HYPORHÉIQUE LORS D'UN TRAÇAGE ARTIFICIEL
D- MESURES GÉOPHYSIQUES
II- TIME-LAPSE
Les figures 6-23 et 6-24 montrent les résultats obtenus après les inversions time-lapse et le calcul en termes de différences par rapport aux profils de références effectués avant le début de l'injection. Dans un premier temps, la durée entre deux profils est limitée au minimum afin de suivre l'injection. Puis le suivi se poursuit en augmentant progressivement les pas de temps. Le premier profil de la série ERT 1 a des valeurs qui ne varient que très peu par rapport à celui réalisé avant l'injection (Figure 6-23). La vitesse d'écoulement du bras de la rivière étant assez faible, lorsque ce premier profil a été réalisé, l'injection avait débuté depuis moins d'un quart d'heure et le traceur n'avait pas encore atteint la zone où sont installés les profils. Les calculs des vitesses d'écoulement indiquent qu'en effet il faut près de 15 min au traceur pour parvenir à la zone d'étude. Les deux profils suivants sont réalisés durant l'injection. Une diminution très nette de la résistivité sur l'ensemble de la zone située sous la rivière, sur une profondeur d'environ 50 cm, peut être mise en évidence. Certaines valeurs indiquent une diminution de plus de 40% de la résistivité par rapport aux mesures effectuées avant le début de l'injection. Au niveau de chacune des berges, on distingue également deux zones où la résistivité décroît mais ces zones semblent dissociées des sédiments situés directement sous la rivière. Conjointement à cette baisse, on observe à proximité immédiate des zones où les variations sont négatives une zone de variations positives centrée 51 m d'altitude. L'ordre de grandeur de ces variations est similaire à celui observé précédemment, avec des valeurs pouvant atteindre 40% de variation de résistivité positive par rapport au profil de référence. La présence de ce type de zones qui viennent "compenser" les données négatives ont déjà été discutée au chapitre 2. Ces zones peuvent survenir dans les modèles d'inversion afin de minimiser l'apparition des zones où la résistivité augmente ou diminue beaucoup d'un pas de temps à l'autre. Une fois l'injection terminée, les profils permettent de suivre la persistance du traceur au sein des sédiments de rivière. Alors que la zone située directement au contact de la rivière, dans les premiers centimètres est revenue à des valeurs très proches des valeurs initiales, on observe qu'une zone située à quelques dizaines de centimètres de profondeur garde des valeurs de résistivité très inférieures à celles mesurées avant l'injection. Alors que les variations précédemment observées au niveau des berges ont disparu, une zone où la résistivité reste faible persiste pendant toute la durée des mesures, soit près de 4 h après la fin de l'injection. Ces résultats sont en accord avec les données des profils verticaux en Chlorure. Ainsi, les derniers profils mesurés sont extrêmement similaires et aucune diminution de ce signal avec le temps n'est observée.
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La seconde série de profils, réalisée le long du dispositif ERT2, peut être interprétée de façon similaire (Figure 6-24). Dans un premier temps, les premiers profils réalisés ont été faits avant que l'eau salée ne soit arrivée au niveau de la zone d'étude. Les deux premiers profils (9 et 26 min) présentent des valeurs très similaires à celles mesurées initialement. On note cependant qu'une petite zone située dans la partie extrême de la rive droite présente des valeurs très variables. Ensuite, cette zone n'évolue plus et elle n'est pas comprise directement dans la zone d'intérêt, elle ne sera donc pas considérée par la suite. On peut noter aussi une zone assez limitée sous la rivière dont la valeur diminue légèrement et qui pourrait être associée à la présence d'une petite quantité d'eau salée dans les sédiments. Les deux profils suivants (42 et 61 min), réalisés pendant l'injection, font apparaître une zone où la résistivité diminue fortement sous la rivière. Elle s'étend sur une épaisseur de 50 cm environ, mais contrairement au profil ERT1 cette zone n'atteint pas directement la rivière. Comme observé sur le profil ERT1, les profils réalisés durant l'injection présentent également deux zones où la résistivité diminue très fortement associées à des zones où la résistivité augmente au niveau des berges. Ces zones sont cependant moins marquées que sur le profil ERT1. Une fois l'injection terminée, contrairement au profil ERT1 où l'on a observé une persistance d'une zone de résistivité très faible sous la rivière, ici les profils postérieurs à l'injection ont une allure très similaire au profil initial.
