Méthodologie des mesures gravimétriques

3.2.1. Plan de mesure

9 couples de points ont été choisis pour les différences gravimétriques surface-profondeur (Figure 6.15 et Figure 6.16): 9 points espacés de 20 m dans le tunnel (abrégés D1 à D9 dans la suite du manuscrit), et 9 points à leur aplomb en surface (S1-9). Les altitudes et les positions précises de chacun sont déterminées au laser dans le tunnel et au GPS cinématique en surface. Le premier couple de points commence à 50 m de l’entrée côté doline pour que le point en surface, à l’aplomb, soit accessible sur le plateau. Le dernier point dans le tunnel s’arrête quelques mètres avant l’escalier descendant au fond de la salle d’affinage.

Figure 6.15 : Topographie du site du tunnel de Saint-Ferréol, obtenue par GPS différentiel. Les points gravimétriques en surface sont représentés par les croix rouges.

Figure 6.16 : Coupe du tunnel de Saint-Ferréol. Le tunnel de 220 m de long (2 m de large pour 2 m de haut) part d’une doline et relie le fonds de l’abîme au niveau d’une volumineuse salle. La coupe N-S ne rend pas compte des proportions de la salle, très volumineuse, qui a une forte extension E-W.

Dans le tunnel, les points sont marqués physiquement par une vis enfoncée dans le sol de la galerie (Figure 6.17c). En surface, des trous ont été percés dans des roches stables (Figure 6.17d). Le pied du gravimètre qui s’appuie sur la vis (ou qui est calé dans le trou) a été bagué comme pour les études de Jacob et Deville et notre étude précédente autour du GEK, assurant ainsi une position et altitude identiques entre chaque campagne.

Pour prévenir tout biais possible lié à l’utilisation d’instruments différents, le même gravimètre CG5 (SN #167) a été utilisé pour chaque campagne. Sept campagnes de mesures S2D ont été réalisées sur deux années, soit deux cycles hydrologiques complets. Comme pour l’étude au GEK, les mesures du CG5 sont intégrées sur 90 s suivant Merlet et al. (2009). Le même parcours a été réalisé pour chaque campagne : le CG5 est d’abord mis en station au premier point de la galerie (D1, côté doline) qui sert de base pour contraindre la dérive. La mesure dure entre 1 et 2 heures pour limiter la relaxation exponentielle liée au transport (voir chapitre 5.3.3) en voiture d’une heure environ depuis Montpellier ou l’observatoire. Les autres points de la galerie sont ensuite successivement mesurés de la doline vers l’abîme, puis les points en surface sont mesurés dans le même ordre. L’instrument étant transporté à la main avec beaucoup de précautions entre les points, entre 5 et 15 mesures de 90 s ont été

Variabilité spatiale du stockage

Figure 6.17 : Point n°1 en surface (a) et en profondeur (b, avec O. Khairoun lors de son stage de M1, promotion 2015). Les points en surface sont marqués par un trou dans une roche stable, dans lequel vient se caler le pied bagué du CG5. En profondeur, une vis dans le sol supporte le pied bagué.

Figure 6.18 : Précipitations et évapotranspiration potentielle à la station météorologique la plus proche : station météo France ALZON.

Chaque année, des campagnes ont été réalisées en hiver (Décembre/Janvier, Table 6.2), après la saison des pluies quand le stock en eau de l’épikarst est théoriquement maximum (Figure 6.18). D’autres mesures ont été prises en mai puis en août quand le stock en eau est faible au vu des faibles précipitations et d’une forte évapotranspiration.

Points manquants

Conditions

extérieures ^{Observations Participants}

18/12/13 - - ^{S9 instable. A cimenter. GPS différentiel}

et laser. C. Champollion

12/05/14 S6 -

1) Déboisement en cours: S6 perdu. 2) D5: vis enlevée. Retrouvée en remise. 3) Forte SD sur S8/9. bruit sismique ? 4) Consolidation S9 avec du ciment.

O. Khairoun

28/08/14 - -

1) D2: vis absente. Nouvelle vis, même trou.

2) S6 retrouvé sous les branches. Rocher fracturé et déplacé. 3) Nouveau point S7 cimenté.

C. Champollion

20/01/15 S7 grêle sur le départ _{S7 introuvable.} A. Fort

20/05/15 - faible pluie _{S7 retrouvé sous une couche de terre.} A. Fort

02/09/15 - orages jours précédents RAS G. Mainsant

25/01/16 - ^{Nombreux boutis de sanglier.}

S5 et S9 potentiellement perdus. S. Furst

Table 6.2 : Campagne de mesures et observations sur le terrain. S1 correspond au premier point en surface, D9 au dernier point en profondeur (Depth).

Parmi les difficultés rencontrées, il faut citer le déboisement qui a eu lieu entre les deux premières campagnes et qui était toujours en cours durant la seconde (Table 6.2). Les engins imposants ont fracassé de nombreux rochers en surface à l’aplomb du tunnel. Le point S6 a été à l’évidence déplacé et le point S7 s’est révélé introuvable. Un nouveau point S7 a donc été choisi lors de la 3^ème campagne et les mesures au point S6 avant et après cet épisode ne peuvent pas être rattachées. Entre les deux dernières campagnes, des sangliers ont creusé des boutis le long des points S5 et S9. Cependant, la cohérence des mesures avant et après ces événements semble indiquer que les points n’ont pas été déplacés. En cas de vent ou de fort ensoleillement, le gravimètre a été abrité.

3.2.2. Correction de la dérive, des marées et de la température ambiante

Variabilité spatiale du stockage

Des modèles théoriques de marées terrestres (modèle WDD, Dehant et al. 1999, cf. chapitre 2) et de surcharges océaniques (FES2004, Lyard et al., 2006) ont été calculés aux coordonnées du GEK et de l’abîme de Saint-Ferréol. Ces deux modèles sont ensuite comparés au modèle calibré avec les données de l’iGrav par ETERNA (Wenzel, 1996) au GEK. La différence au GEK entre modèle calibré et modèle théorique est supérieure à la différence entre les modèles théoriques aux deux positions du GEK et de l’abîme (Table 6.3). Cela suppose que l’erreur liée aux modèles théoriques est supérieure à la variation spatiale des effets de marrées : seulement 14km sépare les deux stations (2.5’ de variation en latitude). Ainsi le modèle calibré par l’iGrav au GEK a été préféré et utilisé pour les corrections.

GEK (iGrav, ETERNA) -

GEK (WDD+FES2004 )

GEK (iGrav, ETERNA) - St-FERRON (WDD+FES2004 ) GEK (WDD+FES2004 ) - St-FERRON (WDD+FES2004 ) Amplitude max. 26.35 24.86 19.28 SD 4.22 3.95 3.88

Table 6.3 : Comparaison de plusieurs modèles de marées : le modèle calibré à l’aide d’ETERNA par les données de l’iGrav au GEK, et des modèles théoriques calculés pour la position du GEK et celle de l’abîme de St-Ferréol (WDD pour les marées terrestres et FES2004 pour les surcharges océaniques, voir texte). Sur une période de 4 ans (pas de temps : 30 mn).

Pour chaque campagne, l’effet de la variation de la température ambiante (Fores et al.,

2016b, chapitre 5 section 3.1) est corrigé. Le tunnel, ouvert sur l’extérieur des deux côtés,

n’est pas aussi tempéré qu’un réseau karstique ou que l’observatoire GEK. Néanmoins, l’amplitude des mesures de doubles différences surface-profondeur a été réduite de 20 % en moyenne par la correction (contre 50 % pour l’étude précédente autour du GEK).