Étude hydrogéologique de la partie ouest du Causse de Sauveterre et de ses Avants-Causses. Apport des traçages.

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Conference: CFH - Colloque Hydrogéologie et karst au travers des travaux de Michel Lepiller, Volume: p. 157-168
Abstract
DANNEVILLE L., BLAVOUX B., BRUSSET S., BRUXELLES L. et MANGIN A. – 2008. - Étude hydrogéologique de la partie ouest du Causse de Sauveterre et de ses Avants-Causses. Apport des traçages. In : CFH - Colloque Hydrogéologie et karst au travers des travaux de Michel Lepiller, 17 mai 2008, p. 157-168.
1
Étude hydrogéologique de la partie ouest du Causse de
Sauveterre et de ses avants-Causses. Apport des traçages.
15èmes journées techniques du CF de l’AIH
Hydrogéologie et karst au travers des travaux de Michel LEPILLER
16 mai 2008
Laurent DANNEVILLE
1
, Bernard BLAVOUX
2
, Stéphane BRUSSET
3
, Laurent
BRUXELLES
4
, et Alain MANGIN
5
1
Parc Naturel Régional des Grands Causses, 71 Bd de l'Ayrolle, BP 126 12101 Millau
Cedex (France) - laurent.danneville@parc-grands-causses.fr
2
Université d’Avignon, Laboratoire d’hydrogéologie, Faculté des Sciences, 33 rue Louis
Pasteur 84000 Avignon (France) - bernard.blavoux@univ-avignon.fr
3
Laboratoire des Mécanismes et Transferts en Géologie, UMR 5563 UR 154 CNRS
Université Paul Sabatier IRD, 14, avenue Edouard Belin - 31400 Toulouse (France) -
stephane.brusset@lmtg.obs-mip.fr
4
INRAP et UMR 8555 "Centre d'Anthropologie" - ZA des Champs Pinsons - 13 rue du
négoce - 31650 Saint-Orens-de-Gameville (France) - laurent.bruxelles@inrap.fr,
5
Laboratoire Souterrain du CNRS, 09200 Moulis (France) - mangin@lsm.cnrs.fr
1 Introduction
Cette étude qui se veut pluridisciplinaire a permis d’obtenir une vision hydrogéologique
générale du Causse de Sauveterre. Elle s’intègre dans une politique de protection des milieux
karstiques initiée par le Parc naturel régional des Grands Causses depuis 1995 (cf. figure 1).
Après une rapide description du contexte général, quelques résultats seront évoqués ainsi que
l’apport des traçages. Les principales conclusions que Michel LEPILLER avait exposées sont
reprises intégralement.
Figure 1 : études hydrogéologiques réalisées, en cours ou prévues sur le territoire du Parc
naturel régional des Grands Causses.
2
2 Objectifs de l’étude
Outre la connaissance physique du Causse de Sauveterre, plusieurs objectifs ont été identifiés
initialement, parmi lesquels :
- La détermination des bassins d'alimentation des principales sources karstiques ;
- La connaissance du fonctionnement et de la structure des aquifères karstiques ;
- L’évaluation de la ressource en eau souterraine
- l’incidence des activités humaines et les mesures de protection à mettre en œuvre lors
de la procédure de périmètres de protection.
Plusieurs disciplines comme l’hydrodynamique, l’hydrochimie, les traçages, la géologie et la
tectonique, et la géomorphologie ont été mises en œuvre pour réaliser cette étude.
3 Données générales
Le territoire d’étude possède une superficie d’environ 420 Km². Il est composé de 23
communes (14 dans le département de l’Aveyron et 9 dans le département de la Lozère).
Plusieurs sous entités composent ce territoire : le Causse de Sauveterre et ses prolongements
avec le Causse du Massegros au Sud-Est et le Causse de Sévérac au Nord, tous deux
appartenant aux formations du Jurassique moyen ; les avants-Causses liasiques (cf. figure 2).
Deux accidents majeurs de direction Nord Ouest Sud-Est recoupent ces entités : la faille des
Vignes et la faille des Palanges.
figure 2 : Contexte géologique et géomorphologique globale de la zone étudiée
Pour simplifier, on peut indiquer que deux grands aquifères sont présents : l’aquifère inférieur
composé des formations de l’Hettangien, du Sinémurien et du Domérien ; l’aquifère supérieur
qui démarre depuis les formations de l’Aalénien pour se terminer aux formations du
Portlandien (cf. coupe géologique jointe).
