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PROJET ALIRHYS
ALPES LATINES
IDENTIFICATION DES RESSOURCES HYDRIQUES SOUTERRAINE
PROJET ALIRHYS
ALPES LATINES
IDENTIFICATION DES RESSOURCES HYDRIQUES SOUTERRAINE
REMERCIEMENTS
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Nous tenons à remercier pour leur efficace contribution à la mise en œuvre du projet :
Silvia Antonietti, Francesco Orazi, Claudio Genova - POLITECNICO DI TORINO
Stéphanie Cohen, Annie Vahramian, Franck Tessier, Alexandre Buchle, Karine Ferrapie, Rémy Halté, Alexis
Haussouliez, Ouael Silini - POLYTECH NICE-SOPHIA
Pour l’échantillonnage : Robert et Françoise Echene, Karine Mayen, Guy Coquin
Pour les traçages : Éric Audureau (ONF Annot), Patrick Serena (ONF Villars Hessier), Claude Camilleri (maire
de Castellet-lès-Sausses), Vivianne Pons-Bertaina (maire de Méailles), Jean-Luc Honnoraty (Le Fugeret),
Jean-Claude Nobécourt (CRESPE), Guillaume Tennevin (H2EA), Bruno Arfib, Johan Jouves, Lucie Dal Soglio
et Thierry Lamarque (Université Aix-Marseille), Jean-José Gonzalez (Méailles), Irina Druzhinina (Technische
Universität Wien), Pierre Audra, Donald Accorsi et José Leroy (Les Compagnons de la nuit minérale - Senlis),
Philippe Bertochio (SCAG), Jean-Yves Bigot (CRESPE), Didier Cailhol (Comm. Scientifique FFS), Pascal Caton
(GSBM), Cathy Frison (SC Martel), Philippe Mauzet (CRESPE), Mael et Olivier Sausse (GSBM), Alain Staebler,
Agnes Hajnal (Pizolit Caving Club Budapest), Gabriella Koltai (Universität Innsbruck), Peter Zentay (Bekey SG
Budapest), Marjan Temovski (Karst Research Institute, Postojna), Alexey Kopchinskiy, B. Lefalher (GSBM).
Pour la fourniture de données : Pierre Carrega (Université Nice Sophia-Antipolis), Institut géographique national (IGN), Météo France
Marina Angelino, Giulia Bodrato, Angela Cassanelli, Daniela Moro, Gianpiera Pons, Chiara Silvestro, Silviamaria
Venutti - REGIONE PIEMONTE
ACDA S.p.A., ALAC S.p.A., MondoAcque S.p.A., ENEL S.p.A., Hydrodata S.p.A., Maira S.p.A.,
Comuni di Beinette, Chiusa Pesio, Ormea, Roaschia, Parco del Marguareis, Stazione Scientifica della Grotta
di Bossea.
Maquette :
Welcome s.a.s., Torino
Impression :
Italgrafica s.r.l.
Références Internet :
www.polito.it/ALIRHYS
ISBN : 978-88-98878-10-9
Tous droits de reproduction, d’enregistrement et d’adaptation, totale ou partielle sur tout type de média, réservés.
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PRÉSENTATION
La présente publication est le résultat d’une collaboration entre les organismes suivants : Politecnico di
Torino, Polytech Nice-Sophia, Regione Piemonte et Métropole Nice Côte-d’Azur, pour le développement du
projet ALIRHYS dans le cadre du programme de coopération transfrontalière ALCOTRA 2007-2013.
La contribution synergique de tous les partenaires en vue de la réalisation du projet a permis d’approfondir
et de développer les thèmes proposés par l’objectif stratégique 2 qui a comme axe prioritaire la protection et
la gestion du territoire. En particulier, le projet ALIRHYS vise à la connaissance et à la gestion des ressources
en eaux souterraines qui alimentent de nombreuses sources à l’origine du réseau hydrographique qui se
développe sur les territoires italiens et français. Les débits de ces cours d’eau sont étroitement influencés
par la fonte des neiges, les précipitations et les nombreuses sources qui garantissent un flux hydrique
conséquent, même après de longues périodes de sécheresse ; une partie de celles-ci sont captées pour l’eau
potable.
Ces sources sont, ces dernières décennies, particulièrement exposées aux risques naturels : les conditions
climatiques extrêmes (périodes de sécheresse et inondations), ont significativement augmenté sous
l’influence du changement climatique en cours. Les dommages potentiels qui découlent de ces risques
sur les ressources hydriques peuvent affecter le développement des zones qui sont impliquées dans le
programme de recherche.
Les projets européens sont une occasion importante pour développer et attirer des ressources financières
sur le territoire, nous invitons en conséquence les lecteurs à s’en inspirer pour donner lieu à de nouvelles
synergies et propositions, afin d’assurer la continuité et de développer davantage ce secteur d’activité.
La source du Pis del Pesio (Marguareis)
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TABLE DES MATIÈRES
p. 14
p. 16
p. 18
p. 20
Remerciements
Présentation
Fiche du projet
Partenaires
Zone d’étude
Contexte géologique
Contexte hydrogéologique
Activités du projet
• Récolte de données territoriales et réalisation d’une base de données p.20
• Suivis p.20
• Qualité des eaux et caractéristiques géochimiques p.21
• Tests avec traceurs p.22
• Représentation des données cartographiques et hydrogéologiques acquises p.22
• Modélisation des données p.23
• Optimisation des ressources hydriques p.24
• Plan de communication p.25
p. 26
Résultats du projet
• Récolte des données territoriales et réalisation de la base de données p.26
• Suivis p.33
• Qualité des eaux et caractéristiques géochimiques p.76
• Tests avec traceurs p.87
• Représentation des données cartographiques et hydrogéologiques acquises p.98
• Modélisation des données p.104
• Optimisation des ressources hydriques p.108
• Plan de communication p.112
p. 114
p. 118
Glossaire
Bibliographie
FICHE DU PROJET
TITRE
ALIRHYS (Alpes Latines – Identification des Ressources HYdriques Souterraines)
IV PROGRAMME de coopération transfrontalière Italie/France ALCOTRA 2007-2013, approuvé par la
Commission européenne par la décision C (2007) 5716 du 29.11.2007.
AXE/MESURE
Axe 2 – “Protection et gestion du territoire” Mesure 2.1 “Ressources du territoire”
ZONE D’ÉTUDE
la zone d’étude couvre le territoire entre Cuneo et Nice, en englobant le secteur des Alpes Ligures et Maritimes
qui est compris entre les vallées Maira et Tanaro, le département des Alpes-Maritimes et la partie méridionale
du département des Alpes-de-Haute-Provence, correspondant au bassin du Var.
OBJECTIFS
• Récolte de données territoriales et bases de données : saisie des informations cartographiques,
géologiques, hydrogéologiques et météorologiques.
• Suivis : étude du manteau neigeux et étude des caractéristiques qualitatives et quantitatives des principales
sources.
• Caractéristiques géochimiques de l’eau : analyse des concentrations des principaux éléments dissous et
des métaux.
• Tests avec traceurs : vérification des connexions souterraines entre les zones d’alimentation et les sources
correspondantes.
• Représentation et visualisation des données à l’aide d’un Système d’information territorial (SIT).
• Modélisation des données (précipitations, températures et débits des sources).
• Plan de communication : site web, publications, documentaires, débats publics.
DURÉE
janvier 2013 – mars 2015
BUDGET
733 585 euros, dont 490 482 euros pour la partie italienne et 243 103 euros pour la partie française.
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PARTENAIRES DU PROJET
Politecnico di Torino
Dipartimento di Ingegneria dell’Ambiente, del Territorio e delle Infrastrutture
http ://www.polito.it
Gruppo di Idrogeologia Applicata
Bartolomeo Vigna
Adriano Fiorucci
Fabrizio Bianco
Cinzia Banzato
Federico Marchionatti
Stefania Menegatti
Barbara Moitre
Professore Associato in Geologia Applicata
Ricercatore in Geologia Applicata
Ingegnere - Tecnico di laboratorio
Geologo - Assegnista di ricerca
Ingegnere - Assegnista di ricerca
Ingegnere - Assegnista di ricerca
Ingegnere - Borsista
Gruppo di Geomatica
Andrea Maria Lingua
Paolo Felice Maschio
Irene Aicardi
Francesca Noardo
Professore Associato in Geomatica
Tecnico di laboratorio
Ingegnere - Dottorando in Ingegneria
Architetto - Dottorando in Architettura
Polytech Nice Sophia
Département d’Hydroinformatique et Ingénierie de l’eau
http ://www.polytechnice.fr
Philippe Audra
Mohammed Assaba
Jean-Pierre Laborde
Philippe Gourbesville
Pr. en Géographie physique
Ingénieur de recherches
Pr. en Hydrologie
Dir. Polytech Nice, Pr. en Hydraulique
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Direzione Ambiente
http ://www.regione.piemonte.it
Salvatore De Giorgio
Paolo Mancin Maria Governa
Agata Milone
Massimiliano Petricig
Secondo Barbero
Direttore della Direzione Ambiente
Dirigente del Settore Tutela Ambientale delle Acque
Funzionario Geologo - Settore Tutela Ambientale delle Acque
Dirigente del Settore Ciclo Integrato dei rifiuti e Servizio Idrico Intergrato
Funzionario Geologo - Settore Ciclo Integrato dei rifiuti e Servizio Idrico
Intergrato
Dirigente Arpa Piemonte - Struttura Idrologia ed effetti al suolo
Métropole Nice Côte-d’Azur (NCA)
http ://www.nicecotedazur.org
Gilbert Bovis Yvan Villani
Direction de l’eau
Coopération Transfrontalière - Direction Europe
Grotte de Bossea © Federico Marchionatti
ZONE D’ÉTUDE
La zone d’étude du projet ALIRHYS est comprise
dans une vaste zone qui a pour limites, au nord
la région de la plaine de Cuneo et au sud la ligne
côtière où est située la ville de Nice.
Cette zone englobe la crête alpine des Alpes
maritimes et ligures, entre les vallées de la Maira et
du Tanaro et le département des Alpes-Maritimes,
la partie sud des Alpes-de-Haute-Provence
correspondant au bassin du fleuve Var. (Figure 1)
prendre progressivement une orientation allant
principalement vers le nord (Pesio, Ellero, Corsaglia
et moyen Tanaro).
Le territoire français se développe par contre de la
frontière jusqu’aux agglomérations de Mandelieula-Napoule sur la mer, Saint-Paul-su-Ubaye au
nord et Thorame-Haute à l’ouest.
La frontière franco-italienne est située le long de la
chaîne des Alpes comprenant les monts Chambeyron
(3389 m), Ténibres (3031 m), Cima Collalunga (2765
m), Malinvern (2939 m), Clapier (3045 m), Rocca
Abisso (2755 m) et Marguareis (2651 m).
Le secteur italien qui est compris dans l’étude
s’étend de la vallée de la Maira à l’ouest jusqu’aux
confins de la Ligurie à l’est, de la frontière de l’État
au sud, jusqu’à la zone des plaines comprise entre
Fossano et Mondovi au nord. Les vallées alpines
italiennes concernées par l’étude sont les vallées
Maira, Grana, Stura di Demonte, Vermenagna, Pesio
et les vallées Monregalesi dans le val du Tanaro.
Ces vallées présentent une configuration à partir
de la Vallée Maira qui suit une orientation grosso
modo O-E et qui, en épousant le profil de la chaîne
des Alpes, se développe vers les plaines pour
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Plateau de la Gardetta © Stefania Menegatti
Figure 1 : situation géographique de la zone étudiée
CONTEXTE GÉOLOGIQUE ET STRUCTURAL
La zone soumise à l’étude comprend le secteur Sud
de la chaîne des Alpes, en englobant le territoire
italien jusqu’aux plaines de Cuneo, ainsi que les
reliefs français qui descendent vers la mer.
Sur le versant italien affleurent des roches appartenant principalement à deux unités tectoniques
(domaines ou zones) : vers l’Ouest, le Domaine
Helvético-Dauphinois, et vers la plaine de Cuneo, le
Domaine Pennidique.
La Zone Helvético-Dauphinoise est formée
de lithotypes qui, durant l’histoire géologique,
appartenaient à des zones profondes de la croûte
(essentiellement des granitoïdes), qui affleurent
actuellement au niveau des massifs externes
(Argentera, Pelvoux, Belledonne). À ceux-ci sont
associées les roches de la couverture sédimentaire,
qui, très souvent ne se trouvent plus dans leur position
d’origine, mais apparaissent décollées et charriées.
La Zone Pennidique est caractérisée par des roches
de socle et de couverture : les premières sont
situées en-dehors de la zone soumise à l’étude,
tandis que les séquences sédimentaires, en partie
métamorphiques, affleurent dans la zone de Cuneo.
Elles sont formées de roches sédimentaires et
ignées qui composaient le fond marin et les hautes
structures existant dans la mer de la Téthys.
Elles comprennent des roches appartenant à la
Zone Valaisanne (principalement des schistes),
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qui formait un bassin secondaire parallèle au
bassin Piémontais, à la Zone Subbriançonnaise,
caractérisé par des sillons et des hauts-fonds et à
la Zone Briançonnaise, descendant vers le fond du
bassin océanique. Les deux dernières unités sont
formées par une séquence de schistes argileux,
métavulcanites, quartzites, pélites, gypses,
dolomies, calcaires et grès calcaire et, enfin, flysch.
La Zone Piémontaise appartient également à la
Zone Pennidique, constituée à la base de dolomies,
suivies d’une imposante séquence de schistes et
de roches vertes, qui formaient le bassin océanique
proprement dit.
Le secteur italien de la zone étudiée comprend
également la plaine de Cuneo, où la succession
mésozoïque de la Zone Piémontaise est en partie
recouverte par des dépôts plio-pléistocènes du
Bassin Tertiaire Piémontais et par une mince
couche de sédiments quaternaires.
Le versant français est couvert par quatre domaines principaux : au Sud, l’Autochtone
provençal, constitué d’une couverture sédimentaire peu plissée correspondant aux plateaux entre la Siagne et le Var. Le Domaine Subalpin occupe l’essentiel de la zone d’étude, formant l’Arc
de Castellane au Nord-Est, et l’Arc de Nice à l’Est.
Il s’agit de la couverture sédimentaire de l’Argentera-Mercantour, décollée au niveau du Trias
et glissée vers le Sud en une série intensément
plissée, constituée d’écailles chevauchantes.
La Zone Alpine s.s. est caractérisée par des nappes de charriage en périphérie du massif de l’Argentera-Mercantour. Enfin, le domaine du socle,
composé principalement de roches métamorphiques, constitue le massif de l’Argentera-Mercantour formant la crête frontière alpine, ainsi que
celui du Tanneron-Esterel bordant le sud-ouest
de la zone d’étude.
À cet ensemble, on adjoint généralement le
tégument permo-triasique, solidaire du socle du
point de vue structural, les décollements des
couvertures sédimentaires étant localisés au
sommet au niveau du Trias argilo-gypseux.
Ce tégument affleure en périphérie des socles
et en bombement au niveau du Dôme de Barrot.
Les roches en présence différencient ces domaines.
Pour l’Autochtone provençal et le Domaine
Subalpin, il s’agit principalement d’une alternance
d’épaisses couches de marnes et calcaires
s’étalant du Jurassique à l’Oligocène, avec
des niveaux gréseux dans le Crétacé supérieur
et les fameux grès d’Annot du Nummulitique.
On oppose classiquement les faciès provençaux
au Sud, où dominent d’épaisses séries jurassiques
calcaires très karstifiées aux faciès dauphinois au
Nord, où les couches marneuses très épaisses
dominent la série sédimentaire, dans laquelle
s’intercalent des couches calcaires plus minces.
Le socle est constitué de roches métamorphiques
(schistes, gneiss, migmatites).
CONTEXTE GÉOLOGIQUE ET STRUCTURAL
Son tégument permo-triasique est représenté
par d’épaisses séries détritiques de pélites rouges, parfois verdâtres, avec des passées plus
grossières conglomératiques ou gréseuses.
À ces ensembles s’ajoutent les sédiments des
basses vallées des fleuves méditerranées, d’Est
en Ouest : la Siagne, la Cagne, le Var, le Paillon.
Ces vallées ont été profondément incisées en
canyon durant la régression messinienne, puis
remplies d’argiles marines et de conglomérats
deltaïques et fluviatiles par les deltas progradant
au Pliocène. Les cycles glacio-eustatiques ont
affecté ces conglomérats, successivement
incisés et remplis au Quaternaire par les alluvions
grossiers de sables et galets formant les parties
planes des basses vallées.
Les différentes unités décrites ci-dessus, à
la suite des mouvements orogéniques qui
ont produit la structure en arc de la chaîne
alpine, ont subi une série de déformations et
de charriages vers l’Ouest. Ces évolutions ont
permis un chevauchement de différentes nappes,
en conservant de manière générale l’ordre dans
lequel se trouvaient les différents domaines.
Les roches du Dauphinois se trouvent dans le
secteur le plus occidental, tandis que la Zone
Piémontaise apparaît en position plus orientale.
Les mouvements de compression ont engendré
un métamorphisme à basse température et à
pression relativement élevée dans les nappes les
plus orientales (Zone Piémontaise et une partie
de la Zone Briançonnaise), tandis que d’autres ont
été seulement partiellement métamorphisées.
CONTEXTE HYDROGÉOLOGIQUE
Les domaines décrits comprennent de nombreux types de roches, qui du point de vue hydrogéologique
présentent des valeurs de perméabilité très différentes et peuvent être regroupées en différents complexes
hydrogéologiques. Le contexte géologique est formé de toutes les roches (cohérentes ou incohérentes)
présentant des caractéristiques hydrogéologiques analogues et qui apparaissent en continuité structurale
entre elles. Des lithotypes, de nature et d’origine différentes, peuvent être associés au sein d’un seul complexe
hydrogéologique, selon le type et le degré de perméabilité relative. Par exemple, on a regroupé en un seul
ensemble différents types de roches carbonatées (avec une perméabilité allant de moyenne à haute) ou
différentes roches, telles que des granites, des gneiss, des vulcanites et des quartzites qui, du point de vue
hydrogéologique, sont caractérisées par une faible perméabilité.
