Etude géophysique et hydrogéologique du site minier abandonné de Kettara (région de Marrakech, Maroc): contribution au projet de réhabilitation

Résumé

Les rejets sulfurés de la mine abandonnée de Kettara, située à 30 km au Nord-Nord-Ouest de Marrakech, sont directement entreposés sur un substratum schisto-gréseux fracturé. D'une superficie d'environ 16 ha, ils constituent une réelle source de pollution pour l'écosystème local en particulier à cause du Drainage Minier Acide (DMA) vers les eaux de surface et de la nappe phréatique. Le projet de réhabilitation du site minier de Kettara prévoit dans l'un de ses axes de minimiser l'effet DMA par neutralisation à l'aide de dépôts stériles riches en carbonates issus de l'extraction des phosphates de la mine de Youssoufia voisine. Ces derniers seront utilisés à la fois comme amendement des rejets miniers acides et comme couverture évapo-transpirante (barrière capillaire). Notre étude a permis d'une part, de mieux appréhender la nature et la structure du parc à résidus et de son substratum et d'autre part, de caractériser l'impact de ces résidus sur la qualité des ressources en eau souterraine. Les résultats issus de cette étude vont contribuer à la réussite du projet de réhabilitation du site.

Editeur Z.W. Kundzewicz

Citation Lghoul, M., Kchikach, A., Hakkou, R., Zouhri, L., Guerin, R., Bendjoudi, H., Teíxido, T., Antonio Penã, J., Enriqué, L., Jaffal, M. et Hanich, L., 2012. Etude géophysique et hydrogéologique du site minier abandonné de Kettara (région de Marrakech, Maroc): contribution au projet de réhabilitation. Hydrological Sciences Journal, 57 (2), 370–381.

Abstract

The sulphurated mine waste of the abandoned Kettara pyrrhotite mine, located approximately 30 km north-northwest of Marrakech, Morocco, has been deposited on a fractured schistous substratum. Over an area of about 16 ha, this mine waste threatens the local ecosystem with pollution, particularly due to the infiltration of acid mine drainage (AMD) via surface waters towards the groundwater. As part of the rehabilitation project at the Kettara mine, it is proposed to minimize the effect of AMD by neutralization using fine sterile carbonate-rich deposits that are by-products of phosphate extraction in the neighbouring Youssoufia mine. These by-products are used both as amendement for the acidic mine waste and as a capillary barrier to allow evapotranspiration. On the one hand, our study has allowed a better understanding of the structure of the tailings pond and of the substratum, and on the other hand, it has made it possible to characterize the impact of the mine waste on groundwater quality. The results of this study will contribute to the success of the site rehabilitation project.

Mots clefs:

• drainage minier acide
• géophysique
• hydrogéologie
• impact environnemental
• réhabilitation
• rejets miniers
• site abandonné
• Kettara, Maroc

Key words:

• acid mining drainage
• geophysics
• hydrogeology
• environmental impact
• rehabilitation
• mine waste
• abandoned site
• Kettara, Morocco

INTRODUCTION

L'activité minière a été de longue date l'un des piliers fondamentaux de l'économie marocaine. La région de Marrakech au centre du Maroc (Fig. 1(a)) est l'une des principales provinces métallogéniques du pays. On y compte plusieurs sites miniers en cours d'exploitation ou actuellement abandonnés. La majorité des gisements miniers sont localisés dans le massif hercynien des Jebiletes. Il s'agit essentiellement d'une minéralisation de type amas sulfurés à métaux de base (Fe, Pb, Zn et Cu) (Huvelin 1977).

Fig. 1 (a) Localisation de la zone étudiée; (b) vue panoramique du village de Kettara; et (c) schéma illustrant le scénario de réhabilitation en cours d'étude.

