Contribution des méthodes géophysiques, en particulier du RADAR géologique

La Médina de Béni-Mellal ; Histoire et Géographie ; Les problèmes posés par les Khefs

   La ville de Béni-Mellal (fig. 1.1) est située au pied du flanc nord du Haut Atlas central sur la route nationale qui relie les villes de Marrakech et de Fès, à 200 Km environ au nord-est de Marrakech. Elle est également à 200 Km environ, au sud-est de Casablanca.
Historique A l‟aube des temps historiques, la plaine de Tadla était le pays des « Berbères Masmoda » : agriculteurs sédentaires et bâtisseurs de cités. La première de ces cités construite est la ville dite « Médina Day » qui rentre dans l‟histoire vers le IXème siècle. Elle était située à peu près à l‟emplacement actuel de la médina de Béni-Mellal. La cité a suscité un intérêt grandissant pour différentes dynasties depuis les Almoravides. Vers la fin du XVIéme siècle et sous le règne du Sultan Alaouite Moulay Ismail, la médina de Béni-Mellal fut réédifiée pour maintenir l‟ordre et protéger le circuit commercial entre les grandes villes de Meknès et Fès au nord et Marrakech au sud. Elle constituait donc une zone de confluence importante entre le nord et le sud du Maroc. Ses potentialités naturelles (eau et agriculture) et sa situation géographique lui conféraient une place distinguée pour toutes les dynasties. Aujourd‟hui encore, ses atouts sont réels et elle doit réussir à s‟imposer comme une métropole régionale tournée vers l‟avenir, sans renier son passé riche.
Cadre géographique et géomorphologique La ville de Béni-Mellal, chef–lieu de la région économique de Tadla-Azilal, est considérée comme un pôle économique régional, par son emplacement géographique qui en fait un lieu d‟échange, par son héritage historique et par la richesse de son agriculture irriguée. Par son emplacement entre le Haut-Atlas et la plaine du Tadla, la zone urbaine se caractérise par une topographie généralement accidentée (altitude moyenne 580 NGM). Elle s‟étend au Sud jusqu‟à la source d‟Ain Asserdoune (côte 723 NGM) et s‟étire au Nord dans la plaine jusqu‟à la côte 480 NGM.(Colline Dir)
Situation administrative La ville de Béni Mellal, chef lieu de la région et de la province Tadla Azilal se décompose administrativement en : 7 Pachaliks, 5 Cercles, 7 communes urbaines et 10 communes rurales. Les quatre communes rurales qui la bordent sont : au nord, Sidi Jaber ; au sud, Foum Oudi ; à l‟est, Foum Laancer et Ouled Ayichet et à l‟ouest, Ouled M‟Barek.
Données démographiques et conditions d’habitat dans la médina La médina s‟étend sur une superficie de 35 hectares et compte actuellement environ 8900 habitants, soit une densité de 254 habitants à l‟hectare environ. La population de la médina est représentée par une moyenne de 1561 ménages occupant 1300 logements, soit 1.2 ménage par logement et 5.7 personnes par ménage. La superficie moyenne des logements est de l‟ordre de 90 m² ce qui donne un rapport d‟occupation de 13.15m² / personne. Le nombre de logements est estimé à 1200, répartis par type, comme suit :
– 56% des constructions sont uniquement à R.D.C ;
– 41,50% sont à R+1 ;
– 2,5% supérieures à R+1.
Le nombre de pièces par logement, est compris entre 2 et 3.
Les investigations sur le statut d‟occupation révèlent que 47% des constructions sont occupées par leurs propriétaires.
Equipement et infrastructures de la médina
Assainissement : En matière d‟assainissement, un fort pourcentage des habitations reste non raccordé au réseau existant, il est de l‟ordre de 60%. Cela laisse à supposer que les eaux pluviales, usées et ménagères des zones non desservies par le réseau d‟assainissement et quelquefois les déchets solides, sont directement déversés dans les khefs formant le sous-sol de la Médina.
Eau potable : Selon les indications recueillies, 15% des logements de la médina, ne sont pas encore directement branchés au réseau A.E.P. Ainsi la population concernée s‟approvisionne à des bornes fontaines dont l‟écoulement est souvent anarchique. La vétusté du réseau d‟eau inter-médina laisse penser que des fuites et des déperditions seraient possibles et peut être importantes. Cette idée est confirmée, par l‟effondrement de Khefs, dû parfois à des ruptures de conduites d‟eau.
Electrification : Le taux de branchement au réseau électrique est important puisqu‟il dépasse 97%. Néanmoins, des mesures de sécurité devront être prises afin d‟éviter des risques éventuels. L‟éclairage public est satisfaisant dans l‟ensemble. Toutefois, il serait souhaitable de remplacer le réseau aérien en fils de cuivre, par des câbles torsadés afin d‟atténuer l‟aspect en toiles d‟araignées du réseau existant ; ce qui améliorerait davantage la sécurité et l‟esthétique dans la médina.
