Contribution des eaux souterraines karstiques

aux débits des cours d’eau, impact des

prélèvements et modalités de gestion

1er octobre 2013, agence de l’eau Rhône Méditerranée Corse

Journée « Les eaux souterraines dans la gestion des milieux aquatiques »

Hervé JOURDE Maître de conférence,

Université Montpellier 2 HydroSciences Montpellier

• Structuration horizontale

• Structuration verticale

Les réseaux karstiques

Matrice (blocs fissurés)

Conduit

ZNS

ZS

Karsts profonds du Midi de la France

Littoral

Rias

Arrière

pays

Audra et al.,

2004

65% des réseaux profonds

En France

Karsts Nord-Montpelliérains (Garrigue et Larzac)

Hérault

Vidourle

Lez

Mosson & Coulazou

Augmentation du potentiel de karstification

- 1500 m

"Crise de salinité" - 5,6 Ma -> - 5,32 Ma

Karsts Méditerranéens au Messinien

Surface d’érosion messinienne

Grabens

oligocènes

Bassin versant

miocène

De l’Hérault

3 Facteurs de la structuration des karst Nord-Montpelliérains Courtesy of

H. Camus

Reculées

karstiques

- 500/-1000 m ? Surface d’érosion

messinienne

Marge carbonatée

Du Golfe du Lion

=

Aquifère karstique

unique

Pas de

canyon

messinien

Réseau

Hydrographique

Dynamique de cette structuration

-5,6 à -5,32 Ma

Circulations

au travers de "fenêtres

hydrogéologiques" Courtesy of

H. Camus

- 1500 m

Karsts Méditerranéens au Pliocène

-5,32 Ma -> - 2 Ma

+ 80 m

Blocage hydraulique en aval des reliefs

et fermeture des systèmes karstiques

Fractionnement en plusieurs aquifères karstiques

Marge carbonatée

Du Golfe du Lion

=

Aquifère karstique

unique

karsts

LEZ

Gourneyras

Fontanilles

Cents Fonts

Balaruc

Vis

Buèges

Mas de Banal

Remontée du niveau de la mer au Pliocène (-5,32 à -2 Ma)

Courtesy of

H. Camus

Conséquences des processus de karstification

Event de Brun, vallée d'Arre

Photo : C.Ghommidh

Conduits karstiques épi-phréatique

Caucolière, Les Matelles

Photo : H. Jourde

Conséquences des processus de karstification

Conduits karstiques noyés

Photo : F. Vasseur

Photo : F. Vasseur

Karsts Nord-Montpelliérains

Hérault

Vidourle

Lez

Mosson & Coulazou

Intérêt du site :

Bassin hydrologique caractéristique de

nombreux fleuves périméditerranéens

Apr-04 Oct-04 Apr-05 Oct-05 Apr-06 Oct-06

0

50

100

150

200

250

H a

mo

nt

(cm

)

0

100

200

300

H a

va

l (c

m)

Cours d’eau temporaire/éphémère ( Oued) Monitoring network for data acquisition at a 5min interval

[1]

[3]

[1]

[3]

Interactions karst/rivière et crues de surfaces

Bassin du Coulazou

(www.medycyss.org)

[2]

Cavité karstique

Courtesy of M. Desbordes

Precipitations :

Climat Méditerranéen

Pic Saint Loup & Hortus

Photo : H. Jourde

Niveau d’eau en W (Piézomètre) : proxy de l’état hydrique du

karst et de l’activation du réseau de drainage supérieur

Niveau d’eau en C (Cavité karstique) : proxy des interactions

karst/rivière

W (Piézomètre) [1

] [3]

[2]

W

Analyse des proxies

[1]

[3]

Bassin du Coulazou

(www.medycyss.org)

[2]

Bailly-Comte, Jourde, et al.

(Journal of Hydrology 2009)

Classification des interactions Karst/Rivière

Karsts Nord-Montpelliérains

Hérault

Vidourle

Lez

Mosson & Coulazou

Aquifère de type karst barré (localisation des sources au

niveau des failles majeures)

Débit moyen journalier

(1970-2010)

2200 l/s

Surface du Bassin

d’alimentation

~150 Km2

Débit spécifique 15 l/s/ Km2

Altitude médiane 280 m

Source du Lez

Karst du Lez

Débit d’étiage (~450 l/s avant pompage)

Prélèvement (1982-2012) ~1100 l/s (AEP Agglomération Montpellier)

Débit réservé actuel de 160 l/s (Equilibre écologique du

cours d’eau), réévaluation en cours

Hautes eaux

Basses eaux

Source du Lez, Topographie Simplifiée Mazzilli, 2011. Original topography by P. Rousset (G.E.P.S. diving group, 1972)

"Gestion active" de la ressource en eau

Q prélèvement > Q source (étiage) Variation saisonnière de la piézométrie

Pompage à la source du Lez : Sollicitation des réserves renouvelables

Augmentation de l’espace disponible pour les eaux météoriques infiltrées

Source du Lez

Avant la crue

Pompage

Stockage d’eau par le karst

Rôle de "barrage écrêteur de crues"

"Gestion active" de la ressource en eau

Sollicitation de la ressource

Après la crue

Vtemp

Au pic de crue

Vs Vstock

Renouvellement de la ressource

Jourde, et al.