Actuellement, des milliers de tonnes de stériles minéro-métallurgiques liés aux travaux d'exploitation ou issus des usines de concentration des anciennes mines sont mis en décharge sous forme de digues en pleine nature et sans aucune précaution particulière pour la protection de l'environnement (Fig. 1(b)). Du point de vue législatif, le code minier marocain a introduit en 1980 (Gouvernement du Maroc 1980) deux dispositions importantes concernant les rejets miniers. La première est de les considérer comme des gisements artificiels susceptibles de faire l'objet d'un permis d'exploitation à part. La deuxième est relative à leur gestion après classification en termes d'impact environnemental. Malheureusement, la balance penche du côté de la première disposition. Comme conséquence, les sites et leurs rejets miniers sont généralement abandonnés sans réhabilitation et sans mesure de l'impact sur l'environnement immédiat.

Avec l'évolution des mentalités et sous la pression des pouvoirs publics et organismes non gouvernementaux, des études de projets d'assainissement et de réhabilitation des sites miniers abandonnés doivent être mises en place afin de préserver l'écosystème et la santé des populations. La présente étude concerne le site minier abandonné de Kettara qui est le plus important dans la région de Marrakech et a pour objectif de contribuer à la réussite du projet de réhabilitation dont il est l'objet.

L'extraction de la pyrrhotine (FeS) dans l'ancienne mine de Kettara (1965–1982) située à 30 km au Nord-Nord-Ouest de la ville de Marrakech (Fig. 1(a)) avait essentiellement pour objectif la production de l'acide sulfurique. Les résidus miniers sulfureux issus de l'usine de concentration ou des travaux liés à l'exploitation sont riches en pyrrhotite (Fe_(x-1) S), pyrite (FeS₂), arsénopyrite (FeAsS), chalcopyrite (CuFeS₂), galène (PbS) et blende (ZnS). Il a été estimé que durant cette activité minière, plus de trois millions de tonnes de rejets miniers sulfureux ont été entreposés sur une superficie d'environ 16 ha (Hakkou et al. 2008a).

Vingt huit ans après la cessation des activités minières, ces rejets sont toujours à l'air libre et constituent le principal problème environnemental dans la région de Kettara. En effet, le drainage minier acide (DMA) généré par l'oxydation des sulfures contenus dans les résidus miniers constitue une source importante de contamination par les éléments-traces métalliques (ETM) et d'acidification des eaux de surface et souterraines. Des analyses effectuées dans des ruisseaux et rivières avoisinantes, à la faveur d'une période pluvieuse, ont révélé que l'eau de surface est acide (pH < 3) et contaminée par des substances polluantes à l'aval des digues du rejet minier. Il s'agit notamment de teneurs élevées en sulfates (SO₄ ^2-, 8000–45000 mg/L), aluminium (Al, 730–4170 mg/L), magnésium (Mg, 940–5700 mg/L) et les ETM dont les concentrations peuvent atteindre 205 mg/L pour le cuivre (Cu), 82 mg/L pour le zinc (Zn), et 24 mg/L pour le cobalt (Co) (Hakkou et al. 2006). Ces teneurs sont quatre à cinq fois plus élevées que les normes de protection de la vie aquatique requises par l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS 2005). Par son acidité, le DMA constitue donc un réel danger pour l'écosystème local: pollution des eaux de surface et souterraines, menace pour la santé des 2000 riverains du village de Kettara et impact sur la faune et la flore de la région. De plus, les digues des résidus entreposés dans plusieurs endroits du site de Kettara, par leur couleur rouille, nuisent beaucoup à la beauté du paysage. Par temps sec, les vents dominants transportent les poussières jaunes et les émanations de soufre à partir de ces digues jusque dans les zones habitées ou agricoles avec tous les risques sanitaires et environnementaux susceptibles de s'ensuivre.

Un projet de réhabilitation du site minier de Kettara est en cours d'étude dans le cadre d'un partenariat entre les autorités compétentes locales, l'université Cadi Ayyad de Marrakech, l'université d'Abitibi-Témiscamingue (Canada), le Centre de Développement de la Région du Tensift (CDRT) et le Centre de Recherche pour le Développement International (CRDI, Canada). L'étude d'impact des rejets miniers de Kettara sur l'environnement et les scénarios de réhabilitation du site figurent parmi les axes développés dans le cadre du projet de chaire de recherche CRDI en gestion et stabilisation des rejets industriels et miniers.

