Reconnaissance par imagerie électrique du site pollué de la décharge publique de la ville d’Oujda (Maroc oriental) Geophysical survey by electrical resistivity imagery of the Oujda city landfill (Eastern Morocco)

Résumé

La décharge non contrôlée d’ordures ménagères de Sidi Yahya se trouve à environ 7 km au sud-est de la ville d’Oujda (Maroc nord-oriental). Le tonnage total de déchets qui y sont déversés est de 1,2 à 1,5 million de tonnes pendant la période de l’exploitation (1990-2005). La surface totale qui a été entièrement utilisée est de 41 hectares. Les eaux souterraines, situées à 30 m environ sous le sol, circulent dans des terrains post-miocènes sur un substratum imperméable formé par les marnes du Miocène. Le sol est de type calcimagnésique peu profond, avec une couche plus ou moins importante de limons et d’argiles. Les eaux provenant des déchets eux-mêmes ou issues de la dégradation de la matière organique en conditions aérobies, ainsi que les eaux météoriques, en percolant à travers les déchets, s’enrichissent en divers polluants appelés lixiviats ou percolats. Afin de connaître la destination de ces percolats dans le sous-sol, une étude géophysique par imagerie électrique a été menée dans la partie dégagée de la décharge. Quatre profils de reconnaissance ont été réalisés selon le dispositif dipôle-dipôle. Les résultats de la prospection géoélectrique ont montré que les très faibles résistivités électriques (< 5 Ωm), ont été observées au sein et à l’aval direct du site de la décharge. Ces résultats mettent bien en évidence des zones électriquement très conductrices et elles indiquent la progression du panache de lixiviats dans le sous-sol. La partie centrale de la décharge est l’endroit sous lequel la contamination a atteint des profondeurs qui dépassent les 20 m. Ceci plaide en faveur d’une forte minéralisation des eaux circulant dans les formations sous-jacentes au site, dont la source potentielle est liée à une contamination par des eaux de lixiviats très minéralisées et chargées en matière organique.

Mots clés:

• Résistivité électrique,
• décharge sauvage,
• panache,
• pollution,
• nappe phréatique,
• lixiviat

Abstract

The Sidi Yahya landfill is a uncontrolled landfill of household refuse. It is located in the commune of Sidi Yahya, approximately 7 km southeast of Oujda (Eastern Morocco). The total tonnage of waste produced was about 1.2 to 1.5 million metric tons for the period of the landfill exploitation (1990-2005). The total surface which was entirely used covers 41 hectares. The groundwater (water table at about 30 m depth) circulates in post-Miocene material underlain by an impermeable substratum formed by Miocene marls. The soil is calci-magnesic, with a more or less important layer of silt and clay. Water coming from the domestic waste itself or resulting from degradation of organic matter under aerobic conditions, as well as meteoric water that percolates through the waste, combine to form a leachate enriched in various pollutants. The main objective of this study was the detection of eventual groundwater pollution and estimation of the extent of the resulting underground pollution plume. A geophysical study using Electrical Resistivity Imagery was carried out. The location of profiles obtained with a dipole-dipole array (three profiles 23 m long and one profile 475 m long) was constrained by the available space in the landfill facility. The resistivity sections show the resistivity distribution to a depth of 30 m for short profiles and 50 m for the long profile. The results show very conductive layers with very low resistivity values (< 5 Ω∙m), suggesting that these areas might be saturated with migrating leachate. In the central part of the landfill the contamination reaches a depth of about 20 m.

Key words:

• Landfill,
• plume,
• pollution,
• ground water,
• leachate,
• Electrical Resistivity Imagery

1. Introduction 

Les centres de stockage de déchets ménagers et assimilés doivent êtres contrôlés et surveillés après leur fermeture. Ceci permet de prévenir toute fuite ou disfonctionnement des systèmes de stockage des déchets. Cette surveillance est classiquement effectuée par des mesures des paramètres physico-chimiques tels que la conductivité du fluide et le potentiel redox (NAUDET, 2004). Mais ces méthodes sont souvent longues et difficiles à réaliser (SCHÜRING et al., 2000). Le réseau de surveillance doit compter des piézomètres implantés en amont et en aval du site surveillé. Les analyses doivent être suffisamment nombreuses et régulières. Cependant, et pour des raisons principalement économiques, la densité du réseau de surveillance, lorsqu’il existe, est souvent faible. Dans le but d’améliorer l’efficacité de la surveillance d’un centre de stockage et de pallier au manque d’information entre les piézomètres, il convient d’utiliser des techniques non destructives et rapides qui permettent d’obtenir des donnés quantitatives et qualitatives à moindre coût. Dans cette optique, les méthodes géophysiques répondent à ces critères (CLEMENT, 2010). Elles fournissent, à l’aide des mesures indirectes, des renseignements sur la constitution du sous-sol en intégrant la nature des matériaux, leur porosité et leur hydrologie. Elles sont souvent utilisées sur les sites contaminés pour détecter et évaluer l’extension des panaches de contamination ou leur migration (NAUDET, 2004).

