Suivi expérimental, qualité des données

Un suivi expérimental a été mis en place dans la zone humide du « Pigeon Blanc » afin de caractériser les interactions entre la nappe superficielle et le réseau hydrographique. Nous avons choisi de concentrer l’instrumentation sur une distance d’une quinzaine de mètres au bord du ru afin de suivre à la fois les fluctuations du toit de la nappe (piézométrie), du niveau d’eau libre dans le ru (limnimétrie) et les conditions d’écoulement dans la zone non-saturée (tensiométrie). Le jeu de données acquis doit servir de base à l’établissement d’une typologie de fonctionnement hydrologique de la zone ainsi qu’au calage et à la validation du modèle de nappe mis au point dans le cadre de ce travail (SIDRA 2+).

Le schéma général du suivi est détaillé sur la figure C4. I. 9. Compte tenu de l’éloignement du site (à 400 km d’Antony), nous avons opté pour un suivi automatique des différentes variables. Des visites régulières ont été réalisées en moyenne toutes les trois semaines afin de s’assurer du fonctionnement correct de l’instrumentation et de récupérer les données acquises.

Hiver 97 à 2000 Pluviomètre à augets basculeurs Nappe 1.5 m 5 m 10 m 15 m Hivers 99 et 2000 Chaîne tensiométrique mono-capteur + scanivalve 24 voies, 3 profils Hivers 98, 99 et 2000 Capteurs tensiométriques « Soil Moisture » déportés

2 profils x 4 voies 1997 - 2000 Piézomètres Sonde Ultra-sons 1 .8 m Hiver 1998 - 2000 Piézomètre « profond » Sonde Ultra-sons 1997-2000 Limnimètre Sonde Ultra-sons

I.3.1. Dispositif expérimental.

• Topographie

La topographie de la zone instrumentée a été entièrement levée (terrain naturel et instrumentation) au tachéomètre laser. La précision attendue est de l’ordre du mm. Le qualité de cette opération est fondamentale aussi bien pour les mesures piézométriques que tensiométriques.

• Pluviométrie.

La pluviométrie a été suivie en continu sur le site depuis novembre 1996 par un pluviomètre à augets basculeurs (0.1mm), avec une acquisition au pas de temps ¼ h. Ce pluviomètre a été régulièrement étalonné (par comparaison avec un totalisateur). De plus, il a été comparé régulièrement aux données Météo France acquises à la station de Derval (15 km du site) au pas de temps journalier. L’évapotranspiration potentielle (ETP, méthode de Penman) a été évaluée à partir des données journalières de Météo France aux stations de Nantes-Bouguenais (à 30 km du site environ) et de Derval : l’essentiel de notre suivi se réalisant en hiver, nous avons fait l’hypothèse que la variabilité spatiale de l’ETP était faible sous climat océanique.

• Piézométrie.

Des transects de piézomètres de surface ont été installés dès l’hiver 96/97. La technique de mesure utilisée repose sur des sondes ultra-sons, reliées à des centrales d’acquisition (type LMU CR2M), avec un pas de temps d’acquisition du ¼ d’heure. Selon les années, le type de suivi a sensiblement varié. Le tableau suivant en récapitule les différentes modalités.

1996/97

2 transects perpendiculaires au ru, distants entre eux de 30m, avec des piézos à 5, 10 et 15 m du ru. La profondeur maximum de mesure est de l’ordre de 1 m. Le niveau de l’eau dans le ru est mesuré.

1997/98

1 seul des transects installés en 96/97 a pu être suivi. Le niveau d’eau dans le ru est mesuré. Un piézomètre « profond » (2m) a été installé à 10 m du ru à partir de 02/98.

1998/99

2 transects perpendiculaires au ru, distants entre eux de 30m, avec des piézos à 5, 10 et 15 m du ru (idem 96/97). Sur un des transects, les piézomètres ont été « doublés » par des piézomètres de même type mais implantés plus profondément, ce qui permet de suivre les fluctuations de la nappe sur environ 2 m. Une

mesure ultra-sons a été positionnée en surface sur la berge du ru pour détecter les épisodes de débordement. Le niveau du ru est toujours mesuré.

1999/2000 1 seul transect de piézos (idem 97/98), « doublé » en profondeur. Le reste idem 98/99.

• Tensiométrie.