Dans le cadre des travaux de recherche sur la réhabilitation du site, les réflexions portent actuellement sur deux approches pour limiter l'impact des rejets miniers abandonnés sur l'environnement local. La première approche consiste en une stabilisation chimique des rejets miniers sulfurés par des stériles alcalins riches en calcaire issus de l'extraction des phosphates. La deuxième approche vise à diminuer le lessivage des rejets par diminution de l'infiltration. Le concept consiste à la mise en place d'une couche de matériaux alcalins fins à base de stériles riches en calcaire (40% CaCO₃, 20% MgCO₃) sur les rejets miniers abandonnés de Kettara. Cette couche carbonatée permettra de limiter les infiltrations des eaux météoriques, par capillarité, vers les rejets sulfurés. Une autre couche à granulométrie plus fine, assurera leur déviation vers des drains aménagés en bas de pente (Fig. 1(c)). Les matériaux alcalins sont issus de la mine de phosphate de Youssoufia située à environ 30 km de Kettara. Les résultats obtenus, à l'échelle du laboratoire, sont très prometteurs. Les stériles de phosphates amendés aux rejets miniers générateurs d'acide permettent de contrôler efficacement le DMA et ce, directement à la source du problème. En effet, les essais en colonne ont permis de mettre en évidence une neutralisation de l'acidité existante et la réduction de la lixiviation des métaux nocifs suite au rehaussement du pH (Hakkou et al. 2007, 2009). L'efficacité du concept utilisé se traduit par une fixation chimique des polluants qui deviennent peu mobilisables. L'utilisation des matières alcalines pour neutraliser l'effet DMA, immobiliser certains ETM et atténuer la formation de minéraux secondaires, en particulier les sulfates et les hydroxydes a donné des résultats satisfaisants dans plusieurs sites miniers à travers le monde (Eusden et al. 2002, Doye et Duchesne 2003, Bertocchi et al. 2006).

Pour réussir le projet de réhabilitation du site minier abandonnée de Kettara, il faut bien appréhender l'état et la structure du parc à résidus miniers et de son substratum schisto-gréseux. On doit porter un intérêt particulier aux zones faillées, fracturées ou altérées qui favoriseraient l'infiltration du lixiviat acide vers la nappe phréatique. L'estimation du volume des résidus miniers sulfurés, en particulier la partie fine la plus vulnérable, est aussi importante à effectuer pour avoir une idée sur l'ampleur du processus DMA. Pour ce faire, on a fait appel aux méthodes géophysiques pour caractériser la structure intrinsèque du parc à résidus et de son substratum. Les avantages de ces méthodes consistent en leur nature non destructive, la facilité de mise en œuvre sur le terrain et leur coût relativement faible par rapport à celui des forages (MEND 1994).

Les résultats de notre étude, obtenus sur une partie du site de Kettara, apportent des éléments de réponses aux questions posées. Nous proposons de discuter l'approche suivie et l'utilité des ces résultats pour la réalisation du projet de réhabilitation du site.

CONTEXTE GEOLOGIQUE ET HYDROGEOLOGIQUE

Afin de mieux appréhender la structuration géologique du substratum sur lequel sont entreposés les rejets miniers abandonnés et identifier d'éventuelles zones qui favoriseraient l'infiltration du lixiviat acide et d'eaux polluées à partir des rejets vers la nappe phréatique, nous avons réalisé une cartographie géologique au 1/25 000 du voisinage immédiat de la mine abandonnée de Kettara (Fig. 2(a)). Une analyse de la fracturation a été aussi effectuée aux alentours de la décharge principale des résidus miniers. La carte géologique élaborée montre que les affleurements sont essentiellement dominés par des schistes gréseux, des bancs de grès et des tuffites parfois très altérées. Dans le périmètre cartographié, cette formation est recoupée par un dyke de gabbros au Sud-Est du village de Kettara, par des filons acides et par de nombreuses fentes et filons à remplissage quartzo-carbonaté. Cette formation fait partie de la série volcano-sédimentaire des schistes de Sarhlef décrite par Huvelin (1977). Ces schistes renferment des bancs plus au moins lenticulaires de grès, de calcaires ou de dolomies. On y trouve également une grande abondance de roches éruptives de compositions variées et comprennant des roches acides et des roches basiques, les diorites et les gabbros formant parfois d'importants massifs.