Dans la zone d’étude ont ensuite été reconnus différents complexes hydrogéologiques, des successions les
plus anciennes jusqu’aux dépôts plus récents. La carte hydrogéologique illustrant l’extension territoriale de
ces complexes est en voie de préparation et sera présentée dans le site internet du projet.
COMPLEXE BASAL
Formé par des roches magmatiques et métamorphiques, caractérisées par une très faible perméabilité
relative, principalement due à leur faible degré de fracturation. Il comprend tous les types de roches qui, dans
les cartes géologiques, sont décrites comme des massifs cristallins, micaschistes, gneiss et couvertures
volcaniques ou quarzitiques. Les sources alimentées par ce complexe sont caractérisées par des vitesses
d’écoulement très faibles.
COMPLEXE ÉVAPORITIQUE
Formé par des gypses et des carnioles. Il est caractérisé par un degré de perméabilité relative moyen, associé
aux processus de fracturation et/ou de karstification. En fonction de l’intensité de la fracturation et de la
karstification, le degré de perméabilité peut être moyen ou élevé. Ces types de roches, qui sont généralement
situés à la base de la succession calcaire-dolomitique, influencent sensiblement la chimie des eaux des
différentes sources étudiées, principalement alimentées par les aquifères carbonatés, qui présentent des
valeurs de minéralisation relativement élevées.
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COMPLEXE CARBONATÉ
Composé de calcaires, de marbres, de dolomies,
de calcaires dolomitiques et de grès calcaires
dans les différentes unités tectoniques reconnues. La perméabilité peut varier de moyenne
à élevée en fonction du degré de fracturation
et/ou de karstification. Ce complexe recèle les
aquifères qui alimentent presque toutes les
sources étudiées.
COMPLEXE SCHISTEUX Formé de tous les autres lithotypes d’origine
sédimentaires, plus ou moins métamorphisés
(y compris les schistes calcaires), avec un
pourcentage de calcite relativement faible ou inexistant. La perméabilité relative peut être considérée comme faible à moyenne, en fonction du
degré de fracturation.
Lorsque la teneur en calcite est légèrement
supérieure ou en présence de lentilles de marbre,
le degré de perméabilité peut augmenter,
conditionné par une relative karstification.
Les sources alimentées par ce complexe
présentent en général des débits très bas.
COMPLEXE DES DÉPÔT
PLIO-PLÉISTOCÈNES
Il est situé dans les contreforts de la plaine de
Cuneo et comprend une succession d’argilesable, graviers altérés, graviers sablonneux et
sables. Dans l’ensemble, la perméabilité relative
CONTEXTE HYDROGÉOLOGIQUE
va de faible à moyenne, en devenant imperméable
là où la présence de la matrice fine prédomine.
Les niveaux aquifères n’apparaissent qu’au
niveau des horizons les plus grossiers.
COMPLEXE MORAINIQUE
Comprend les dépôts d’origine glaciaire qui sont
présents dans les zones en altitude ou sur les
bordures des cours d’eau.
Étant donné la structure chaotique et la très
grande hétérogénéité granulométrique, la perméabilité relative, par porosité primaire, peut
être considérée de moyenne à faible.
COMPLEXE DES DÉPÔTS QUATERNAIRES
INDIFFÉRENCIÉS
Comprend les sédiments fluviaux qui se sont
déposés sur les fonds des vallées des principaux
cours d’eau et les dépôts de versants affleurant
sur les pentes des reliefs alpins.
La granulométrie est d’habitude grossière,
en conséquence de quoi la perméabilité
correspondante, par porosité primaire, apparaît
de moyenne à élevée.
Il abrite différents aquifères qui alimentent, en
général, des sources présentant des débits peu
élevés.
ACTIVITÉS DU PROJET
Le programme de travail a été subdivisé en 8
activités techniques décrites ci-dessous.
RÉCOLTE DE DONNÉES
TERRITORIALES ET RÉALISATION
D’UNE BASE DE DONNÉES
Le projet avait pour objectif la création d’une base
de données dans laquelle il est possible d’organiser,
au niveau transfrontalier, aussi bien les données
existantes que celles en cours d’acquisition.
Ces informations ont porté en particulier sur :
• la représentation géographique du territoire, en
utilisant la cartographie de base traditionnelle
et numérique, les modèles altimétriques et les
orthophotographies numériques.
Dans ce contexte, il a été nécessaire de définir
les systèmes de référence et les systèmes de
représentation cartographique utilisés en Italie
et en France, et une méthode opérationnelle
pour l’harmonisation et le géoréférencement
des informations cartographiques dans le même
système de référence et dans le même système
cartographique de coordonnées
• la création de cartographies thématiques de
base concernant la géologie et l’hydrogéologie
• la collecte de données météorologiques relatives
aux précipitations et aux températures enregistrées
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sur un temps aussi large que possible, en mettant l’accent sur les chutes de neige qui jouent
un rôle fondamental dans le mécanisme d’alimentation des systèmes aquifères ; ces informations ont été fournies par l’Arpa Piemonte
pour la partie italienne et par Météo France pour
la partie française
• collecte des données hydrogéologiques sur les
grandes sources concernant : l’emplacement,
l’utilisation, les débit et les analyses physicochimiques de l’eau
SUIVIS
Pour acquérir des données détaillées relatives
à la situation hydrogéologique, on a installé des
capteurs de données automatiques et procédé
à une série de mesures et d’échantillonnage sur
le terrain, pour détecter aussi bien les apports en
neige et en eau de pluie que les caractéristiques
quantitatives et qualitatives des principales
sources et de certains cours d’eau de surface
étroitement liés aux eaux souterraines.
Comme pour l’étude du manteau neigeux, on a
installé des «pluviographes et mesureurs de neige
enterrés» au niveau des stations météorologiques
existantes (aussi bien en territoire italien que
français) pour mesurer la valeur relative de la fonte
des neiges.
On a proposé une méthodologie rapide d’évaluation
du volume de la neige à partir de séries historiques
d’images multispectrales acquises par satellite,
combinées à un modèle altimétrique du territoire
et des données ponctuelles sur la hauteur de la
neige.
En ce qui concerne l’étude des principales
sources, ont été identifiées et caractérisées aussi
bien du point de vue quantitatif que qualitatif,
en vue de la réalisation d’analyses chimiques,
selon le rythme des saisons pendant les deux
années de la durée du projet.
On a en outre expérimenté un capteur de
température monté sur un drone pour l’analyse
du manteau neigeux et pour la recherche de
sources sous-alluviales.
ICP-MS du laboratoire d’hydrogéologie du Politecnico di Torino
QUALITÉ DES EAUX ET LEURS
CARACTÉRISTIQUES GÉOCHIMIQUES
une vingtaine de sources, choisies parmi les
plus représentatives, situées dans les AlpesMaritimes et les Alpes-de-Haute-Provence.
Auprès de ces sources ont été installés des
débitmètres, des appareils de mesure de
conductivité électrique et de température avec
enregistrement horaire de la donnée.
Les mêmes points de suivi ont été échantillonnés
Le protocole d’analyse mis au point a prévu
un échantillonnage des eaux et une série de
mesures sur le terrain et d’analyses ultérieures
en laboratoire concernant les paramètres fondamentaux pour la définition des caractéristiques
chimiques et de la qualité de l’eau, les anions
accessoires, les lanthanides et les isotopes environnementaux.
Par le biais de la consultation des données des analyses physiques et chimiques effectuées au cours du
projet, on a procédé à l’identification du faciès chimique et à l’évaluation de la qualité de base des eaux, en
tenant compte des paramètres et des limites correspondantes imposées par les réglementations nationales
et européennes pour l’usage humain.
Ces paramètres ont pris en compte les phénomènes de pollution anthropique et ceux qui ont une origine
naturelle liés à la nature des masses rocheuses qui forment l’aquifère (par exemple sulfates, chlorures,
arsenic, etc.). Dans le secteur étudié, l’incidence anthropique sur les eaux de source semble très limitée (à
l’exception de la charge microbienne liée à des conditions particulières d’utilisation du sol), tandis que l’on
constate plus souvent le cas d’eaux qui présentent des paramètres qui dépassent les limites légales en
raison des caractéristiques intrinsèques du composant lithologique de l’aquifère.
La caractérisation géochimique des eaux a porté, en plus des principaux éléments dissous, également sur
la teneur en métaux (y compris ceux appartenant à la série des lanthanides) et sur les rapports isotopiques
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O/16O et 2H/1H. L’étude isotopique s’est également étendue aux eaux provenant de précipitations, dans le
but de réaliser la courbe de régression entre le rapport 18O/16O et l’altitude dans les deux versants principaux
(méditerranéen et plaine du Pô) pour évaluer l’altitude d’infiltration.
TEST AVEC TRACEURS
Pour vérifier les connexions souterraines entre les zones d’alimentation et les différentes sources examinées,
on a effectué une série de tests avec des traceurs artificiels fluorescents. L’utilisation d’équipements
automatisés adéquats a permis de calculer la vitesse du flux des eaux souterraines et d’étudier les modalités
de restitution du traceur. Ces tests jouent un rôle clé pour la caractérisation hydrogéologique des différents
systèmes considérés, ainsi que pour l’étude de la diffusion et de la dispersion des polluants potentiels.
REPRÉSENTATION DES DONNÉES CARTOGRAPHIQUES
ET HYDROGÉOLOGIQUESACQUISES
Les données cartographiques et les données thématiques traitées dans le projet sont gérées au sein d’un
Système d’Information Territoriale (SIT) structuré de manière appropriée.
Le SIT est conçu selon les règles des bases de données et accompagné des métadonnées qui s’imposent,
ce qui permet la description du système indépendamment de la plate-forme de réalisation et l’interprétation
correcte des données par tous les opérateurs qui interagissent avec le système.
Le partage des modèles de projet permet en outre de simplifier les éventuelles procédures de modification/
mise à jour au fur et à mesure qu’apparaissent de nouvelles exigences en matières d’interrogation et/ou
de nouvelles données à introduire. Les schémas mis en œuvre dans les logiciels utilisés, commerciaux et
très répandus, sont exportés dans le format XML (eXtensible Markup Language) et partagés pour permettre
22
l’importation automatique dans ces mêmes
logiciels pour la réalisation de projets similaires.
Le SIT a été mis en place avec : introduction
d’informations cartographiques de base,
introduction par divers opérateurs des données
concernant le projet, réalisation d’élaborations
et d’interrogations spatiales sur les données
introduites et affichage de cartes thématiques et
analytiques sur les analyses effectuées.
Le SIT représente le cœur du projet, vu qu’il
permet de stocker les données de toutes les
unités impliquées dans une solide base, dans un
seul environnement et dans un langage commun,
qui favorise l’interaction pour la réalisation des
analyses de détail.
Grâce à un processus d’harmonisation, le
territoire italo-français est décrit de manière
univoque et uniforme, en instituant de cette
manière une connexion territoriale profonde
entre les organismes internationaux impliqués.
Le SIT est en outre traduit sous forme de WebGIS, qui permet le partage par le biais d’internet
des données et des résultats du projet.
MODÉLISATION DES DONNÉES
Les données portant sur les précipitations, les
températures et les débits ont été traitées avec
des modèles mathématiques appropriés.
Au départ des données provenant des séries
historiques et concernant les précipitations et
les températures, des informations ont été obtenues concernant les légers changements ou
les cycles climatiques qui ont affecté la zone
étudiée et l’on a constaté que ces changements
peuvent affecter (ou ont conditionné) le système
des sources. Les modélisations se sont également avérées nécessaires pour mieux comprendre les mécanismes de recharge des divers
types d’aquifères examinés. Les données obtenues ont pris en compte aussi bien les débits
moyens annuels que les tendances saisonnières
du flux hydrique.
En effet, on considère comme étant des informations cruciales celles qui concernent, non
pas tellement le montant total des apports, que
leur répartition au cours de l’année : les périodes
de sécheresse prolongées affectent souvent le
flux des sources, même en présence de précipitations qui, pendant toute la durée de l’année,
n’affichent aucun changement quantitatif significatif. Il est bien établi que les changements
climatiques en cours ont donné naissance à des
conditions météorologiques extrêmes, avec des
périodes de précipitations de type inondation (qui
produisent peu d’effet sur la recharge des aquifères)
s’alternant avec plusieurs mois de sécheresse.
Le taux annuel des précipitations peut par
conséquent ne pas avoir changé au fil du temps,
mais la réalimentation effective des aquifères a
considérablement diminué.
La recherche a également voulu mettre en
évidence l’importance du processus de fonte
des neiges pour l’alimentation des aquifères
(processus s’étalant sur des périodes très
longues qui favorisent l’infiltration).
La quantité limitée de neige qui est tombée dans
les zones montagneuses ces dernières années
(saisons 2005-2006, 2006-2007 et 20112012) a en effet affecté les débits des sources
et des principaux cours d’eau, avec de graves
problèmes de sécheresse en été.
Les résultats les plus intéressants ayant été obtenus par la modélisation des données collectées
concernent également la gestion des ressources
en eau et leur disponibilité dans le futur.
d’optimiser l’utilisation de cette ressource
par le biais d’interventions qui, tout en
atteignant l’objectif établi, provoque un impact
environnemental le moins élevé possible.
On a donc examiné certaines études de cas ayant
été réalisées à la fois sur le territoire français
et sur le territoire italien, visant en particulier
l’interconnexion entre les réseaux d’aqueduc
existants, le stockage de volumes d’eau
considérables durant les périodes caractérisées
par un débit important et l’utilisation des
ressources en eau peu exploitées.
OPTIMISATION DES
RESSOURCES HYDRIQUES
Le régime des débits des sources et des
cours d’eau présente généralement, comme
décrit ci-dessus, des variations saisonnières
sensibles, avec des périodes caractérisées par
des flux plutôt limités lorsqu’on assiste à une
demande plus intense en ressources hydriques.
Les sécheresses prolongées provoquées par
les changements climatiques peuvent affecter
encore davantage la disponibilité de l’eau, en
provoquant de graves crises hydriques.
Pour faire face à de telles situations d’urgence
(de plus en plus fréquentes), il est nécessaire
Débit très faible du Torrente Pesio en été
24
PLAN DE COMMUNICATION
Les résultats obtenus sont largement diffusés
par le biais d’un plan de communication qui
comprend une série d’initiatives concernant :
• un site internet où sont disponibles des don-
nées saisies et validées, des produits cartographiques et une documentation photographique et des textes d’approfondissement
portant sur les principaux sujets étudiés
• un Web-GIS pour la visualisation et l’interrogation des cartes produites, qui comprend
les données ayant été saisies et traitées,
la cartographie, les points de contrôle.
Tout ce matériel peut être consulté gratuitement et est disponible sur demande et moyennant une autorisation pour la saisie des
données
• la réalisation d’un documentaire à des fins de
vulgarisation concernant les ressources en
eau ; ce documentaire, réalisé en italien et en
français, sera distribué dans les principaux
établissements scolaires des deux pays,
pour favoriser une large distribution dans le
territoire des informations ayant été récoltées.
Le but de cette initiative est de diffuser les
résultats d’une recherche scientifique en la
rendant accessible même pour les personnes
qui ne sont pas des experts, en particulier en
vue de sensibiliser les jeunes générations
pour les amener à une utilisation consciente et
rationnelle des ressources en eau
• publications (en italien et en français) :
on a réalisé une brochure de présentation
du projet, un dépliant formé d’une carte
simplifiée des points de contrôle et de certains
« spots » significatifs sur les résultats les plus
intéressants et une publication finale portant
sur les résultats obtenus par la recherche
• des travaux plus spécifiques concernant les
différents problèmes examinés ont été et
seront présentés dans le cadre de conférences
nationales et internationales ;
• ateliers : on organisera, auprès des différents
organismes qui sont impliqués dans la
recherche, certains ateliers permettant d’en
présenter les résultats
RÉSULTATS DU PROJET
Le travail et les synergies qui se sont créées au cours du projet ont amené à des résultats techniques et
scientifiques, et de coopération très intéressants.
RÉCOLTE DE DONNÉES TERRITORIALES ET RÉALISATION D’UNE BASE DE DONNÉES
SYSTÈMES DE RÉFÉRENCE
Un Système de Référence (SR) est un ensemble de règles et de mesures en vue de la détermination de la position
spatio-temporelle de n’importe quel point se trouvant sur la Terre.
La Terre ressemble fort à une sphère, mais en réalité elle n’en est pas une et le fait de la considérer comme telle
amène à une approximation qui est acceptable dans certains cas, mais dans d’autres apparaît bien trop grossière.
Les géodésiens prennent en effet comme surface mathématique de la terre le géoïde, c’est-à-dire la surface
perpendiculaire aux lignes de force du champ de gravité terrestre, passant par un point physique donné, qui est
généralement représenté par le niveau moyen de la mer, par le biais de mesures fournies par les marégraphes.
En dépit du fait que le géoïde présente une signification physique précise, il est doté d’une forme complexe,
remplie de bosses et ne peut par conséquent être utilisé comme surface de référence pour la représentation
cartographique de la Terre, une opération qui nécessite l’utilisation d’une surface régulière, géométriquement
connue et susceptible d’être exprimée de manière simple, comme, par exemple, un ellipsoïde de rotation.
Pour définir la forme de l’ellipsoïde, on utilise certains paramètres de base tels que le semi-axe majeur (a,
équatorial) et le semi-axe mineur (c, polaire).
Au fil des années, différents ellipsoïdes ont été définis et utilisés par chaque nation ou groupe de nations, qui
préférait définir un ellipsoïde local de telle manière que, dans la zone considérée, il soit plus proche du géoïde.
La naissance du GPS - GNSS (Global Positioning System, Système mondial de navigation par satellite) a
permis de développer et de mettre à la disposition de tous un ellipsoïde commun au monde entier (Système
géodésique mondial 1984, WGS-84) dont le centre est situé dans le centre de gravité de la Terre et dont l’axe
mineur est dirigé selon l’axe de rotation de la terre.
