référence au nom du chemin de terre qui le relie à la départementale)
Cette thèse se place essentiellement à une échelle locale, celle de la parcelle investiguée par la gravimétrie. Suite aux thèses de Jacob (2009) et Deville (2013) mettant en avant la nécessité d’un suivi gravimétrique continu et précis afin de distinguer les types de transferts (rapide et lent), l’observatoire « GEK » (pour Géodésie en Environnement Karstique) a été achevé au printemps 2011. Cet observatoire, dédié à la métrologie, à l’expérimentation et aux suivis géophysiques pour l’hydrologie karstique, est un observatoire de l’OREME et du
SNO H+. Il abrite notamment le gravimètre supraconducteur iGrav #002 présenté au
chapitre 5 suivant. Le site, près de la commune de l’Hospitalet-du-Larzac (Figure 4.5), a été choisi à partir des cartes gravimétriques de Jacob et al. (2010a) qui révèlent une zone avec un stockage de l’eau relativement fort.
Figure 4.6 : Photo de l’observatoire, vu depuis le sud-est. Un léger zoom est appliqué sur le bâtiment (à droite) et la tour de flux (à gauche).
L’observatoire, un bâtiment en bois de 8 x 8 m sur un terrain plat, a été construit dans une optique de faible bruit sismique, de stabilité thermique, et de sûreté du courant et des communications. Trois piliers en béton ancrés dans le substratum et non solidaires de l’observatoire permettent de minimiser le bruit anthropique sur les instruments auxquels ils servent de bases (déplacements de personnes dans l’observatoire, vibrations causées par d’autres instruments). Une climatisation est présente, pour pallier à l’importante chaleur générée par les instruments et notamment le compresseur de l’iGrav (cf. chapitre 5.2). Des parafoudres protègent le circuit électrique. Un onduleur permet également, en cas de panne, de continuer à alimenter pendant quelques heures les instruments. Il faut également noter le drain qui emporte l’eau ruisselante sur le toit environ 100 m au Nord-Ouest afin d’éviter une l’infiltration concentrée proche des instruments.
3.1. Topographie
Les alentours de l’observatoire sont relativement plats, avec toutefois quelques dolines. La doline directement au S-E de l’observatoire, d’orientation N/S et de forme oblongue, est également le point de départ d’un réseau karstique bien développé (Figure 4.7). Le départ, subhorizontal, débouche rapidement sur un puit emmenant à un niveau à -100 m.
La zone étudiée
Ce réseau n’est jamais inondé mais il y coule une rivière souterraine mince et pérenne. Un siphon dont le développement n’est pas connu est également présent. Un aven, point de départ du réseau, est accessible depuis le contrefort nord de la doline. La bordure sud présente au contraire une pente plus douce.
3.2. Hydrogéologie de l’épikarst du GEK
Comme mentionné en début de section, le site a été choisi pour son fort stockage épikarstique présumé (Jacob et al., 2010a).
3.2.1. Fracturation et altération
Les mesures de fracturations faites par Deville (2013) sur le site de LaJasse (ancienne dénomination pour le site, avant la construction du GEK) montrent une prédominance de la fracturation N160 (Figure 4.8) également visible sur tout le bassin.
Figure 4.8 : Rosace directionnelle en fréquence obtenue par mesure statistique de fractures (~200 fractures) autour du GEK, d’après Deville (2013).
Des mesures sismiques et électriques ont également révélé une forte anisotropie de même azimut sur le site du GEK ainsi que des couloirs d’altération (Valois, 2011), les seconds étant probablement à l’origine des premiers. A la fin de cette thèse, l’anisotropie du site sera utilisée pour interpréter les résultats de sismique passive (chapitre 8).
3.2.2. Piézométrie
Figure 4.9 : Altitudes piézométriques dans les 3 forages du GEK (voir positions sur la Figure 4.10). SC1 est un sondage carotté de 50m de profondeur. SD1 et SD2 sont deux forages destructifs de 20m de profondeur. L’altitude de la surface est à 707m.