3
Figure 3 : coupe géologique simplifiée et aquifères principaux
L’existence de couvertures d’altérites et autres formations vestigiales peu perméables, ainsi
que le contact avec les formations du socle permo-triasique confèrent un caractère binaire à
plusieurs des systèmes étudiés.
C’est un territoire doté d’une multitude de sources (150 recensées au total). Les sources les
plus importantes sont situées sur les Grands Causses (cf. photographie 1) et les avants-
Causses présentent des sources plus nombreuses avec des débits plus faibles. La
hiérarchisation des écoulements est donc plus évidente dans l’aquifère supérieur.
Sur ces 150 sources recensées, 19 ont fait l’objet d’un équipement quantitatif (station
hydrométrique) et 120 ont fait l’objet d’un suivi hydrochimique. Un suivi mensuel complet a
été effectué pour une dizaine de ces sources (cf. figure 4).
Photographie 1 : source de Fontmaure qui sort dans les gorges du Tarn (trop plein de
la source de Beldoire).
4
4 Quelques résultats
Il n’est pas possible ici de présenter l’ensemble des bilans scientifiques, mais quelques
particularités seront évoquées.
4.1 Détermination des bassins d'alimentation
L’ensemble des méthodes utilisées a permis de définir une première carte des bassins
hydrogéologiques de ce territoire. On peut rappeler qu’aucune carte de synthèse
détaillée n’existait avant cette étude.
Un résultat majeur concerne le bassin des sources de Beldoire-Fontmaure qui, avec ses
130 km
2
, constitue le premier bassin de ce territoire. Il s’étend jusqu’à l’extrémité
Nord-Ouest du Causse. Les traçages, et notamment celui de la perte de Saint-Urbain
sur la commune de Campagnac, ont permis de mieux délimiter ce bassin. La distance
entre cette perte et la source de Beldoire est d’environ 15,8 Km (cf. figure 5).
Il semble avéré que l’approfondissement des gorges du Tarn soit le facteur principal
d’attractivité des eaux. Ceci est confirmé également par l’étendue du bassin de la
source de Rouveyrol au détriment du bassin des sources de l’Aveyron.
Autre résultat : il est confirmé que l’autoroute A75 passe sur les bassins de sources
captées : Cayrac qui alimente la commune de Sévérac-le-Château, Beldoire qui
alimente le camping du même nom, Rocaysou qui alimente la commune de Banassac
en Lozère.
4.2 Evaluation de la ressource en eau
Cette évaluation calculée à partir des volumes dynamiques (Mangin 1970) permet
d’estimer les réserves à plusieurs dizaines de millions de mètres cube. On peut
distinguer :
Des volumes supérieurs à 1,5 Mm
3
pour Beldoire et Cayrac, impliquant la présence
de réserves souterraines considérables;
• Des volumes compris entre 0,5 Mm
3
et 1,5 Mm
3
pour Bastide, Lestang, Mayrinhac,
Ségala et Verlenque ;
• Des volumes plus faibles, inférieurs à 0,5 Mm
3
, pour les autres sources.
4.3 Incidences des activités humaines (chimie)
D’une façon générale, la qualité des eaux est satisfaisante et aucun dépassement
majeur n’est à noter, exceptée une turbidité importante associée à des valeurs
bactériologiques élevées sur certaines sources. En revanche les suivis mensuels et
saisonniers permettent de distinguer des influences anthropiques ponctuelles ou
chroniques localisées sur certains bassins.
Les principales sources de pollutions détectées proviennent du salage des routes
(Source captée de Rocaysou, Source du Parisien), de la gestion de stations d’épuration
(Rouveyrol, Courtinaux) et de l’activité agricole (Source de l’Aveyron).
Certaines sources possèdent des qualités hydrochimiques excellentes. C’est le cas de la
source de Mas de Lafon par exemple sur la commune de Mostuéjouls dont le bassin
est peu anthropisé et où il existe des terrains de couverture permettant une bonne
filtration des eaux d’infiltration.