Le système de positionnement GPS-GNSS (satellites et réseau de récepteurs permanents sur la surface de
la terre) permet, avec d’autres techniques de géodésie, de définir et d’adapter les systèmes de référence au fil
du temps, à la suite, par exemple, des mouvements de la dérive des plaques continentales. Pour cette raison,
les systèmes de référence qui les utilisent sont qualifiés de «dynamiques». Le système dynamique lié à la
plaque européenne (à savoir qui néglige le déplacement de cette plaque par rapport aux autres continents,
en minimisant les distorsions à court terme) est l’ETRF (European Terrestrial Reference Frame) ou Cadre de
26
référence terrestre européen), régulièrement mis
à jour. Afin de pouvoir être représentée dans les
cartes, la surface de l’ellipsoïde est projetée sur
des surfaces qui peuvent être développées sur le
plan selon différentes modalités parmi lesquelles
figurent les suivantes :
• la représentation conforme, sur la base de
la carte de Gauss, est internationalement
appelée Universal Transverse Mercator (UTM)
et est géométriquement interprétable par le
biais d’une projection de l’ellipsoïde à partir du
centre de la Terre elle-même sur un cylindre
tangent par rapport à un méridien (Figure 2).
Ce système de représentation divise la terre
en 60 fuseaux, dont l’ampleur équivaut à 6° de
longitude, numérotés dans le sens antihoraire
à partir de l’antiméridien de Greenwich.
La zone d’étude se situe dans le fuseau 32
Figure 2 : a. projection cylindrique UTM ; b. Localisation du fuseau 32
• la projection conique prévoit que la surface de
la terre soit projetée sur une surface conique
tangente par rapport à la surface de l’ellipsoïde
LA DIRECTIVE EUROPÉENNE INSPIRE
INSPIRE (http ://inspire.ec.europa.eu/index.cfm)
est une Directive de l’Union européenne qui est en
vigueur depuis 2007 et qui a pour objectif de définir
les règles et les lignes directrices communes
en vue de construire une infrastructure afin
que les données cartographiques européennes
puissent être facilement échangées, partagées et
harmonisées.
Ceci devrait représenter une prémisse correcte en
vue de la mise en place de politiques territoriales
et environnementales communes.
Les moyens ayant été prévus sont principalement
représentés par un Géoportail, à travers lequel on
peut accéder aux données cartographiques des
états membres et une série de normes devant être
suivies pour la rédaction de nouveaux produits :
• un système de référence commun ;
• les formats de mémorisation des métadonnées ;
• un modèle conceptuel de référence en vue de
la production d’une cartographie numérique ;
• exigences et accès aux services de réseau
pour le partage.
Ces mêmes règles doivent être suivies en vue
de l’harmonisation entre les produits cartographiques nationaux.
INSPIRE a été adoptée en Italie par le décret du
10 novembre 2011 «Adoption du Système de
référence géodésique national» et, en France, par
le décret du 3 mars 2006 «L’aménagement et le
développement du territoire relatif aux conditions
d’exécution et de publication des levés de plans
entrepris par les services publics».
LES SYSTÈMES DE RÉFÉRENCE ITALIEN, FRANÇAIS ET CELUI EN VUE DU SYSTÈME
HARMONISÉ D’ALIRHYS
À la suite de la Directive européenne INSPIRE 2007, le système de référence géodésique national italien est
représenté par la réalisation d’ETRF 2000, qui se base sur l’ellipsoïde IAG GRS80 obtenu par l’IGM (Institut
Géographique Militaire) dans le Réseau dynamique (réseau de stations GPS qui reçoivent des signaux en
permanence). La représentation cartographique est la représentation UTM.
Le réseau d’encadrement géodésique français, appelé RGF93_v2 est une réalisation ETRF2000, basée sur
un réseau de stations GNSS permanentes (Réseaux GNSS permanents). La représentation cartographique
s’appuie sur les projections coniques, la Lambert 93, qui définit une unique représentation conique pour
toute la France et est prescrite pour toutes les données numériques et la projection en 9 zones qui divise le
territoire national en 9 bandes, mises en évidence dans la Figure 3 afin de limiter la déformation linéaire.
L’IGN en conseille l’utilisation uniquement dans le cas de la cartographie sur papier, afin de permettre une
mesure directe correcte des distances.
Figure 3a projection Lambert avec identification des parallèles où la surface
de projection est un cône tangent ou sécant au modèle de la Terre et du
méridien de référence
28
Figure 3b 9 Tranches avec représentation conique conforme
Pour choisir le système de référence et de
représentation, il faut tenir compte du fait que,
heureusement, la France et l’Italie ont en commun
la surface de référence, l’ellipsoïde IAG GRS80
utilisé dans toute l’Europe pour l’ETRF2000,
en conséquence de quoi les coordonnées
géographiques (longitude et latitude) des mêmes
points dans les systèmes de référence des deux
états coïncident. En outre, dans la représentation
UTM (conformément à la directive INSPIRE),
l’extrémité ouest du fuseau 32 (longitude 6° à l’est
de Greenwich), auquel appartient le Piémont, se
trouve bien au-delà de l’extrémité ouest de la zone
d’étude (Digne-les-Bains, 6° 14’ de longitude).
Il s’ensuit qu’il est possible d’envisager l’utilisation
de la représentation UTM, en engendrant des
déformations linéaires maximums correspondant
aux caractéristiques bien connues de la
représentation UTM standard. Par conséquent, le
système de référence choisi pour les représentations
de données du projet ALIRHYS est basé sur le
système de référence WGS84-ETRF2000, avec la
représentation UTM du fuseau 32. L’harmonisation
exige par conséquent une conversion de toutes
les données du côté français (système Lambert
93) dans le système choisi, afin d’unifier toutes les
données cartographiques dans un territoire continu.
En ce qui concerne le système de référence
altimétrique, il faut tenir compte du fait qu’il dérive
de différentes mesures et déterminations.
Les différences d’altitude, selon une étude réalisée
dans le cadre d’INSPIRE, sont de loin inférieures par
rapport aux précisions que l’on attend dans les études
à petite échelle envisagée par le projet ALIRHYS.
L’HARMONISATION DES MODÈLES
ALTIMÉTRIQUES
Pour l’étude des ressources hydriques, il est important
de tenir compte de la géométrie du sol, qui affecte le
transfert des eaux pluviales ainsi que leur distribution.
Les produits cartographiques qui contiennent cette
information sont les modèles altimétriques (Brovelli et
al., 2012), les rasters géoréférencés (situés au même
niveau que les coordonnées correctes dans l’espace)
dans lesquels à chaque pixel est associée une valeur
d’altitude. En particulier, on a utilisé un MNT (Modèle
numérique de terrain), dans lequel les valeurs des
pixels correspondent à l’altitude du terrain (Figure 4).
Figure 4 visualisation 3D du MNT utilisé dans le SIG pour ALIRHYS.
Les deux MNT nationaux ont des caractéristiques
différentes, résumées dans le Tableau 1.
Tableau 1 caractéristiques des MNT nationaux originaux
Pour qu’ils puissent être harmonisés, il faut que
les données présentent des caractéristiques
similaires, en conséquence de quoi, on a procédé
à des opérations de ré-échantillonnage (variation
de la dimension du pixel) de la donnée italienne,
pour qu’elle soit comparable avec le MNT français
et de reprojection de la donnée française dans
le système de référence choisi pour ALIRHYS.
Les résultats que l’on obtient ont été résumés dans
le Tableau 2.
a pas d’erreurs systématiques, à savoir les erreurs
qui naissent du système de référence du modèle
(moyenne proche de 0).
Figure 5 carte des différences entre deux MNT nationaux.
Tableau 2 caractéristiques des MNT nationaux harmonisés
Les deux MNT se chevauchent partiellement : le
MNT italien se superpose à concurrence d’une
bande de 250 m au territoire français ; le MNT
français se superpose à la zone italienne sur une
vaste ampleur.
Cela permet de procéder à certaines analyses
statistiques portant sur les différences entre
les deux données. La précision de la référence
équivaut à 10 m, vers lesquels il faut tendre pour
une réalisation correcte des analyses d’ALIRHYS.
Les différences sur la zone de superposition respectent cette limite à concurrence d’environ 75
% des points, tandis qu’elle se trouve entre 10 et
50 m à concurrence d’environ 24% des points et
est supérieure à 50 m uniquement pour les points
restants (Figure 5) ; on peut par conséquent considérer comme possible une harmonisation entre
les deux données.
En outre, les valeurs statistiques indiquent qu’il n’y
30
Étant donné que le MNT italien présente une plus
grande précision, on le considère valable pour le
territoire italien tandis que, pour la zone française,
on maintient la donnée française, vu que c’est la
seule qui soit disponible.
Entre les deux, il est nécessaire d’élaborer une
bande de transition sur la frontière pour faire en
sorte que des dénivellations excessives ne persistent pas sur la ligne de démarcation.
Figure 6 ligne de transition entre le MNT italien et français
Pour réaliser cette bande, on utilise des outils de
calcul intégrés dans le logiciel de gestion SIG,
qui permettent de créer une moyenne pondérée
des deux MNT en fonction de la distance des
États correspondants, sur la bande de 500 m se
trouvant à cheval sur la frontière (Figure 6).
Enfin, les trois portions (le MNT Français sur la
zone française, le MNT italien sur le territoire
italien et la bande de démarcation) ont été
mosaïquées, c’est-à-dire qu’on les a fusionnées
en un seul nouveau raster (Figure 7).
L’HARMONISATION DES
ORTHOPHOTOGRAPHIES
L’orthophoto est une image numérique (raster)
qui présente une valeur cartographique : elle
est géoréférencée, c’est-à-dire que la position
des pixels correspond aux coordonnées des
objets qui sont représentés dans un système
cartographique. Pour ALIRHYS, on a utilisé les
orthophotos de la Regione Piemonte et des
régions françaises fournies par l’IGN.
L’orthophotographie de la Regione Piemonte a
un GSD (Ground Sample Distance, dimensions
du pixel projeté sur le terrain) de 40 cm (ce qui
indique une résolution répondant à une échelle
1 :10000), tandis que l’orthophotographie
française présente un GSD de 50 cm (échelle 1
:25 000). Les opérations en vue d’une harmonisation des orthophotos ont consisté en un
changement du système de référence dans UTM
ETRF2000 et en un ré-échantillonnage (changement de la dimension du pixel) pour obtenir un
GSD final homogène (5 m). Enfin, les images obtenues ont été mosaïquées (Figure 8).
Figure 7 MNT harmonisé pour ALIRHYS
Les valeurs du nouveau MNT ont été vérifiées
par le biais de l’extraction de sections et le calcul
des différences avec les données d’origine, qui
ne met pas en évidence des valeurs s’inscrivant
en dehors des tolérances établies.
Figure 8 mosaïque d’orthophotographies pour ALIRHYS
Dans l’orthophoto harmonisée finale, on ne constate pas de discontinuités géométriques sur la
ligne de démarcation : les objets n’apparaissent
ni brisés ni déformés. Dans les zones de haute
montagne, cependant, se présentent des discontinuités radiométriques (différences de couleur)
entre les zones des deux États, qui sont le résultat de la présence ou non de neige et de la couleur
différente des arbres et des prairies (Figure 9).
système de référence, méthode de restitution
cartographique, etc.) et une partie d’information,
structurée selon les règles des bases de données. Pour arriver à une harmonisation, il est par
conséquent nécessaire de tenir compte de cette
double nature. Les données d’origine ont été résumées dans le Tableau 3.
Tableau 3 caractéristiques des cartes numériques nationales
originales
Figure 9 différences radiométriques de la mosaïque
d’orthophotographies sur la frontière
Ces problèmes ne peuvent être corrigés, car ils
sont le résultat de la date différente au cours
de laquelle les photographies originales ont été
prises.
L’HARMONISATION DE LA
CARTOGRAPHIE NUMÉRIQUE
32
Later cartographie numérique (gérée dans le SIG)
se compose d’un élément géométrique, présentant des caractéristiques semblables à la cartographie traditionnelle (échelle de représentation,
Le format de stockage dans les deux cas est
ESRI.shp, un format utilisé par les logiciels
propriétaires de gestion SIG ESRI ArcGIS.
Afin d’harmoniser les éléments géométriques
des cartes, on a modifié le système de référence,
en passant à celui qui a été choisi pour ALIRHYS
(UTM ETRF2000), mais on n’a pas procédé
à d’autres opérations, étant donné que pour
modifier l’échelle nominale et le résultat de la
restitution, il aurait été nécessaire d’uniformiser
les critères de saisie et de production sur la
base desquels on dessine matériellement la
carte. Cela ne s’inscrit pas dans le cadre des
objectifs du présent projet, en conséquence de
quoi, des cartes à échelle territoriale suffisent (1
:25 000) pour la contextualisation des données
restantes du projet. Même après l’harmonisation
subsistent par conséquent certaines asymétries
dans la visualisation de cartes des deux États
(Figure 10).
Figure 10 carte numérique harmonisée pour ALIRHYS
Il est par contre possible d’harmoniser les deux
bases de données en une structure unique.
Une base de données est structurée selon des
schémas, appelés modèles conceptuels et
logiques, qui définissent les objets à représenter
(entités) avec leurs attributs correspondants
(caractéristiques que l’on entend mettre en
mémoire) et les relations qui existent entre eux, y
compris les relations hiérarchiques.
En premier lieu, on a identifié les schémas des
deux cartographies nationales, pour connaître les
objets qui sont représentés.
On a retenu, à titre de référence, le modèle
conceptuel défini par INSPIRE, d’où ont été
extraites les entités qui permettent de représenter
les objets précédemment sélectionnés.
À ce stade, il a été possible de mapper les deux
structures, afin de réaliser les transformations
en une seule carte numérique, structurée par un
schéma standard, et par conséquent susceptible
d’être partagée et échangée.
SUIVIS
LA CIRCULATION DES EAUX SOUTERRAINES
À la suite des précipitations, une petite partie
de l’eau tombant sur la surface terrestre
retourne immédiatement dans l’atmosphère par
évaporation, tandis qu’une fraction, qui n’est pas
négligeable, est retenue par le terrain et absorbée
par les racines des plantes, pour être ensuite
restituée à l’atmosphère sous la forme de vapeur
(transpiration).
Le phénomène dans son ensemble est appelé
évapotranspiration et est particulièrement
développé lors des saisons chaudes (de la fin
du printemps à la fin de l’été). L’eau provenant
des précipitations qui n’est pas affectée par
l’évapotranspiration peut, en fonction de la
nature lithologique du substrat, s’infiltrer dans
le sous-sol, en engendrant un flux souterrain,
ou bien s’écouler sur la surface du terrain,
pour se rassembler ensuite au sein du réseau
hydrographique.
Dans les cas où il existe un substrat imperméable (argile, roches compactes) un écoulement hydrique peut se produire, que l’on qualifie de flux
hyporeique, dans la partie la plus superficielle du
terrain, qui réachemine rapidement l’eau absorbée
vers les cours d’eau de surface.
En présence de roches caractérisées par une perméabilité relative due à la présence de discontinuités (fractures, joint entre couche, cavités karstiques) ou à la porosité de sédiments relativement
grossiers (sables, graviers), les eaux de surface
s’infiltrent dans le sous-sol, en se déplaçant plus
ou moins lentement dans la masse rocheuse sous
l’action de la pesanteur.
Les roches qui permettent la circulation de l’eau
en leur sein peuvent être assimilées à de vastes
réservoirs souterrains et sont qualifiées d’aquifères.
Figure 11 la Source Dragonera est une source d’affleurement ponctuel typique
34
Les eaux souterraines suivent des parcours plus
ou moins longs dans la masse rocheuse, qui sont
liés à la géométrie de la structure aquifère, qui peut
atteindre une extension allant de quelques dizaines
jusqu’à des centaines de kilomètres.
La vitesse du flux souterrain est essentiellement liée
aux dimensions des vides du réseau de drainage.
En présence de vastes conduits karstiques, on a
mesuré des vitesses de plus de 5000 m par jour,
tandis que dans les roches micro-fracturées ou
présentant une porosité faible, le flux souterrain est
limité à quelques mètres par jour.
Lorsque le flux souterrain est situé dans des
contextes hydrogéologiques particuliers, les eaux
sont forcées d’émerger à la surface dans une zone
très localisée, en donnant naissance à une source
ponctuelle (Figure 11) ou à une zone relativement
plus vaste, avec plusieurs résurgences, que l’on
qualifie de front de sources (Figure 12).
Figure 12 la Source de Beinette est alimentée par de nombreuses venues sous-lacustres
La résurgence des eaux souterraines est en général liée à la présence de roches moins perméables (plus
compactes ou avec une très faible porosité), qui créent un obstacle à la circulation profonde, en forçant le flux
à retourner à la surface, en abandonnant son parcours souterrain.
Les eaux de surface et les eaux souterraines présentent généralement des propriétés physiques et chimiques
ainsi que des comportements hydrodynamiques assez différents. Le débit des sources présente au fil
du temps une progression différente par rapport au ruissellement de surface. En particulier, à la suite de
précipitations abondantes, les cours d’eau sont soumis à des augmentations rapides et élevées du débit,
avec un transport important de sédiments (turbidité), alors que les eaux de source répondent en général plus
lentement aux apports par infiltration, en présentant une qualité bien meilleure.
Dans le sous-sol, les eaux, étant protégées par la roche, sont moins vulnérables à la pollution que les eaux
de surface, en conséquence de quoi les eaux de source peuvent être utilisées en tant qu’eau potable sans
qu’aucun traitement particulier ne s’avère nécessaire.
Les connaissances concernant le débit et la qualité de l’eau de source permet par conséquent de préserver
et de protéger ce bien précieux et irremplaçable pour la vie humaine.
LES SOURCES ÉTUDIÉES SUR LE VERSANT ITALIEN
Dans le territoire en question se trouvent, dans la chaîne montagneuse et les contreforts des Alpes Ligures,
Maritimes et Cozie, de nombreuses sources qui alimentent les principaux cours d’eau qui s’écoulent de la
chaîne des Alpes jusqu’aux plaines de Cuneo. Une partie de ces résurgences est captée dans le but de servir
d’eau potable et forme une très précieuse ressource pour de nombreuses agglomérations qui sont situées
dans la zone étudiée. Ces sources présentent des caractéristiques hydrodynamiques et géochimiques très
différentes les uns des autres en fonction de la situation lithologique, structurelle et géométrique de l’aquifère
qui les alimente.