Dans ce travail, nous présentons les résultats de la prospection par géophysique (imagerie électrique) au niveau de l’ancienne décharge à ciel ouvert située dans la commune de Sidi Yahya à Oujda (Maroc oriental).

2. Description du site d'enfouissement

Il s’agit d’une décharge non contrôlée s’étalant sur une surface de 41 ha, qui a été mise en exploitation entre 1990 et octobre 2005. Durant cette période, on peut estimer à environ 165 000 m³ le volume annuel de déchets ménagers qui y ont été déposés ainsi qu’une quantité moindre de déchets industriels et hospitaliers. Au total, le tonnage mis en décharge serait de l’ordre de 1,2 à 1,5 million de tonnes. Les déchets ont été déposés en une seule couche sur toute la surface disponible sans avoir été couverte, sur des sols calcimagnésiques peu profonds, reposés à leur tour sur un substratum imperméable formé par les marnes du miocène. Les matériaux anciens se sont desséchés et ont subi une dégradation biologique, ce qui a conduit à une réduction de volume. Cette décharge non contrôlée et mal exploitée est à l’origine d’un lixiviat qui n’est pas drainé, qui est stagnant à l’intérieur et qui s’infiltre dans le sous-sol en constituant une menace de pollution de la nappe phréatique située à environ 30 m de profondeur (SBAA, 2001).

3. Contextes géologique et hydrogéologique

La décharge est située au voisinage de Jbel Hamra, zone d’alimentation de la nappe phréatique des Angads et de la nappe profonde liasique. Elle se trouve dans la commune de Sidi Yahya, à environ 7 km au sud-est du centre-ville d’Oujda et à seulement quelques kilomètres de la frontière algérienne. C’est une cuvette à substratum géologique essentiellement calcaire, le sol est de type calcimagnésique, peu profond, avec une couche plus ou moins importante d’argiles et de limons (SBAA, 2001).

La géologie de Jbel Hamra est résumée dans le log schématique présenté dans la figure 1. La série commence par le Paléozoïque qui affleure au niveau de Jbel el Hamra au sud de la ville d’Oujda. En discordance angulaire viennent se déposer des argiles rouges du Trias, suivies de calcaires dolomitiques du Lias constituant l’aquifère profond. Au-dessus, on trouve successivement une épaisse série de marnes miocènes, des formations volcaniques du Plio-Quaternaire et, enfin, des formations alluviales et lacustres du Quaternaire (MORTIER et al., 1975). Sur le plan structural, d’importantes failles de directions nord-est–sud-ouest affectent la zone d’étude ; la continuité de deux failles tracées sur la carte géologique (Figure 2) traversent le site de la décharge, l’une au niveau de sa partie centrale et l’autre au niveau de sa limite nord.

Figure 1

Représentation schématique du log géologique de Jbel el Hamra

Schematic representation of Jbel-hamra stratigraphy

Figure 2

Carte géologique de la région d’Oujda avec la localisation de la décharge publique de la Ville

Geological map and location of the Oujda city landfill

Sur le plan hydrogéologique, dans l’ensemble, la nappe coule du sud et du sud-ouest vers le nord et nord-est. Au niveau de la décharge non contrôlée de Sidi Yahya, la profondeur de la nappe phréatique est d’environ 30 m. La nappe profonde de Jbel Hamar est formée de plusieurs panneaux effondrés de dolomie du Lias et du Dogger qui affleurent sur 15 km² seulement. C’est un aquifère captif de 250 m d’épaisseur, fortement fracturé et de grande transmissivité, sous un recouvrement marno-calcaire et marno-gréseux du Jurassique supérieur constitué par un bassin d’effondrement d’une superficie de 300 km² (SWECO, 2003).

