Poitiers

POITIERS

POITIERS

Responsables du site de Poitiers : Jacques Bodin, Pierre Fischer, Gilles Porel

Contexte et objectifs scientifiques

Le Site Expérimental Hydrogéologique (SEH) de Poitiers a été développé par l’équipe IC2MP/Hydrasa (UMR CNRS 7285), dans le cadre du Réseau National de Sites Hydrogéologiques (SNO H+) et des programmes « EAUX » de l’ancienne région Poitou-Charentes (CPER 2002-2006 et 2007-2013).

Situé 2 km à l’Est du Campus Sciences de l’Université de Poitiers, le SEH couvre une superficie de 12 hectares sur des terrains appartenant à l’Université (Jardin Botanique Universitaire – Site du Deffend).

Les thèmes qui sont développés sur le SEH peuvent se décliner selon deux axes :

Axe 1 : Caractérisation des structures d’écoulements préférentiels

  • Caractérisation et modélisation des flux dans les milieux hétérogènes fortement chenalisés : La densité spatiale des forages du SEH est mise à profit pour développer de nouvelles approches d’acquisition de données permettant de solliciter le réseau de chenaux d’écoulements préférentiels à différentes échelles : les propriétés hydrauliques des chenaux d’écoulement préférentiels sont caractérisées à partir de (i) données hydrodynamiques à temps long (journalier) ou court (haute fréquence (2 Hz)), (ii) données de restitution de traçages artificiels en condition de pompage, (iii) données de cross-borehole slug tests, et (iv) données de cross-borehole flowmeter tests
  • Distribution spatiale 3D des hétérogénéités : La géométrie individuelle des structures discrètes de forte perméabilité relative est explorée à partir de techniques d’imageries géophysiques (sismiques, électriques, magnétiques, …)
  • Conditions aux limites : La paramétrisation des conditions aux limites (entrées/sorties) est délicate compte-tenu de la forte chenalisation des écoulements, il est difficile de préciser la distance au-delà de laquelle l’influence d’un pompage peut, à un instant donné, être considérée comme « négligeable ». La propagation à moyenne et longue distance des perturbations de pression à l’extérieur du SEH est investiguée en mettant en place des capteurs « éloignés » et en réalisant des expériences de pompage avec des signaux périodiques

Axe 2 : Transferts hydriques et d’éléments dissous vers la nappe

  • Bilan hydrologique et suivi de la recharge : Le suivi micrométéorologique réalisé à partir d’une station météo et d’une tour à flux au SEH permet de quantifier l’évapotranspiration et les transferts d’eau vers le milieu souterrain (infiltration). La caractérisation des flux d’infiltration dans le temps et dans l’espace est étudiée à partir de (i) un profil de mesures en tomographie de résistivités électriques en time-lapse, (ii) des fosses équipées de sondes de teneurs en eau et de quadripôles électriques enterrés. Ces mesures hydrauliques et électriques sont liées par une relation pétrophysique calée sur les observations du site.
  • Origine et dynamique du sélénium dans les aquifères carbonatés : La présence de sélénium dans les eaux souterraines à des concentrations supérieures à la norme en vigueur pour les eaux potables (10 µg/L) est un problème rencontré dans plusieurs régions de France, notamment dans de la nappe du Dogger du département de la Vienne (aquifère du SEH). Des analyses lithochimiques réalisées sur les carottes des forages du SEH indiquent que des teneurs importantes de sélénium sont piégées dans des poches de remplissages de paléokarst, disséminées au sein du réservoir carbonaté. Des études sont menées afin d’analyser le bien-fondé de cette hypothèse en se basant sur (i) une caractérisation physico-chimique détaillée (XRD, MEB, XPS) de la spéciation du sélénium présent dans les poches de remplissage, (ii) une caractérisation de(s) mécanisme(s) de libération du sélénium par la matrice solide via des expérimentations de laboratoire (en statique et en dynamique) couplées à des simulations thermodynamiques, et (iii) une modélisation numérique des flux réactifs à l’échelle du réservoir.