Fig. 2 (a) Carte géologique du secteur étudié (1. Schistes gréseux, 2. Volcanites et tuffites basiques, 3. Laves acides, 4. Filon quartzo-calcaires, 5. Quaternaire, 6. Parc à résidus de la mine Kettara, 7. Faille, 8. Décrochement, 9. Pendage des plans mesurés, 10. Route); (b) coupe hydrogéologique schématique; et (c) photo montrant le ruissellement des eaux de surface acide (effet DMA) à la faveur d'une averse.

Sur le terrain, on peut facilement localiser certaines zones altérées généralement caractérisées par la dominance des minéraux d'altération essentiellement à séricite et chlorite. Elles jalonnent les filons quartzitiques précités et les failles décrochantes dextres. Ces dernières appartiennent aux épisodes de déformations cassantes d'âge Viséen supérieur et Trias (Huvelin 1977, Bernard et al. 1988, Saidi et al. 2001, El Harti et al. 2004).

Les structures tectoniques et microtectoniques observées aux alentours des dépôts des rejets miniers correspondent à des failles décrochantes à remplissages quartzo-carbonatés, à des fentes et microfractures à remplissage quartzitique et à une schistosité pénétrative qui affecte l'ensemble de la formation schisto-gréseuse. Les mesures des directions et pendages des plans de ces différentes structures et microstructures et leur projection stéréographique a permis de dégager leur direction moyenne. Les résultats obtenus montrent que l'essentiel des fractures présentent une direction N50 à N80. La famille des fractures N50 est dominante et englobe les failles décrochantes qui forment un réseau nettement visible sur le terrain. Les fractures et microfractures N50 seraient à notre sens les drains privilégiés des autres fractures qu'elles recoupent et des surfaces altérées qu'elles affectent. L'écoulement souterrain s'effectuerait préférentiellement le long de ces structures.

D'un point de vue hydrogéologique, le système aquifère dans la région de Kettara est un bicouche (El Mandour 1990). La majorité des puits que nous avons visités et relevés exploitent l'eau de la nappe phréatique située soit dans la frange altérée de la formation schisteuse, soit dans les alluvions quaternaires le long de l'Oued Kettara ou d'autres thalwegs (Fig. 2(b)). D'autres puits et forages exploitent un aquifère profond (plus de 60 m) abrité dans le substratum schisto-gréseux fracturé. Le niveau piézométrique de la nappe supérieure est situé entre 10 et 20 m par rapport à la surface du sol. Cette nappe est caractérisée par une faible perméabilité, une transmissivité de 9 × 10^-4 m²/s et un coefficient d'emmagasinement de 5 × 10^-2 (El Mandour 1990). Elle fait l'objet d'une exploitation humaine et pastorale par puits traditionnels. Son alimentation est assurée par infiltration directe des eaux météoriques à travers les fractures et les alluvions perméables et par l'Oued Kettara et ses affluents à la faveur d'averses et de périodes pluvieuses sous climat semi aride. La valeur moyenne des précipitations annuelles est d'environ 250 mm (El Mandour 1990). A l'aval des rejets miniers, les eaux de ruissellement acides (Fig. 2(c)) s'infiltrent via le réseau de fractures et de failles N50.

