CHAPITRE 4 : PRÉSENTATION DE LA ZONE D'ÉTUDE DE L'ÎLE AMBART
D- ENREGISTREMENT D'UNE CRUE SUR L'ESSONNE
I-RIVIÈRE
Lors d'une campagne de terrain effectuée le 5 mai 2015, l'Essonne était en période de crue et des échantillons ont pu être récoltés au sein de la zone hyporhéique.
La Figure 4-21 montre que le niveau de l'Essonne est relativement stable au mois d'avril, autour de 50 mNGF, car le site est situé entre deux barrages qui régulent grandement le niveau de l'Essonne. On notera de nombreuses variations mineures de quelques centimètres qui peuvent avoir lieu de façon journalière. Les brusques variations du niveau enregistrées par les sondes montrent probablement l'action de l'ouverture ou fermeture des vannes de barrage afin de réguler le niveau d'eau. Une crue est nettement visible entre le 1er et le 10 mai : le niveau d'eau en rivière augmente en amont et en aval de 20 centimètres environ. Sur un cours d'eau aussi régulé, cette crue est donc notable malgré son amplitude qui semble assez faible. La durée de cette crue montre que les crues du bassin ne sont pas éclairs mais plutôt assez étendues.
Figure 4-21 : Suivi des hauteurs d'eau dans la rivière sur le site de l'île Ambart dans les piézomètres de rivière en amont et en aval de la zone d'étude entre avril et mai 2015.
II-RÉSULTATS OBTENUS AVEC LES CAPTEURS DE PRESSION
Les résultats des capteurs sont donnés en volts, qui sont convertis en charge différentielle en centimètres grâce à une courbe de calibration réalisée en laboratoire. Ensuite, cette différence est associée à une cote de l'altitude de la hauteur d'eau dans les sédiments à différentes profondeurs. La sonde présente dans le piézomètre donnant le niveau de la rivière en aval (Hypo 2) est prise comme niveau de référence pour la rivière car c'est la sonde située le plus près des capteurs. Ainsi on a :
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𝐴𝑙𝑡𝑧ℎ= 𝐴𝑙𝑡𝑟𝑖𝑣+ 𝑑ℎ𝑧ℎ , (4.1)
avec 𝐴𝑙𝑡𝑧ℎ, la cote de l'eau dans la ZH, 𝐴𝑙𝑡𝑟𝑖𝑣, la cote de la rivière et 𝑑ℎ𝑧ℎ, la différence de cote observée entre la rivière et la ZH.
Certains capteurs ne présentent pas de chroniques complètes car ils se sont révélés défectueux au cours de la campagne de mesures (P1 100 cm et P2 100 cm). Leurs résultats ne peuvent donc pas être pris en compte pour l'observation du suivi de la crue.
Les mesures effectuées au sein de la zone hyporhéique présentent des valeurs supérieures à celles enregistrées dans la rivière (Figure 4-22). L'eau souterraine remonte pour alimenter la rivière, suivant le gradient hydraulique. La charge mesurée augmente dans les sédiments par rapport à celle mesurée dans la rivière. En revanche, le gradient hydraulique moyen est difficile à estimer à partir de ces chroniques : bien que l'on s'attende à voir la charge hydraulique augmenter avec la profondeur, ce n'est pas vraiment le cas ici, où l'on peut voir que les valeurs maximales enregistrées sont celles mesurées à 60 cm de profondeur, alors que le capteur installé à 1 mètre donne une valeur de charge environ 2 centimètres en dessous de la cote mesurée à 60 cm.
Le différence moyenne de charge entre les sédiments et la rivière mesurée sur l'ensemble de la campagne est d'environ 5 cm. Pendant la crue, ce gradient est maintenu pour la profondeur de 60 cm mais augmente pour la profondeur de 30 cm. On peut supposer que lorsque le niveau de la rivière augmente, la réaction de la nappe entraîne aussi une augmentation locale du gradient dans les premiers centimètres de la zone hyporhéique, qui s'atténue avec la profondeur. La nappe semble donc réagir aussi rapidement que la rivière, car on n'observe ici pas d'inversion temporaire du gradient comme cela peut être le cas lors d'une crue.