Localisation

D’un point de vue géologique, le SEH est implanté sur le versant nord du « Seuil du Poitou », vaste plateau carbonaté Mésozoïque marquant la transition entre les bassins sédimentaires Aquitain et Parisien.

Localisation du SEH
Log géologique

Les calcaires jurassiques, qui reposent sur un socle cristallin Hercynien, renferment deux aquifères superposés : (i) l’aquifère du Lias inférieur et moyen (de 10 à 15 m d’épaisseur), et (ii) l’aquifère du Dogger (100 m d’épaisseur). Ces deux aquifères sont séparés par l’aquitard marneux du Toarcien (20 m d’épaisseur). Les études menées sur le SEH se focalisent essentiellement sur l’aquifère du Dogger.

Le SEH est localisé sur le bassin versant topographique et hydrogéologique du Clain, rivière qui prend sa source entre le département de la Vienne et de la Charente et qui s’écoule vers le Nord avant de se jeter dans la Vienne vers Châtellerault. Les nappes du Lias et du Dogger alimentent le Clain tout au long de l’année. Ce bassin versant est occupé à majorité par les activités agricoles (~ 70 %, principalement cultures de céréales, oléagineux, protéagineux et fourrage) et des forêts (~ 15 %). Le relief est relativement plat, formant des plateaux d’une altitude moyenne de 115 mNGF entre le Clain et la Vienne dont les écoulements ont vallonné les calcaires.

Bassin versant du Clain.
Gauche : Formations géologiques affleurantes ; Droite : Occupations du sol

Le climat autour de Poitiers est semi-océanique. La température moyenne annuelle à Poitiers était de 11,8 °C entre 1990 et 2010 et a augmenté à 12,2 °C entre 2000 et 2020. La pluviométrie annuelle moyenne de 690 mm à Poitiers reste, elle, à peu près constante depuis 1950.

Distribution de la pluie dans la Vienne (Source : MétéoFrance)

Cette pluviométrie est inégalement répartie dans le département de la Vienne, avec des régions plus humides au Sud, vers le seuil du Poitou, et plus sèches au Nord.

Instrumentation, suivis et expérimentations menées sur site

Le dispositif expérimental, mis en place à partir de 2002, comprend une quarantaine de forages, dont trois forages carottés verticaux et deux forages carottés obliques. Tous les forages traversent l’intégralité de l’aquifère du Dogger (profondeur des forages = 125 m). La plupart des forages sont implantés selon un maillage régulier dans un carré de 210 × 210 m.

Emplacement des forages du SEH autour de l’Université et dans le Jardin Botanique

Les forages du SEH sont soit non tubés, soit équipés de tubages crépinés sur toute l’épaisseur de l’aquifère du Dogger. Le niveau piézométrique dans les forages correspond donc à une charge hydraulique moyenne sur l’épaisseur de l’aquifère. En conditions d’écoulement naturel, les niveaux piézométriques varient de 15 m à 25 m par rapport à la surface du sol. Lors de la foration, des calcaires argileux secs ont été systématiquement observés jusqu’à une profondeur d’environ 30 m, indiquant ainsi que l’aquifère du Dogger est captif sous cette formation faiblement perméable. Deux forages supplémentaires ont été réalisés jusqu’au socle cristallin (forages C2 et IM1, environ 160 m de profondeur), afin de pouvoir enregistrer les charges hydrauliques dans l’aquifère du Lias inférieur et moyen lors des tests hydrauliques réalisés dans les autres forages. Aucune perturbation de charge n’a jamais été observée dans l’aquifère du Lias inférieur et moyen, démontrant ainsi que les deux aquifères sont bien isolés l’un de l’autre par les marnes toarciennes.