III-CONCLUSION
En conclusion, la réalisation de ces deux profils a permis de voir que les deux zones investiguées ne réagissent pas de la même façon à l'expérience de traçage. En effet, la zone du profil ERT 2 située le plus en amont de la zone étudiée présente une réponse rapide à l'injection du traceur, avec une probable pénétration d'eau de rivière au sein des sédiments, mais dont le lien n'est pas directement visible avec la rivière. Une fois l'injection terminée, l'eau salée est très rapidement évacuée de cette première zone, puisque les profils réalisés par la suite se révèlent très semblables à ceux effectués avant l'injection. En revanche, sur le profil ERT 1 situé quelques mètres en aval, la zone d'impact où l'on note la présence d'eau de rivière est un peu plus étendue, et surtout une certaine partie de cette zone semble persister dans le temps, bien après la fin de l'injection. En amont de la zone d'étude, où l'on rappelle que la rivière est plus profonde, on a donc une circulation de l'eau au sein des sédiments qui semble rapide et bien renouvelée, puisque le signal de résistivité associé à l'eau salée de la rivière disparaît peu de temps après l'injection. Les flux impliqués semblent également provenir des sédiments en amont, puisque l'on n'observe pas de réelle connexion entre la zone de sédiments impactée et le lit de la rivière, séparés par quelques dizaines de centimètres. À l'inverse, au niveau du sommet topographique du lit de la rivière présent au niveau où est placé le profil ERT 1, on note que la zone impactée par l'eau salée semble directement reliée à la rivière, et donc que l'eau pénètre dans le sédiment avec des flux verticaux. De plus, ces sédiments gardent un signal de résistivité électrique indiquant la présence d'eau salée bien après la fin de l'injection. D'un point de vue expérimental, les observations faites sur le terrain ont effectivement montré que les sédiments constituant le lit de la rivière au niveau du profil ERT 2 situé le plus en amont étaient constitués en grande partie de vase. À l'inverse, le lit de la rivière au niveau du profil ERT 1 est composé majoritairement de fragments de roches et de galets, et plus induré. Ces informations viennent donc confirmer l'existence de deux comportements différents de ces sédiments de rivière. Les variations dynamiques de la quantité d'eau de rivière pouvant s'infiltrer et persister au sein des sédiments semble donc dépendante de l'hétérogénéité des sédiments et de la morphologie du lit de la rivière. Cette expérience démontre également la possibilité d'avoir des variations assez brutales dans la réponse de la zone hyporhéique au sein d'un même cours d'eau, et au sein d'une zone assez limitée.
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Figure 6-23 : Profils time-lapse du suivi électrique sur le dispositif ERT 1 pendant et après la fin de l'injection. Sont indiqués pour chaque profil l'heure du lancement des mesures et le temps écoulé depuis le début de l'injection.
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Figure 6-24 : Profils time-lapse du suivi électrique sur le dispositif ERT 2 pendant et après la fin de l'injection. Sont indiqués pour chaque profil l'heure du lancement des mesures et le temps écoulé depuis le début de l'injection.
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E-CONCLUSION
Les données géochimiques viennent parfaitement compléter les données géophysiques. En effet, le comportement de la zone hyporhéique a pu être mis en évidence et comparé suivant la méthode utilisée. Les données géochimiques ont été faites à proximité immédiate du profil électrique ERT1. Les données ont montré dans les deux cas qu'au niveau de ce profil, on observait une pénétration d'eau de rivière dans les premières dizaines de centimètres du profil. Une fois l'injection terminée, la morphologie du cours d'eau et les paramètres physiques des sédiments à cet endroit permettent à l'eau de surface de persister au sein de l'eau porale pendant plusieurs heures après la fin de l'injection. Le signal est progressivement évacué par l'arrivée d'eau fraîche au sein du milieu poreux mais reste néanmoins visible. Le second profil électrique, quant à lui, donne alors une vision de la dynamique de la zone située en amont de la butte topographique. À cet endroit, le traceur pénètre rapidement dans les sédiments, mais de façon plutôt longitudinale, selon des flux latéraux au sein de la couche superficielle des sédiments provenant de l'amont de la zone d'étude. Comme le bilan de masse l'a montré, plus de la moitié du traceur n'est pas parvenue à la zone d'étude via la rivière, mais on peut supposer que l'eau salée a pénétré dans les sédiments et circulé de façon relativement rapide, en particulier dans la vase, très poreuse.
Cette expérience a permis de démontrer que de l'eau de rivière pénétrait rapidement dans les sédiments. De plus, selon la morphologie du cours d'eau et la nature des sédiments du lit, cette dynamique n'est pas la même et peut varier sur un même cours d'eau entre deux endroits séparés de quelques mètres. Le site choisi présente l'avantage d'étudier la zone hyporhéique dans toute sa complexité, et l'utilisation de différentes méthodes de mesures prend alors une importance particulière. Ainsi, des mesures géochimiques ponctuelles donnent une information précise et locale de la quantité d'eau de rivière pouvant s'infiltrer dans les sédiments. À l'inverse, les données géophysiques fournissent une information plus étendue, qui peut être suivie au cours du temps et donne un aperçu des variations spatiales de la résistivité. La compilation de l'ensemble des données permet de proposer un modèle du fonctionnement de la zone hyporhéique sur le site d'étude de l'île Ambart.
Deux hypothèses sur l'accès du traceur au sein des sédiments de rivière peuvent être évoquées. Dans un premier temps, l'absence de traceur sur le profil électrique situé le plus en amont une fois l'injection terminée est un signe que le traceur pénètre dans les sédiments en amont de la zone d'étude. Il est possible de voir une arrivée du traceur plus tardive, mais ce dernier persiste bien après la fin de l'injection. Au vu des courbes géochimiques, un certain apport du traceur provient vraisemblablement de la surface, via un transport vertical. Mais la persistance d'un signal après la fin de l'injection pourrait indiquer un apport de traceur via le transport dans les sédiments. On peut alors supposer la mise en place d'un panache d'eau salée au sein des sédiments, qui se déplace d'amont en aval et remonte progressivement vers la rivière. La partie modélisation cherche à expliquer l'origine de la cinétique rapide du transport au sein des sédiments, et montrer quels paramètres sont importants pour permettre une telle circulation dans le milieu poreux.
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