Pour fournir une bonne représentation du contexte hydrogéologique de la zone, on a identifié et étudié 14
sources «échantillon», qui présentent des situations différentes les unes des autres (Tableau 4).
36
Tableau 4 liste des sources étudiées sur le territoire italien
On a donc examiné les sources alimentées par:
• des aquifères poreux (sources de Borello
Inférieur et Fontanas)
• des aquifères carbonatés karstiques (sources
Fuse, Pesio et Pesio 18, Bandito)
• aquifères carbonatés fracturés (sources Ray,
Tenda, Maira et Beinette)
• aquifères fracturés et karstiques (sources
Dragonera, Soma, Borello Supérieur et Bossea).
Figure 14 la galerie drainante qui collecte les eaux de la Source de
Certaines des sources examinées dans ce
projet revêtent une importance primordiale, qui
découle du débit moyen qui atteint les valeurs
les plus élevées de tout le territoire du Piemonte
(sources Beinette (1900 l/s), Maira (700 l/s) et
Bandito (700 l/s).
La Source du Pesio, avec la résurgence de
trop-plein appelée «Pis», située au sein du
Parc du Marguareis, représente une attraction
touristique importante, en raison de la présence,
au printemps, d’une spectaculaire chute d’eau
(Figure 13).
Tende
Les sources de Tenda (Figure 14), Borello Inférieur, Borello Supérieur, Dragonera, Fontanas,
Bandito, Ray et en partie du Maira, alimentent d’importants aqueducs qui fournissent de
précieuses ressources à de très nombreuses
agglomérations de la province de Cuneo.
Différentes résurgences ayant été étudiées
alimentent les principaux cours d’eau de la zone
étudiée, comme les sources de Bossea, Maira,
Fuse, Soma Pesio et Pesio 18 (Figure 15).
Figure 15 le Torrent Pesio est alimenté en amont par les sources du
Figure 13 la Source de débordement du “Pis del Pesio”
Pesio et du Pesio 18
Les eaux de la Source Maira, avant d’être rendues
au torrent principal, sont utilisées pour produire
de l’électricité.
Enfin, le flux hydrique qui émerge à la source
de Bossea à travers une vaste cavité (Grotte
de Bossea), constitue l’une des principales
attractions touristique du territoire du Piemonte
du Sud (Figure 16).
Figure 16 le collecteur du plateau karstique qui alimente la Source de
Bossea, dans la grotte du même nom
LES SOURCES ÉTUDIÉES SUR LE
VERSANT FRANÇAIS
Les sources étudiées sur le versant français sont :
le Coulomp, Sourcets-Riou, Meyniers-Féraud et
Gréolières (Tableau 5).
L’ensemble des sources sur le versant français
sont de type karstique, caractérisées par un
débit moyen important et de fortes variations.
Leur profil chimique et de type bicarbonaté calcique, avec une faible composante magnésienne
apparaissant plus particulièrement en fin de
tarissement du fait des écoulements lents ayant
38
Tableau 5 liste des sources étudiées sur le territoire français
permis la mise en solution du magnésium issu
des calcaires dolomitiques (Sourcets).
Toutes sont légèrement sulfatées, principalement du fait de la présence de pyrites dans les
calcaires ou les marnes. Elles sont faiblement
nitratées (0,5 à 1 mg/l), du fait de la pression agricole faible ou quasi-inexistante sur leur bassin
d’alimentation. Du point de vue hydrodynamique,
le régime présente deux pics à la fonte des neiges
et lors des pluies d’automne, avec un rapport de
l’ordre de 100 pour les débits extrêmes. Lors des
crues, des trop-pleins s’activent, écoulant plusieurs m³/s durant quelques heures à quelques
jours (La Bouisse, Riou, éboulis au-dessus de la
Source du Coulomp). Les sources basses, drainant l’aquifère principal via des fissures dans le
soubassement moins perméable, sont pérennes,
mais avec des débits-limite, liés à leur configuration fissurale responsable de l’activation
des trop-pleins en crue (Gréolières - Figure 17,
Sourcets, Coulomp – Figure 18). Enfin, du fait de
leur nature karstique mêlant une alimentation
binaire tant par les infiltrations diffuses que par
le biais de pertes temporaires drainant le ruissellement superficiel, toutes sont soumises à des
pics de turbidité lors des épisodes orageux.
Figure 17 les bassins de décantation du captage de la Source de
Figure 18 la Source du Coulomp © Ph. Audra
Gréolières
La source de Gréolières, alimentée par la retombée
du Cheiron et le plan du Peyron jaillit sur les rives
du Loup, est entièrement captée par la Lyonnaise
des eaux et acheminée vers les agglomérations
de Grasse via l’aqueduc du Loup.
En crue, le trop-plein de La Bouisse s’active et
peut écouler plusieurs m³/s.
Les gorges de la Cagne sont alimentées en rive
droite par les Sourcets et son trop-plein le Riou.
Une partie de l’alimentation provient des pertes
dans le lit de la Cagne plus en amont, le reste
étant dû à l’infiltration diffuse dans le secteur du
plan des Noves.
Rive gauche, les sources Meyniers-Féraud
drainent les plateaux des Baous. L’ensemble est
capté pour l’alimentation de l’agglomération de
Vence.
Le Coulomp est la seule source non utilisée pour
l’alimentation en eau potable, du fait de son
éloignement. S’agissant de la plus importante
source des Alpes du sud française, elle est utilisée
dans la partie aval du cours du Coulomp par une
centrale pouvant turbiner jusqu’à 2,5 m³/s.
Son bassin d’alimentation, composé en grande
partie de calcaires marneux, marnes et grès,
associés à des affleurements calcaires localisés
lui confère un régime particulier, avec des crues
brutales (jusqu’à 30 m³/s) combinant une
recharge intense et des pertes localisées, et
des débits d’étiage (300-600 l/s) soutenus par
l’infiltration indirecte des eaux restituées des
aquifères gréseux perchés et de l’infiltration
lente dans les épaisses couvertures de calcaires
marneux.
PRINCIPES DU SUIVI
Les problèmes environnementaux qui sont liés aux changements climatiques qui frappent la planète sont
très nombreux, mais on dispose de très peu de données portant sur d’éventuelles contraintes pesant sur les
ressources hydriques souterraines.
Ce n’est que par le biais d’un plan de suivi approprié portant sur le débit et la qualité des eaux de source que
l’on peut récolter des informations qui sont nécessaires pour mettre en évidence les changements qui sont
en cours et adopter les mesures conséquentes portant sur la gestion des ressources en eau.
Par le terme suivi, on entend un contrôle au fil du temps des phénomènes physiques, chimiques et biologiques,
en utilisant des appareillages ou à l’aide de techniques d’analyse. Le suivi peut être réalisé de manière
continue, lorsqu’il est effectué par le biais d’un instrument qui relève sans interruption, ou à des intervalles
très rapprochés, généralement égaux ou inférieurs à une minute.
Lorsque le relevé n’est pas vraiment continu mais présente une fréquence qui est suffisamment élevée par
rapport au processus qui est contrôlé, de telle manière que les variables mesurées puissent être significatives,
on parle de suivi à haute fréquence. Lorsque la cadence de la mesure ou de l’échantillonnage est quotidienne,
mensuelle, trimestrielle ou autre, on parle de suivi à moyenne ou basse fréquence.
Dans le cadre de la présente étude, on a utilisé la technique du suivi en continu pour les valeurs des précipitations
et du suivi à haute fréquence pour caractériser les eaux de source d’un point de vue hydrodynamique, ainsi
que du point de vue de certains paramètres physiques et chimiques.
Généralement, en effet, dans l’étude d’une source, les informations qui sont disponibles sont uniquement
liées à la situation géologique et structurale des masses rocheuses et ce n’est qu’à travers la réalisation d’un
système de suivi approprié que l’on peut récolter des données qui sont fondamentales pour comprendre le
fonctionnement d’un système aquifère souterrain donné.
Un suivi à basse fréquence a par contre été réalisé en vue de la caractérisation géochimique des eaux
résurgentes, toujours au niveau des mêmes sources.
Les principaux paramètres qui ont été mesurés au fil du temps sont ceux qui concernent les apports
(précipitations liquides et solides), les débits des sources et certains paramètres physiques et chimiques des
eaux (température, conductivité électrique spécifique, turbidité, pH, etc.).
Les données les plus intéressantes sont enregistrées pendant les principaux épisodes d’infiltration, lorsque
pénètrent dans le système les eaux nouvellement infiltrées, qui peuvent plus ou moins fortement perturber
l’hydrodynamique ou la géochimie des eaux de source.
40
ENREGISTREMENT DES DONNÉES
MÉTÉOROLOGIQUES
Les débits des sources, en particulier dans les milieux
montagneux, sont strictement conditionnés par les
précipitations et par la fonte des neiges qui est en
mesure de garantir un débit conséquent, même après
de longues périodes de sécheresse ; ce contexte revêt
par conséquent une importance toute particulière pour
une bonne connaissance des apports météorologiques
et de la dynamique du manteau neigeux dans le bassin
faisant l’objet de l’analyse.
En ce qui concerne l’étude de la dynamique de la
fonte des neiges et de sa contribution à l’alimentation
des sources, la Direction de l’environnement de la
Région Piémont s’est appuyée sur les compétences
spécifiques de la Structure hydrologie et effets au
sol d’Arpa Piemonte qui gère les réseaux régionaux
météorologiques, hydrologiques et de mesure des
neiges.
Le réseau de suivi automatique, qui a été lancé
en 1988, est désormais composé de près de 400
stations dédiées au relevé avec télétransmission et
en temps réel, diversement configurées : un réseau
dense de points de mesure des précipitations permet
une quantification précise des apports au niveau du
bassin hydrographique (Figure 19).
Un réseau de stations fournit également les principaux paramètres météorologiques (la température, la
pression, l’humidité, le rayonnement solaire, le vent)
et une couronne de stations de mesure des neiges en
altitude fournit des informations sur le manteau neigeux ; enfin, des stations hydrométriques permettent
de contrôler le niveau des principaux cours d’eau, ainsi que leur débit correspondant.
Figure 19 la station météorologique
de Limone Pancani de l’Arpa Piemonte
Afin de fournir un tableau à jour des caractéristiques du manteau neigeux dans l’environnement alpin, ARPA
Piemonte assure la collecte et le traitement des données concernant l’épaisseur du manteau neigeux par le
biais d’un réseau manuel de relevé, organisé et géré en vue d’une mesure systématique des données relevées
selon des standards définis et partagés par les administrations régionales de la zone alpine qui font partie de
l’AINEVA (Associazione Interregionale Neve e Valanghe – Association Inter-régionale Neige et Avalanches).
Dans le cadre du projet ont été prises en compte, pour le territoire italien, les données des stations manuelles
de relève du niveau de la neige (champs de neige) et celles des stations automatiques faisant partie du Réseau
régional Météo-hydrographique, pour un total de 81 stations dont 43 automatiques s’inscrivent dans la zone
étudiée (Tableaux 6 et 7, Figure 20).
Tableau 6 liste des stations météorologiques utilisées pour le projet situées sur le territoire italien
42
Légende
Figure 20 emplacement des stations météorologiques utilisées pour cette étude
lmportant apport néigeux caractéristique des Alpes ligures
À l’aide des séries temporelles les plus longues, qui, dans certains cas, comprennent 50 années de données, on
a procédé à l’analyse statistique de la répartition de la hauteur de neige fraîche (Hn) et de la neige au sol (Hs),
des jours neigeux et des jours avec couverture de neige. À travers le calcul des indices d’anomalie normalisée
(SAI en italien), on a évalué l’enneigement ainsi que les caractéristiques des précipitations de neige des saisons
hivernales au cours de la période du projet (2013-2014) par rapport à la moyenne climatique historique.
La sous-estimation des précipitations dans le milieu montagneux pendant la période hivernale est un problème
connu et largement traité dans la littérature scientifique ; en effet, les précipitations sous forme de neige, en
raison de leurs caractéristiques, apparaissent plus volatiles et donc plus sensibles aux tourbillons de vent qui les
éloignent de l’entrée de l’instrument ; une autre cause d’erreur est représentée par l’éventuelle formation de glace
à l’embouchure du pluviomètre, qui influence la mesure.
En raison de ces problèmes, l’afflux des eaux météoriques est sous-estimé et son utilisation dans les modèles
hydrologiques en vue de l’évaluation des ressources hydriques provenant de la neige engendre par conséquent une
évaluation incorrecte.
44
C’est pour cette raison que, dans le projet, on a expérimenté dans certains sites pilotes innovateurs des pluviomètres au
sol, afin de mesurer directement la quantité de neige fondue qui en raison d’un problème de mauvais fonctionnement
n’ont fourni jusqu’ici que des résultats peu fiables. L’analyse détaillée des conditions dans lesquelles la mesure
du pluviomètre apparaît fiable (par exemple, la vérification du fonctionnement des pluviomètres chauffés pendant
la période analysée) est nécessaire pour arriver à une définition correcte des apports par les eaux météoriques.
L’utilisation des informations provenant des jauges de neige est utile dans l’analyse ; par le biais de l’évaluation
de la hauteur de la neige fraîche, il est en effet possible de remonter à l’évaluation de l’afflux en calculant la densité
de l’accumulation neigeuse en appliquant des formules empiriques qui définissent la densité de la neige fraîche
en fonction de la température moyenne de l’événement ; pour les applications du projet, les paramètres de cette
formule ont été spécifiquement calculés pour la zone alpine examinée.
Dans le détail, on a récolté et analysé, pour le territoire italien, les données des stations d’Arpa Piemonte dans la zone
du projet pour la période 1990-2013. En particulier, ont été prises en compte :
In particolare sono stati presi in considerazione :
• les données sur les précipitations, mesurées par le pluviomètre et sur la température de l’air ;
• les données de fonctionnement des appareils de chauffage des pluviomètres ;
• la hauteur de neige au sol, mesurée par les jauges de neige.
L’utilisation intégrée de données sur les précipitations et des appareils de chauffage a permis d’identifier la
série la plus fiable. L’analyse des données de neige au sol a par contre permis d’obtenir les données de la
neige fraîche et, par le biais de l’utilisation de formules pour la définition de la densité de la neige fraîche, la
valeur de l’afflux d’eaux météoriques.
Le résultat ayant été obtenu au cours de cette phase a représenté la meilleure estimation possible de l’afflux
d’eaux météoriques, utilisé ensuite pour l’application de la modélisation hydrologique.
Les données pluviométriques exploitées dans le cadre de ce projet de recherche ont deux différentes
origines : elles proviennent de la banque de données PLUVIO côté français et Arpa Piemonte côté italien.
Les chroniques de pluies portent sur les cumuls mensuels des précipitations exprimés en millimètres. Nous
disposons au total de 92 postes pluviométriques à l’échelle mensuelle.
Les postes pluviométriques retenus sont ceux qui disposent d’au moins de 13 années d’observation. Ainsi,
seulement 67 postes pluviométriques ont été exploités dans cette étude. La répartition spatiale des postes
pluviométriques est hétérogène, avec une densité moyenne de 0,006 poste / km² (soit 1 poste pluviométrique
pour 166 km²).
Sur le territoire français ont donc été utilisées les données de 47 stations pluviométriques de Météo France,
avec une série historique de données variant de 15 à 33 ans (1980 à 2012).
Tableau 7 liste des stations météorologiques utilisées pour le projet situées sur le territoire français
46
SUIVI DES SOURCES
Légende
Figure 21 emplacement des sources surveillées dans le cadre de cette étude
Figure 22 une sonde multiparamètres située à la Source des Fuse
Au niveau des 14 sources qui sont situées sur le versant
italien (Figure 21) et au niveau de deux cours d’eau, ont
été enregistrés, avec l’aide de sondes multiparamétres
(Figure 22), les données de niveau, de température
et de conductivité électrique spécifique des eaux.
Certains instruments ont été installés pour ce projet,
tandis que d’autres étaient déjà présents sur le terrain
depuis plusieurs années, ayant été placés dans des
buts de recherche par le Groupe d’hydrogéologie
appliquée du Politecnico di Torino ou par le projet
MORIS de la Regione Piemonte, qui porte sur le suivi
des sources qui sont les plus représentatives sur le
territoire piémontais.
Généralement, les données de suivi dont on dispose
portent sur un certain nombre d’années ; pour la
Source Bossea sont disponibles des données relatives
au débit sur une période de plus de 30 ans, qui ont
permis de mettre en évidence de légères variations
liées au flux hydrique et à la température des eaux, qui
sont liées aux changements climatiques en cours.
Un suivi à basse fréquence, qui a toujours porté sur
les mêmes sources et sur les deux cours d’eau, a été
réalisé par le biais de l’échantillonnage saisonnier des
eaux et d’analyse chimiques et physiques ultérieures
pendant toute la durée du projet.
Sur le versant français, la Source du Coulomp a été
équipée par Polytech Nice-Sophia, tandis que les
sources de Meyniers-Féraud, Sourcets-Riou sont
suivies régulièrement par le délégataire Veolia, celles
de Gréolières par la Lyonnaise des Eaux.
Pour obtenir le débit de la source, on mesure le niveau
hydrique par le biais d’un capteur de pression équipant les sondes multiparamétres.
Figure 23 le déversoir pour mesurer le débit de la Source de Tende
Cette valeur est ensuite mise en rapport avec la structure hydraulique (Figure 23) qui se trouve à la source (déversoirs ou canaux), en calculant, par le biais de formules appropriées, la valeur finale. Dans le cas où ces éléments ne
sont pas présents, le niveau hydrique mesuré est mis en corrélation avec le débit instantané obtenu par le recours à
un petit moulinet et qui sont mesurés à des intervalles de plusieurs mois. Le débit obtenu est le seul paramètre en
mesure de fournir une donnée précise concernant les volumes hydriques qui naissent d’une source et ses variations
temporelles.