5
4.4 Vulnérabilité
4.4.1 Etablissement
A partir du croisement de la géologie, des formations superficielles, de la
géomorphologie karstique, des pertes et de l’occupation du sol, une carte de
vulnérabilité (cf. figure 6) a été établie dont l’objectif principal est de fournir des
éléments de réflexion pour :
- la définition des périmètres de protection réalisée par l’hydrogéologue agréé ;
- l’installation de futurs aménagements ou infrastructures (zones d’activités, stations
d’épuration, routes, entreprises artisanales ou industrielles, etc.…).
C’est le facteur I de la méthode RISKE qui est apparu primordial : facteur décrivant la
plus ou moins grande facilité que possède un polluant à rejoindre le réservoir aquifère.
De façon plus précise, ce sont les paramètres suivants, pondérés, qui ont été
sélectionnés pour établir une première version de la carte de vulnérabilité :
- la couverture (supérieure à 1 m) : absence ou présence ;
- la présence de vallon fluvio-karstiques : indice d’écoulement ancien superficiel et
indice d’écoulement souterrain préférentiel;
- la présence de dépressions : dolines, lapiez : indice d’une infiltration plus ou moins
rapide suivant la présence de formations superficielles plus ou moins épaisses;
- les pertes avérées : zone d’infiltration rapide;
- l’occupation du sol : 2 catégories de données sont utilisées ; forêt et pelouse, cultures
et prairies. Ce paramètre a également été retenu car il conditionne la vulnérabilité de
l’aquifère karstique aux pollutions.
4.4.2 Propositions de zones de protection pour les sources captées
Plusieurs classes de vulnérabilité ont été déterminées. Elles vont de la valeur 0 à la
valeur 11. La valeur 11 correspond à une vulnérabilité forte par rapport,
essentiellement, au critère infiltration. Ce sont les pertes qui sont mises en évidence à
ce niveau (l’infiltration est rapide ; elle peut s’effectuer en quelques heures voire en
quelques jours). Ce niveau pourrait être proposé comme Zone de protection immédiate
satellite.
En ce qui concerne les autres zones de protection, il apparaît de toute évidence, qu’une
zone de protection immédiate doit être effective au niveau du captage, ainsi qu’une
zone de protection rapprochée autour de celui-ci et enfin une zone de protection
éloignée.
En effet, pour l’ensemble des sources concernées, la présence d’un écoulement
permanent en période estivale indique des temps de séjour assez longs au sein de
l’aquifère, de l’ordre de l’année. Des précipitations dans une zone éloignée du bassin
d’alimentation vont donc mettre un certain temps avant d’arriver à l’exutoire. Cette
régulation est bien sûr aussi influencée par les systèmes annexes au drainage qui
permettent une alimentation continue du drain karstique principal.
C’est ainsi que les niveaux 0, 1 et 2 pourraient être proposés en zones de protection
éloignée et les niveaux 3 à 10 pourraient être proposés en zone de protection
rapprochée.
6
5 Apports des traçages
Les traçages s’avèrent indispensables dans l’établissement des études
hydrogéologiques à plusieurs titres :
- pour la détermination des bassins d’alimentation ils permettent de mieux fixer
leurs limites ;
- dans la compréhension du fonctionnement des systèmes karstiques ;
- dans l’estimation des réserves d’eaux souterraines ;
- et enfin dans l’estimation des impacts des activités anthropiques ou des pollutions
accidentelles (utilisation des pollutogrammes).
5.1 Vitesses apparentes
Les vitesses apparentes déduites des distributions des temps de séjour (DTS) ne
dépassent pas 100 m/h. Les vitesses les plus élevées ont été mesurées sur des systèmes
traçage dont l’entrée est une perte fonctionnelle (pertes des Sâgnes ou du Souci, de
Novis – source de Rouveyrol, perte du ruisseau de Serre au trou de Souci - source de
Glassac).
