Sujet :

Variabilité spatio-temporelle de l’organisation des écoulements des différents compartiments de l’aquifère karstique par analyse des réponses naturelles : développement méthodologique appliqué au système de l’Ouysse

Contexte :

Les milieux souterrains karstiques sont le siège d’écoulements rapides à la faveur des discontinuités du milieu (fractures, diaclases, failles et cavités karstiques) dans lesquelles la composition des eaux souterraines peut varier brusquement. L’absence de filtration des eaux souterraines et la rapidité des transferts rendent la ressource en eau en milieu karstique hautement vulnérable aux risques de pollution. La prévention des risques de pollution et la préservation de la qualité des eaux souterraines est un enjeu majeur, notamment en regard de l’exploitation des captages pour l’alimentation en eau potable, qui nécessite la connaissance de la dynamique des transferts dans les différents niveaux du karst, et leur influence sur la géochimie des différents réservoirs (aériens et souterrains), notamment au travers des équilibres eau-roche et des phénomènes dilutifs liés au mélange de plusieurs masses d’eau. Le système karstique de l’Ouysse (Causses du Quercy) est exceptionnel du fait de la taille de son bassin versant hydrogéologique (de l’ordre de 650 km²) et se caractérise par une alimentation binaire (pour partie provenant de pertes en amont du massif calcaire, et pour partie provenant de l’impluvium karstique local), et par une très grande rapidité des transferts souterrains. Cette ressource en eau est exploitée pour l’adduction en eau potable en plusieurs points du système alimentant en eau potable les villes de Gramat, Rocamadour et Gourdon, et représente ainsi plus de la moitié de la ressource exploitée pour l’alimentation en eau potable du département du Lot.
La modélisation des écoulements en milieu fissuré fortement hétérogène reste un verrou scientifique important du fait de la non-application des lois d’écoulement classique du milieu poreux telle la loi de Darcy ou l’équation de diffusivité. Les particularités de ces systèmes sont leur hétérogénéité, leur non-linéarité, et la non-stationnarité de la réponse hydrodynamique. Ceci est lié notamment à la structure du milieu (double porosité, double perméabilité), au type d’écoulement non laminaire, à l’organisation des écoulements (drainage hiérarchisé), et à l’hétérogénéité de la structure même de l’hydrosystème (compartiments multiples avec des fonctionnalités différentes). Ces points sont particulièrement cruciaux, notamment lors des épisodes de crue, lorsque le transport de matières turbides est susceptible de dégrader significativement la qualité des eaux. L’étude de ce système karstique doit permettre de faire progresser les modèles conceptuels de fonctionnement hydrogéologique des aquifères karstiques et d’améliorer la connaissance de cet hydrosystème, en vue d’améliorer la protection de la ressource.
Les partenaires de ce projet sont les gestionnaires de la ressource (Agence de l’eau Adour-Garonne, Conseil Départemental du Lot, le Parc naturel régional des Causses du Quercy, et le CEA (dans le but d’améliorer les connaissances du contexte hydrogéologique local d’un site d’intérêt afin d’optimiser sa stratégie de surveillance de l’environnement). Ce projet postdoctoral permettra donc la mise en oeuvre d’une démarche coordonnée et solidaire de gestion de l’eau à l’échelle du bassin-versant de l’Ouysse.

Objectif :

L’objectif de ce travail de recherche en hydrologie du milieu souterrain est la compréhension approfondie de la structure du système karstique de l’Ouysse et des modalités de transfert de l’eau souterraine, dans le but de préserver la qualité de la ressource en eau et de développer un réseau de surveillance de l’environnement. Ce travail de recherche s’attachera, en collaboration directe avec le Parc Naturel Régional des Causses du Quercy, à l’exploitation et à la modélisation des données issues des stations de mesure en continu actuellement en fonctionnement sur le site pilote de l’Ouysse, site majeur et original en France pour l’analyse des réponses naturelles aux évènements pluvieux dans les différents compartiments de l’aquifère karstique. On s’attachera à caractériser l’organisation spatio-temporelle des écoulements souterrains dans le système karstique, notamment les temps de transfert et l’inertie du système. Plusieurs méthodes de traitement du signal seront proposées : des méthodes innovantes (analyse en composante indépendante), seront couplées à des méthodes plus classiques (analyse corrélatoire, analyse spectrale, analyse en ondelette) pour préciser le fonctionnement hydrogéologique du système karstique de l’Ouysse. L’analyse de ces réponses doit permettre in fine de faire progresser les modèles conceptuels de fonctionnements hydrogéologiques des systèmes karstiques.
Ce projet s’articule autour d’un sujet postdoctoral dont le but est d’exploiter, sur au moins un cycle hydrologique annuel, les données issues des différents réseaux de mesure hydrologiques actuellement en fonctionnement dans le réseau de l’Ouysse, afin d’en caractériser la structuration, l’organisation et le fonctionnement hydrologique, grâce à la modélisation.

Contact :

Pierre CRANCON
CEA/DAM Ile-de-France – Bruyères-le-Châtel, 91297 Arpajon
Tél. : 01.69.26.40.00. – pierre.crancon@cea.fr