3. Matériel et méthodes

3.1. Caractérisation physico-chimique des eaux souterraines et des lixiviats

Les zones de faibles profondeurs de la nappe (moins de 30 mètres) sont observées à l’aval du site de la décharge. Cela favorise une contamination indirecte de la nappe par l’infiltration des lixiviats de la décharge. Une caractérisation physico-chimique des eaux souterraines et des lixiviats a porté sur le suivi d’un réseau de puits répartis dans les environs du site de la décharge (Figure 3) et sur des échantillons de lixiviats. Les analyses physico-chimiques ont porté essentiellement sur le pH, la conductivité électrique, les nitrates, les chlorures, la DBO₅ et la DCO.

Figure 3

Positionnement des points de prélèvement des eaux souterraines et superficielles

Positioning of the sampling points for surface and groundwater

Le pH et la conductivité ont été déterminés directement sur le site selon les normes NF ISO 10390 et NF ISO 11265. Sur les échantillons qui ont été ensuite acheminés au laboratoire, la teneur en nitrates a été déterminée selon la norme Afnor NFT90-012. La demande biologique en oxygène a été déterminée par un DBO-mètre. Les chlorures (Cl^-) ont été déterminés par la méthode de MOHR décrite par RODIER (1986). La DCO a été déterminée selon la norme AFNOR T90-101.

3.2. Profils de tomographie de résistivité électrique

La réalisation de panneaux électriques repose sur l’utilisation de flûtes (fils conducteurs) connectées à des électrodes et reliées à un appareil de mesure (résistivimètre). Le résistivimètre utilisé est le Syscal Pro 192 électrodes. La méthode consiste à réaliser des séries de mesures en commutant des électrodes préimplantées (Figure 4). La commutation des électrodes permet l’acquisition rapide de données le long de plusieurs profondeurs en faisant varier l’écartement entre les électrodes. Pour chaque mesure, deux électrodes (A et B) constituent les sources de courant I et deux électrodes (M et N) mesurent la différence de potentiel ∆V (GRELLIER, 2005). La méthode électrique sert à étudier la résistivité d’un milieu complexe 2D ou 3D. Chaque mesure (∆V) effectuée sur le terrain est d’abord normalisée sous forme de résistivité apparente : p_a =K(∆V/I). La résistivité apparente n’est pas représentative de la résistivité vraie de chaque élément. Pour obtenir une image du sous-sol, les données seront inversées pour obtenir des résistivités appelées interprétées.

Figure 4

Principe de la mesure de la résistivité avec quatre électrodes

Principle of the measure of the resistivity with four electrodes

La résistivité électrique est influencée par la teneur en fluide, la température, la granulométrie, la résistivité de la partie solide, la perméabilité, la porosité, la tortuosité, la pression interstitielle, la teneur en argile et la minéralisation (GUEGUEN et PLACIAUSKASV, 1992). Son inverse est la conductivité électrique σ.

La conductivité de la plupart des roches est non métallique et due aux fluides interstitiels. En effet, les ions contenus dans l’eau transportent les charges sous l’effet du champ électrique et, en conséquence, la roche conduit le courant électrique. La surface des minéraux est le siège de phénomènes électrochimiques connus sous le nom de double couche de Helmholtz. Celle-ci est responsable d’une conductivité électrique dite de surface au voisinage de l’interface entre l’eau et les minéraux (NAUDET, 2004 ; NAUDET et al., 2004).

Dans le cadre de cette étude, nous avons réalisé, sur la partie dégagée de la décharge, trois profils 2D de 235 m de long et un quatrième de 475 m de long (Figure 5). Nous avons opté pour une configuration dipôle-dipôle caractérisée par une bonne profondeur d’investigation et une grande sensibilité aux variations latérales de résistivité. Les mesures (619 mesures par petit profil et 2 100 mesures pour le quatrième profil) ont été acquises avec le système multi-électrodes Syscal Pro en utilisant des électrodes espacées de 5 m. Pour déterminer les résistivités électriques vraies à partir de la pseudo-section obtenue sur le terrain, nous avons utilisé le logiciel d’inversion Res2DInv.