(Journal of Hydrology 2013)

Karstification profonde ?

Degré de connectivité du karst ?

Apport des données

hydrochimiques et

hydrodynamiques

Hydrochimie Sce Lez

High waters

Dropping waters

Low waters

Piston-flow waters

Dilution waters

Différents types d’eau identifiées à l’exutoire

selon le contexte hydrologique

Infiltration rapide (COT, fluorescence naturelle)

Eaux anciennes (Cl, Mg…, plus minéralisée)

Bicalho et al.

(Journal of Hydrology 2011)

Rainfall

Zone Tampon

Bicalho et al.

(Journal of Hydrology 2011)

Triadou

Lez Station

Bois des avants

Terrieu site

Gour noir

Tertiary

Upper Valanginian

Lower Valanginian

Upper Berriasian

Lower Berriasian

Jurassic

Hydrographic Bassin of Lez

Seasonal river

Lez river

Marls and

marly limestones

Lez aquifer

Hydrodynamique – Aquifère du Lez

Influence du débordement à la source sur la réponse hydrodynamique au piézomètre du Triadou (amplitudes distinctes)

Même comportement hydrodynamique sur les autres piézomètres d’observation

Flow at Lez spring

Triadou

Lez Station

Bois des avants

Terrieu site

Gour noir

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

11/4/12 21/4/12 1/5/12 11/5/12 21/5/12 31/5/12 10/6/12

Niv

eau

pié

zom

étr

iqu

e (m

)

No flow at Lez spring Transition

0

500

1000

1500

31/5 1/6 2/6 3/6 4/6 5/6 6/6 7/6 8/6 9/6 10/6 11/6 12/6 13/6

Pu

mp

ing

rate

(l/

s)

63.6

63.8

64

64.2

64.4

64.6

64.8

65

31/5 1/6 2/6 3/6 4/6 5/6 6/6 7/6 8/6 9/6 10/6 11/6 12/6 13/6

Tria

do

u's

pie

zom

etri

c le

vel (

m)

0

1000

2000

31/5 1/6 2/6 3/6 4/6 5/6 6/6 7/6 8/6 9/6 10/6 11/6 12/6 13/6

Spri

ng

flo

w (

l/s)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Lez spring altitude

Variabilité temporelle

Influence du débordement à la source sur la réponse hydrodynamique au piézomètre du Triadou (amplitudes distinctes)

Même comportement hydrodynamique sur les autres piézomètres

Flow at Lez spring

Triadou

Lez Station

Bois des avants

Terrieu site

Gour noir

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

11/4/12 21/4/12 1/5/12 11/5/12 21/5/12 31/5/12 10/6/12

Niv

eau

pié

zom

étr

iqu

e (m

)

No flow at Lez spring Transition

0

500

1000

1500

31/5 1/6 2/6 3/6 4/6 5/6 6/6 7/6 8/6 9/6 10/6 11/6 12/6 13/6

Pu

mp

ing

rate

(l/

s)

63.6

63.8

64

64.2

64.4

64.6

64.8

65

31/5 1/6 2/6 3/6 4/6 5/6 6/6 7/6 8/6 9/6 10/6 11/6 12/6 13/6

Tria

do

u's

pie

zom

etri

c le

vel (

m)

0

1000

2000

31/5 1/6 2/6 3/6 4/6 5/6 6/6 7/6 8/6 9/6 10/6 11/6 12/6 13/6

Spri

ng

flo

w (

l/s)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Lez spring altitude

Variabilité temporelle

Dausse et al.

(Karstflow, 2013

10. 100. 1000.0.01

0.1

1.

Time (min)

Dra

wd

ow

n (

m)

Obs. Wells

P10

Aquifer Model

Confined

Solution

Theis

Parameters

T = 0.7235 m2/secS = 0.000203Kz/Kr = 1.b = 500. m

Terrieu & Bois

10. 100. 1000.0.01

0.1

1.

Time (min)

Dra

wd

ow

n (

m)

Obs. Wells

TriadouGour

Triadou Δs = 0.3 m T = 9.6E-1 m²/s S = 2.0 E-2

D = 47 m2/s

Gour Noir Δs = 0.05 m

Terrieu & Bois Δs = 0.4-0.45 m T = 7.7E-1 m²/s S = 2.0 E-4

D = 3850 m2/s

Propriétés hydrodynamiques et géologie

Triadou

Lez Station

Bois des avants

Terrieu site

Gour noir

Sce du Lez Δs = 0.5 m Q = 1500 l/s

Dausse et al.

(Karstflow, 2013

Evidence d’une karstification profonde

Leonardi et al. 2013

(~ -200m NGF)

Conclusion & Perspectives

Une évolution paléo-géographique

propre au pourtour méditerranéen

Karsts profonds

Fortes interrelations karst/rivières

Des potentialités importantes pour

l’AEP future

Audra et al., 2004

Possibilité de substituer les prélèvements en surface par un prélèvement dans

le karst lorsque le cours d’eau est en déséquilibre quantitatif

Bassin du Lez (1982) : Quatre forages recoupant le drain collecteur & débit réservé

Bassin du Calavon : Deux forages (2005 & 2008) à grande profondeur (600 m)

Lez en crue – Prades le Lez

Photos : H. Jourde