173 Fonctionnement hydrodynamique et différenciation ...· manera temporal unas capas de agua suspendidas

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Reu: avril 2003; Accept: septembre 2003 tude et Gestion des Sols, Volume 10, 3, 2003 - pages 173 190

173

J. Nicole(1, 2), Y. Coquet(1), P. Vachier(1), J. Michelin(1), L. Dever(2)

(1) UMR Environnement et Grandes Cultures, INRA/INAPG, BP 01, 78850 Thiverval-Grignon

(2) Laboratoire d'Hydrologie et de Gochimie Isotopique, Btiment 504 - Universit Paris-Sud, 91405 Orsay Cedex

RSUM

La stratification des matriaux gologiques du plateau des Alluets-Le-Roi (Yvelines) est classique dun bon nombre de plateaux de la rgionparisienne : un placage de limons dune paisseur de deux mtres repose sur une formation dargile meulires de Montmorency qui cou-ronne les sables et grs de Fontainebleau. La formation dargile meulires constitue un impermable discontinu sur lequel peut se for-mer une nappe perche temporaire. Lobjectif de cette tude est de caractriser le fonctionnement hydrodynamique dune parcelle du pla-teau et sa relation avec lvolution pdogntique du limon carbonat originel.La localisation dans lespace et le suivi de la nappe temporaire nous ont permis de comprendre le fonctionnement hydrodynamique dusystme sol/sous-sol. Une partie importante des prcipitations ruisselle et se concentre pour sinfiltrer prfrentiellement dans les dpres-sions topographiques. Au droit de celles-ci se forment les dmes pizomtriques de la nappe. Celle-ci scoule latralement vers des exu-toires constitus par des chenaux ou fentres drainantes au sein de largile meulires, pour aller recharger la nappe sous-jacente dessables de Fontainebleau. Lextension locale de la nappe temporaire est faible : on compte 40 m de distance entre la zone de recharge etlexutoire. En relation avec les zones dcoulement prfrentiel de leau au sein de la couverture pdologique, une diffrenciation latra-le des sols est mise en vidence. Nous observons au niveau des dmes topographiques, la prsence dun LUVISOL dans lequel lengor-gement temporaire laisse des traces doxydo-rduction sous forme de taches et de concrtions ferro-manganiques. Par contre, au niveaudes dpressions topographiques, correspondant aux zones dinfiltration prfrentielle de leau, lvolution pdogntique est telle que lonrencontre un LUVISOL-RDOXISOL DGRAD plus ou moins glossique. Ltude gophysique de la parcelle par la mthode lectrique (Wennerstandard) a permis dobtenir une image quasi-continue de la rpartition de la rsistivit dans le sol. On constate une bonne analogie entrela rsistivit apparente et lorganisation de la couverture pdologique. Ainsi, il est possible de suivre la limite marque par le contraste dersistivit existant entre lhorizon E luvi et lhorizon BT illuvi, cette limite tant plus profonde dans les LUVSOLS-RDOXISOLS DGRADSglossiques.

Mots clsSol lessiv, pdogense, hydrologie, gophysique, nappe temporaire

Fonctionnement hydrodynamique etdiffrenciation pdologique dune couverture de sol limoneuxhydromorphe en Bassin Parisien

174 J. Nicole, Y. Coquet, P. Vachier, J. Michelin et L. Dever

tude et Gestion des Sols, 10, 3, 2003

SUMMARY

HYDRODYNAMIC BEHAVIOUR AND PEDOLOGICAL DIFFERENTIATION OF A HYDROMORPHIC LOAMY SOIL COVER NEARPARIS

The geological stratification of the plateau of Alluets-le-Roi is typical of the Parisian Basin. A 2-m layer of loam covers a buhrstone claybed called Argile Meulires that crowns the sands and sandstones of the Sables de Fontainebleau formation. The clay bed consti-tutes a discontinuous aquitard on which a temporary perched water table may be formed. The purpose of the study was to characterisethe hydrodynamic behaviour of this vadose zone and its linkage to the pedogenetic evolution of the original carbonated loam.The dynamics of the temporary perched water table was monitored by 16 piezometers spread on a 80-m long, 10-m large, 2-m deep soilvolume of a cropped field (planche 1). Piezometric domes appear straight under local topographic depressions (about 40 cm variation inaltitude) identified by a detailed DEM of the area. Field observations showed runoff concentration and preferential infiltration in these depres-sions (figure 1). The temporary perched water table flows out laterally to draining windows or channels located within the clay bed (figu-re 2), and recharges the underlying sand aquifer. The lateral extension between the refill and discharge zones is around 40 m.At the localisation of the topographic domes, LUVISOLS can be observed (figure 4) in which temporary saturation leaves redox reddish-brownmottles and iron-manganic concretions. Under the topographic depressions, pedogenetic evolution is more intense with glossic, drained,albic LUVISOLS - REDOXISOLS DEGRADES. On a 40 m transect, the lateral differentiation of the soil cover could be related to preferential infil-tration zones.A quasi-continuous 2D-distribution of the ground resistivity was obtained by a geoelectrical exploration (standard Wenner) along the tran-sect. The resistivity map related well with the pedological differentiations observed within the transect (figure 7). The limit between the elu-viated E horizon and the illuviated BT horizon which is deeper in the LUVISOLS - REDOXISOLS DEGRADE could be matched with a strongresistivity contrast (planche 2).