L’aquifère du Dogger est surmonté d’une couche de sol d’épaisseur variable au SEH, allant de quelques mètres à une vingtaine de mètres. Il s’agit d’un Brunisol Luvique sur des formations détritiques argilo-limoneuses qui présentent une forte hétérogénéité latérale et verticale. Ce sol joue un rôle tampon à l’interface souterrain-végétation-atmosphère. L’activité atmosphérique du cycle de l’eau (pluie, évapotranspiration) est mesurée par une station météo installée en 2002 et une tour à flux installée en 2023. Des fosses équipées, creusées jusqu’à 2 m sous la surface, permettent de suivre la teneur en eau dans le sol tous les 30 cm de profondeur depuis 2024.

Depuis 2002, les investigations menées sur le SEH ont permis de recueillir une importante quantité de données concernant l’aquifère du Dogger. Ces données, aujourd’hui archivées dans la base de données H+, concernent des acquisitions continues ou ponctuelles.

Acquisitions continues :

  • Suivi piézométrique au pas de temps 10min dans les forages du SEH
  • Suivi micrométéorologique au pas de temps 30min : pluie, température, humidité, vitesse de vent, radiation solaire, évapotranspiration réelle
  • Suivi de teneur en eau et de température du sol au pas de temps 30min, tous les 30cm de profondeur jusqu’à 2m (dans 4 fosses proches de la station micrométéorologique)

Acquisitions ponctuelles :

  • Dynamique de la nappe en conditions d’écoulement « naturel » et/ou forcé : tests de pompages et chocs hydrauliques
  • Dynamique du transport (non réactif) en écoulement forcé : expériences de traçages à la fluorescéine
  • Imagerie hydrogéophysique de la zone non saturée : profils de tomographie de résistivités électriques ponctuels ou en time-lapse
  • Structure des écoulements dans les forages : flowmétrie verticale ; diagraphies température-conductivité
  • Structure géologique du réservoir : stratigraphie/lithologie sur les forages carottés, imagerie sismique 3D du réservoir, diagraphies en rayonnement Gamma, imagerie acoustique, caméra haute résolution
  • Propriétés pétrophysiques des roches carbonatées : mesures de porosité et de perméabilité en laboratoire sur des échantillons de carottes

Ces différentes investigations ont permis d’atteindre un degré de caractérisation inégalé au plan national dans ce type de milieu.

Disponibilité des données

Principaux jeux de données

Dans ce catalogue OSURIS, vous pouvez trouver des liens vers des jeux de données clés du site ainsi que des métadonnées :

Cycle de l’eau : https://www.osuris.fr/metadata/SNO-HPLUS-POITIERS-WATER-CYCLE

Cycle géochimique : https://www.osuris.fr/metadata/SNO-HPLUS-POITIERS-GEOCHEMICAL-CYCLE

Hydrogéophysique en forage : https://www.osuris.fr/metadata/SNO-HPLUS-POITIERS-BOREHOLE-HYDROGEOPHYSICS

Tous les jeux de données

Pour faciliter la recherche d’ensembles de données générales, des requêtes prédéfinies ont été créées et sont régulièrement exécutées. Les résultats des requêtes peuvent être téléchargés à partir des liens disponibles ci-dessous :

Poitiers

Cycle de l’eau
Cycle géochimique
Hydrogéophysique en forage
Hydrogéophysique spatialisée
Expériences
Banc expérimental
Forages
Stations

* A partir d’août 2020, les 9 puits m7, m8, m13, m15, m20, m22, mp4, mp6 et mp7 deviennent respectivement m7b, m8b, m13b, m15b, m20b, m22b, mp4b, mp6b et mp7b suite à une modification de leur équipement technique.

Viewer KMZ

Le viewer ci-dessous offre une visualisation complète du site et des informations sur les données publiques disponibles telles que les types, les nombres et les dates des mesures, les localisations des sites, des forages et des stations, ainsi que les informations sur les fournisseurs de données. Cette interface fournit également un aperçu des cartes géophysiques et des coupes transversales.

Pour visualiser les données complètes dans l’application Google Earth, vous pouvez télécharger le fichier KMZ suivant : Poitiers.kmz

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