De nombreuses études se sont intéressées aux problèmes de transfert multiphasique dans le système drainage minier acide (Lefebvre et al. 2001). D'autres ont concerné le transfert d'eau dans les systèmes fracturés (Hanich et al. 2008) et complexes (Zouhri 2002). Afin de comprendre la piézométrie de cette mine de Kettara, la mesure de la profondeur du niveau piézométrique et de la côte de la margelle des puits P2 à P9 a permis d'établir la carte piézométrique de la nappe phréatique en période d'étiage (Fig. 3(a)). Cette dernière montre un gradient hydraulique moyen et un écoulement souterrain du Nord-Est vers le Sud-Ouest. L'anomalie observée au niveau du puits P4, le plus exploité, peut être expliquée par l'intensité du pompage d'eau destinée aussi bien à l'irrigation qu'à l'approvisionnement en eau potable.

Fig. 3 (a) Carte piézométrique, et (b) carte de conductivité électrique et de teneur en sulfates. 1. Courbe piézométrique, 2. Sens d'écoulement, 3. Puits, 4. Route, 5. Parc à résidus, 6. Faille interprétée par les données géophysiques, 7. Courbe de teneur en sulfates (mg/L), 8. Courbe de conductivité (μS/cm).

Les analyses hydrochimiques effectuées ont concerné uniquement l'eau souterraine de la nappe phréatique supérieure la plus exploitée. L'étude a été réalisée pendant une période sèche sans aucun ruissellement au niveau du réseau hydrographique local. On disposait tout de même des valeurs de références en ce qui concerne les teneurs des eaux de surface en ETM (Hakkou et al. 2006). Les échantillons d'eau ont été prélevés dans les puits référencés P2 à P9 (Fig. 3(b)). Le puits P1 correspond au château d'eau potable du village de Kettara qui est alimenté par deux forages exploitant l'aquifère profond intra schisteux. Pour chaque puits, nous avons mesuré in situ le pH et la conductivité électrique des échantillons d'eau prélevés. Le Tableau 1 résume les différentes méthodes d'analyses utilisées. Les sulfates, les chlorures et les bicarbonates sont déterminés au laboratoire de la Faculté des Sciences et Technique de Marrakech. La teneur des autres éléments a été mesurée au laboratoire du groupe Managem, principal opérateur minier dans la région.

Tableau 1  Méthodes d'analyses physico-chimiques utilisées

Elément	Méthode d'analyse
Cl^-	Norme AFNOR NFT 90-014
HCO3 ^-	Norme AFNOR NFT 90-036
SO4 ^2-	Norme NFT 90-040
Na^+, K^+, Ca^2+, Mg^2+, Fe, Mn, Al, Si, Sr et métaux lourds	Absorption atomique et ICP-AES

Nous présentons dans le Tableau 2 et la Fig. 3(b) respectivement les résultats des analyses chimiques et des mesures de conductivité électrique effectuées et leur distribution spatiale. Il en ressort que le pH est neutre ou légèrement basique. La conductivité électrique de l'eau mesurée au niveau des puits P4, P5 et P6, situés non loin de l'Oued Kettara est élevée (3000–3680 μS/cm). Celle de l'eau potable se situe aux environs de 800 μS/cm (OMS 2005). En amont de la décharge principale des résidus miniers et des galeries de l'ancienne mine de Kettara, situées en grande partie à une côte plus élevée que le niveau de l'eau dans les puits P4, P5 et P6, la teneur en sulfate reste faible et ne dépasse pas 300 mg/L. En aval, les teneurs en SO₄ ^2- et en Fe²⁺ croissent brusquement et dépasse respectivement 1200 et 0,3 mg/L. Ceci témoigne de l'infiltration des eaux de ruissellement de l'Oued Kettara vers la nappe phréatique et une contamination des eaux souterraines par le DMA (Fig. 2(c)) en aval des rejets miniers mais probablement aussi une pollution issue de la décomposition de la pyrrhotite et de la pyrite contenus dans les réserves non totalement épuisées de la mine de Kettara.

