et l"encadrement de cette thèse ont été assurés par le professeur Lhoussaine

Bouchaou de la Faculté des Sciences Ibn Zohr d"Agadir, et par le professeur Moumtaz Razack, directeur du laboratoire d"Hydrogéologie de la Faculté des Sciences de Poitiers.

Ce travail a bénéficié du soutien financier (2 séjours à Poitiers) de l"Action Intégrée France-

Maroc AI 221/STU/00.

Une partie des résultats obtenus dans ce travail de recherche a été valorisée par la production

de deux publications internationales dans des revues de rang A (Annexes 1 et 2), par deux

publications dans les annales et par une publication nationale. Les intitulés de ces articles sont

les suivants :

Amraoui F., 2001. L"aquifère karstique du moyen Atlas tabulaire : problème de la turbidité

affectant les sources du complexe Ribaa-Bittit.

7e Colloque d"hydrologie en pays calcaire et milieu

fissuré. Besançon (France). Sci.Tech.Env., Mém. H.S.,113 : 45-48. Amraoui F., 2003. L"aquifère karstique du moyen atlas tabulaire : problème de la turbidité affectant les sources du complexe Ribaa-Bittit (Maroc).

Les Cahiers de la Recherche, Edition du

rectorat de Casablanca, Maroc, Série A : Sciences et techniques, Volume 5, pp.81-92. Amraoui F., Razack M., Bouchaou L., 2003. Turbidity dynamics in karstic systems. Example of Ribaa and Bittit springs in the Middle Atlas (Morocco).

Hydrological Sciences Journal (HSJ),

Vol. 48, number 6, pp. 971-984.

Amraoui F., Razack M., Bouchaou L., 2004. Comportement d"une source karstique soumise à une sécheresse prolongée. Exemple de la source Bittit (Maroc).

Comptes rendus Geoscience.

Volume 336, Issue 12, pp. 1099-1109.

Amraoui F., Razack M., Bouchaou L., 2005. Impact of a long drought period on a large carbonate aquifer. The liasic aquifer of the Saïs plain and Middle Atlas plateau (Morocco). 7e

Assemblée scientifique de l"AIHS (Brésil). Symposium S6. Publication dans la série Redbook 296,

pp. 184-193.

Contribution à la connaissance des aquifères karstiques : Cas du Lias de la plaine du Saïs et du Causse

Moyen Atlasique tabulaire (Maroc). Thèse d"Etat en Hydrogéologie (F. AMRAOUI, juillet 2005).

Auteur : AMRAOUI Fouad

Etablissement : Université Hassan II Ain Chok. Faculté des Sciences. Casablanca

Titre de la thèse : Contribution à la connaissance des aquifères karstiques : cas du Lias de la

plaine du Saïs et du Causse Moyen Atlasique tabulaire (Maroc)

RESUME

Ce travail de recherche en hydrogéologie rentre dans le thème fédérateur " fonctionnement des

aquifères atlasiques et leur relation avec ceux des plaines adjacentes », traité par différents

auteurs dans des contextes géographiques variés.

L"aquifère profond liasique du Moyen Atlas tabulaire et de la plaine du Saïs recèle des ressources

en eau importantes, très sollicitées notamment pour l"alimentation en eau potable et pour

l"irrigation. La sécheresse qui perdure depuis plus de deux décennies a eu des répercutions

négatives sur cette ressource, d"où l"intérêt d"une bonne connaissance du fonctionnement de ces

aquifères régionaux et le recours à une gestion appropriée. La méthodologie appliquée à l"étude

de cet aquifère s"articule sur celle employée aux systèmes karstiques à travers le monde.

Le travail de recherche décrit le site d"étude sur les plans topographique, géomorphologique,

climatique et hydrologique. Les différentes formations géologiques constituant la région sont

analysées et l"aquifère étudié est situé dans son contexte lithologique et structural régional. Les

données géophysiques sont dépouillées pour approcher la structure du réservoir.

L"essentiel des données acquises durant plusieurs décennies concernant l"aquifère liasique, a été

regroupé dans un système d"information géographique, qui est un véritable outil d"aide à la prise

de décision. L"exploitation du SIG du Saïs en mode vecteur par le logiciel MapInfo, a permis d"élaborer un certain nombre de cartes, soit structurales, soit hydrodynamiques. Ces documents

cartographiques ont permis de préciser la géométrie de l"aquifère et les modalités de

l"écoulement. L"essai de bilan tenté pour l"année 2002 a montré un fort déficit de l"ordre de 87

Mm

3/an, dû à l"effet conjugué de la surexploitation et de la sécheresse.

L"étude des principales sources par les différentes méthodes du traitement du signal (débits

classés, récession et analyses corrélatoires et spectrales), a permis une meilleure compréhension

du fonctionnement hydrodynamique de l"aquifère karstique du Lias. Les résultats de l"étude a

montré que ce système hydrogéologique est très capacitif : stockage important, débit régulé et

soutenu durant toute l"année, écoulement relativement lent et karstification peu développée.