Figure 5

Localisation des profils électriques P1, P2, P3 et P4

Location of electrical profiles P1, P2, P3 and P4

4. Résultats et discussion

Les résultats des analyses physico-chimiques des eaux souterraines et des lixiviats brutes sont rassemblés dans le tableau 1. Les lixiviats générés par l’ancienne décharge publique de la ville d’Oujda sont basiques (pH = 7,98) et présentent une salinité importante se traduisant par une conductivité élevée et une forte teneur en chlorures (Cond = 49,5 ms∙cm^‑1 et Cl^- = 11802 mg∙L^‑1). Ces résultats corroborent ceux trouvés par EL KHARMOUZ et al. (2006) sur les lixiviats de la même décharge. La teneur des lixiviats en nitrates est plus faible en la comparant à celle trouvée par SBAA en 2001 (NO₃^- = 28,9 mg∙L^‑1). Ceci indique que le phénomène d’anaérobiose est prédominant dans la décharge (HAKOU et al., 2001). La faible valeur de la DBO₅/DCO (0,06) montre que les lixiviats sont vieux et stabilisés (COURANT et AIMAR, 1996). Les analyses effectuées au niveau des puits situés en aval de la décharge montrent que les eaux prélevées sont légèrement basiques (pH varie entre 7,20 et 7,75). Les valeurs de la conductivité électrique varient entre 1,4 ms∙cm^‑1 et 4,3 ms∙cm^‑1. La valeur élevée a été enregistrée au niveau du puits 1 situé juste à proximité de la décharge. Ces valeurs sont supérieures à celles trouvées par KHATTABI et al. (2001) dans les eaux de puits situées à proximité d’une décharge d’ordures ménagères en France (0,032 – 0,245 ms∙cm^‑1). Elles sont inférieures à celles trouvées par CHOFQI (2004) dans les eaux de puits situés à proximité de la décharge publique d’Eljadida (1,51 – 8,4 ms∙cm^‑1). La teneur en chlorures des eaux prélevées du puits 1 dépasse la limite supérieure admissible (600 mg∙L^‑1) fixée par l’OMS. Les valeurs trouvées dans les eaux des trois puits dépassent largement les teneurs rencontrées dans les eaux souterraines (10 à 20 mg∙L^‑1) (BERMOND et VUICHARD, 1973), mais restent inférieures presque dix fois aux concentrations rapportées par CHOFQI (2004) dans les eaux souterraines contaminées par les lixiviats d’une décharge d’ordures ménagères. Ceci est lié à une contamination par les lixiviats qui sont fortement chargés en chlorures (11 802 mg∙L^‑1). En effet, les déchets renferment des teneurs importantes en chlorures (REITZEL, 1990) et la dégradation de ces déchets produit des percolâts très chargés en cet élément chimique (OZANE, 1990).

Tableau 1

Minéralisation des eaux souterraines prélevées aux alentours de la décharge

Mineralization of groundwater situated near the landfill

Les valeurs de DCO sont supérieures à la limite admise (25 mg∙L^‑1) (ER-RAIOUI et al., 2011). Les résultats correspondant aux nitrates sont inférieurs à la norme fixée par OMS (50 mg∙L^‑1) pour les eaux potables. Ces valeurs sont largement inférieures à celles trouvées par EL KHARMOUZ et al., (2013) dans les eaux prélevées des mêmes puits.

Les résultats de l’interprétation des quatre profils de résistivité sont présentés sur les figures 5 à 8. Les différentes sections de résistivité donnent la variation de la résistivité électrique dans le sous-sol jusqu’à une profondeur d’environ 30 m pour les profils P1-3, et 50 m pour le profil P4.

Figure 6

Section des résistivités inversées du Profil N°1

Inverted resistivity section of Profile N°1

Figure 7

Section des résistivités inversées du Profil N°2

Inverted resistivity section of Profile N°2

Figure 8

Section des résistivités inversées du Profil N°3

Inverted resistivity section of Profile N°3

D’une manière générale, les zones peu résistives ou conductrices, représentées par les couleurs bleu foncé, sont considérées comme des fluides et/ou des zones humides comme des lixiviats ou eaux souterraines.

Les lixiviats bruts de l’ancienne décharge publique présentent des valeurs de résistivité allant de 0,16 à 0,36 Ωm. Ces valeurs sont supérieures à celles rapportées par CLEMENT (2010). Les eaux de puits présentent des résistivités qui varient entre 2,3 et 7,1 Ωm.

4.1 Profil N°1 NS

Au niveau de ce profil (Figure 6), nous remarquons que les faibles valeurs de la résistivité (< 5 Ωm) atteignent des profondeurs plus en plus grandes en allant du sud vers le nord. En effet, dans la partie sud, elles atteignent les premiers 6 m de profondeur, alors que dans la partie nord elles vont jusqu’à 20 m. Cette section montre l’extension de la pollution en profondeur. Les parties superficielles du sous-sol (inférieur à 6 m) sont les plus conductrices et, par conséquent, c’est à ce niveau que la minéralisation est plus poussée.