Tableau 2  Caractéristiques physico-chimiques des eaux souterraines de la région de Kettara

Réf.	X	Y	Z	H	CE	pH	HCO3	Cl	SO4	Ca	Na	Si	K	Fe	Al	Zn	Pb	Mg	Co	Cu
CEO					1875	7,71	317,2	170	633
P2	238,23	145,9	481,6	2	488	7,72	365,7	56,8	89	46,6	66	8,39	<1,3	0,04	0,05	0,02	<0,05	<0,05	<0,01	<0,01
P3	237,99	146,9	494,7	20	2430	7,54	378,3	440	325	166	197	8,96	1,49	0,03	<0,05	<0,005	<0,05	<0,05	<0,01	<0,01
P4	236,65	145,3	440,2	20	3350	7,85	379,4	156	1465	500	85	14,5	<1,3	0,4	0,35	0,17	0,06	<0,05	<0,01	<0,01
P5	236,31	145	455,7	16	3680	7,8	354,4	156	1057	432	34	11,3	<1,3	<0,02	<0,05	0,09	<0,05	<0,05	<0,01	<0,01
P6	236,36	144,9	452,6	14	3000	6,66	486,5	142	412	127	8,8	13,2	<1,3	<0,02	<0,05	<0,005	<0,05	<0,05	<0,01	<0,01
P7	235,85	144,8	451,7	17	987	6,96	214	99,1	258	48	6,1	12	<1,3	<0,02	<0,05	<0,005	<0,05	<0,05	<0,01	<0,01
P8	237,05	144,4	457,2	16	714	7,35	185,4	52,2	116	10,4	2,9	10,9	<1,3	<0,02	<0,05	<0,005	<0,05	0,27	<0,01	<0,01
P9	237,36	144,5	463,6	25	750	7,54	385,7	85,2	260	36,9	11	43,9	<1,3	<0,02	<0,05	<0,005	<0,05	<0,05	<0,01	<0,01

Les résultats des analyses montrent que la qualité de l'eau des puits dans la région de Kettara est globalement médiocre vu les teneurs élevées en sulfate. Selon l'OMS (1981), la concentration maximale admissible en sulfates pour une eau potable ne doit pas dépasser 250 mg/L. A partir de 400 mg/L, les sulfates confèrent à l'eau un goût salé et accélèrent la corrosion des canalisations métalliques. Ils auraient un effet purgatif au delà de 1000 mg/L.

Le Tableau 2 montre également que les ETM tels que le Cu, le Pb, le Zn et le Co, sont pratiquement absents ou en quantités très négligeables. Néanmoins, la concentration du Zn peut atteindre 0,17 mg/L dans les eaux du puits P4 situé à proximité de la décharge principale des résidus miniers. Il semble ainsi que le Cu, le Zn et le Co relativement plus présents dans les eaux de ruissellement (Hakkou et al. 2008b) n'atteignent pas les eaux des puits situés à proximité de la mine. La concentration de ces polluants peut considérablement diminuer à l'entrée de la nappe, suite à des phénomènes de fixation, de précipitation et de chélation entre les divers agents chimiques. Ceci restreint leur présence à proximité immédiate des rejets miniers.

LES TRAVAUX GEOPHYSIQUES REALISES—DISCUSSIONS

Les méthodes géophysiques appliquées à l'étude des sites pollués fournissent des renseignements sur la constitution du sous-sol peu-profond. Plusieurs études utilisant ces méthodes ont donné des résultats satisfaisants dans la délimitation des panaches de pollution liés aux activités industrielles et la caractérisation de la structure interne de ces sites (Guérin et al. 2002, 2004, Intissar 2009, Ramalho et al. 2009). Dans le cas du site minier abandonné de Kettara, l'utilisation des techniques géophysiques visait d'une part, la mise en évidence de zones fracturées et conductrices sous le parc à résidus miniers qui favoriseraient l'infiltration des lixiviats vers les eaux souterraines et d'autre part, la détermination de l'épaisseur des dépôts dans le parc à résidus fins les plus vulnérables pour estimer son volume global. Pour ce faire, nous avons expérimenté l'efficacité des techniques de la sismique réfraction haute résolution, des sondages électriques et de géoradar pour atteindre l'objectif escompté. La Fig. 4 montre la localisation des différents profils géophysiques réalisés.