En même temps que la donnée concernant le débit sont également relevées les valeurs de température (T) et la
conductivité électrique spécifique (CE) des eaux, qui sont reconnus de manière universelle comme étant des
«traceurs naturels». Leurs valeurs et leurs tendances saisonnières sont en relation étroite avec le type de recharge,
avec les caractéristiques lithologiques des masses rocheuses, ainsi qu’avec le type et les modalités de circulation de
l’aquifère. Ce n’est pas tellement les valeurs absolues relevées qui sont importantes, mais plutôt les variations que
ces paramètres peuvent subir au cours du temps à la suite de l’augmentation du débit liée aux différents processus
d’infiltration.
La température des eaux de source est liée à l’intimité du contact eau–roche et aux temps de séjour dans l’aquifère.
Les échanges de chaleur entre la roche (caractérisée par une conductivité thermique faible) et l’eau (conductivité
thermique élevée) affectent la température à la source.
La conductivité électrique spécifique est liée à la minéralisation totale de l’eau. C’est un paramètre physique qui
dépend du contenu des principaux ions dissous (essentiellement bicarbonates, calcium, magnésium, sodium,
potassium, chlorures, sulfates) et reflète ainsi indirectement la charge chimique des eaux souterraines.
Ce sont donc les concentrations de ces ions et leur évolution au fil du temps qui déterminent la progression de la
conductivité électrique à la source.
48
Les variations plus ou moins prononcées de
ces deux «traceurs naturels» au cours des
épisodes de crue permettent une distinction
entre différents types d’eaux qui sont présents
dans un circuit hydrique souterrain : les eaux
nouvellement infiltrées, les eaux des réserves de
régulation et les eaux à mouvement lent.
Les eaux nouvellement infiltrées, grâce aux
apports de la pluie et de la fonte des neiges, sont
caractérisées par une très faible minéralisation
et par une température déterminée par les
conditions saisonnières (généralement, sous
nos latitudes, plus basse que celle de l’amas
rocheux). Elles se trouvent présentes dans la
partie la plus superficielle de l’aquifère, mais
peuvent rapidement atteindre les parties
profondes et la zone des sources au niveau des
zones les plus perméables de l’aquifère (p. ex. de
vastes conduits karstiques).
Les eaux des réserves de régulation ou de la circulation active présentent une minéralisation et
une température qui est en équilibre par rapport
à la masse rocheuse, équilibre qui est constamment affecté par des variations de la concentration d’un ou de plusieurs composants principalement liés aux apports d’eau provenant de
différentes zones de la structure hydrique.
Les eaux des réserves de régulation sont présentes
dans la portion profonde du système, en regard
de la zone de variation des niveaux hydriques de
la zone saturée. À la source, les valeurs des deux
paramètres représentent par conséquent le produit
de mélanges d’eaux relativement différentes qui
ont perdu l’empreinte des eaux d’infiltration.
Les eaux à mouvement lent ou eaux de fond sont
caractérisées par des taux de minéralisation
et de température plus élevés par rapport aux
autres eaux qui circulent dans le système,
en raison de leur faible vitesse et du contact
extrêmement étroit avec la roche qui les entoure.
Elles se trouvent en général dans les portions
les plus profondes ou les plus latérales de
l’hydrostructure, où se trouvent des réseaux de
drainage faiblement transmissifs.
Les données les plus intéressantes sont
enregistrées à la suite des principaux événements
météorologiques, lorsque s’infiltrent dans le
système d’importants volumes hydriques qui
sont en mesure de perturber plus ou moins
fortement la circulation souterraine.
Sur la base de l’organisation du réseau de drainage
arriveront à la source, en des moments différents,
des eaux présentant des taux de minéralisation et
de température qui peuvent varier plus ou moins
par rapport à la situation d’étiage.
MODÈLES CONCEPTUELS DE
FONCTIONNEMENT DES AQUIFÈRES
ALIMENTANT UNE SOURCE
Les modèles conceptuels relatifs au fonctionnement des aquifères décrivent de manière simplifiée les situations hydrologiques complexes qui
caractérisent en général les différents systèmes.
Il y a plusieurs données qui peuvent être prises
en considération, mais les mesures les plus
utiles proviennent des contrôles des paramètres
ayant été décrits précédemment.
Dans la littérature, il y a de nombreux travaux
qui examinent les différentes réponses que les
aquifères donnent aux apports par infiltration.
Dans le présent travail, on décrit brièvement
une série de modèles conceptuels basés sur les
modalités de circulation des eaux souterraines
et sur les modalités d’alimentation d’un aquifère
et qui prennent principalement en compte la
corrélation entre le débit de la source et la
progression des traceurs naturels.
Modèles basés sur les modalités de circulation
des eaux
Les caractéristiques lithologiques d’un aquifère,
l’état de fracturation et/ou de karstification d’une
masse rocheuse, la géométrie et l’architecture de
l’ensemble du réseau de drainage, l’épaisseur et les
dimensions de la zone saturée influencent fortement
la réponse des paramètres hydrodynamiques, ainsi
que chimiques et physiques des eaux de source.
Sur la base des données de contrôle, il est possible
de distinguer trois modèles conceptuels de base
différents : systèmes avec organisation élevée du
flux, systèmes avec organisation modérée du flux,
systèmes avec organisation peu élevée du flux.
Systèmes avec organisation élevée du flux
Ces systèmes sont caractérisés par une haute
perméabilité de l’aquifère (roches carbonatées
fortement karstifiées, dépôts clastiques grossiers
s’appuyant sur un substrat imperméable).
50
La zone saturée est très limitée, avec une série
de drains en mesure d’écouler rapidement les
apports par infiltration. Ces systèmes alimentent
des sources situées au contact entre des roches
imperméables et l’aquifère se trouvant par-dessus.
Les variations de débit de ces résurgences sont très
prononcées, étroitement influencées par le régime
météorologique local. En l’absence d’apports par
infiltration, le flux hydrique est faible, tandis qu’à
l’occasion de fortes précipitations, parfois en
quelques heures seulement, le débit augmente de
manière très significative, avec des pics prononcés
mais de durée limitée.
Dans la zone de la source peuvent également être
présentes d’autres résurgences, qui sont situées
à des altitudes plus élevées, qui sont activées
uniquement lors des grandes crues, appelées
sources de «trop-plein». Le Pis du Pesio et la Source
du Riou sont des exemples très représentatifs de
cette situation.
La géochimie des eaux de source est fortement
influencée par la présence de drains préférentiels
et d’une zone saturée très limitée : à l’occasion de
phénomènes d’infiltration très importants, en effet,
de manière simultanée à l’augmentation du débit, se
produit une diminution soudaine de la minéralisation
et, en général également de la température.
Ce phénomène se produit parce que les eaux
nouvellement infiltrées arrivent encore agressives à la résurgence (réponse à remplacement
prédominant).
Une fois que le phénomène d’infiltration s’est interrompu, ce qui s’exprime par la diminution du débit, très lentement,
les différents paramètres physiques et chimiques des eaux commencent progressivement à augmenter, conditionnés
par la diminution de la vitesse du flux souterrain, par une plus grande intimité du contact eau-roche et par des
périodes de séjour plus longues.
Figure 24 évolution du débit, précipitations, conductivité électrique et température des eaux de la source du Pesio avec une réponse typique “en dilution”
Sur la base des données du suivi, il apparaît que le système dans les roches carbonatées qui alimentent les sources
Pesio (Figure 24), Pesio 18 et Fuse, reflètent très bien ces situations. L’aquifère en dépôts détritiques qui alimente la
source Fontanas est lui aussi un bon exemple de cette situation, ainsi que toutes les sources situées sur le territoire
français. Les sources de Bossea, Borello Supérieur et Soma sont alimentées par des aquifères qui, cependant,
semblent refléter des situations intermédiaires, qui sont comprises entre des systèmes avec organisation modérée
et élevée du flux.
Systèmes avec organisation modérée du flux
Ces systèmes se retrouvent dans les masses rocheuses fracturées et/ou karstiques, avec présence de
différentes voies de drainage (drains reliés entre eux) ou dans les aquifères poreux, caractérisés par une
perméabilité qui n’est pas particulièrement élevée. Il existe une zone saturée assez développée qui engendre
un important réservoir, contenant des réserves hydrogéologiques considérables.
Les débits des sources subissent de même, à l’occasion des principaux épisodes d’infiltration, des
augmentations significatives mais avec des délais beaucoup plus longs, qui témoignent de l’importance des
réserves de régulation ainsi que d’une bonne capacité d’autorégulation du système aquifère.
Les augmentations rapides du débit que l’on observe dans certaines sources ne sont pas liées à l’arrivée
des eaux provenant de nouvelles infiltrations, mais au contraire à l’effet de la transmission des pressions
hydrauliques dans les fractures, ou dans les conduits en charge (ondes de pression).
Les valeurs hydrogéochimiques au niveau des résurgences peuvent subir, au cours des crues, des
augmentations temporaires de la minéralisation et de la température des eaux à la suite de phénomènes de
pistonnage. Les volumes considérables des eaux résultant de nouvelles infiltrations font en effet augmenter
de manière significative les charges hydrauliques dans le réseau de drainage, ce qui entraîne la remobilisation
d’eaux qui sont davantage minéralisées présentes dans les vastes et complexes secteurs de la zone saturée
(eaux de fond). On ne constate pas, au niveau de la source, le signal qui est dû aux eaux de précipitation, étant
donné que ces volumes deviennent progressivement partie intégrante des réserves géologiques en passant,
à des vitesses relativement peu élevées, dans le système aquifère.
Les systèmes en roches carbonatées qui alimentent les sources Dragonera (Figure 25) et Tenda illustrent
très bien ce genre de situation.
Figure 25 évolution du débit, précipitations, conductivité électrique et température des eaux de la source Dragonera avec une réponse typique
“d’effet piston”
52
Systèmes avec organisation peu élevée du débit
Ces systèmes sont présents dans les aquifères qui sont caractérisées par une perméabilité plutôt limitée.
On les trouve dans les massifs rocheux situés dans un réseau de micro-fractures avec de nombreuses familles de
discontinuités interconnectées ou dans des aquifères poreux formés par des sédiments fins ou avec une matrice
limoneuse abondante. Ces systèmes présentent une zone saturée étendue et se caractérisent par des vitesses
du flux très limitées. Les débits subissent des variations limitées au fil du temps, avec des augmentations qui
ne peuvent pas être mises en corrélation directe avec les différents phénomènes d’infiltration ou qui sont dans
tous les cas déphasées de plusieurs mois par rapport à ceux-ci. Ces systèmes alimentent des sources qui sont
généralement non ponctuelles et situées en correspondance avec des secteurs qui se trouvent à des niveaux
altimétriques plus bas que la structure aquifère, lesquels sont, dans de nombreux cas, situés en correspondance
avec le fond principal de la vallée.
Les paramètres physiques et chimiques des eaux souterraines présentent une remarquable constance
temporelle de leurs valeurs, avec de faibles variations sur base saisonnière (phénomène d’homogénéisation
du signal chimique). La minéralisation des eaux est en général assez élevée, en raison de la circulation lente
de l’eau dans la masse rocheuse. Les systèmes qui alimentent les sources Ray (Figure 26), Maira et, en partie
également, celui qui alimente la Source de Beinette constituent des exemples très typiques de cette situation.
Figure 26 évolution du débit, précipitations, conductivité électrique et température des eaux de la source Ray avec une réponse typique “en
homogénéisation”
Figure 27 zone d’alimentation principale du bassin des Carsene qui alimente les sources du Pesio
Modèles basés sur les modalités d’alimentation d’un aquifère
Les modalités de recharge d’un aquifère peuvent fortement influencer à la fois l’hydrodynamique et la chimie
des eaux de source et sont principalement liées aux apports primaires et/ou secondaires.
Par l’expression apports primaires (ou alimentation autochtone), on entend la recharge provenant de la pluie
ou de la fonte des neiges qui concerne directement l’aquifère (Figure 27) alors que par apports secondaires
(ou alimentation allogène), on indique la recharge provenant des eaux superficielles de ruissellement qui
contribuent de manière permanente à la recharge de l’aquifère (Figure 28).
Sur la base du type d’alimentation qu’un système reçoit, il est par conséquent possible d’identifier trois
modèles conceptuels : système avec alimentation primaire prédominante, systèmes avec alimentation
primaire et secondaire, systèmes avec alimentation secondaire prédominante. C’est, de manière toute
particulière, le suivi de la température des eaux de source qui permet de mettre en évidence les modalités
d’alimentation des différents systèmes, dans la mesure où les apports qui sont liés aux eaux superficielles
sont fortement influencés par les fluctuations climatiques saisonnières.
54
Figure 28 petit cours d’eau dont les eaux se perdent dans un gouffre karstique (zone de Plan Ambroise, Marguareis)
Systèmes avec alimentation primaire prédominante
Cessation systèmes sont caractérisés par une infiltration diffuse et répartis de manière homogène sur
l’ensemble de l’hydrostructure. La recharge de l’aquifère a lieu uniquement à l’occasion des précipitations ou
des périodes de fonte des neiges. La progression du débit, de la minéralisation et de la température des eaux
de source est par conséquente soumise uniquement aux modalités de circulation souterraine et aux types
de masses rocheuses.
Les sources Fuse (Figure 29), Pesio, Pesio 18, Soma, Maira, Dragonera, Tenda, Ray et Fontanas sont alimentées
par des systèmes qui reçoivent principalement une alimentation primaire.
Figure 29 évolution des précipitations liquides et neigeuses, du débit et de la température des eaux de la Source Fuse (alimentation primaire dominante)
Les systèmes en territoire français se situent entre les deux premières catégories, avec une alimentation
primaire dominante à l’étiage, et une alimentation secondaire par le ruissellement de surface absorbé par
de petites pertes lors des épisodes pluvieux intenses (pertes des lacs de Lignin pour le Coulomp, du plan du
Peyron pour Gréolières).
56
Systèmes avec alimentation primaire et secondaire
Ces systèmes rechargés par les précipitations liquides ou solides qui affectent directement l’aquifère et
par les apports provenant de l’infiltration de cours d’eau superficiels à travers des fissures dans le talweg,
situées à proximité des contacts entre les roches perméables et imperméables. La progression du débit et
de la minéralisation des eaux de source est donc également étroitement liée à l’alimentation allogène et
se caractérise en général par un débit et une minéralisation relativement constants en raison des apports
limités de la part des eaux superficielles.
Figure 30 évolution des précipitations liquides et neigeuses, du débit et de la température des eaux de la Source Borello Supérieur (alimentation primaire
et secondaire)
Au contraire, la température peut subir des modifications temporaires et marquées à la suite du mélange
entre les deux différents apports. Les systèmes qui alimentent les sources de Borello (Figure 30) et Bossea
reflètent bien cette situation, ainsi que les Sourcets-Riou, partiellement alimentés par des pertes de la Cagne.
Systèmes avec alimentation secondaire prédominante
Ces systèmes sont en général situés à proximité des fonds de vallées, là où s’écoulent les cours d’eau les
plus importants, sur des tronçons plus ou moins longs, sur les roches de l’aquifère. Ces cours d’eau, lorsqu’ils
rencontrent les portions de la masse rocheuse qui sont caractérisées par une perméabilité plus marquée,
subissent des pertes progressives dans le lit même du cours d’eau, qui peuvent être, au cours des saisons
sèches, totales ou partielles.
Le débit et la chimie des eaux de source sont donc fortement influencés par les caractéristiques hydrodynamiques et par la qualité des eaux de surface, étant donné que l’alimentation primaire est absolument négligeable.
Figure 31 : évolution du débit et de la température des eaux de la Source Bandito et du Torrent Gesso (alimentation secondaire dominante)
58
La température des eaux de source connaît, en général, des variations saisonnières importantes, qui sont
étroitement liés aux conditions climatiques de la zone de rechargement. Les sources du Bandito, Beinette
et Borello Inférieur sont principalement alimentées par les pertes des cours d’eau. Ce genre de situation est
bien mis en évidence par la comparaison des données du suivi (Figure 31) et de la chimie des eaux ayant
été obtenues au niveau des sources et des torrents correspondants qui les alimentent, de même que par les
résultats des essais de traçage.
RAPPORT ENTRE LES APPORTS
PROVENANT DES NEIGES ET LES
VARIATIONS DES DÉBITS DES SOURCES
Par le biais des données du suivi portant sur la
hauteur des neiges et des débits des sources, il a été
possible de montrer que les apports qui sont liés à la
fonte des neiges, en même temps que la contribution
provenant des pluies printanières, représentent le
principal taux annuel de recharge d’un système
aquifère à haute altitude et donne lieu à une crue
significative qui se prolonge jusqu’à l’été ou, dans les
systèmes caractérisés par une faible perméabilité,
qui se termine seulement au début de l’automne.
L’augmentation de la température de l’air au niveau
global, qui a pour effet de provoquer une variation de
des chutes de neige, peut par conséquent affecter de
manière significative le processus de recharge des
aquifères.
L’apport provenant de la fonte des neiges et des
précipitations des pluies printanières est plutôt
homogène dans toute la région étudiée, mais les
différentes sources examinées fournissent des
réponses très différentes, aussi bien en ce qui
concerne la variation temporelle des débits que des
paramètres chimiques et physiques des eaux.
Les conditions climatiques à haute altitude
influencent de manière très étroite les modalités
d’alimentation des différents systèmes hydriques
étudiés. À partir du mois de novembre jusqu’au
mois d’avril, dans les zones qui dépassent 2000
m d’altitude, les précipitations sont neigeuses et
abondantes en raison de l’arrivée de masses d’air
humide provenant du bassin méditerranéen.
Sur le sol s’accumulent des couches de neige épaisses
qui persistent sur les versants septentrionaux en
altitude jusqu’au milieu de l’été. Dans les stations
équipées de jauges de neige qui sont situées dans
la zone étudiée (comme par exemple les stations de
Limone ou du Chiotas), à une altitude de 1875 m et de
2020 m, respectivement, on relève des épaisseurs de
la couche de neige qui vont jusqu’à 3 m, les valeurs
maximales étant en général atteintes au cours du
mois d’avril.
