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La province géothermique du Maroc Nord Oriental
Y. Zarhloule 1, A. Rimi 2, M. Boughriba 1, M. Verdoya 3 A. Correia 4, J. Carneiro 4 et A. Lahrach 1
1Département de Géologie, Faculté des Sciences, Oujda, Maroc 2Département de Physique du Globe, Institut Scientifique, Rabat, Maroc 3Laboratoire de Géophysique Expérimentale & Radiométrie, Université de Gêne, Italie 4Département de Physique et Centre de Géophysique de Evora, Université d’Evora, Evora, Portugal
Résumé - Le nombre et l’importance de manifestations thermiques en surface (sources chaudes, volcanisme récent, activité néotectonique) dans le Rif et le Maroc oriental laissent penser que ces zones sont prometteuses en énergie hydro-géothermique. L’identification des zones à potentiel géothermique, l’inventaire des sources thermales et des études spécifiques sur les régions volcaniques se sont avérés indispensable pour la valorisation énergétique. Aussi les cartes de flux de chaleur terrestre, gradient thermique et températures souterraines constituent le point de départ pour développer des programmes économiques d’utilisation de l’énergie géothermique.
1. INTRODUCTIONLe Maroc, pays très dépendant sur le plan énergétique, est déterminé à promouvoir la recherche, le développement et l’utilisation des énergies dites renouvelables en l’occurrence, la géothermie. La cartographie du gradient et flux géothermique a intégré les données géothermiques des régions limitrophes, la mer d’Alboran, l’Atlantique, le Sud de l’Espagne et l’Est de l’Algérie, [1, 2]. Un des premiers résultats est à l’opposé des conclusions négatives du BRGM [3, 4]. L’anomalie positive géothermique dans le Rif et le Maroc oriental semble plutôt être la signature d’un processus tectono - magmatique profond et régional. Depuis les années 1990, on dénombre plusieurs thèses et publications dont: [2], [5-20]. Ces travaux ont été réalisés dans le cadre des coopérations interuniversitaires maroco-marocaine (dont Université Mohammed V Agdal, Université Mohammed I), maroco-française, maroco-tunisienne, et tout récemment deux projets via CNCPRST Maroc - Italie et Maroc - Portugal, avec le concours de l’Administration de l’Hydraulique et l’ONHYM, ex ONAREP.
2. RESULTATS DU CHAMP GEOTHERMIQUE DU MAROC NORD ORIENTAL
L’étude des composantes du champ géothermique au Maroc, la densité de flux de chaleur terrestre (Fig. 1) et le gradient géothermique profond (Fig. 2) a été faite à partir de déterminations de gradient et de conductivité thermiques dans des sondages miniers et hydrauliques de profondeur entre 100 et 500 m et des forages pétroliers de plus grande profondeur (750 - 4500 m).
Les zones pouvant donc constituer un objectif géothermique ont été définies par une synthèse des composantes du champ thermique et des informations hydrogéologiques sur les grands bassins; la plus prometteuse demeure le Maroc nord oriental. Une tendance d’élévation des isothermes est mise en évidence au nord depuis le Moyen Atlas, l’est du Rif et le Maroc oriental jusqu’à la mer Méditerranée avec un flux de 80 - 110 mW/m2 et un gradient de 30 - 45 °C/km.
La synthèse des deux facteurs qui gouvernent la situation hydro-géothermique jusqu’à 3 km de profondeur: la température et la circulation d’eau, et les isobathes des températures entre 60 et 150 °C révèlent des zones recélant réellement des potentialités en énergie géothermique. La zone s’étendant depuis l’est du couloir sud rifain et le nord du Moyen Atlas jusqu’au Maroc nord- oriental. La température des aquifères existants jusqu’à 3000 m de profondeur peut atteindre 120
°C.