Fig. 4 Emplacement des profils géophysiques réalisés. A, B: électrodes de courant; M, N: électrodes de potentiel; R, S: résistivimètre et source de courant; SE: sondage électrique; PE: profil électrique; PS: profil sismique: PTS: point de tirs sismiques; et PR: profil du radar géologique.

Les méthodes sismiques sont basées sur l'étude de la propagation dans le sous sol d'ondes mécaniques provoquées. La vitesse sismique de chaque formation géologique dépend de ses propriétés intrinsèques. On peut ainsi distinguer dans un massif rocheux une zone compacte d'une zone altérée ou fracturée, la profondeur du niveau piézométrique de la nappe phréatique, etc. (Henry 1994, Grelle et Guadagno 2009). Sur le site de Kettara, nous avons effectué un profil de sismique réfraction haute résolution en utilisant un sismographe type Strata-Vizor NZ24 de Geometrics. Les enregistrements sismiques ont été effectués avec un dispositif comprenant quatre-vingt-seize géophones espacés de 0,5 m (48 canaux en roll-along) après création d'un ébranlement mécanique à l'aide d'un marteau et d'une plaque métallique posée sur le sol (Fig. 4). Dix tirs espacés de 10 m ont été exécutés avec un intervalle d'échantillonnage de 21 microsecondes donnant ainsi 10000 échantillons du temps d'arrivée des ondes pour chacune des 48 traces sismiques acquises.

Les méthodes électriques à courant continu sont également bien adaptées pour cartographier les zones fracturées et/ou altérées des massifs rocheux. Ces dernières sont matérialisées sur les cartes des résistivités par des anomalies conductrices dont l'amplitude est plus au moins proportionnelle à la densité de la fracturation et à l'intensité de l'altération. Sur le site de Kettara, nous avons réalisé 16 sondages électriques selon deux profils électriques (PE1 et PE2, Fig. 4) en utilisant le dispositif de Schlumberger. Un sondage électrique étalon a été réalisé directement sur l'affleurement du substratum schisto-gréseux pour avoir une idée sur l'ordre de grandeur de la résistivité de ce dernier. Le résistivimètre utilisé est de type GTR3 de Geotrade appartenant au laboratoire Géoressources de la Faculté des Sciences et Techniques de Marrakech.

La lecture des premières arrivées (onde directe et réfractions critiques) a permis de déterminer un premier modèle de vitesse. Ensuite, une inversion basée sur la résolution de l'équation iconale (Watanabe 1999) a permis d'élaborer le modèle final des vitesses qui se superpose à la signature sismique obtenue sur le terrain (Fig. 5(a)). Il en ressort que le contact entre les résidus miniers et le substratum schisteux se situe à 2 m vers le Nord et se prolonge selon une pente plus au moins régulière vers le Sud pour atteindre plus de 10 m. La pseudo-section sismique montre aussi que les rejets miniers contiennent par endroits des bourses de gaz à vitesse inférieure à 400 m/s. Ces dernières résultent probablement du dégagement de gaz issu des réactions physico-chiques qui se produisent à l'intérieur de la décharge des résidus miniers sulfureux. Une zone très altérée est également mise en évidence à la verticale de la station 28. L'enracinement de cette zone semble être lié à un couloir fracturé ou à une faille qui affecte le substratum schisto-gréseux. Ce couloir devra donc susciter un intérêt particulier pour minimiser l'infiltration des éléments polluants issus du DMA vers la nappe phréatique.

Fig. 5 (a) Enregistrement sismique réalisé et section sismique interprétée, et (b) exemple de modèle de sondages électriques interprétés et coupe géo-électrique obtenue le long du profil électrique PE1.