Voirie et circulation : Bien que relativement entretenues assez larges, les voies carrossables de la Médina connaissent des embouteillages fréquents compte tenu du volume des véhicules qui y circulent et particulièrement lors des heures de pointe. Cette situation est tributaire de l‟effet polarisateur de la médina, où afflue quotidiennement une population importante. En plus des effets pervers de la circulation sur l‟environnement (pollution générée par le bruit et le dégagement de gaz carbonique entre autres), celle-ci porte aussi atteinte à la stabilité des constructions car les charges roulantes et les vibrations qu‟elles produisent amenuisent la rigidité des couches couvrant les khefs, notamment ceux se trouvant sous les voies de communication. Quant aux voies non carrossables, elles se caractérisent par leurs emprises très réduites et leur tracés sinueux, la circulation piétonne dans ces ruelles est, dans certains tronçons très dense, voire même difficile en raison de l‟exploitation irrégulière et incommode du domaine public par les commerçants (fixes et ambulants) qui y étalent et exposent leurs marchandises. Les locaux destinés aux activités commerciales sont en progression continue en considération du changement de vocation des logements au niveau des R.D.C en locaux commerciaux qui ne cessent de s‟affirmer. Ceci dénote de l‟effet centralisateur de la médina en matière d‟activités commerciales. L‟étroitesse des rues est encore plus accentuée par l‟usage parfois abusif des auvents et stores sur les devantures des boutiques. Dépendant de la seule initiative des commerçants, ces auvents participent également à la laideur du paysage urbain. En plus des problèmes de circulation liés au flux important des véhicules qui empruntent les rues de la médina, les usagers trouvent d‟énormes difficultés pour le stationnement. Les aires réservées à cet effet, sont très insuffisantes. Les camions ou autres véhicules ou même les charrettes qui approvisionnent les locaux commerciaux, dont le nombre dépasse les 700 unités, se garent en stationnement défectueux faute de places adéquates. Les stationnements anarchiques, gênant excessivement la fluidité de la circulation, entraînent la formation de goulots d‟étranglement.
Etat du cadre bâti
Etat physique : Constituant la principale composante de l‟espace urbain de l‟ancienne Médina de la ville de Béni Mellal, le cadre bâti affecté aux besoins du logement et des activités annexes, souffre actuellement de plusieurs problèmes dus, les uns à l‟âge avancé des constructions, les autres à la mauvaise portance du sol et à l‟état du sous-sol. En effet, sur l‟ensemble du parc existant, 85% des bâtiments, laissent apparaître des signes de vétusté, plus au moins avancés et qui, dans certains cas, menacent la stabilité des constructions et la sécurité des citoyens.
Matériaux utilisés :Concernant les matériaux de construction utilisés, il y a lieu de noter que :
– pour l‟habitat traditionnel qui représente 54% du parc des constructions, la terre battue constitue, seule ou associée aux moellons ordinaires, le matériau de construction prépondérant ;
– 38% de ce parc sont construits en terre consolidée avec des matériaux plus résistants ;
– les 8% restants sont édifiés en matériaux modernes ou récents couramment utilisés (Agglos en béton, structure en béton armé…).
Il faut signaler dès maintenant que la terre utilisée dans les constructions, a été extraite directement des carrières souterraines, qui ne sont autres que les sous-sols de ces mêmes constructions.
Problématique des cavités souterraines ou Kehfs : Le sous-sol de la Médina de Béni-Mellal recèle donc un nombre très important de cavités et «grottes» souterraines. Ces vides sont situés à de faibles profondeurs et présentent des formes et des tailles variables. La plupart des cavités recensées est située sous les constructions et débordent parfois sous les voies et les endroits publics. Ces «grottes» et cavités font partie de l‟histoire et de la légende de Béni-Mellal. Que n‟a-t-on inventé sur leur formation, leur origine, leur distribution, leur utilisation et le danger qu‟elles représentent ! La géologie en particulier a été malmenée ; on a parlé de karstification, en raison de la présence du Lias dans l‟Atlas tout proche sans doute, alors que le sous-sol de la médina date du quaternaire et qu‟il est essentiellement détritique. Il n‟en reste pas moins que ces cavités ont été une préoccupation constante pour les autorités locales, en raison d‟accidents, mortels quelquefois, et des problèmes réels posés pour toute nouvelle construction et tout aménagement. Plusieurs études ont ainsi été lancées au cours des cinquante dernières années, qui souvent ne couvraient qu‟un aspect du problème et qui la plupart du temps répétaient les mêmes explications et les mêmes scénarios, fantaisistes bien souvent, faute d‟un travail de terrain sérieux et faute sans doute de la présence de géologues et plus généralement de «géoscientifiques» dans les équipes au travail. Certains rapports sont allés jusqu‟à proposer le déplacement de toute la population de la médina dans la périphérie de Béni-Mellal. Quels sont les faits reconnus et acceptés aujourd‟hui ? Il existe des caves ou cavités, sous la très grande majorité des habitations et sous la voirie. Un certain nombre peuvent être visitées ; d‟autres sont connues par la population et désormais inaccessibles. Elles ont répondu et répondent encore à différents besoins (fig. 1.2 à 1.4) :
– sources de matériaux de construction, à l‟origine ;
– lieux de refuges contre les ennemis et les intempéries, dit-on ;
– dépôts d‟approvisionnements ;
– lieux d‟activités artisanales ;
– décharges sauvages ;
– puisards pour les eaux usées et les eaux pluviales.
Pour ces deux dernières raisons, il est clair que l‟état des ces cavités souterraines ne cessent de se dégrader avec le temps (fig. 1.5 et 1.6) et que des accidents sont à redouter chaque année. Les autorités locales, régionales et nationales sont en attente d‟un diagnostic aussi précis que possible et de recommandations, pour prendre des décisions. La géophysique et plus généralement les géosciences sont appelées à jouer un rôle majeur.