90
-20 -15 -10 -5
25 30 35
Spain
Algeria
Heat Flow map of Morocco
S u r f a c e H e a t F l o w D e n s i t y ( m W / m ² ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Lag Distance 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Variogram
heat flow density variogram
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Mauritania
Atlantic ocean
114 94 73 51 37 Meseta
occidentale
98 70 51 36 Meseta orientale
80 53 38 Bassin du Gharb
93 73 52 38 Rif occidental
114 84 56 40 Rides du sud Rif
127 103 79 53 39 Littoral du Sahara
150 105 88 57 41 Bassin de Tindouf
120 95 63 43 Maroc oriental
T4000 T3000 T2000 T1000 T500 Région
Températures moyennes de sub-surface, (en °C) aux profondeurs 500, 1000, 2000, 3000 et 4000m
Densité de flux géothermique
mW /m2
100km Gradient géothermique (GG) en °C Km-1
GG > 35 30 < GG < 35 25 < GG < 30 2 0 < GG < 25 2 0 < GG
Zones à anomalies géothermiques
Oujda Melilla Tanger Sebta
Kénitra Fès
Tadla
Colomb bechar Errachidia
Ouarzazat
Tindouf Laayoun
Mer Méditérranée
Océan Atlantique
Essaouira
Agadir
Tarfaya
Fig. 1: Carte de densité de flux de chaleur en surface du Maroc
Fig. 2: Carte du gradient géothermique du Maroc
3. ANALYSE PHYSICO-CHIMIQUE DES POINTS D’EAU DU MAROC NORD ORIENTAL
L’étude hydro stratigraphique basée sur les données existantes (géologiques, sédimentologistes,.) et celles acquises (logs stratigraphiques des forages, piézométrie, chimisme, température de l’eau…) montre l’existence de plusieurs réservoirs hydrogéothermiques qui sont à l’origine des principales sources thermales de la région: c’est le cas de la formation carbonatée du Lias (Fig. 3).
200Km Rabat
Oujda
Agadir
Atlantic Ocean
Domaine Saharien
Domaine de l'Anti-Atlas Tanger
Domaine Rifain
Domaine Atlasique Meseta Est Meseta
Ouest Essaouira
Sahara Marocain
Ouled Dhlim
Q: Quaternaire, M: Miocène, Og: Oligocène, S: Sénonien, Tr: Turonien, C: Cenomanian, P: Portlandian,K: Kimmeridgien, Cl-O: Callovien-Oxfordien, B-To: Batonien-Toarcien, L: Lias, Ts: Trias, P: Paléozoïque,
Mediterranean Sea
N
Sebta
Mellelia 4
C S
B-To
L M Og Q
Tr
P-K Cl-O
L Ts Pz Réservoir à intérêt
géothermal Réservoir Couverture
Fig. 3: Domaines structuraux du Maroc, Log hydrostratigraphique du Maroc oriental et réservoir à intérêt géothermal
91 Les émergences des réservoirs chaudes et profondes peuvent aussi être de précieux indicateurs de températures souterraines. Cependant et au cours de sa remontée, du réservoir à la surface, l’eau thermale peut être ou moins grandement affectée chimiquement et thermiquement surtout dans les formations géologiques sédimentaires, comme c’est le cas au Maroc oriental.
Cette zone est caractérisée par la présence de plusieurs manifestations thermales dont la température d’eau peut atteindre 54 °C. C’est le réservoir carbonaté d’âge liasique qui est à l’origine de ces sources thermales.
Pour identifier le réservoir d’origine, ses limites physiques (aire de recharge et de décharge), sa nature lithologique, sa température, les mélanges éventuels avec les eaux superficielles et le circuit souterrain emprunté par les eaux chaudes 31 points d'eau chaudes ont été inventories, analysés et interprétés, (Tableau 1).
En utilisant les divers géothermomètres mis au point par les auteurs a savoir, la silice et Na- K-Ca-Mg corrigé, Na/Li faible salinité et Na/Li forte salinité et Mg/Li, il est possible d’approcher la température d’origine.
Les résultats obtenus montrent que les géothermomètres à quartz et à calcédoine se sont avérés crédibles pour l’estimation des températures de subsurface du réservoir et semblent donner des valeurs plausibles. Les valeurs des températures estimées révélées par les géothermomètres à silice fluctuent entre 37 et 85 °C (Quartz de Fournier), 23 et 73 °C (quartz d’Arnorsson), 7 et 54
°C (Calcédoine de fournier) et entre 12 et 57 °C (Calcédoine d’Arnorsson), et ce pour des températures mesurées à l’émergence qui varient entre 20 et 54 °C. La comparaison de ces valeurs de températures estimées avec celle mesurées montre des coefficients de corrélation assez significatifs, autour de 67 %. Le problème majeur qui reste à appréhender et celui des effets de mélange possible des eaux lors de leurs ascension.
La correction des températures estimées du réservoir par le géothermomètre de mélange révèle que la température des eaux dans le réservoir d’origine peut aller jusqu’à 113 °C avec un taux de mélange relativement faible entre les eaux profondes chaudes et les eaux superficielles froides.