4.2 Profil N°2 EW

Dans la partie est de la section, les dolomies affleurent et se manifestent par de fortes résistivités. La figure 5 montre leur extension dans le sous-sol. En allant vers l’ouest (vers le centre de la décharge), les couches conductrices sont de plus en plus profondes. Les valeurs de résistivités inférieures à 5 Ωm s’affichent à des profondeurs autour de 20 m (Figure 7).

4.3 Profil N°3 NNW-SSE

Au niveau de ce profil (Figure 8), situé sur le bord de la décharge, les zones conductrices restent très superficielles. Les valeurs de résistivités inférieures à 5 Ωm ne dépassent pas les 6 m de profondeur.

4.4 Profil N°4 NW-SE

Au niveau du profil P4, nous observons une couche superficielle avec des valeurs de résistivités relativement élevées ; il s’agit d’un niveau encroûté qui surmonte une couche conductrice. Cette dernière affiche des valeurs de résistivité assez faibles dans la partie NW et indiquant l’infiltration de la pollution. Les faibles valeurs de la résistivité (< 5 Ωm) ne dépassent pas la profondeur de 15 m (Figure 9). Les variations des valeurs de la résistivité montrent bien une diminution de la résistivité du côté le plus proche de la décharge qui est due à l’infiltration de lixiviat dans le sous-sol. Au niveau de X = 160 m, l’image indique la présence d’un résistant vers les 40 m de profondeur qui correspondrait aux dolomies.

Figure 9

Section des résistivités inversées du profil P4

Inverted resistivity section of Profile 4

La contamination des eaux de la nappe par les lixiviats prend l’aspect d’un panache de pollution qui s’étale tout au tour du site de la décharge et atteint les puits situés dans les secteurs aval en concordance avec le sens d’écoulement de la nappe. Dans ces panaches de contamination, les concentrations en contaminants organiques et en ions augmentent la conductivité électrique de l’eau, et donc la conductivité électrique du sol ou des sédiments. Ainsi, le panache de contamination est caractérisé par des valeurs de résistivité électrique faibles.

Les quatre profils réalisés au niveau de la décharge montrent des zones de transfert préférentiel qui correspondraient soient à des fractures, soit à des zones saturées. La pollution a probablement atteint la nappe phréatique qui serait à une trentaine de mètres de profondeur. La zone centrale de la décharge semble être la plus polluée. Il s’agit d’une zone sous forme de cuvette. En période de précipitations, elle reçoit des quantités importantes d’eau de ruissellement qui percolent à travers les déchets solides, l’écoulement à l’intérieur de la décharge se fait du nord et du sud vers l’intérieur. Ces eaux de percolation stagnent au sein de la décharge et s’infiltrent dans le sous-sol (SBAA, 2001). Cette zone présente une forte conductivité électrique qui s’explique par une forte biodégradation de la matière organique. Les bactéries qui colonisent la surface des minéraux produisent des acides carboniques et organiques au cours de la biodégradation de la matière organique. Elles participent ainsi à l’altération de la surface des minéraux et à la minéralisation de l’eau et du sol. Dans la zone de production de ces acides, les eaux de formation ont une force ionique élevée qui augmente ainsi la conductivité électrique de la formation (ARISTODEMOU et THOMAS-BETTS., 2000 ; NAUDET, 2004).

5. Conclusion 

Au terme de cette étude, on peut conclure que l’imagerie électrique est efficace dans la cartographie de la pollution et la détermination de son extension latérale et verticale. Au niveau de l’ancienne décharge de la ville d’Oujda, la contamination du sol est bien marquée au niveau de la décharge, et ce, par écoulement de lixiviats. Ceux-ci drainent latéralement de la partie est vers la partie ouest de la décharge et également du nord et du sud vers l’intérieur de la décharge. De ce fait, le site de la décharge est une cuvette qui favorise l’accumulation des lixiviats.

La compilation des résultats des quatre profils de tomographie électrique, obtenus à l’intérieur de la décharge, montre que la contamination des eaux souterraines par les lixiviats prend l’aspect d’un panache de pollution qui s’étale tout autour du site de la décharge et atteint les puits situés dans les secteurs en aval en concordance avec le sens d’écoulement de la nappe.

Les résultats de cette étude de reconnaissance montrent la nécessité de réaliser une étude plus détaillée du site, notamment pour vérifier le tracé de la continuité des failles affectant l’entourage du site de la décharge. Ces dernières pourraient favoriser la propagation de la contamination vers la nappe profonde.