Pendant l’hiver, les températures de l’air diminuent fortement, descendant au-dessous de 0°C et
empêchent la fonte des neiges, en influençant par
conséquent les processus d’infiltration, qui sont absents ou très réduits.
Le débit hydrique au niveau des résurgences atteint
vers les mois de février – mars les valeurs minimales
de l’année, étant donné que la recharge des aquifères
est pratiquement nulle pendant plusieurs mois.
À partir du printemps, l’augmentation progressive
des températures minimales de l’air (qui dépasse
0°C) déclenche le processus de la fonte.
Sur l’ensemble de la journée, les apports qui sont
liés à la fonte peuvent se révéler nuls au cours des
heures nocturnes, lorsque les températures de l’air
au sol sont inférieures à 0 °C, pour atteindre ensuite
des valeurs horaires de plusieurs millimètres au
cours des heures les plus chaudes.
La fonte des neiges dure plusieurs mois au départ
des versants ayant une exposition au sud et dans les
zones les plus basses et en prenant fin en altitude
sur les pentes au nord vers la fin du mois de juillet.
Au printemps se présentent également fréquemment des pluies qui, en s’ajoutant à l’apport garanti par les
neiges, fournissent des volumes considérables vers les sources. Au cours de l’été, les champs de neige qui
se trouvent à haute altitude sur les versants situés au nord contribuent encore à l’alimentation des systèmes.
Les résurgences présentent une réponse hydrodynamique, ainsi que chimique et physique des eaux qui sont
très différentes selon le fonctionnement de l’aquifère qui les alimentent.
Dans les systèmes avec karstification très intense, avec une zone saturée très faible ou absente (tels que
ceux qui alimentent les sources du Pesio, de Fuse et du Coulomp), la crue printanière est caractérisée par des
fluctuations quotidiennes très importantes du débit d’eau (Figure 32), strictement contrôlée par la température
de l’air, avec une arrivée vers les sources d’une eau présentant une minéralisation et des températures faibles,
qui sont le résultat des vitesses d’écoulement considérables existant au sein du réseau de drainage.
Figure 32 évolution des précipitations, de la hauteur de la neige et de la température de la source Fuse au printemps et en été
La crue s’amortit progressivement au cours des mois d’été et on constate encore sur l’hydrogramme des
sources, au cours du mois de juillet, les légères fluctuations quotidiennes qui sont liées à une contribution de
la part de petits névés encore présents à haute altitude.
60
Dans les systèmes caractérisés par une circulation se faisant au sein de fractures et de cavités karstiques,
avec présence d’une vaste zone saturée (comme celle qui alimente la Source Dragonera), le débit des sources
présente encore des fluctuations quotidiennes du flux des eaux qui sont liées au processus de fonte des
neiges, mais l’hydrodynamique est principalement contrôlée par la transmission des pressions hydrauliques
dans le réseau des fractures et des conduits en charge.
La minéralisation et la température des eaux de source mettent ce phénomène en évidence, avec de légères
augmentations des valeurs au cours des principaux épisodes de crue.
Dans les systèmes où la circulation souterraine est principalement située dans le réseau des discontinuités de
la masse rocheuse et où la karstification profonde est très limitée (tels que ceux qui alimentent la Source du
Tende - Figure 33), la crue qui est associée à la fonte des neiges présente une augmentation progressive qui
Figure 33 évolution pluriannuelle des précipitations, de la hauteur de la neige et du débit de la Source de Tende
n’est qu’à peine perturbée par les pluies printanières et qui atteint une valeur maximale lorsque le printemps a
déjà commencé depuis longtemps, qui ne coïncide pas avec les périodes des apports les plus élevés. Il s’ensuit
une baisse longue et régulière, qui se prolonge jusqu’à l’automne.
L’étude effectuée, en utilisant les mesures relatives à plusieurs années de hauteur des neiges et de débit
des sources, a mis en évidence l’importance des apports provenant des neiges : à la suite de saisons d’hiver
plutôt sèches, comme celles qui ont caractérisé les hivers 2006-2007 et 2011-2012, les débits des sources
montrent des crues printanières limitées, tandis qu’à la suite de périodes particulièrement neigeuses, comme
l’hiver 2008-2009, les hydrogrammes mettaient en évidence des débits relativement élevés, même en plein
été (Figure 34).
Figure 34 évolution de la hauteur de la neige et du débit de la Source Bossea mesurée sur la période 2006-2014
LES PLUVIONIVOMÈTRES ENTERRÉES
62
Pour relever les hauteurs des précipitations de neige, on utilisait auparavant des pluviomètres équipés d’un
système de chauffage qui permettent de mesurer avec précision l’équivalent en eau des apports effectivement
tombés.
Ces données ne peuvent pas être mises en corrélation avec la progression des débits des sources, vu que le
phénomène de la fonte des neiges est très tardif par rapport aux hauteurs enregistrées par pluviomètres et
nivomètres. De plus, pour pouvoir faire fonctionner les dispositifs de chauffage, il faut disposer de courant
électrique, ce qui n’est pas facile dans les zones montagneuses. Les panneaux solaires peuvent alimenter les
équipements mais, généralement, ne parviennent pas à fournir l’énergie nécessaire, à cause de la faible dose
de rayonnement solaire qui est liée au type d’exposition du versant ou qui se manifeste à la suite de plusieurs
jours de couverture nuageuse.
Depuis plusieurs années, on est en train d’expérimenter, auprès de la Station Scientifique de la Grotte Bossea,
un nouvel instrument capable de mesurer directement la quantité d’eau liée à la fonte des neiges, appelé
«pluvionivomètre enterrée». L’équipement se compose d’un pluviomètre modifié, alimenté par des batteries,
qui est positionné dans le sous-sol avec son entonnoir qui fait dépasse de plusieurs centimètres au-dessus
du niveau du sol pour éviter que ne soient récoltées les eaux de ruissellement.
Figure 35 évolution horaire des apports liés à la fonte des neiges enregistrés avec un pluviomètre enterré pour pluie et neige
Au cours de la saison froide, l’appareil est recouvert par le manteau neigeux, et quand commence le processus
naturel de la fonte ou à la suite d’apports de nature pluvieuse sur le manteau neigeux, il enregistre la quantité
d’eau produite.
Les résultats de cette recherche ont montré que cette instrumentation fournit des données extrêmement
significatives, caractérisées par des valeurs quotidiennes qui sont en général plutôt limitées et qui varient
entre des apports nuls, au cours des journées où la température reste largement en dessous de 0° C et des
valeurs maximales horaires de 12-15 mm après des journées particulièrement chaudes (Figure 35).
Figure 36 un pluviomètre enterré pour pluie et neige destiné à
la mesure des apports liés à la fonte des neiges
Le pic maximum journalier de l’apport de la fonte des
neiges se manifeste habituellement quelques heures après
la période d’ensoleillement maximal, tandis qu’au cours
des heures nocturnes, le processus est nul ou très faible.
La fonte des neiges, qui se poursuit pendant plusieurs
semaines ou plusieurs mois, favorise une infiltration
importante d’eau dans les aquifères qui présentent une
perméabilité plutôt limitée. Au lieu des précipitations
liquides qui se produisent généralement pendant de courtes
périodes, avec une intensité généralement élevée et avec
un ruissellement conséquent des zones dans le secteur
présentant une faible perméabilité, les apports provenant
de la fonte fournissent une contribution au sous-sol qui est
relativement continue et de longue durée.
Pour acquérir les données qui permettent de mettre en
corrélation les apports avec les débits des sources en
utilisant cet équipement expérimental, ont été installées
au cours de l’automne (Figure 36), sept «pluvionivomètres
enterrées» dans autant de stations météorologiques
de l’Arpa Piemonte où se trouvaient des équipements
de mesure de la hauteur de la couche de neige, des
pluviomètres ou des nivomètres équipées d’une récepteur
chauffé (Tableau 8).
Tableau 8 liste des stations italiennes où ont été installés les pluviomètres enterrés pour pluie et neige
64
Les névés, encore présentes en été, alimentent des petits cours d’eau
La comparaison entre les mesures obtenues avec les différents instruments devait mettre en évidence la validité de
ce nouvel équipement. Malheureusement, cette recherche n’a pas produit les résultats escomptés, en raison d’un
mauvais fonctionnement de ces équipements.
Pour éviter l’engorgement du petit entonnoir pour la récolte des eaux provenant des précipitations ou de la fonte des
neiges, on a mis en place un filtre en géotextile sur le fond de celui-ci. Ce filtre, en se saturant et, ensuite, par l’effet des
basses températures, en se congelant complètement a créé une occlusion empêchant aux eaux de fonte d’atteindre
le débitmètre.
Les différents dispositifs ont par conséquent enregistré des données nulles au cours de toute la période de fonte des
neiges, à l’exception des derniers jours lorsque le rayonnement solaire est parvenu à faire fondre la glace se trouvant
sur le géotextile, en permettant ainsi le passage de l’eau.
Au cours de la prochaine saison d’hiver, ces équipements seront à nouveau installés, après avoir été modifiés de
manière appropriée. En revanche, les pluvionivomètres enterrés installés en France sur le bassin de la Source du
Coulomp ont donné toute satisfaction, grâce à la protection d’une moustiquaire recouvrant le réceptacle.
Cependant, leur installation tardive n’a donné que de courtes périodes de mesures effectives de la fonte de la neige.
VARIATIONS TEMPORELLES DES RAPPORTS DÉBIT-TEMPÉRATURE DE L’EAU DANS LE
SYSTÈME DE BOSSEA
On a examiné le débit et la température des eaux souterraines enregistrés au cours d’une période relativement
longue (1985 à nos jours) par la Station Scientifique de la Grotte de Bossea.
Sur la base de ces données, il apparaît évident que, pendant les mois d’hiver, s’est produite une augmentation
progressive des débits des sources, qui passent d’une valeur moyenne de 75 l/s au cours des années 80 à
environ 130 l/s au cours des 10 dernières années. Au cours de la même période, la température des zones de
source est descendue de 7,85°C à 7,60°C (Figure 37).
Ces changements modérés, mais significatifs au cours du temps, sont liés à l’augmentation de la température de
l’air pendant la période hivernale. Dans les années 80, en raison des basses températures, les processus de fonte
de neige étaient au cours des mois les plus froids presque négligeables. Par conséquent, les débits des sources
apparaissaient très limités, avec une vitesse basse du flux hydrique souterrain, et une plus grande intimité dans le
contact eau-roche (et, par conséquent, avec une température de l’eau plus élevée). À partir du début du XXIe siècle,
les hivers moins rigoureux ont favorisé une augmentation de la fonte des neiges au cours des mois d’hiver, ce qui a
entraîné une augmentation des débits souterrains et l’introduction dans les sources d’eaux plus froides.
Figure 37 évolution des débits sur les mois de janvier et février et des températures des eaux de la Source Bossea, mesurées entre 1985 et 2014
66
LES CHANGEMENTS CLIMATIQUES DANS
LE PIEMONTE DU SUD
Le débat public sur le changement climatique n’a fait
qu’augmenter au cours des dernières années, aussi
bien en raison d’une diffusion de plus en plus large des
analyses et des évaluations scientifiques qui étaient,
jusqu’il y a peu, restées confinées au monde scientifique, qu’à la suite d’une perception directe de la part
du public, qui a été suscitée par les événements «extrêmes» qui ont frappé nos territoires.
Des épisodes de précipitations intenses, telles que
celles qui ont entraîné la destruction du parc séculaire
de la Villa Taranto, sur le Lac Maggiore en 2012, de
longues périodes de sécheresse, comme celles qu’on
a connues en 2001 ou 2005, la vague de chaleur de
2003, les fortes chutes de neige des hivers 2008-2009
et 2009-2010 ont de fait contraint le public à puiser
dans sa mémoire historique, en contribuant à mettre
en place une prise de conscience largement partagée
quant à la variabilité du climat et à l’exacerbation de
l’intensité des phénomènes climatiques.
Un apport objectif à l’analyse des changements climatiques provient de la possibilité et de la capacité d’observer, de mesurer et d’élaborer les variables climatiques sur de longues périodes, en mettant en même
temps en valeur les avancées technologiques qui permettent, et qui continueront à permettre au cours des
prochaines années, une amélioration de l’observation
des phénomènes, à la fois quantitatifs et qualitatifs, et
surtout, un affinement des échelles spatiales et temporelles de mesure.
Le patrimoine des observations météorologiques sur
le Piemonte est riche et les relevés historiques disponibles sont très nombreux.
Arpa Piemonte est le dépositaire des données s’étalant sur les 100 dernières années, dont elle dispose à
la suite de l’acquisition des compétences ainsi que des
séries historiques d’observation de l’Ufficio Idrografico
Nazionale, le système de suivi régional a remplacé les
mesures manuelles et mécaniques par des systèmes
électroniques automatiques.
En analysant les longues séries chronologiques de
données portant sur les paramètres thermiques et
du niveau des neiges de certaines stations de la zone
des Alpes occidentales, on peut remarquer une nette
variation au cours des 25 dernières années avec une
augmentation des températures et une diminution de
la neige au sol et des quantités de neige fraîche.
Le contrôle des périodes présentant une quantité de
neige supérieure à la moyenne ou un déficit a été réalisé en utilisant un indice statistique, l’Indice d’anomalie
normalisée (SAI), qui exprime l’anomalie du paramètre
examiné par rapport à la valeur moyenne de la période
de référence. En ce qui concerne le paramètre lié à la
neige, l’indice SAI a été calculé sur une base saisonnière (novembre-mai), en prenant comme période de
référence pour le calcul de l’anomalie les trente années
allant de 1971 à 2000. Parmi les stations dotées de
longues séries historiques qui sont représentatives
des Alpes occidentales se trouve également la station
d’Acceglio Saretto (Cuneo) dans la vallée de la Maira.
En particulier, dans les graphiques de la Figures 38 et 39, on peut remarquer qu’au cours des 25 dernières années,
presque toutes les saisons ont été caractérisées par des anomalies négatives de l’épaisseur moyenne de la couche
de neige au sol et des précipitations de neige cumulées totales, du mois de novembre au mois de mai (la ligne rouge
représente la moyenne mobile de 5 ans), avec quelques rares exceptions (saison 2009). La même anomalie est
également confirmée par l’analyse des journées avec manteau neigeux.
L’indice SAI a été également calculé pour vérifier la progression, au cours des 50 dernières années (de 1961 à 2010),
des températures maximales et minimales, en utilisant comme période de référence les années allant de 1971 à
2000.
Figure 38 évolution de l’Indice d’Anomalies Standardisées (SAI) de la
neige au sol, de la neige fraîche et des jours de couverture neigeuse
(la ligne rouge représente la moyenne mobile sur 5 ans)
68
Les deux séries présentent des progressions qui sont partiellement similaires : l’indice prend des valeurs négatives
de 1961 à 1986 et des valeurs positives de 1987 à 2010.
Un autre type d’analyse ayant été effectuée est celle qui a porté sur la tendance : pour une évaluation à long terme
des paramètres, il est important de tenir compte de la progression au cours du temps et de vérifier la présence
de tendances significatives marquant les séries de données, dans le but de déterminer la présence de tendances,
positives ou négatives.
Pour évaluer le caractère significatif des tendances, on a utilisé le test non paramétrique de Mann-Kendall, qui vérifie
l’hypothèse nulle (H0) de l’absence de tendances et indique la possibilité PMK de commettre une erreur en rejetant
l’hypothèse nulle H0. Le niveau de significativité statistique pour la P-valeur a été fixé α = 0,05 : lorsque la P-valeur
est inférieure à α, la tendance est statistiquement significative, avec un niveau de fiabilité de 95%.
Figure 39 évolution de l’indice d’anomalies standardisées (SAI) pour
la température minimale et maximale (la ligne rouge représente la
moyenne mobile sur 5 ans)
L’analyse des tendances au cours de la période 19612010 montre une diminution générale de l’épaisseur
moyenne saisonnière du manteau neigeux dans les
Alpes du Piémont, comme mis en évidence dans le
Tableau 9 qui suit.
La contribution la plus significative à la diminution
de l’épaisseur de la couche est constatée au cours
des dernières décennies. En effet, si on tient compte
Tableau 9 Analyse de l’évolution de l’épaisseur moyenne saisonnière
du manteau nival sur les alpes du Piemonte (période 1961- 2010)
de la valeur moyenne du manteau neigeux au cours
de la période 1991-2010 par rapport à la période de
référence 1961-1990, on constate une diminution
impressionnante de l’épaisseur moyenne du manteau
neigeux (par exemple, les stations dans la zone de
Cuneo : lac Castello -11 %, lac Piastra -36% et lac
Saretto 38%). Cette réduction est encore plus marquée
lorsque l’on compare les deux semi-périodes 19611985 et 1986-2010, de 25 ans chacune.
Tableau 10 Évolution, erreur absolue et signification statistique du
nombre de jours avec enneigement sur la période novembre-mai
(1961 – 2010)
Le même résultat a été constaté en ce qui concerne
70
le nombre de jours avec couverture de neige au cours
Les données indiquent que cette augmentation se
de toutes les saisons. Ces valeurs apparaissent
concentre principalement au cours des mois de l’hiver,
particulièrement négatives, avec des variations
du printemps et de l’été, et que ce sont les années qui
dépassant 0,5 jour / saison, en particulier dans les
suivent la première moitié de la décennie 1980-1990
stations situées à des altitudes proches de 1500 m
qui manifestent l’augmentation de la température
(Tableau 10). À Acceglio Saretto (1540 m d’altitude),
moyenne la plus prononcée.
on constate la plus forte diminution du nombre de
Les zones qui semblent avoir été davantage
jours caractérisés par une couverture neigeuse -1,19
concernées par cette tendance positive sont la
jour/saison dans les Alpes du Piemonte. L’analyse des
bande alpine et préalpine de la région, même si on ne
tendances ayant été effectuée sur une base mensuelle,
parvient pas à mettre en évidence une tendance qui
il apparaît que cette diminution est supérieure au
soit statistiquement significative d’un rapport existant
cours du mois d’avril avec -0,32 jour.
entre cette augmentation et l’altitude.