Tableau 1: Analyses chimiques des eaux thermales du Maroc oriental
14 2311/ 12 28 7.1 580 1.7 74 76 56 142 366 33 12
N° Name T (°C) pH TDS K+ Na+
Ca2+
Mg2+
Cl- HCO3
-
Ben Kachour
2 51 7.2 2680 14 899 70 51 1391 311 181 26.4 0.1
1 Camp. Rose
4 2843 / 12 28 7.6 1010 2.3 53 61 55 220 154 90.5 10.2
1225 / 12
3 26 7.4 1040 13 335 14 34 362 133 102.8 13 0.1
5 2899 / 12 27
7.6 620 2.7 80 60 52 230 135 57.6 11.2
6 2933 / 12
7 2952/ 12 46.5 7.1 2960 18 920 114 52 1508 372 192 25.7 0.2
8 2431 / 12 30 6.9 695 1.8 72 70 59 181 353 48 15
9 2364 / 12 26.5 7.4 615 1.6 117 72 58 106 378 172 13.8
10 2363 / 12 28 7.4 700 2.1 69 76 58 135 402 52 12.3
11 Oued Nachef IV 33 7.1 870 3 149 66 60 305 378 96 18 0.2
12 Champ de tir 29 7.5 2880 9.8 869 80 50 1363 323 96 16 0.2
13 1255 / 12 29 7.2 640 3.2 179 64 54 255 323 139 12.8 0.1
15 1125/ 12 28 7.3 715 1.7 71 74 58 156 347 67 12.4
16 S. Gouttitir 49 7.3 9700 24.7 2472 870 169.2 4110.9 199 2146.1 34.61
17 Tercha 28 7.3 360 1.5 30 37 38 35 268 67.5 12.3
18 Fezzouane 37 7.9 340 1.1 22 70 36 28 292 19.5 15.3
19 Sidi Rahm oune 29 7.4 500 1.7 43 66 44 106 353 24.3 13.2
20 Aichoun 29 7.8 130 1.7 32 74 33 60 341 33.4 12.8
21 S. Aoulout 20.5 7.4 320 2.6 32 55 49 60 341 55.9 12.2
22 S. Kiss 27 7.1 780 45 330 104 52 610 281 176 17.3
23 1292 / 7 24 7.2 755 1.9 94 60 50 184 341 33 12
24 1267 / 7 34.5 7.9 395 0.7 18 60 44 24 378 33 20 0.1
25 22 / 18 26 7.1 870 2.3 162 86 49 273 286 124 13.6
26 62 / 18 27.5 7.2 630 2.8 135 56 62 266 274 76 12.6
27 159 / 18 26.5 7.7 860 2.5 142 56 44 220 268 48 13
28 170 / 18 27.5 7.1 1020 39.9 135 58 68 248 280 187 12.1
29 171 / 18 25 7.9 1740 5.9 219 170 94 433 225 470 12
188 / 18
30 26 7.3 1710 4.1 175 160 94 426 237 350 14
31 35 / 18 29 7.3 625 3 144 56 65 266 274 144 15
SO4 2- SIO2 28
25.5 7.6
7.6 1005
650 2.6
3.3 37
55 60
85 66
53 152
230 329
130 62
117.7 13.2
14.3 Li
4. RIF ORIENTAL EN TANT QUE DOMAINE HYDRO-GEOTHERMIQUE MAJEUR AU MAROC
Par le nombre et l’importance de manifestations thermiques en surface (sources chaudes, volcanisme récent, activité néotectonique), c’est la région qui a le plus attiré l’attention des experts depuis Facca en 1968.
92
L’anomalie positive du flux de chaleur dans le Rif et le Maroc oriental est la signature de processus tectono-magmatiques lithosphériques. Les formations sédimentaires dans le Maroc oriental contiennent plusieurs unités réservoirs avec de bonnes possibilités d’exploitation de chaleur terrestre. Ceci s’applique spécialement aux carbonates du Lias pouvant atteindre 500 m d’épaisseur et constituant ainsi l’aquifère le plus important de la région, qui est alimenté dans le pays des Horsts pour se décharger vers la plaine d’Oujda-Angad. Les isobathes du Lias varient de quelques mètres au sud à 1000 m vers le nord. Les températures moyennes varient d’environ 50
°C à 500 m, 70 °C à 1000 m, 85-100 °C à 2000 m. Les températures de l’ordre de 60 °C peuvent être atteintes à 600 m et on pourrait obtenir 100 °C à une profondeur allant de 1000 à 1500 m.
Notons que cette zone du Rif avait révélé auparavant l’existence d’une forte anomalie géothermique localisée sur un sondage d’exploration minière profond de quelques 600 m dans la région d’Arekman (Fig. 4). La température du fond, non corrigée des effets de forage, atteint 95
°C, [18] et l’estimation de la densité de flux de chaleur dépasse les 200 mW/m2.
La prospection géothermique de surface basée sur le traitement des profils thermiques à pas de 5 m dans 100 forages hydrogéologiques a permis de localiser les zones à anomalies thermiques ainsi et que les indices hydrogéothermiques (Fig. 5). Ces points coïncident avec les directions NE-SW.