Distribution des valeurs de vitesses apparentes déduites des distributions des temps de
séjour des traçages réalisés dans la région étudiée
5.2 Volume d’eau tracé
Il n’existe pas de relation entre le volume d’eau tracé lors d’un traçage et le volume
estimé des réserves du système karstique. Le transit d’un traceur injecté en un point ne
s’effectue que selon un ensemble de trajectoires (système traçage) qui ne représentent
qu’un sous-ensemble des trajectoires constituant le système hydrologique karstique.
En revanche, l’écart entre ces deux volumes, généralement très important, peut
constituer un indicateur de la représentativité du résultat obtenu sur un système traçage
par rapport à l’ensemble du système karstique.
5.3 Système Beldoire-Fontmaure
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Effectif absolu
par classe
20 40 60 80 100
Classes de vitesses apparentes en
m/h (Vapp>)
TRACAGES SUR LES CAUSSES DE SEVERAC, DU
MASSEGROS ET DU SAUVETERRE OUEST
7
Les traçages ont permis la mise en évidence de l’incorporation au bassin du Tarn, par
drainage souterrain, du système de Beldoire-Fontmaure, et suite à l’enfoncement du
Tarn, d’une majeure partie de la surface du Causse de Sauveterre primitivement
drainée superficiellement vers le Lot.
La faible variabilité (de 44 à 55 m/h) de la vitesse apparente mesurée vers la source de
Beldoire à partir de points d’injection diversement situés et dans des conditions
hydrologiques variées (très basses à moyennes eaux) suggère l’existence d’un réseau
de drainage moyennement développé et alimenté en permanence par de puissantes
réserves.
5.4 Ajustement des limites hydrogéologiques
La limite entre le système de la source de la Verlenque (bassin hydrographique de
l’Aveyron) et celui de la source Rouveyrol (bassin hydrographique du Tarn) a pu être
placée entre la perte des Pradels et celle des Sâgnes. Ce résultat remet en cause les
colorations antérieures effectuées il y a plus d’une dizaine d’années. Ceci confirme le
rôle de l’abaissement du niveau de base régional contrôlé par le Tarn dans l’extension
vers l’ouest des systèmes drainés vers ce cours d’eau.
5.5 Existence d’un karst noyé au nord de la faille des vignes
Le traçage de l’aven de Cassagnes, situé à 200 m environ de la faille des Vignes, a
donné lieu, à la source de Mayrinhac, à une restitution dont les caractéristiques
révèlent probablement l’existence d’un karst noyé assez développé dans les formations
carbonatées qui présentent une épaisseur maximale en contact avec la faille.
L’existence d’un pic très aigu (valeur maximale de la D.T.S. apparue un peu plus de
25 h après l’injection indiquant une vitesse modale de 69 m/h) suivi d’une traîne très
étalée suggère que le traceur a très probablement transité sans difficulté vers un karst
noyé assez développé expliquant l’importance du volume d’eau tracé (830 000 m3).
5.6 Réflexions sur les traçages effectués
Une trentaine de traçages ont été réalisés, mais une dizaine n’ont pas fait l’objet d’une
restitution avérée. Les causes de cette non restitution sont multiples :
- certains traçages auraient demandé une masse de traceur sans doute plus importante
mais le facteur limitant était la présence de sources captées ;
- la quantité d’eau apportée n’a pas été suffisante pour remettre en fonctionnement la
cavité ;
- Y a-t-il une absorption du traceur dans le sable dolomitique argileux ? (des études
sont en cours)
En tout état de cause, lorsque l’injection s’est effectuée sur une partie fonctionnelle du
système karstique (zone noyée, petite circulation d’eau dans le fond d’un aven, pertes
de ruisseau, sources de plateau qui se perdent dans les formations sous-jacentes) il y a
eu systématiquement une restitution.
6 Conclusions et perspectives
8
Cette étude hydrogéologique générale pluridisciplinaire établie sur un grand territoire
a permis de mieux apprécier le fonctionnement et la structure des principaux aquifères
karstiques. Il s'agit d’une première vision hydrogéologique d'ensemble de la partie
Ouest du Causse de Sauveterre.
Il est bien évident que les investigations doivent se poursuivre, notamment sur la base
de : - traçages, afin de mieux cerner les limites des bassins hydrogéologiques parfois
définis avec une grande incertitude ;
- sondages, afin de mieux comprendre la vulnérabilité de l'aquifère et mieux
appréhender le fonctionnement de la zone épikarstique.