Figure 4-22 : Résultats obtenus pour les capteurs de pression différentielle installés dans la zone hyporhéique par rapport à la cote de l'Essonne sur le site de l'île Ambart durant la crue de mai 2015. La correction de température n'est pas appliquée (variation inférieure à
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III-MESURES GÉOCHIMIQUES
Contrairement aux profils réalisés en l'absence de crue, l'évolution du chlorure et du sulfate présente un profil homogène, surtout pour les mesures issues du dispositif P2 (Figure 4-23). Pour le profil P1, la forte diminution du sulfate de 16 à 0 mg/l indique que cet élément n'est pas conservé, contrairement au chlorure. Il est dégradé préférentiellement à proximité de la berge par rapport au centre de la rivière. Contrairement au régime permanent où l'on peut voir une zone de mélange entre un pôle d'eau de rivière et un pôle d'eau de nappe, ici on ne voit que l'influence de la rivière sur l'eau porale. Il semble donc qu'en période de crue, l'eau de rivière s'infiltre dans les sédiments de rivière au moins jusqu'à la profondeur maximale du dispositif, soit un mètre de profondeur. Cette eau est diluée par les précipitations et possède donc une concentration en chlorure et en sulfates plus faible que celle mesurée habituellement dans la rivière. De plus, une remontée des eaux de nappe est aussi envisageable et permet une homogénéisation des profils.
Figure 4-23 : Profils verticaux de la concentration de certains éléments chimiques dans la zone hyporhéique lors de la crue de mai 2015. Les prélèvements ont été effectués le 5 mai 2015. Un profil obtenu en avril 2015 est représenté en pointillés verts.
IV-ISOTOPES STABLES DE L'EAU
Pour les mesures des isotopes stables, les résultats obtenus sont similaires à ceux observés pour le chlorure et le sulfate (Figure 4-24). Ici aussi, les profils observés sont relativement homogènes entre la rivière et les sédiments. Les mesures des isotopes stables sont en accord avec les données de géochimie des éléments majeurs, et indiquent que l'eau de rivière pénètre dans les sédiments sur l'ensemble du profil, ici restreint à 60 cm de profondeur.
Figure 4-24 : Mesures des isotopes stables de l'eau dans la zone hyporhéique lors de la crue de mai 2015. Les prélèvements ont été effectués le 5 mai 2015. Un profil d'avril est représenté en pointillés verts.
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V-CONCLUSION SUR L'EFFET D'UNE CRUE SUR LA ZONE HYPORHÉIQUE
Pour conclure, l'effet d'une crue sur l'eau contenue dans les sédiments de rivière peut être mis en évidence grâce aux mesures géochimiques et aux isotopes stables. L'augmentation du niveau d'eau dans la rivière provoque un apport d'eau de surface au sein des sédiments de rivière sur une profondeur pouvant dépasser les 60 cm. L'apport d'eau de pluie qui s'évacue dans la rivière dilue le signal habituel, et l'on trouve alors des concentrations en éléments conservatifs plus faibles qu'en régime permanent. On peut voir également que la zone hyporhéique ne réagit pas de façon similaire au centre du lit ou à proximité des berges. Alors que les profils enregistrés au centre de la rivière montrent un fort impact de l'eau de surface sur l'eau porale, la proximité des berges permet d'apporter de l'eau de nappe également par une poussée latérale. De plus, la dégradation des sulfates semble plus efficace près des berges, où leur concentration peut parfois atteindre 0 mg/l à certaines profondeurs. Ces résultats ne sont pas tout à fait en accord avec ceux mesurés par les capteurs de pression, qui ont démontré que le gradient nappe-rivière ne s'inversait pas au cours du temps. Il semble donc difficile de conclure sur la pertinence de ces données, et surtout sur la qualité des mesures. Lors de la calibration des capteurs, il est apparu que les données pouvaient énormément varier selon la cote de référence choisie (niveau de rivière amont ou aval).
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