Température de l’eau en °C = 27-55.5, Gradient géothermique superficiel (°C/km) > 40, Profondeur du toit (m) = 200-1000, Nombre d’indice thermique
= 24, Salinité (g/l) = 0.1-3, Débit (l/s) = 2.5 – 40 Fig. 4: Sondage de Kariat Arekman
(35.11N, 2.74W)
Fig. 5: Cartes des zones à anomalies thermiques et leurs caractéristiques
5. CONCLUSION
Les zones pouvant constituer un objectif géothermique ont été définies par une synthèse des composantes du champ thermique et des informations hydrogéologiques sur les grands bassins; de point de vue géothermique, le sous sol de la région du Maroc nord oriental dispose de potentialités prometteuses en énergie géothermique. De telles ressources peuvent servir à développer des cultures sous serres, de la pisciculture et du chauffage domestique.
Ces ensembles de multiples données dont nous disposons vont être analysées par les techniques des Systèmes d’Information Géographique, pour déterminer une image optimale de la source de chaleur. A l’échelle des zones géothermiques, l’analyse peut inclure pour toutes les formations aquifères: la topographie, la géologie (fracture, lithostratigraphie, l’hydrogéologie extension et lithologie des réservoirs, la profondeur du toit, l’épaisseur de la série qui renferme les niveaux perméables, la piézomètrie, les caractéristiques hydrodynamiques du réservoir,…),
93 l’hydrochimie, la géochimie (géothermomètres et isotopes), la géophysique (densité, conductivité électrique, magnétisme, champ géothermique et température régnant au toit des aquifères,…). On établira des modèles à 2 et 3 dimensions, montrant les zones avec la distribution, spatiale et en profondeur, de l’information. Ce travail qui identifiera, l’estimation quantitative du potentiel énergétique des aquifères chaud du Maroc nord oriental (en million de tonnes d’équivalent pétrole par an) servira de guide pour toute utilisation directe dans l’agriculture, la pisciculture, le thermalisme et le chauffage domestique).
REFERENCES
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[9] A. Rimi, ‘Mantle Heat Flow and Geotherms for the Main Geologic Domains in Morocco’, Int. Journ.
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[11] A. Rimi and F. Lucazeau, ‘Geothermal Atlas of Europe – Morocco’, In: Geothermal Atlas of Europe, Edité par E. Hurtig, V. Cermak, R.Haenel and V. Zui, Hermann Haack Verlag, Gotha, pp. 60 – 62, 1991.
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[14] Y. Zarhloule, ‘Potentialités Hydrogéothèrmiques du Bassin d’Essaouira, Agadir, Maroc’, Doctorat de Spécialité, Université de Sfax, Tunisie, 1994.
[15] Y. Zarhloule, ‘Potentialités Géotherrniques du Maroc: Traitement Intégrée par les Températures Profondes et Indices de Surface’, Doctorat d’Etat, Faculté des Sciences, Oujda, Maroc, 154 p., 1999.
[16] Y. Zarhloule, A. Lahrach, L. Ben Aabidat, D. Khattach, S. Bouri, A. Boukdir et H. Ben Dhia, ‘La Prospection Géothermique de Surface au Maroc: Hydrdodynamisme, Anomalies Géothermiques et Indices de Surface’, Journal of African Earth Sciences, Vol. 32, pp. 851 – 867, 2001.
[17] Y. Zarhloule, S. Bouri, A. Lahrach, M. Boughriba, A. El Mandour and H. Ben Dhia,
‘Hydrostratigraphical Study, Geochemistry of Thermal Springs, Shallow and Deep Geothermal Exploration in Morocco: Hydrogeothermal Potentialities’, Proceeding World Geothermal Congress Avril, pp. 1 – 13, Antalya, Turkey, 2005.
94
[18] Y. Zarhloule, ‘Le Gradient Géothermique Profond du Maroc : Détermination et Cartographie’, Bulletin de l’Institut Scientifique, Section Sciences de la Terre, N°24, pp. 1 - 15, Rabat, Maroc, 2004.
[19] Y. Zarhloule, ‘Overview of Geothermal Activities in Morocco’, Proceeding International Geothermal Conference, Multiple Integrated Uses of Geothermal Resources, pp. 1 – 8, Reykjavik, Iceland, September, 2003.
[20] A. Lahrach, Y. Zarhloule, L. Ben Aabidat, S. Bouri, H. Ben Dhia, D. Khattach, M. Boughriba, A. El Mandour et R. Jebrane, ‘Géochimie des Eaux Chaudes et Prospection Géothermique de Surface au Maroc Septentrional: Caractérisation du Réservoir d’origine et Indices Thermiques’, Hydrogéologie, Vol. 3, pp. 7 – 23, BRGM, France, 1998.