L'interprétation des 16 sondages électriques verticaux réalisés a permis d'établir deux coupes géoélectriques le long des profils PE1 et PE2. Nous présentons sur la Fig. 5(b) quelques modèles de sondages électriques ainsi que la coupe géoélectrique obtenue le long du profil PE1. Ces coupes montrent que le contact entre les rejets miniers et le substratum schisteux est facilement identifié vu le contraste de résistivité entre les deux entités. Il se situe à des profondeurs (2–8 m) comparables à celles données par l'interprétation du profil sismique réfraction. Le volume global du parc à résidus miniers fins a été calculé en multipliant sa surface planimétrée par son épaisseur moyenne (5,83 m pour le parc à résidus fins situé à l'Ouest et 6,29 m pour celui situé à l'Est) déterminée à partir de l'exploitation des coupes géo-électriques et de la section sismique convertie en profondeur. Ce volume a été évalué à 187 824 m³ avec une erreur de 2% correspondant à la précision dans le calcul de l'épaisseur des résidus par le logiciel utilisé pour l'inversion des données des sondages électriques.

Vu la forte conductivité électrique des résidus miniers (3–13 Ohm m), l'atténuation des ondes électromagnétiques haute fréquence utilisées avec le radar géologique ne permet pas d'atteindre des profondeurs au-delà de 2 m. Nous avons donc écarté les données relatives à cette méthode lors de la discussion des résultats.

CONCLUSION

De point de vue géologique, les rejets miniers sulfureux de Kettara sont entreposés sur un substratum schisto-gréseux très fracturé et altéré par endroits. L'analyse de la fracturation montre que la famille N50 est la plus dominante et constitue des couloirs très altérés au sein du substratum. L'un de ces couloirs matérialisé par de faibles valeurs de résistivité électrique et de vitesse sismique passe probablement sous le parc à résidus miniers fins (sous la station sismique 28 et le sondage électrique SE6). Un tel couloir favoriserait l'infiltration des eaux riches en éléments chimiques du DMA vers la nappe phréatique sous-jacente. Sur le plan hydrogéologique, la partie supérieure des schistes généralement altérée constitue la formation aquifère la plus importante de la région. La nappe d'eau contenue dans cette formation est relativement peu profonde (10–20 m) et s'écoule du Nord-Est vers le Sud-Ouest avec un gradient hydraulique moyen et uniforme.

Les résultats des analyses physico-chimiques montrent que la qualité des eaux des puits de la région de Kettara est mauvaise. Les eaux présentent un pH plus ou moins neutre et des conductivités très élevées. Les analyses chimiques effectuées montrent que les eaux des puits situés à l'aval des rejets miniers et non loin de l'Oued Kettara sont les plus contaminés par le DMA, principalement par les sulfates (>1200 mg/L). Les autres ions tels que K, Mg, Fe ainsi que les métaux lourds sont en faibles teneurs.

L'étude géophysique par sondages électriques et tomographie sismique, a permis d'imager la structure du substratum sous les rejets miniers fins et de déterminer sa profondeur moyenne. Le volume global des résidus sulfurés fins, les plus vulnérables, a été ainsi évalué à environ 187 824 m³. Nous recommandons de généraliser l'étude géophysique par tomographie sismique et électrique dans le périmètre avoisinant le parc à résidus miniers pour identifier et délimiter les zones fortement fracturées et altérées susceptibles de constituer des drains des eaux acides et pollués issus des rejets miniers vers la nappe phréatique. Une attention particulière devrait être accordée à ces zones dans le cadre du projet de réhabilitation du site minier abandonnée de Kettara. A fin de compléter notre étude, nous envisageons l'élaboration d'un modèle hydrodynamique et hydrodispersif de la nappe d'eau souterraine.

Remerciements Cette étude a été réalisée grâce au soutien des Comités Mixtes Interuniversitaires Franco-Marocaine (Action Intégrée no. MA/09/209) et Espano-Marocaine (Action Intégrée no. A/025780/09). Les auteurs remercient les responsables du CRDT (Marrakech) et du CRDI (Canada) pour leur appui significatif et les responsables de l'Instituto Andaluz de Geofisica de l'Université de Grenade (Espagne) d'avoir mis à disposition le matériel utilisé pour les levés géophysiques.