Les travaux antérieurs

   Le problème des Khefs se pose aux autorités de Béni- Mellal depuis plusieurs dizaines d‟années. Un projet spécial a été lancé dès 1978 qui a été confié à un bureau d‟étude géotechnique allemand. Le rapport est de très grande qualité sur le plan des observations. En revanche certaines hypothèses sur la formation des cavités et les solutions proposées pour la remédiation sont plus que discutables. Par ailleurs tous les travaux d‟infrastructures réalisés pour la ville de Béni Mellal et en particulier pour la Médina, ont dû prendre en compte l‟existence des cavités, si bien que plusieurs chapitres des rapports techniques rédigés traitent des cavités. Une liste non exhaustive de ces rapports est fournie ci-dessous :
– Documentation interne de l´Agence Urbaine
– Rapports techniques de la municipalité
– Articles et publications universitaires
– Thèses et mémoires de fin d‟études
– Schémas directeurs d‟aménagement réalisés en 1978
– Rapports techniques du Laboratoire Public d´Essais et d´Etudes
– Rapports du Régie Autonome de Distribution de l´Eau et de l´Electricité de la région Tadla-Azilal (RADEET).
– Monographies de l´Agence du Basin Hydraulique et du Ministère de ´énergie et des mines
Pour la plupart, les rapports d‟ingénieurs sont ceux de spécialistes dans leur domaine et non en géologie ou en géotechnique. Le plus souvent, les informations géologiques et les hypothèses sur la formation des cavités ont été «copiées» d‟un rapport à l‟autre. Il est clair qu‟elles ne reposent sur aucune visite, ni sur aucun travail de terrain. Elles ne peuvent pas être considérées comme des sources fiables. La solution la plus sage est de les ignorer, sous peine de graves erreurs de compréhension et d‟interprétation. Nous présentons trois coupes extraites du rapport de 1978, sur une cavité et sur deux puits qui ne peuvent plus être visités aujourd‟hui. Ces coupes sont en excellent accord avec celles que nous avons relevées ultérieurement, au cours de nos propres visites sur d‟autres sites (fig. 2.3.1 à 2.3.3). On note une grande variabilité dans la couche sommitale, à la fois dans son épaisseur et dans sa nature entre deux stations voisines : le puits P II (fig. 2.3.1) et le Khef BATA (fig. 2.3.2). On note également une différence dans la nature des formations détritiques : graviers et sables et limons dans le Puits II, contre marnes sableuses dans le Puits I (fig. 2.3.3), avec inter stratification de calcaires plissés correspondant à des dépôts de source dans les trois cas.