Malgré la grande capacité de réserve de cet aquifère, le débit à l"exutoire marque une tendance

régulière et significative à la baisse due à une réduction de l"alimentation.

Le phénomène d"apparition des troubles au niveau des sources lors des grandes averses a été

étudié. Cette turbidité serait liée aux conditions hydrodynamiques dans le karst. Une origine

interne proviendrait des écoulements rapides ayant lieu dans les conduits karstiques

transmissifs, et une origine externe proviendrait de l"infiltration d"eaux chargées d"argiles rouges

lessivées à la surface des bassins.

La caractérisation hydrochimique et isotopique des eaux de l"aquifère liasique conforte les

résultats précédents, et témoigne de la complexité structurale du magasin karstique.

Mots clés : Maroc, Moyen Atlas tabulaire, Causse, Plaine du Saïs, Karst, Lias, Sources, Système

d"Information Géographique, Turbidité, Géométrie du réservoir, Hydrochimie, Géophysique,

Hydrologie, Hydrodynamique.

Contribution à la connaissance des aquifères karstiques : Cas du Lias de la plaine du Saïs et du Causse

Moyen Atlasique tabulaire (Maroc). Thèse d"Etat en Hydrogéologie (F. AMRAOUI, juillet 2005).

Author : Amraoui Fouad

Establishment : University Hassan II Ain ChocK. Faculty of Science. Casablanca Titrate thesis : Contribution to the knowledge of the karstic aquifers : case of the Lias of the plain of Saïs and the Causse Average tabular Atlasique (Morocco)

SUMMARY

This research work concerning hydrogeology belongs to the federator topic "The atlasic aquifers operation and their relation with those of the adjacent plains", treated by various authors in varied geographical contexts.

The deep liasic aquifer of the Average tabular Atlas and the Saïs plain contains significant water

resources, which are highly solicited in particular for the supply of drinking water and for

irrigation. The dryness which endures for more than two decades has had a negative impact on this resource. This demands a deep knowledge of the functioning of these regional aquifers, in order to adopt an appropriate management. The methodology applied to the study of this aquifer is based on those employed with the karstic systems throughout the world. The work describes the study site concerning topographic, geomorphologic, climatic and

hydrological. The various geological formations constituting the area are analyzed and the

studied aquifer is located in its lithological and structural regional context. The geophysics data is stripped to approach the tank structure. The main part of the gathered data during several decades concerning the liasic aquifer was entered in a geographical information system. This latter is a helpful tool for decision-making. The Saïs SIG exploitation, in a vector mode by the MapInfo software, allowed to work out an important number of maps that are either structural or hydrodynamic. These cartographic documents were of a great interest to specify the aquifer geometry and the flow methods. The assessment test conducted for 2002 showed a strong deficit of about 87 Mm

3/year, due to the

combined effects of overexploitation and dryness. The study of the principal sources by different methods of signal treatment (classified flows, recession, spectral and correlation analysis), allowed a better comprehension of the hydrodynamic operation of the karstic aquifer of Lias. The results of the study revealed that this

hydrogeologic system is very capacitive: significant storage, flow controlled and supported

throughout the year, relatively slow flow and little developed karstification. In spite of the huge capacity of reserve of this aquifer, the flow with the discharge system marks a regular and significant tendency to a fall due to food reduction. The phenomenon of troubled appearance at the level of the springs during heavy rainfalls was studied. This turbidity would be related to the hydrodynamic conditions in the karst. An internal

origin would come from the fast flows taking place in the transmitting karstic conduits. In

addition, an external origin would come from the infiltration of water charged with red clays washed out from the basin surfaces. The hydrochemical and isotopic characterization of liasic aquifer water consolidates the preceding results, and testifies to the structural complexity of the karstic store.

Key words : Morocco, Average tabular Atlas, Causse, Plain of Saïs, Karst, Lias, spring,

Geographical Information System, Turbidity, Geometry of the tank, Hydrochimie, Geophysical,

Hydrology, Hydrodynamic.

Contribution à la connaissance des aquifères karstiques : Cas du Lias de la plaine du Saïs et du Causse

Moyen Atlasique tabulaire (Maroc). Thèse d"Etat en Hydrogéologie (F. AMRAOUI, juillet 2005).

TABLE DES MATIERES

LISTE DES FIGURES 1

LISTE DES TABLEAUX 4

LISTE DES ANNEXES 5

INTRODUCTION GENERALE 7

11 CHAPITRE 1 - CONTEXTE GEOGRAPHIQUE 12 CHAPITRE 2 - CONTEXTE GEOMORPHOLOGIQUE 15

2.1 - Les Causses 15

2.2 - Le bassin du Saïs 18

a) Le plateau de Méknès 18 b) La plaine de Fès 19

CHAPITRE 3 - CONTEXTE CLIMATIQUE

20

3.1 - Le réseau des stations d"observation 20

3.2 - Les variations de la pluviométrie dans le temps 20

a) Variations Saisonnières 20 b) Variations inter-annuelles 21

3.3 - Variations de la température dans le temps 23

3.4 - Diagrammes ombrothermiques 24

3.5 - L"évapotranspiration 25

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