3 forages ont également été forés au début de l’année 2012, à proximité immédiate de l’observatoire.) Un forage est carotté sur 50m (SC1, Figure 4.10) tandis que les deux autres sont des forages destructifs de 20m (SD1 et SD2). La forte différence des niveaux piézométriques (Figure 4.9) entre les trois forages pourtant très proches est caractéristique des karsts et démontre la forte hétérogénéité de ces terrains à petite échelle. Les différents niveaux d’eau sont également en faveur de plusieurs nappes perchées, ou « poches » saturées de petites tailles au sein de l’épikarst. Ce comportement de « patchs » saturés a été mis en évidence par des mesures sismiques sur le site par Galibert (2016). Il est intéressant de noter que l’imagerie acoustique et optique des forages a montré une dolomie plus compacte dans le forage SD2, qui se vidange plus rapidement. Hormis ce point, ces imageries révèlent une porosité secondaire importe et relativement homogène sur chacun des forages.
On peut aussi observer les retards entre les pluies et les maximums des niveaux piézométriques dans les forages SD2, SD1 puis SC1 (toujours dans cet ordre). Ces simples
La zone étudiée
3.2.3. Teneur en eau et porosité
L’examen des carottes de SC1 a montré une porosité principalement secondaire et les rares fractures visibles sont recristallisées. Les vides sont de petites tailles (centimétriques au maximum) et les 50 m de carottes sont assez homogènes, avec des passes sableuses et compactes. Des estimations régulières de la porosité sur les carottes montrent une porosité entre 5et 10 % sur les 20 premiers mètres puis très variables, entre 7 et 15%, jusqu’à 50 m. Locale et non-extrapolable spatialement, cette porosité est néanmoins cohérente avec celle estimée par Jacob et al. (2009, entre 4.8 et 7.3%) sur le même bassin par des mesures gravimétriques surface – profondeur fortement intégratrices. Cette méthode sera détaillée au chapitre 6 (section 3) lorsque nous l’appliquerons sur le causse de Campestre.
Des sondages par la Résonance Magnétique Protonique (RMP) ont également été réalisés sur le site de l’iGrav avant la construction du bâtiment et dans la doline SE en Juillet 2009, Avril 2010, Octobre 2010 et Mai 2011 (Mazzilli et al., 2016). Le sondage de la doline montre une teneur en eau d’environ 5 %, identique en profondeur et constante entre les campagnes, révélant peu de variation de stock dans les 20 premiers mètres investigués. Au contraire, sur l’emplacement du bâtiment, la RMP montre une teneur en eau augmentant avec la profondeur et variant dans le temps, en phase avec les signaux gravimétriques présentés par Deville et al. (2012).
3.3. Instrumentation permanente de l’observatoire
En plus du gravimètre supraconducteur, au centre des travaux de cette thèse et qui est présenté en détail dans la section 2 du chapitre 5, le GEK abrite de nombreux instruments permanents (Figure 4.10).
Les variations d’altitudes ont un impact de première importance sur le signal gravimétrique (-386 µGal.m-1). La zone est tectoniquement stable (surrection <3 mm.an-1, e.g. Serpelloni et
al., 2013), mais il n’est jamais à exclure des mouvements locaux par exemple liés au
retrait-gonflement d’argiles, même si aucune argile n’est observée sur le site, ni en surface ni dans les cavités. Un GPS permanent est installé sur le site et ne montre pas de signal significatif. Une flûte de 50 électrodes est enterrée selon un profil N/S centré sur l’observatoire. Elle fut en panne la majeure partie de la thèse avant d’être relancée avec une autre acquisition en 2016, dans le cadre du stage de fin d‘études de C. Finco (printemps/été 2016). Les premiers résultats montrent de fortes variations de résistivité superficielles immédiatement après les pluies. Ces variations sont visibles hors de l’emprise de l’observatoire mais pas directement sous le bâtiment, ce qui révèle un faible transport latéral.
Le GEK va accueillir sous peu une station permanente large-bande du réseau RESIF (http://www.resif.fr/). L’observatoire a également accueilli pendant un an une station temporaire (STN01, Figure 4.10) qui sera exploitée au chapitre 8.
La zone étudiée