3.1.1. Origine des pluies et marquage isotopique
CELLE (2000) définit trois origines principales pour les précipitations affectant le Sud-Est de la France : méditerranéenne, atlantique Nord et mixte. L’origine des précipitations a une influence sur le contenu isotopique des pluies locales (tableau 3.1). CELLE (2000) s’est principalement intéressée à l’oxygène-18.
Méditerranéenne Atlantique Nord Mixte Moy. pondérée
Avignon -4,62±1,42 -8,48±3,01 -7,01±2,86 -5,90±2,43
Carpentras -4,86±1,75 -7,53±3,11 -6,25±2,45 -5,80±3,15
Période d’étude : mars 1997- mars 1999 Teneurs pondérées par les hauteurs de pluie
Tableau 3.1 : Teneur en oxygène-18 (‰) et écart-type des pluies à Avignon et Carpentras en fonction de l’origine des masses d’air (CELLE, 2000)
La composition isotopique des pluies d’origine méditerranéenne est la plus enrichie, en revanche les pluies d’origine atlantique Nord sont appauvries ; ceci peut être expliqué par le long trajet des masses d’air au-dessus du continent (effet de continentalité). Les précipitations d’origine mixte présentent logiquement des teneurs intermédiaires entre influences méditerranéenne et atlantique. L’étude de l’écart-type suggère une grande dispersion dans les teneurs isotopiques des précipitations d’origine atlantique compte tenu d’un long trajet au-dessus du continent.
Comme nous l’avons vu au chapitre 1, les événements pluvieux méditerranéens de par leur volume important contribuent majoritairement à la recharge des aquifères. Ils conditionnent donc la signature isotopique des eaux s’infiltrant dans l’aquifère. Toutefois, si la répartition entre les différentes origines laisse apparaître une composition isotopique tranchée, nous constatons que la moyenne pondérée déterminée sur 2 années fournit des valeurs très proches à Avignon et à Carpentras, majoritairement influencées par les pluies méditerranéennes.
3.1.2. Teneurs pondérées en isotopes stables des pluies
Une étude sur deux années n’est pas suffisante pour estimer la teneur moyenne annuelle des pluies dans la région. Aussi nous avons préféré nous baser sur la teneur déterminée à
données 1997-1999. La teneur moyenne en oxygène-18 des pluies ainsi déterminée est égale à –6,21 ‰. Cependant, Avignon se trouve à une altitude d’environ 30 m et il est nécessaire de tenir compte d’un gradient isotopique altitudinal pour pouvoir estimer la teneur pondérée en oxygène-18 des pluies à Valréas. L’altitude du bassin varie de 100 à 350 m avec une altitude moyenne de la zone d’alimentation de l’aquifère proche de 240 m. En utilisant le gradient altitudinal de –0,28 δ18O par 100 m défini régionalement par BLAVOUX & MUDRY (1990), il est possible d’estimer les teneurs isotopiques des pluies entre –6,4 et -7,1 δ18O‰ sur le bassin de Valréas, avec une teneur moyenne de –6,8 à -7,1 δ18O‰ pour la zone de recharge de l’aquifère miocène.
Concernant le deutérium, les données sont réduites à une chronique de deux années aux stations d’Avignon et de Carpentras (CELLE, 2000). Nous obtenons pour Avignon une teneur pondérée mensuelle de –34,0 δ2H‰ et pour Carpentras de –34,5 δ2H‰. Nous ne disposons pas de gradient altitudinal local.
3.1.3. Droite météorique locale
La droite météorique locale a été définie par CELLE (2000) à Avignon et Carpentras, qui sont les deux stations les plus proches de notre site d’étude. Ces deux droites ont pour équation respective :
Avignon : δ2H = 7,6 δ18O + 6,4 Carpentras : δ2
H = 7,5 δ18
O + 7,5
Ces relations sont définies à partir de données pondérées mensuelles de 1997 et 1998 (figure 3.1).
Elles présentent toutes deux une pente légèrement plus faible que la droite météorique de pente 8 définie par CRAIG (1961) correspondant au fractionnement à l’équilibre entre l’oxygène-18 et deutérium.
DMM : δ2
H = 8δ18
O + 10
Cette relation a récemment été confirmée par ROZANSKI et al. (1993) à partir des données de l’AIEA, qui fournissent une relation proche : δ2H = 8,17δ18O + 11,3.
La faible pente trouvée à Carpentras et Avignon peut être expliquée par une évaporation des gouttes de pluie en cours de chute (FRIEDMAN et al., 1962) lors des évènements pluvieux estivaux dont l’importance est considérable par rapport au volume précipité lors des deux années d’étude (CELLE et al., 2000).
Figure 3.1 : Droites météoriques locales à Avignon et Carpentras (d’après CELLE, 2000).
Nous notons cependant, une très bonne insertion des pluies locales sur la droite météorique mondiale, confirmée par la proximité des deux droites locales déterminées à Avignon et Carpentras.
3.1.4. Excès en deutérium
L’excès en deutérium (d) a été défini en 1964 par DANSGAARD :
d = δ2H – 818O
Plus l’humidité relative de l’air est faible, plus l’excès en deutérium aura tendance à augmenter (MERLIVAT & JOUZEL, 1979). Ainsi l’ordonnée à l’origine de 10‰ de la DMM correspond à une humidité relative atmosphérique moyenne de 85% (CLARK & FRITZ, 1997), c’est d’ailleurs une teneur fréquemment observée aux stations soumises aux influences océaniques directes (CRAIG, 1961).
L’excès en deutérium peut varier et présenter des valeurs élevées lorsque la condensation s’effectue à partir de masses de vapeur d’origine continentale ou issues de mer fermée. Ce phénomène est parfaitement mis en évidence par la droite météorique déterminée par GAT & CARMI (1970) en Méditerranée orientale :
-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 δδδδ18O‰ 2 H‰ Avignon Carpentras DML Avignon DML Carpentras DMM
δ2H = 8δ18O + 22
En Méditerranée occidentale, CELLE (2000) a déterminé une droite météorique intermédiaire entre Atlantique et Méditerranée orientale avec un excès en deutérium proche de 14‰ :
δ2H = 8δ18O + 13,7
Ceci traduit le contexte climatique complexe de la Méditerranée occidentale soumise aux influences combinées du flux zonal d’Ouest originaire de l’Atlantique et des masses d’air endogènes au bassin méditerranéen occidental.
Aux deux stations d’Avignon et de Carpentras (tableau 3.2), il est possible de calculer les excès en deutérium à partir des données de 1997 et 1998 (CELLE, 2000).
Stations δδδδ18 O‰ moyen mensuel δδδδ2 H‰ moyen mensuel d‰ excès en deutérium Avignon -5,44 -34,01 9,51 Carpentras -5,46 -34,51 9,17
Tableau 3.2 : Excès en deutérium calculés aux deux stations d’Avignon et Carpentras.
Ces excès en deutérium sont beaucoup plus faibles que celui déterminé à l’échelle de la Méditerranée occidentale. Les deux valeurs sont relativement proches de 10‰. Comme nous l’avons déjà signalé, les pluies estivales représentent une part importante du volume précipité. Ces pluies ont des excès en deutérium très faibles qui influencent la moyenne pondérée de d. Si l’on considère uniquement les pluies automnales contribuant à la recharge de l’aquifère, on observe alors des excès compris entre 10 et 14‰.
Il est donc difficile d’interpréter l’excès en deutérium par rapport à quelques stations locales. La valeur déterminée à l’échelle de la Méditerranée occidentale semble alors plus fiable et intégrer les processus complexes gouvernant les circulations atmosphériques régionales.