L’analyse statistique des séries historiques de données
Cependant, l’absence de tendances significatives
quotidiennes de température et de précipitations des
ayant été constatée dans les statistiques concernant
50 dernières années (1958-2009) a montré une aug-
les précipitations apparaît conforme avec les résultats
mentation significative des températures moyennes,
analogues obtenus sur l’ensemble des Alpes et de
qui peut être quantifiée à hauteur d’environ +1,5 °C.
l’Italie.
Il faut seulement signaler une faible tendance statistiquement significative allant dans le sens d’une augmentation de la longueur moyenne et maximale des périodes sèches. Ceci semble suggérer substantiellement
une répartition inchangée de la pluviométrie dans la
région. Pris dans leur ensemble, ces résultats, exprimant
une tendance positive des températures estivales et une
absence de tendance dans les précipitations, impliquent
une augmentation de l’aridité dans la zone étudiée et ceci,
de manière plus significative, dans la partie se trouvant le
plus au Sud du Piemonte.
De même, la tendance positive observée pour les
températures hivernales est associée à une réduction
du manteau neigeux au cours des dernières années
sur les Alpes. Un effet très frappant du changement
climatique dans le Piémont a en effet été représenté
par une survenue plus précoce de la période du dégel
qui, au-dessus de 2000 m, se produit un mois plus tôt
qu’il y a 60 ans. En conséquence (même si ce n’est pas
la seule), les glaciers du Piemonte ont connu un recul
sensible au cours du siècle dernier.
En outre, les espèces végétales et animales sont en train
de se déplacer vers des altitudes plus élevées au fur et à
mesure que nos montagnes sont affectées par un climat
plus chaud.
IEn général, les études les plus récentes sur le changement climatique dans le Piemonte indiquent qu’aux
alentours de l’année 2050, on est en droit de s’attendre
à une élévation des températures similaire à ce qui a été
observé au cours des 60 dernières années, une fois de
plus au-dessus de la moyenne mondiale.
On constate également une faible augmentation des
périodes de sécheresse, surtout en été, tandis que les
précipitations devraient augmenter au printemps et en
automne.
LA MESURE DU VOLUME DE NEIGE AVEC
LES IMAGES PAR SATELLITE
La fonte des neiges est l’un des facteurs qui
influencent le plus les débits des sources ; il se révèle
donc important de déterminer le volume de la neige
au fil des années pour pouvoir le comparer avec les
débits qui ont été relevés auprès des sources et
d’élaborer les analyses qui s’ensuivent (Vigna et al.,
2014).
Dans la zone examinée, le volume de la neige est
évalué en combinant les facteurs caractéristiques
du territoire qui en influencent le dépôt (altitude,
latitude, exposition, etc.) avec certains taux bien
précis de hauteur de la neige, mesurés par les
stations météorologiques dans la région au cours de
la période de référence correspondant à la mi-avril,
qui représente le mieux les différences de volumes
de neige au cours de plusieurs années.
L’étude a été réalisée en deux phases : la détermination du manteau neigeux à partir d’images par
satellite (Landsat et MODIS) et la définition de la
hauteur de la neige à partir des données des stations
pluviométriques, par interpolation des données
connues, pondérée sur la base des caractéristiques
géométriques et physiques du territoire (Lingua,
Noardo, Vigna, 2014) au moyen d’une régression
linéaire.
Une épaisse couverture de neige dans le secteur frontalière des
Alpes Maritimes
Les images par satellite Landsat et MODIS
L’utilisation d’images par satellite pour la détermination du manteau neigeux présente plusieurs avantages :
le fait de parvenir à couvrir l’ensemble de la zone étudiée ; la possibilité de procéder à des analyses multitemporelles (avec des images quotidiennes de MODIS et fournies tous les 15 jours par Landsat) et multispectrales pour améliorer la caractérisation radiométrique (de la couleur) de la surface de la neige et
l’élimination d’une grande partie de la couverture nuageuse ; la possibilité de disposer d’images historiques
qui permettent d’effectuer des études qui couvrent même les années passées, pouvant être téléchargées
gratuitement à partir de sites internet ; la possibilité de procéder à une classification automatique du manteau
neigeux à l’aide d’une méthode efficace et financièrement peu coûteuse.
Les satellites disponibles, utilisés en télédétection pour l’extraction de données métriques et thématiques, à
différentes échelles et avec des fins diverses, sont multiples. Pour le projet ALIRHYS, on a utilisé les données
des satellites Landsat et MODIS.
Les produits Landsat de Niveau 1 prévoient des corrections géométriques qui prennent en compte la forme
de la surface terrestre pour l’obtention d’une précision meilleure. Les images présentent une dimension de
la cellule de 30 m (meilleure que les données MODIS), mais au cours de la période et pour la zone prise en
considération ne sont pas toujours disponibles de manière continue du point de vue temporel et géométrique.
La cartographie du manteau neigeux est obtenue en combinant de manière appropriée les valeurs de
réflectance du terrain contenues dans les images de chaque bande (obtenues grâce aux logiciels adaptés)
pour sélectionner automatiquement les pixels de l’image correspondant à la zone enneigée (Dozier, 1989).
Les images MODIS sont saisies à partir des satellites “Terre” et “Eau”, qui tournent en orbite autour de la terre
avec une fréquence approximativement quotidienne, en fournissant des données sur la surface terrestre avec
une résolution plus basse (pixel de 500 m) par rapport à Landsat, mais qui sont beaucoup plus continues
du point de vue temporel : on les a donc utilisées lorsque les données Landsat n’étaient pas disponibles.
À partir des images MODIS, la NASA produit le thème du manteau neigeux directement utilisable (MOD10 MODIS Snow Cover) et le distribue à travers les sites spécialisés sur internet. La reconnaissance des zones
enneigées se base sur une série de tests effectués sur les valeurs de radiance / réflexion contenues dans les
images. Ces produits sont par conséquent directement utilisables.
Étant donné que les images Landsat et MODIS présentent des résolutions très différentes, on a procédé à
certaines analyses comparatives afin de vérifier la cohérence du manteau neigeux extrait par rapport à ces
deux données : on a calculé des différences inférieures à 10%, ce qui permet d’affirmer une équivalence
substantielle des résultats à l’échelle territoriale de l’étude définie pour ALIRHYS.
72
Légende
Figure 40 visualisation de la carte des valeurs des hauteurs de neige calculées sur la zone concernée, superposé au MNT
Le calcul du volume de neige
Le dépôt de neige sur le terrain et sa capacité à persister au fil du temps sont influencés par plusieurs
facteurs liés aux caractéristiques de la surface en question et à son exposition au soleil : altitude, latitude,
exposition, pente, présence de végétation, ombres.
Les données de hauteur de neige qui sont disponibles sont relevées à intervalles réguliers au niveau des
stations météorologiques de l’Arpa Piemonte et des stations de ski, afin de pouvoir disposer d’informations
plus complètes et de connaître les données qui concernent le versant français (qui ne sont pas autrement
connues). La méthode d’analyse a été appliquée à la période 2007 – 2013, vu que certaines informations
nécessaires n’étaient pas disponibles au cours des années précédentes.
Les caractéristiques du terrain peuvent être extraites à partir du MNT harmonisé pour répondre aux buts du
projet ALIRHYS, en en déterminant l’altitude, l’exposition et la pente, par pixels de 25 m de large.
Au départ de ces informations, il est possible de déterminer le rayonnement au sol, grâce à une fonction qui
est disponible dans le logiciel QGIS, en tenant compte également de la latitude et des ombres projetées par
la surface du territoire. Le calcul a été posé au 15 avril et en l’absence de couverture nuageuse.
La hauteur de la neige pour l’ensemble du territoire considéré au cours des différentes années a été
déterminée en trois étapes. Tout d’abord, pour chaque année, on a évalué, par le biais d’une régression
linéaire, les coefficients qui indiquent l’influence des paramètres considérés (altitude, pente, rayonnement
global) à partir des données connues de la hauteur de la neige contenant implicitement aussi l’influence
des conditions météorologiques annuelles.
En deuxième lieu, ces coefficients ont été utilisés pour calculer les hauteurs de la neige dans chaque
cellule de la zone considérée. Enfin, on a pris en considération uniquement les données susceptibles d’être
sélectionnées par le biais des masques de couverture de neige obtenus au départ des données fournies
par les satellites et l’on a exclu les zones présentant des pentes dépassant 55%, dans lesquelles la neige
ne parvient pas à s’accumuler par l’effet de la gravité.
En multipliant la hauteur de la neige pour la zone concernée et en additionnant toutes les valeurs, on obtient les valeurs du volume de la neige non permanente qui est présente sur tout le territoire considéré au
cours du mois d’avril (Figure 40).
La comparaison avec les débits des sources
Les valeurs du volume calculées ont ensuite été mises en relation avec les débits des différentes sources,
situées dans la zone concernée. Les données considérées portent sur la valeur du volume de la source lié au
processus de fonte des neiges. La crue liée à la fonte des neiges présente une durée assez longue, qui est en
générale comprise entre les mois de mars et de juin et est en partie influencée également par les précipitations
se produisant au cours de la même période.
Dans la Figure 41, on peut observer
les relations étroites existant entre le
volume estimé de la neige qui s’est
accumulée au sol à la mi-avril et le
volume qui est lié à la fonte des neiges,
mesuré à la Source de Bossea.
Figure 41 graphique mettant en rapport volume de neige calculé et débits de sources
74
En particulier, on peut remarquer qu’à la suite
d’hivers secs, comme ceux de 2006-2007, les débits
des sources sont limités, tandis qu’au cours des
années 2009 et 2010, les abondants apports de
neige s’étant accumulée sur le sol fournissent, à la
suite du processus de fonte, aux drains souterrains,
des volumes hydriques considérables.
Les données provenant de ces calculs peuvent donc
être utilisées également pour prévoir la quantité d’eau
potentielle qui est disponible pour l’alimentation
des sources au cours de l’année et de poser des
hypothèses en ce qui concerne d’éventuelles
situations de carence hydrique estivale, comme
celles qui ont par exemple caractérisé l’année 2012.
L’UTILISATION DE LA CAMÉRA
THERMIQUE À PARTIR D’UN DRONE
Depuis quelques années, la recherche dans le domaine des techniques de relevé pour l’acquisition
des données pour l’étude du territoire a commencé
à analyser le potentiel qui est représenté par les
aéronefs non conventionnels qui sont appelés en
anglais Unmanned Aerial Vehicles (drones).
ssus des technologies militaires, mais désormais
très utilisés également pour des applications
civiles, les drones sont des véhicules aériens avec
pilotage à distance (Remotely Piloted Aerial Vehicle,
RPAS), qui sont également en mesure de voler de
manière indépendante en utilisant les équipements
robotiques qui sont présents à bord. Ils peuvent être
classés selon deux types :
• à voilure fixe, semblables à des avions, ils
engendrent la portance par le biais de la pression
de l’air sur les ailes qui résulte du mouvement du
véhicule lui-même ;
• à aile tournante, semblables à des hélicoptères, ils
sont en mesure de voler par le biais de la rotation
horizontale d’une ou plusieurs pales autour d’un
axe vertical. Les drones de ce type sont appelés
multirotor (quadrocoptère, hexacoptère, etc.),
étant donné qu’ils ont généralement quatre ou
plusieurs ailes.
Ces dispositifs de vol sont généralement équipés de
systèmes spéciaux pour l’enregistrement de prises
de vue (caméras) ou pour la photographie aérienne
numérique (appareils photo numériques) qui, en
plus des objectifs multimédias habituels, permettent
également la définition d’informations utiles pour le
relevé sur le territoire.
Dans le cadre du projet, on a utilisé les drones en
proposant une solution qui permettrait d’aller
au-delà de ce qui est visible, en obtenant des
informations thermiques.
Dans ce but, on a choisi et acheté la caméra thermographique FLIR A35 qui se distingue par un
poids limité (environ 200 g) ainsi que par de bonnes
qualité en ce qui concerne le capteur biométrique
(haute résolution 320x256 pixels, vitesse élevée allant jusqu’à à 30 hz en vue d’une installation sur un
support mobile tel qu’un drone), équipée de manière
appropriée d’un micro-ordinateur en vue de l’enregistrement des données à bord. Les composants ont
été installés à l’aide d’une plate-forme prévue à cet
effet, constituée de fibres de carbone en mesure de
compenser la plupart des oscillations au cours du
vol, sur un drone disponible auprès du laboratoire de
Photogrammétrie, Géomatique et SIG du type Hexakopter (Mikrokopter avec assemblage Restart).
Figure 42 drone-multirotor avec caméra thermique embarquée
Le système a été utilisé pour l’évaluation de la
température superficielle de la neige, dans le but de
comprendre le rapport existant entre la température
superficielle de la neige et ses caractéristiques
physiques.
La zone étudiée était représentée par une zone
limitée d’environ 400x400 m au col de Tende, dans
la zone des forts. Compte tenu de la superficie
limitée ayant été examinée, il n’a pas été possible
de mettre en évidence des corrélations spécifiques
entre les paramètres étudiés.
utilisée pour les acquisitions © Paolo Maschio
La Figure 42 montre le vecteur aérien utilisé lors
d’un test de vérification du bon fonctionnement.
Cet engin, en mesure de procéder à des vols qui
sont commandés manuellement à distance, mais
aussi à des vols entièrement automatiques grâce à
l’installation à bord de capteurs de navigation embarqués spéciaux et d’un équipement électronique
de contrôle spécial, a fait l’objet d’un test de ses
fonctions sur le champ de vol de Tetti Neirotti («Vol
sur les toits») dans une situation contrôlée et non
dangereuse.
76
Afin d’inclure correctement la zone encadrée et de
définir exactement la position et la direction de la
caméra thermique (à l’aide des capteurs de position
et de stabilité de l’hexacoptère), il a été nécessaire
de définir des procédures de synchronisation entre
la vidéo thermographique et une vidéo dans le
spectre visible, saisie à l’aide d’un caméscope Sony
HDR-AS15, lui aussi installé à bord.
Le système a par contre prouvé son efficacité
au cours de la détection de sources inconnues,
situées dans les alluvions des cours d’eau, en
ayant soin de procéder aux acquisition dans une
période opportune.
En particulier, cette méthode a été testée le long
du cours du Torrent Vermenagna, dans le secteur
qui se trouve à proximité de l’agglomération
de Vernante, où ont été identifiées quelques
sources.
LA CHIMIE DES EAUX
Il est bien connu que les eaux qui sont présentes
dans la nature constituent une solution saline plus
ou moins diluée ; on peut citer à titre d’extrêmes
l’eau de pluie (ou de la fonte des neiges) comme
un exemple d’eau faiblement minéralisée (au point
d’être considérée comme de l’eau pratiquement
distillée) et l’eau de mer, qui représente, au contraire,
un exemple d’eau très minéralisée.
C’est entre ces deux extrêmes que se situent toutes
les autres zones qui se trouvent présentes dans la
nature.
La teneur en sels dissous dans l’eau est le résultat de la mise en solution de différents éléments que l’eau rencontre
au cours de son voyage à partir de l’atmosphère quand il pleut ou qu’il neige, pour poursuivre dans le sous-sol à
partir de la zone où elle s’infiltre pour ré-émerger au niveau des sources. Le long du tronçon souterrain, l’eau entre
en contact avec différents terrains et/ou, roches, en réagissant chimiquement avec les minéraux qui les constituent.
Par le biais de ce contact, l’eau dissout les minéraux en s’enrichissant de substances qui appartenaient aux minéraux
eux-mêmes et en acquérant de cette manière une minéralisation particulière. Ces substances représentent la teneur
ionique de l’eau. Bien qu’il existe une grande variété de roches à laquelle correspond une variété plus riche encore de
minéraux, dans les eaux, les principaux ions que l’on relève habituellement en quantité non négligeable ne sont pas
très nombreux. Ces ions sont : calcium Ca2+, magnésium Mg2+, sodium Na+, potassium K+, (ces deux derniers sont
souvent considérés ensemble sous l’appellation alcalis), ion sulfate SO42-, ion chlorure Cl-, ion bicarbonate HCO3- et
ion nitré NO3-. Le degré de minéralisation de l’eau s’exprime à travers des grandeurs telles que le résidu fixe à 180 °C,
la teneur totale en sels dissous (TDS Total des solides dissous) et la Conductivité électrique spécifique (CE).
Si l’on tient compte de manière singulière de ces paramètres, il est possible de procéder à des classifications.
Par exemple, à travers les valeurs de TDS et CE, les eaux peuvent être divisées en quatre classes, comme cela figure
dans le Tableau 11.
Tableau 11 classement des eaux en fonction des valeurs de TDS et CE
Un paramètre qui est normalement utilisé pour évaluer la qualité de l’eau est la dureté, celle-ci dépend du contenu en
sels de calcium et/ou de magnésium dissous.
La dureté permanente est celle qui est liée aux sels en question, qui restent en solution même après ébullition ; la
dureté temporaire, par contre, est liée aux sels de calcium et de magnésium (bicarbonates) qui précipitent au cours
de l’ébullition. La dureté totale (TH Total Hardness) est la somme des deux premières et c’est celle à laquelle on fait
normalement référence. Il existe différentes unités de mesure pour la dureté, mais celle qui est la plus utilisée est le
degré Français (°f).
Un degré français correspond à un gramme de carbonate de calcium dissous dans 100 l d’eau, la valeur de la
dureté peut se calculer facilement grâce à une formule, en connaissant la concentration des ions de calcium et de
magnésium dissous dans l’eau.
2,497 x [Ca2+] + 4,116 x [Mg2+]
TH=
10
où [Ca2+] et [Mg2+] sont respectivement les concentrations
de calcium et de magnésium exprimées en mg/l, TH est
la dureté totale qui est exprimée en degrés français.
En fonction de la dureté, les eaux peuvent être divisées
en cinq classes, selon le schéma qui figure dans le
Tableau 12.
Tableau 12 classement des eaux en fonction des valeurs de dureté
L’importance de l’étude géochimique réside dans le fait qu’elle constitue un support pour la recherche hydrogéologique
et cela tout spécialement lorsqu’il s’agit d’évaluer la qualité de l’eau en fonction de l’usage auquel elle est destinée.
