Eléments d’analyse sur la réponse hydrologique du système karstique des

Il est en général difficile de chercher à déterminer la structure d’un karst, de par sa complexité, son hétérogénéité et son accès limité. C’est pourquoi d’autres techniques indirectes ont été développées, en se basant uniquement sur les informations habituellement obtenues à l’entrée et à la sortie du système hydrologique comme les précipitations, la hauteur d’eau, le débit, la température, la conductivité etc. L’idée est alors d’interpréter des analyses statistiques, généralement des analyses corrélatoires et spectrales, réalisées sur les séries chronologiques, dans le but de dégager des caractéristiques intrinsèques au karst étudié, en particulier la réponse impulsionnelle donnée par la fonction d’intercorrélation. Le travail de master de Rebolho (2015) a permis de formaliser un schéma conceptuel du fonctionnement de ce système karstique (Figure 4-20).

Figure 4-20: Schéma conceptuel du fonctionnement du système karstique des Fonts (Rebolho, 2015)

Ainsi, les précipitations et l'eau de l'Avène amont forment les principales entrées du karst. En sous-sol, l'eau passe soit par les calcaires massifs, et circule rapidement, soit par les dolomies, qui, elles, différent son arrivée dans les conduits principaux. A partir de la rivière souterraine Cauvel (axe principal, écoulement pérenne sur la figure), l'eau peut rejoindre la branche secondaire et alimenter le Franco et la source de Carabiole, qui drainent aussi les précipitations du plateau du Larnède. Aux différents exutoires de l'aquifère, l'eau rejoint les ruisseaux habituellement asséchés, affluents du Grabieux, avant de se jeter dans le Gardon en zone urbaine alésienne.

Au niveau du rôle du karst, l'étude des bilans hydrologiques sur la zone d'étude suggère qu’en hautes eaux le volume d'eau transitant à travers les pertes de l'Avène amont n'est pas significatif pour la rivière notamment à l’aval. La situation doit être plus contrastée si l’on considère le début ou la fin des épisodes pluvieux (niveau du remplissage du karst) et/ou la position sur le bassin (amont, intermédiaire et aval).

Les résultats impliquent également que le karst peut s’avérer écrêteur ou amplificateur des crues du Grabieux, en retenant une partie des précipitations sur le bassin, ou en relâchant certaines réserves. Le système karstique des Fonts ne peut donc être négligé si l’on cherche à modéliser la réaction des cours d’eau de la région d’Alès et tout particulièrement du Grabieux. En considérant un équipement capable de transmettre les mesures, au sein du karst, en temps réel, il serait alors possible de créer des indicateurs facilitant la prise de décision pour la ville d’Alès par exemple qui vient de subir en septembre 2014 puis en septembre 2015 des crues violentes et dommageables du Grabieux.

Les stations de Courlas et Carabiole permettraient par exemple la surveillance du volume s’ajoutant au Grabieux, celles des Roberts et du Fiagoux de s’intéresser aux entrées de

FloodScale : Rapport scientifique final Version : 3 Date :31/05/2016

Page : 46 - 46 -

4.3.4 Résultats tirés de la géochimie sur le bassin de Valescure

Les mesures dans les rivières de Valescure en basses eaux ont montré, pour chaque sous bassin, des signatures peu variables dans le temps, caractéristiques des eaux profondes, et conformes à ce qu’on peut attendre d’un substratum granitique (Ca ~ 10 mg l-1

; conductivité électrique ~ 100-120 µS cm-1, Al < 1 ppb, d18O ~ -5 ‰), avec quelques variations d’un sous bassin à l’autre.

Figure 4-21: Variations des concentrations ou des paramètres physico-chimiques de l’eau lors des 2

crues du 19 au 23 octobre 2013 à Valescure Aval. Les valeurs de 18O montrent un enrichissement

des écoulements à Valescure Aval (3.9 km2) pendant les pointes de crue, correspondant à un mélange

50-50% de l’eau de pluie et de l’eau du sol, l’eau profonde ne participant pas ou peu au mélange au pic de crue. Les variations de Cl, SiO2 et de la conductivité électrique indiquent des dilutions de l’ordre de 50 % au pic de crue ; dans l’hypothèse où les concentrations correspondant à l’eau profonde et à l’eau du sol sont équivalentes, ces dilutions représentent la contribution des eaux nouvelles, ce qui est cohérent avec les résultats fournis par 18O. L’enrichissement au pic de crue en aluminium et en COT, présents exclusivement dans les horizons du sol, marque une contribution importante de l’eau contenue dans ces horizons, également cohérente avec les résultats fournis par

18 O.

Les mesures les plus détaillées de l’eau du sol, fournies par les isotopes stables de l’eau, ont montré que l’eau de pluie remplaçait l’eau du sol dans les premiers 40 cm, par effet de chasse, lors des épisodes les plus intenses. Durant la crue, les différents éléments chimiques ont montré que la proportion d’eau nouvelle était de l’ordre d’au moins 50% au pic de crue (Figure 4-21). Cette proportion peut parfois atteindre 80% lors des épisodes les plus intenses. La différentiation des concentrations isotopiques de l’eau de pluie, de l’eau du sol et de l’eau profonde permet d’affirmer que la contribution de l’eau profonde est négligeable au pic de crue, et que l’eau préexistante est essentiellement fournie par l’eau des premiers mètres du sol (la profondeur restant difficile à préciser, probablement 1 ou 2 m). La contribution des eaux nouvelles au pic de crue reste cependant éphémère, et à l’échelle de l’épisode complet, les proportions eau nouvelle/eau préexistante sont inversées, avec 20-30% d’eau nouvelle et 70- 80% d’eau préexistante.

De façon plus détaillée, il est prévu que les paramètres physico-chimiques et les concentrations en éléments chimiques et isotopes soient utilisés comme contrôle supplémentaire pour contraindre la modélisation pluie-débit à base physique (voir section 5.4.5). Un modèle couplé entre flux liquides et physico-chimiques a été développé à cet effet dans la plate-forme de modélisation ATHYS, et a donné des premiers résultats prometteurs.

Par ailleurs, l’installation récente de trois piézomètres d’une dizaine de mètres de profondeur et atteignant le substratum granitique permettra de progresser dans la connaissance de l’évolution en profondeur des paramètres physico-chimiques, et de mieux caractériser la contribution des eaux des premiers mètres du sol (écoulements dans la zone altérée et au sein du granite fracturé), qui sont apparus déterminants au cours du projet.