Etudes à l'échelle régionale

Personnels impliqués:Philippe DAVY (CNRS), Jean DE BREMOND D'ARS (CNRS), Tanguy LE BORGNE (UR1), Pascal GODERNIAUX (UR1), Etienne BRESCIANI (UR1), Clément ROQUES (UR1), Laurent LONGUEVERGNE (CNRS), Olivier Bour (UR1)

Dans l'objectif d'obtenir un point de vue régional sur la ressource en eau en Bretagne et sa vulnérabilité aux changements climatiques, une séries de mesure ont été effectuées sur différents sites dans la région (voir carte ci-dessous). En particulier, le site de Saint Brice en Coglès est un aquifère cristallin profond situé à environ 55km au nord est de Rennes dans un milieu géologique similaire à celui de Ploemeur mais dans des contextes géographique et climatique différents. Ainsi, l'étude de ce site permet d'obtenir des données complémentaires pour quantifier les mécanismes de recharge et l'effet potentiel des changements climatiques, et elle donne une meilleure représentativité de l'hydrogéologie à l'échelle régionale. Ces données seront utilisées dans la démarche de modélisation pour caractériser et quantifier les circulations souterraines à l'échelle régionale, en fonction des conditions de recharge, topographie et les échanges entre compartiments profonds et de surface.

Figure: sites sur lesquels des recherches reliées au projet CLIMAWAT sont menées par le CNRS and l'Université de Rennes 1.

 

La région Bretagne a créé un groupe de travail sur l'étude des débits minimums nécessaires pour assurer une qualité et quantité d'eau suffisante pour l'écosystème des rivières, avec une attention particulière au contexte de roche cristalline. The groupe de travail, appelé CRESEB (Centre de Ressources et d'Expertise Scientifique sur l'Eau de Bretagne, http://www.creseb.fr/) rassemble gestionnaires de l'eau, associations, experts et scientifiques. Le CNRS participe à ce groupe pour l'estimation des flux dans le cycle de l'eau à l'échelle du bassin versant en prenant en compte l'impact de la gestion de l'eau et du changement climatique sur la qualité de l'eau et sur les écosystèmes.

Le risque écologique est maximum lorsque le débit de la rivière est minimal, c'est à dire durant les périodes sèches, lorsque le débit de la rivière est entièrement soutenu par la contribution des eaux souterraines. La connaissance des propriétés de l'aquifère est de ce fait très importante.

La figure montre le nombre de jours par an lorsque le débit de la rivière est 10 fois plus petit que le module de la rivière. Ce nombre de jour est comparé au temps de réponse de l'aquifère, qui quantifie le temps durant lequel un aquifère peut fournir de l'eau sans recharge supplémentaire.

Physiquement, ce temps est lié aux propriétés de l'aquifère : taille, porosité et transmissivité. Dans un contexte d'aquifère homogène, le temps de réponse est essentiellement relié à la taille des bassins versant. Les grands bassins versant sont susceptibles de capter des circulations profondes et ont par conséquent des temps de réponse généralement plus grand que les petits bassins versant. Cependant, en Bretagne cette loi générale n'est pas observée. Les petits bassins versant (tel que l'isole à Scaër, 97km2) peuvent avoir des temps de réponse proche de 40 jours, similaires à ceux des grands bassins versant (tel que la Laita à Quimperlé, 832 km²). Ceci montre l'effet de l'hétérogénéité des écoulements souterrains sur la réponse des aquifères.

Trois bassins ont été sélectionnés pour des études pilotes, allant de bassins versants en condition naturelle (l'Odet), peu anthropisés (Ellé, Isole Laïta) à très anthropisés (Rance)

Modélisation de l'impact du changement climatique sur les eaux souterraines

Personnel impliqué:Pascal GODERNIAUX (UR1), Philippe DAVY (CNRS), Jean DE BREMOND D'ARS (CNRS), Tanguy LE BORGNE (UR1), Etienne BRESCIANI (UR1), Jean-Raynald de Dreuzy (CNRS)

Articles publiés:

Goderniaux, P., P. Davy, E. Bresciani, J.-R. de Dreuzy1, T. Le Borgne, Partitioning a regional groundwater flow system into shallow local and deep regional flow compartments, Water Resour. Res., VOL. 49, 1–13, doi:10.1002/wrcr.20186, 2013

La distribution des flux souterrains est fortement influencée par la topographie et s'organise entre l'échelle du versant et l'échelle régionale. Pour quantifier l'impact du changement climatique sur les eaux souterraines, nous avons étudié la compartementalisation des eaux souterraines à l'échelle régionale, et la partition de la recharge entre les compartiments de surface et profond (Goderniaux et al., en préparation).  Un modèle numérique a été développé et la distribution des flux a été analysée en fonction de la recharge (variant de 20 à 500 mm/an), à l'échelle régionale (1400 km²), en trois dimensions, et en tenant compte de la variabilité spatiales des zones exutoires. Le modèle permet de quantifier les circulations souterraines aux échelles locales et régionales. La distribution de probabilité des temps de transfert (voir figure) montre deux différentes tendances liés à deux compartiments (surface et profond). L'importance des différentes composantes de recharge est fortement influencée par la recharge totale et la distribution spatiale des exutoires, qui contrôle la longueur des chemins de circulation souterraine. Les résultats montrent que, bien que la recharge absolue alimentant le compartiment profond diminue avec la recharge totale, la proportion de recharge alimentant ce compartiment augmente. Le volume d'eau dans le compartiment profond, calculé à partir de la distribution des temps de transfert, est presque insensible aux fluctuations de recharge. La méthodologie proposée permet de séparer de manière efficace les composantes locales et régionales des flux.

Figure. Vue de la zone modélisée à l'échelle de la Bretagne

Figure. Evolution des niveaux piézométriques en fonction de la recharge

 

Figure. Volumes approximatifs correspondant aux différents compartiments en fonction de la recharge.

Figure. Distribution de probabilité de taille des chemins de circulation et des temps de transfert pour différentes recharges.