Key-wordsLUVISOL, pedogenesis, hydrology, geophysics, temporary water table

RESUMENFUNCIONAMIENTO HIDRODINMICO Y DIFERENCIACIN EDAFOLGICA DE UNA COBERTURA DE SUELO LIMOSOHIDROMRFO DE LA CUENCA DE PARS (FRANCIA)

La estratificacin de los materiales geolgicos de la meseta de Alluets-le-Roi es tpica de las mesetas de la cuenca de Pars : una capade limo de dos metros de espesor constituida por un estrato de arcilla con pedernal coronando las arenas y areniscas de la formacinllamada Sables de Fontainebleau. El estrato de arcilla forma una barrera impermeable discontinua sobre la cual pueden aparecer demanera temporal unas capas de agua suspendidas. El objetivo de este estudio es caracterizar el funcionamiento hidrodinmico de unaparcela de la meseta y su relacin con la evolucin edafogentica del limo carbonatado original.El seguimiento con diecisis piezmetros (planche 1) de la capa suspendida temporal ha permitido comprender el funcionamiento hidro-dinmico del sistema suelo/subsuelo. As se muestra que una gran parte de las lluvias escorrentian y se renen para infiltrarse preferentementeen las depresiones topogrficas (figure 1). Unos domos piezomtricos de la capa aparecen bajo las dichas depresiones. La capa se des-plaza lateralmente hacia exutorios constituidos de canales o huecos dentro de la arcilla con pedernal (figure 2) para ir a recargar la capasubyacente en la Sables de Fontainebleau. La extensin local de la capa temporal resulta corta : cuarenta metros de distancia entrela zona de recarga y el exutorio.A nivel de los domos topogrficos se encuentra un LUVISOL (figure 4) en el que la hidromorfa temporal provoca alternancias de poten-ciales de oxido-reduccin con la aparicin de manchas y concreciones ferromangnicas. En cambio, a nivel de las depresiones topogr-ficas, la evolucin edafogentica es mas importante : se encuentra un LUVISOL - REDOXISOL DEGRADE ms o menos glsico. As pues encuarenta metros de largo se nota una diferenciacin lateral de los suelos en relacin con las zonas de flujo preferencial del agua dentrode la cobertura edafolgica.El estudio geofsico de la parcela con el mtodo elctrico (Wenner estndar) ha permitido obtener una imagen casi continua de la distri-bucin de la resistividad en el suelo. Se observa una buena correlacin entre la resistividad aparente y la organizacin de la coberturaedafolgica (figure 7). Gracias a ello, es posible seguir el lmite marcado por el contraste de resistividad que existe entre el horizonte Ey el horizonte BT, este lmite siendo ms profundo en los LUVISOLS - REDOXISOLS DEGRADES (planche 7).

Palabras claveLUVISOL, edafognesis, hidrologa, geofsica, capa temporal.

La prservation des ressources en eau, comme la protec-tion de lenvironnement, est devenue une priorit. La com-prhension des mcanismes de contamination des eauxsouterraines ncessite la description et la prvision des transfertsde masse (eau, soluts) au sein de la couverture pdologique. Leproblme de la pollution des nappes est lorigine de nombreux tra-vaux: influence des pratiques culturales sur la pollution des eaux sou-terraines (Levesque, 1982; Decau et Pujol, 1992), analyse destransferts hydriques dans le sol (Musy et Souter, 1991), sensibilitdu milieu linfiltration (Cam et al., 1996). Pour pouvoir tre utiliss des fins prdictives, des modles numriques comme Agriflux(Dupuis et al., 1997), STICS (Brisson et al., 1998), HYDRUS-2D(Simunek et al., 1999) visent dcrire les transferts deau dans lesol.

Sur le site dtude choisi, il est important de comprendre au pra-lable le fonctionnement hydrodynamique du sol qui guidera le choixdu modle appropri, puis de tester et de valider le modle partirde donnes de terrain. C'est pour partie dans ce cadre que s'inscritle travail prsent ici.

La nappe des Sables de Fontainebleau (Oligocne) est recou-verte par les formations de Beauce (plateaux forms par les calcairesde Beauce et/ou largile meulires de Montmorency). Dans lesdpartements des Yvelines et de lEssonne, elle est largementexploite pour l'alimentation en eau potable, car productive et fai-blement minralise, mais elle reste nanmoins vulnrable (Mercier,1981). En effet, l'essentiel de la recharge par les prcipitations esteffectu via les plateaux, majoritairement cultivs, avec une infiltra-tion moyenne annuelle estime 80 mm.an-1 (Andr et Roussel,1978). Lassise gologique argile meulires, classiquement com-prise dans la dnomination Calcaires Oligo-miocne est consi-dre comme un niveau globalement semi-permable pour uneapproche petite chelle de la recharge de la nappe Oligocne(Bariteau, 1996).

Dune paisseur de 3 7,5 m (Goguel et al, 1967), la formationdargile meulires de Montmorency est vraisem