Les réserves souterraines de la zone karstique étudiée sont estimées à plusieurs
dizaines de millions de m
3
.
L'utilisation de diverses approches a montré tout son intérêt dans l'étude de ces
aquifères très complexes.
La mise en place des systèmes karstiques, notamment deux grands systèmes (Beldoire-
Fontmaure et Rouveyrol) est marquée par l’influence prépondérante du fort gradient
hydraulique résultant de l’incision creusée par le Tarn dans les formations carbonatées.
Ces systèmes étendent leurs aires de drainage vers l’ouest en se partageant plus de la
moitié de la surface étudiée.
D’une façon générale, le fait d'étudier une zone hydrogéologiquement cohérente, dont
les exutoires sont tous connus, permet de mieux appréhender les limites des différents
systèmes karstiques.
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Matériaux, Polytech’Orleans.
10
Figure 4 : Principaux exutoires de la zone d’étude et localisation des stations hydrométriques
11
Figure 5 : bassins d’alimentation des sources et traçages
12
Figure 6 : carte de vulnérabilité de la partie Ouest du Causse de Sauveterre et de ses avants Causses
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  • Approche pluridisciplinaire d'une région karstique pour l'exploitation et la protection de la ressource en eau
    • Lepiller Michel
    • Blavoux Bernard
    • Brusset Stéphane
    • Bruxelles Laurent
    • Danneville Laurent
    • Mangin Alain
    • Marchetlepiller M Pierre
    • Et
    • Ph
    -Michel LEPILLER, Bernard BLAVOUX, Stéphane BRUSSET, Laurent BRUXELLES, Laurent DANNEVILLE, Alain MANGIN, Pierre MARCHET, Approche pluridisciplinaire d'une région karstique pour l'exploitation et la protection de la ressource en eau. Application au Causse de Sauveterre (Sud de la France), ??? -LEPILLER M. ET MONDAIN PH. (1986), Les traçages artificiels en hydrogéologie karstique, Hydrogeologie, BRGM,1.,1986.
  • Contribution à l'étude hydrodynamique des aquifères karstiques (Contribution to hydrodynamic study of karstic aquifers) Thèse de Docteur en Sciences
    -MANGIN A. (1975) Contribution à l'étude hydrodynamique des aquifères karstiques (Contribution to hydrodynamic study of karstic aquifers) Thèse de Docteur en Sciences, Université de Dijon ;Annales de Speléologie, 1974,29,3, pp283-332 ;1974,29,4, pp495-601 ; 1975,30,1, pp21-124.
  • Article
    Using the correlogram and variance spectral density, the time series of rainfall and discharge of a hydrological system are analysed in a descriptive way differing from the traditional method. From a methodological viewpoint some computational working choices are made. Applied to three karstic systems in the Pyrenean Mountains (France-Spain), these analyses permitted a comparison and a study of the different reactions of these three systems. They showed the presence of memory effects which modulated the input rainfall for short, medium and long term. These modulations characterize each system. They reflect the storages and the manner in which these fill and empty, thus indicating the karstification of the aquifer. The examples discussed indicate that these analyses provide an excellent method for the investigation of a hydrological system.RésuméLa structure des séries chronologiques de pluie et de débit des systèmes hydrologiques est analysée, de façon descriptive, à partir du corrélogramme et du spectre de densité de variance. Cette approche descriptive diffère de l'emploi traditionnel des analyses corrélatoire et spectrale. Du point de vue méthodologique certains choix ont été réalisés dans la mise en oeuvre des calculs. Appliquées à trois systèmes karstiques pyrénéens, ces analyses ont permis de les comparer et d'étudier le comportement de chacun d'exuc d'un cycle à l'autre. Elles ont montré la présence d'effets mémoires qui modulent, à court, à moyen et à long terme, le signal d'entrée correspondant à la pluie. La modulation de ce signal est caractéristique de chaque système; elle traduit l'importance des réserves et la manière dont celles-ci se constituent et se vidangent. Elle fournit par conséquent un indice de l'état de karstification de l'aquifère. Les exemples traités montrent que ces analyses repreésentent un excellent moyen d'investigation des systèmes hydrologiques.