Il a été implanté en janvier 1998 une première série de profils tensiométriques à 15 m et 5 m du ru (4 tensios par profils), avec un pas de temps d’acquisition de 1 h. Les capteurs de pression utilisés sont

des « Soil Moisture â » (0 / -500 HPa) raccordés à une centrale d’acquisition AGM. En raison des

risques d’inondation, les capteurs ont été déportés en hauteur, et c’est un capillaire qui assure la connexion jusqu’au tensiomètre. Les profondeurs explorées sont de 20, 40, 60 et 80 cm pour le transect à 5 m et 20, 40, 60 et 115 cm pour le transect à 15m.

En janvier 1999, nous avons implanté une deuxième série de profils tensiométriques visant à caractériser l’allure des profils de charge hydraulique proches du fossé et à détecter l’apparition éventuelle d’une surface de suintement à l’interface nappe / ru. Un premier profil de 8 tensiomètres a été positionné au bord de la berge. Un deuxième, également de 8 tensiomètres, a été positionné à 50 cm du bord de berge. Enfin, un profil de 6 tensiomètres a été installé à 1.5 m du bord. Dans chaque profil, les tensiomètres sont placés en moyenne tout les 20 cm en profondeur. La mesure se fait au niveau d’un capteur de pression unique, la commutation entre voies étant assurée par un système « Scanivalve », mis au point en partie par l’Unité de Recherche. Le pas de temps d’acquisition est de 1 h. Des problèmes d’étanchéité dans le système hydraulique ont rendu les mesures inexploitables sur une bonne partie de la campagne 1999. Pour l’hiver 99/2000, le système a été révisé et réinstallé.

Enfin, l’ensemble des capteurs de pression a été systématiquement vérifié en fin de campagne et la

linéarité de la réponse vérifiée par un système Mérical â.

I.3.2. Qualité et validité des données.

Les conditions d’acquisition automatique de données sur le terrain, en hiver, sont et resteront toujours délicates. La fréquence de visite sur le site (distant de 400 km d’Antony) a été adaptée au mieux afin de

été de trois semaines. Une fois récupérées, les données ont été systématiquement dépouillées, converties et vérifiées. Les phases de validité douteuse sont connues. La gamme de précision attendue par les différents types de mesure (Ultra Sons, tensiométrie…) est aussi connue.

On peut dresser le bilan qualitatif suivant :

• Pluviométrie : les données ont été vérifiées et sont fiables. Hormis pour la campagne 96/97, il n’existe pas de longue période de données manquantes.

• Piézométrie : durant les deux premières années, le principal problème rencontré concerne la profondeur des piézomètres qui était trop faible. La nappe était régulièrement sous la profondeur suivie, ce qui a de fait limité la continuité de la mesure. Il existe tout de même des épisodes parfaitement suivis, et ce sur l’ensemble des piézomètres. A partir de l’année 98, le suivi s’est enrichi de piézomètres plus profonds et la continuité de la mesure des fluctuations de la nappe sur l’ensemble du profil de sol a été assurée. Il existe néanmoins quelques périodes de mesures suspectes, facilement identifiables. Globalement, le suivi piézométrique a donc joué son rôle, et nous disposons d’un jeu de données important.

• Tensiométrie : les mesures tensiométriques automatiques in situ sont délicates à conduire. L’étanchéité du système doit être parfaite, les capteurs de pressions ainsi que les centrales d’acquisition doivent être résistants à des conditions climatiques difficiles en hiver (humidité, froid, vent). Ce type de mesure n’est donc que rarement parfaitement assuré tout au long d’une campagne…ce qui a été le cas concernant notre expérimentation. Pour les profils suivis à 5 et 15 m du ru ou pour ceux de bord de ru, on ne pourra compter que sur quelques épisodes, de quelques jours, durant lesquels les données seront complètes et fiables. Les premières analyses menées sur ces données ont néanmoins montré qu’un certain nombre de mécanismes fondamentaux (dynamique de la recharge, position de la nappe,..) peuvent être mis en évidence.

A partir de ces données expérimentales, nous proposons à présent de mettre en évidence les principales phases de fonctionnement de la zone humide. Nous porterons notre attention en particulier sur les mécanismes responsables des fluctuations de la nappe dans le profil de sol. Cette analyse nous permettra à la fois de déterminer les hypothèses à retenir en préalable à l’emploi du modèle SIDRA 2+ et de sélectionner un jeu de données afin d’en réaliser le calage et la validation.