Création d’un SIG

   L‟objectif final de ce projet étant la remédiation, éventuellement la valorisation des cavités, mais aussi et surtout l‟aménagement ultérieur et la rénovation de la Médina, il était indispensable de créer un Système d‟Information Géographique dans le cadre de nos investigations. C‟est aussi bien sûr, le meilleur moyen d‟archiver les informations qualitatives et quantitatives relatives à la géologie, la géophysique, la géotechnique et aux enquêtes. Il a été réalisé dans notre laboratoire, dans le cadre de ce projet. Ce travail est incorporé dans une thèse qui sera soutenue très prochainement à l‟université de Oujda (K. ElKhamarri, 2008).

Rappel : Principe de l’électromagnétisme en champ proche

  Les méthodes électromagnétiques en basses fréquences et en champ proche décrites ici, sont des méthodes utilisant comme émetteur et récepteur des dipôles magnétiques (boucles) verticaux ou horizontaux par rapport au sol. Elles portent le nom courant de méthodes Slingram, qui décrit le dispositif et aussi le nom de méthodes électromagnétiques à faibles nombres d‟induction, par opposition aux méthodes à champ lointain, dites à grand nombre d‟induction. La source, c’est-à-dire le dipôle émetteur génère un champ magnétique primaire Hp à une fréquence donnée f, via une bobine d’induction reliée à une source oscillante (Mc Neill, 1980a; 1980b). Le champ magnétique primaire variable dans le temps – sinusoïdal- induit dans le sous-sol conducteur, un courant primaire, dont l‟intensité est proportionnelle à la conductivité du milieu. Ce courant primaire créé un champ magnétique secondaire, qui est mesuré par le dipôle magnétique de réception. Le schéma ci-dessous (fig.3.4.1), extrait d‟un manuel de prospection  minière (Chouteau, 2001) illustre la détection d‟un filon minéralisé conducteur vertical. Il met en évidence les lignes de force des champs magnétiques, primaire et secondaire et le mode de représentation des résultats.

Table des matières

Introduction
Chapitre 1 
La Médina de Béni-Mellal
Histoire et Géographie
Les problèmes posés par les Khefs
1.1- Historique 
1.2- Cadre géographique et géomorphologique 
1.3- Situation administrative 
1.4 – Données démographiques et conditions d‟habitat dans la médina 
1.5 – Equipement et infrastructures de la médina 
1.6 – Etat du cadre bâti 
1.7 – Problématique des cavités souterraines ou Kehfs 
Chapitre 2 
Cartographie des cavités – Méthodologie
Etudes préliminaires à la géophysique
2.1 – Etude bibliographique 
2.2 -Méthodologie – Détection de cavités souterraines 
2.3 – Les travaux antérieurs 
2.4 -Géologie de la région de Béni-Mellal et de la Médina 
2.4.1-Contexte géologique général
2.4.2 – Géologie de la Médina
2.5 –Climatologie 
2.6 – Hydrologie 
2.7 – Hydrogéologie 
2.8 – Enquêtes – Visites 
2.9 -Création d‟un SIG 
2.10 – Synthèse – Importance de l‟activité anthropique 
Chapitre 3 
Application des méthodes géophysiques
Méthodologie
Trois méthodes d’investigation locale
Sismique – Tomographie électrique
Electromagnétisme en champ proche
3.1 – Méthodologie 
3.1.1- Choix des techniques géophysiques
3.1.2- Le programme de mesures géophysiques
3.2 – Sismique : Etude des arrivées premières
3.2.1 – Rappel : Principe de la sismique réfraction
3.2.2 – Exemples de résultats
3.3 – Tomographie électrique 
3.3.1- Rappel – Principe de la méthode
3.3.2 – Résultats dans la zone test
3.4 – Electromagnétisme en champ proche 
3.4.1 – Rappel : Principe de l‟électromagnétisme en champ proche
3.4.2 – Grandeurs mesurées
3.4.3 – Résultats attendus: détection de cavités par méthodes en champ proche
3.4.4 – Méthodologie
3.4.5- Etude de la zone expérimentale de la médina
Chapitre 4 
Le Radar géologique
Corrélation entre les différentes méthodes
4.1 – Le radar géologique
4.1.1- Rappel – Principe
4.1.2- Grandeurs mesurées
4.1.3- Résultats attendus
4.1.4. Détermination des vitesses
4.1.5-Détermination des profondeurs et des épaisseurs
4.1.6-Traitements spécifiques
4.1.7- Détection de cavités par méthodes radar
4.2. Méthodologie 
4.2.1- Domaines d’application
4.2.2-Déroulement d’une campagne de mesure
4.2.3- Caractéristiques générales des équipements de mesure
4.2.4-Généralités sur l‟interprétation des mesures
4.2.5-Limites de la méthode
4.3 – Programme de mesures à Béni- Mellal 
4.4 – Etude détaillée de la zone expérimentale de la médina
4.4.1 – Objectif – Programme
4.4.2 – Equipement – Paramètres d‟enregistrement
4.4.2.1- Le radar impulsionnel
4.4.2.2- Les antennes
4.4.3 – Examen des radargrammes-Typologie des réflexions
4.4.3.1- Traitement des données
4.4.3.2 – Typologie des réponses de l‟environnement et des réflecteurs
4.4.4 – Interprétation quantitative de radargrammes
spécifiques – Contrôle par des forages
4.4.4.1 – La ruelle dite de la Souscription : Profils 24 et 25 (400 MHz) et 59 (200 MHz)
4.4.4.2 – L‟avenue Chouada : Profil 214
4.4.4.3- Cinq profils supplémentaires et six forages de contrôle
4.4.4.4-Synthèse
4.4.5 – Modélisation – Compléments de traitement
4.4.6 – Contribution à la cartographie des cavités sur l‟ensemble de la Médina
4.5 – Corrélations entre les différentes techniques 
4.5.1 – Tomographie électrique et Radar
4.5.2 – Electromagnétisme et Radar
Chapitre 5 
Synthèse – Recommandations
5.1 – Application des méthodes géophysiques 
5.1.1 – Le radar géologique
5.1.2 -L‟électromagnétisme en champ proche
5.1.3 -La tomographie électrique
5.1.4 – La sismique
5.1.5 – La microgravimétrie
5.1.6 – Les forages de contrôle
5.1.7 – Diagraphies, imagerie et géophysique de forage
5.2-Cartographie des cavités de la Médina de Béni-Mellal 
5.3 – Réponses aux questions posées par les responsables du projet – Conclusions partielles 
5.3.1 -Conclusion générale
5.3.2 – Conclusions particulières
5.4 – Recommandations 
5.4.1 – Recommandations générales
5.4.2 – Recommandations particulières
5.4.3 – Exemples de projets à court terme
5.4.3.1 – Sécurité
5.4.3.2 – Sauvegarde – Valorisation
5.4.3.3 -Assainissement – Eaux pluviales – Eau potable
5.4.3.4 -Préparation de la validation du Projet d‟Aménagement de la Médina – Tests géotechniques
5.4.3.5 – Opération phare
5.4.3.6 – Constitution de l‟Equipe Technique Spécialisée (ETSM)
5.4.3.7 – Opération pilote de l‟ETS, accompagnée d‟une opération «Radar de puits et forages»
5.4.3.8 – Le Projet d‟Aménagement de la Médina (PAM ?)
Conclusions
1 – L‟apport dans le domaine géophysique :
2 – Apport à la cartographie des cavités de la Médina, en réponse à la demande de l‟Agence Urbaine
3 – Des préconisations pour les travaux à entreprendre dans la Médina à la suite de cette étude
Bibliographie

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