D’un point de vue scientifique, les résultats d’une analyse chimique de l’eau sont utiles pour définir la famille à
laquelle elle appartient, dite faciès hydrochimique (ou simplement faciès) d’une eau. Le faciès est déterminé par
le cation et l’anion prévalents en utilisant l’anion (ion négatif) comme substantif et le cation (ion positif) comme
adjectif. En tenant compte du fait qu’il y a trois cations présents dans une eau (calcium, magnésium et alcalis) et
que les anions sont en même nombre (chlorures, bicarbonates, sulfates), les combinaisons possibles (faciès) sont
au nombre de neuf.
78
Toutefois, les principaux faciès que l’on trouve dans la nature sont :
• bicarbonaté-calcique (dominance de l’anion bicarbonate et du cation calcium)
• sulfaté-calcique (dominance de l’anion sulfate et du cation calcium)
• chloruré-alcaline (dominance de l’anion chlorure et des cations alcalins)
• bicarbonaté-alcaline (dominance de l’anion bicarbonate et des cations alcalins)
Des combinaisons entre ces faciès existent et sont très communes. L’identification de ces faciès peut être facilement
effectuée en utilisant le diagramme de Schoeller. Celui-ci se compose d’axes logarithmiques verticaux, un pour
chaque ion considéré, sur lesquels on reporte la concentration absolue correspondante.
Pour attribuer le faciès hydrochimique dominant de l’eau examinée, il suffit d’interpréter le diagramme en partant du
haut et en accouplant le cation et l’anion prévalents.
Si l’on tient compte du couple cation-anion qui est présent en une concentration immédiatement inférieure, on
évalue le chimisme secondaire, indice d’un mélange avec des eaux présentant des faciès différents, pourvu que la
différence de concentration entre le cation dominant - cation secondaire et l’anion dominant - anion secondaire ne
dépasse pas un certain nombre de grandeurs. Dans ce diagramme, les concentrations des ions individuels sont
exprimées en meq/l. Ces valeurs sont obtenues en divisant la valeur de la concentration d’un ion exprimée en mg/l
par son poids équivalent.
Pour le projet ALIRHYS, on a pris en ligne de compte 18 sources, situées sur le territoire italien et français (sources
Bandito, Beinette, Borello Inférieur, Borello Supérieur, Bossea, Coulomp, Dragonera, Fontanas, Fuse, Gréolières, Maira,
Meyniers-Féraud, Pesio, Pesio 18, Ray, Soma, Sourcets-Riou et Tende) et 3 cours d’eau (torrents Corsaglia, Gesso et
Vermenagna).
Au niveau de tous ces points d’eau, on a procédé à des échantillons saisonniers pendant toute la durée du projet.
Au moment du prélèvement de l’eau devant être soumise à des analyses chimiques et isotopiques successives
ont été mesurées, grâce à des instruments adéquats, la température, la conductivité électrique spécifique, le pH, le
potentiel d’oxydo-réduction (Eh).
Au laboratoire de Recherche hydrogéologiques du Politecnico di Torino, Dipartimento di Ingegneria dell’Ambiente, del
Territorio e delle Infrastrutture, ont été menées à bien des analyses chimiques, en déterminant les concentrations de
calcium, magnésium, sodium, potassium, chlorures, sulfates, bicarbonates, nitrates, ion ammonium, fer, manganèse,
fluorures, chlorites, bromates, bromures, nitrites, phosphates, aluminium, vanadium, chrome, cobalt, nickel, cuivre,
zinc, arsenic, sélénium, rubidium, strontium, cadmium, césium, baryum, plomb, bismuth, uranium, lanthane,
praséodyme, néodyme, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium,
lutécium.
Les analyses isotopiques pour la caractérisation des rapports 18O/16O et 2H/1H ont été effectuées à l’Istituto di
Geoscienze e Georisorse (CNR-IGG) de Pisa.
MINÉRALISATION DES EAUX ET FACIÈS
CHIMIQUES
En ce qui concerne leur minéralisation, se référant
aux valeurs du TDS, les eaux des sources étudiées
peuvent encore être classées comme : oligominérales (Fuse, Bossea, Dragonera, Borello
Supérieur, Borello Inférieur, Pesio, Pesio 18,
Fontanas et Coulomp) et moyennement minérales
(Soma, Ray, Tenda, Beinette, Maira, Bandito,
Meyniers-Féraud, Sourcets-Riou et Gréolières).
En ce qui concerne les taux de dureté totale ayant
été constatés dans le contexte des sources ayant
été étudiées, on a identifié : eaux très douces
(Fontanas), eaux douces (Fuse, Soma, Bossea,
Dragonera, Borello Supérieur, Borello Inférieur, Pesio,
Pesio 18, Bandito et Coulomp), eaux assez douces
(Ray, Tenda, Beinette, Meyniers-Féraud, SourcetsRiou et Gréolières) et eaux dures (Maira).
Pour chaque source a été créé le diagramme de
Schoeller ; on cite, à titre d’exemple, les diagrammes
concernant les sources Maira, Ray, Coulomp et
Sourcets-Riou. En ce qui concerne la source Ray
(Figure 43), on identifie un faciès bicarbonatécalcique-magnésique ; ce faciès reste inchangé
pendant toute la période examinée, sans subir de
variations saisonnières significatives.
La Source Maira (Figure 43), quant à elle, montre
un faciès principal sulfaté-calcique avec un
faciès secondaire bicarbonaté-magnésique.
Dans ce cas également, on n’observe pas de
variations saisonnières.
80
Figure 43 diagramme de Schoeller des sources Ray et Maira
On constate des situations bien différentes
dans les sources du Coulomp et Sourcets-Riou
(Figure 44).
Dans la première source, le faciès principal
est bicarbonaté-calcique, auquel s’associe un
faciès sulfaté-magnésique non négligeable, bien
que ne présentant pas une entité qui permet de
le considérer comme secondaire.
nières de la teneur des ions magnésium et sulfate.
Les sources Sourcets-Riou présente un faciès
principal bicarbonaté-calcique, avec un faciès
secondaire sulfaté-magnésique, dont la teneur en
magnésium n’est que partiellement associable à
celle des sulfates.
Ces sources présentent, à intervalles saisonniers,
des variations dans la teneur en sulfate.
Ces variations sont également constatées
dans d’autres sources et peuvent être mises en
corrélation avec la progression des débits.
Les tendances des sources restantes s’inscrivent
dans celles qui sont décrites et qui représentent
des situations extrêmes.
En effet, pour les autres sources, on constate des
faciès substantiellement bicarbonatés-calciques
où cependant les rapports entre le bicarbonate et
les sulfates (HCO3-/SO42-) et entre le calcium et le
magnésium (Ca2+/Mg2+) varient sensiblement, ce
qui permet d’identifier quatre groupes distincts.
Figure 44 diagramme de Schoeller des sources Coulomp et Riou
Une caractéristique particulière des eaux de la
Source Coulomp consiste dans le fait qu’elle
présente une teneur en ions alcalins beaucoup
plus élevée par rapport à celle des chlorures ; ceci
est une caractéristique qui est liée au type des
roches qui sont traversées le long de son parcours
souterrain.
Dans cette source, on constate des variations saison-
Un premier groupe, qui est caractérisé par un
rapport HCO3-/SO42- inférieur à 3, est formé des
sources Beinette, Bandito et Tende, mais présente
des taux différents en ce qui concerne le rapport
Ca2+/Mg2+.
Le second groupe, formé par les sources Soma,
Meyniers-Féraud, Pesio et Pesio 18, se caractérise
par un rapport HCO3-/SO42- qui est compris entre 3
et 7 et un rapport Ca2+/Mg2+ qui est compris dans
un intervalle allant de 2 à 6.
Dans le troisième groupe, on trouve les sources
Borello Inférieur et Fuse, pour lesquelles le rapport
HCO3-/SO42- s’inscrit dans un intervalle allant de 17
à 22 et le rapport Ca2+/Mg2+ est compris entre 4 et 8.
Enfin, Fontanas, Borello Supérieur, Dragonera,
Bossea et Gréolières présentent un rapport HCO3-/
SO42- supérieur à 32 et des taux de Ca2+/Mg2+ qui
sont compris entre 4 et 10.
Il est par conséquent évident que la diversité
chimique des eaux étudiées doit être exclusivement
attribuée aux teneurs en Ca2+/Mg2+, HCO3-, SO42- et
à leurs rapports.
Le diagramme de Schoeller permet également
d’identifier des scénarios particuliers tels que, par
exemple, l’alimentation d’une source de la part
d’un cours d’eau superficiel. C’est dans ce contexte
que se situe le cas de la Source Borello Inférieur
et du Torrent Corsaglia, dont les progressions
des polylignes sur le diagramme de la Figure 45
se chevauchent, en témoignant de la connexion
entre les deux corps hydriques. Cette situation se
produit également pour la Source Bandito avec
le Torrent Gesso et la Source Beinette avec les
Torrents Gesso et Vermenagna.
82
La Sorgente delle Fuse
Figure 45 diagramme de Schoeller de la Source Borello Inférieur et du
T. Corsaglia
ANALYSE DES MÉTAUX
L’analyse des métaux joue un rôle de premier plan en ce qui concerne, en premier lieu, la qualité des eaux
potables. Les résultats obtenus montrent que la teneur en métaux dans les eaux des sources échantillonnées
est presque toujours assez faible.
Compte tenu de la somme des métaux analysés, on obtient des valeurs moyennes qui varient entre 65 à 1000
μg/l, cependant, environ 85% de ce montant est représenté uniquement par le strontium (Sr) et le baryum
(Ba). Pour le baryum, l’OMS (Organisation mondiale de la santé) a décrété que l’eau pour la consommation
humaine doit présenter une concentration maximum de 700 μg/l. En ce qui concerne ce paramètre, l’Union
européenne n’a pas défini un taux de concentration maximum, la législation italienne se conforme à ce qui
est prescrit par les dispositions communautaires, alors que la législation française prévoit la limitation qui
est prescrite par l’OMS.
En ce qui concerne le sr, les taux relevés ne donnent lieu à aucune préoccupation, étant donné qu’aussi bien
dans les législations française et italienne que dans les lignes directrices de l’OMS n’a été définie aucune
limite de concentration pour cet élément. En ce qui concerne les autres métaux, leurs concentrations sont
toujours inférieures aux concentrations maximales admissibles correspondantes.
Dans la Figure 46 figure un diagramme qui affiche les contenus qui ont été constatés dans certaines sources.
Figure 46 diagramme des concentrations de métaux dans certaines sources
Une donnée intéressante est représentée par la teneur en arsenic (As) dans l’eau de la Source de la Maira.
Cette valeur, en moyenne 6 μg/l, est proche, bien qu’inférieure, à la concentration maximale admissible pour
les eaux potables (10 μg/l). La concentration de cet élément dans toutes les autres sources est inférieure à
1μg/l, à l’exception de Fontanas, Bandito et Beinette, où elle est de toute manière inférieure à 2μg/l.
Les lanthanides, également connus sous le nom de terres rares, sont un groupe particulier d’éléments ayant
un nombre atomique entre 51 (lanthane) à 71 (lutétium). Leur utilisation, bien qu’elle s’inscrive dans le cadre
de nombreuses activités de production (par exemple industrie du verre, optique, électronique et laser), n’est
pas très importante et, par conséquent, la teneur relevée dans le réseau n’est pas affectée par l’impact
anthropique.
Ces dernières années, l’étude du contenu des lanthanides, en raison de leur relation étroite et univoque avec
les roches avec lesquelles l’eau entre en contact, a été proposée comme un moyen de caractériser les eaux
souterraines. Les données obtenues dans cette étude confirment cet aspect.
ANALYSES ISOTOPIQUES DE L’EAU
La géochimie isotopique traite de la détermination quantitative des rapports d’abondance des différents
isotopes d’un élément. La différence entre les isotopes d’un élément est représentée par une masse atomique
différente, se différenciant par le nombre de neutrons. Les isotopes d’un élément ont, par conséquent, vu
qu’ils occupent la même place dans le système périodique, des caractéristiques chimiques équivalentes,
mais des caractéristiques physiques différentes.
Étant donné qu’il n’est pas facile de mesurer l’abondance absolue d’un ou plusieurs isotopes, parce qu’il
s’agit de mesures trop complexes, on se borne à la mesure du rapport d’abondance entre les deux isotopes
d’un même élément (par exemple, 18O/16O) ; ce rapport est exprimé non pas comme une valeur absolue mais
en tant que différence à l’égard d’un même rapport dans un standard de référence.
δ=
Rcampione - Rstandard
Rstandard
x 1000
Les isotopes qui revêtent une importance particulière
dans les études hydrogéologiques sont, pour l’hydrogène 2H (Deutérium D) et 3H (Tritium T), pour l’oxygène 18O e 16O, pour le carbone 12C, 13C e 14C, pour le
soufre 32S et 34S et pour l’azote 14N et 15N.
Les isotopes stables de la molécule d’eau sont utilisés pour caractériser l’eau et en déterminer l’origine ; par
exemple 18O et D permettent d’identifier l’altitude moyenne d’infiltration des eaux de source. Le fractionnement
isotopique dans les eaux est affecté par la température et par la latitude, dans la mesure où il est lié aux
phénomènes d’évaporation et de condensation.
84
En particulier, la vapeur d’eau océanique est engendrée sous la forme d’une vapeur plus pauvre en 18O et
D par rapport à l’eau qui se condense partiellement,retombe dans l’océan et migre en partie vers les zones
continentales.
À partir des masses de vapeur atmosphérique se crée un condensat isotopiquement lourd, en conséquence
de quoi, à mesure de la progression des précipitations qui sont engendrées par la même masse, on assistera
à un épuisement progressif des isotopes lourds. Ce scénario est schématisé dans la Figure 47.
Figure 47 schéma des effets isotopiques de l’oxygène et de l’hydrogène pendant le cycle hydrologique (d’après B. Turi, modifié)
Étant donné que la teneur moyenne en isotopes lourds stables des précipitations demeure pratiquement
constante, on peut, en déterminant ces contenus dans les eaux souterraines et en les mettant en corrélation
avec les variations du contenu isotopique des eaux de précipitations en fonction de l’altitude, calculer
l’altitude moyenne de la zone de recharge des sources.
Dans le cadre du projet, on a procédé à un échantillonnage sur le territoire italien (pas sur la côte) des pluies
et des neiges à différentes altitudes en ce qui concerne deux secteurs bien distincts de la zone étudiée, le
premier secteur concerne les Alpes Ligures le long de la Vallée Ellero-Maudagna en partant de l’altitude
de 430 m de Mondovi jusqu’à l’attitude de 1780 m au M. Malanotte ; un deuxième secteur correspond à
la Vallée Stura di Demonte à partir de l’altitude de 630 m de Roviera jusqu’aux 2000 m du Col de Larche.
Les données des rapports isotopiques obtenues dans ces deux secteurs sont anormales parce qu’elles ne
sont pas alignées le long d’une ligne qui devrait mettre en corrélation la donnée isotopique avec l’altitude.
Cette anomalie pourrait être liée à la situation géographique particulière de ces secteurs par rapport aux masses d’air humide qui, provenant de différents fronts, ne manifestent pas une différenciation isotopique régulière.
Pour calculer l’altitude moyenne d’infiltration, on a par conséquent utilisé une droite de corrélation, obtenue
sur la base de données bibliographiques, et valable pour l’ensemble du territoire des Alpes occidentales.
En traçant le diagramme des résultats obtenus par les analyses des précipitations dans le territoire français,
qui ont été échantillonnés comme celles du territoire italien dans un intervalle altimétrique représentatif, en
l’occurrence dès 50 m pour l’échantillon de Nice, jusqu’à 1710 m, pour le point prélevé au Col de la Cayolle,
on a pu obtenir une bonne droite isotopique pour les précipitations. Pour ce secteur, il a donc été possible de
déterminer l’altitude d’infiltration moyenne des eaux de source en utilisant cette droite (Tableau 13).
Tableau 13 valeurs des altitudes moyennes d’infiltration obtenues sur la base de données isotopiques
QUALITÉ DES EAUX DE SOURCE
Dans l’ensemble, et dans l’optique d’une utilisation
en tant qu’eau potable des eaux qui jaillissent des
sources étudiées, la qualité apparaît très bonne,
compte tenu du faible niveau des métaux dissous et,
en particulier, les valeurs des composés azotés (ion
ammonium et nitrates), qui apparaissent toujours
inférieurs à leur concentration maximale admissible.
86
En particulier, les faibles valeurs de l’ion nitrate,
toujours inférieures à 5 mg/l, sont indicatives d’un
impact anthropique négligeable.
Il faut cependant apporter une attention toute
particulière aux eaux de la Source de la Maira, dont
la teneur en sulfates est toujours supérieure à 200
mg/l, bien que ne soit jamais dépassée la limite de
potabilité, qui est fixée à 250 mg/l.
Les teneurs en sulfate ayant été relevées sont
associées à des niveaux élevés de magnésium.
La présence de sulfate de magnésium dissous
dans l’eau lui confère des propriétés légèrement
laxatives. Toujours en ce qui concerne les eaux
de la Source de la Maira, il faut signaler une teneur non négligeable en arsenic, en moyenne
aux alentours de 6 μg/l, d’origine naturelle, qui,
bien qu’elle soit inférieure à la limite de potabilité, apparaît être la plus élevée que l’on ait pu
constater dans la zone étudiée.
Les résultats obtenus soulignent l’importance
de poursuivre et d’améliorer la protection de
ces ressources contre les phénomènes de
détérioration de la qualité. Celles-ci, en effet,
représentent une réserve hydrique fondamentale,
non seulement pour la zone étudiée mais aussi
pour de vastes zones environnantes.
TESTS AVEC TRACEURS
Une des méthodes les plus utilisées en vue de
l’analyse des aquifères est certainement l’utilisation des tests avec traceurs. Ces tests, en effet, permettent de vérifier la connexion hydrique
entre deux points : généralement entre une perte
ou un gouffre avec un cours d’eau souterrain, et
une source.
On considère comme étant un traceur toute substance dont les propriétés atomiques-moléculaires, physiques, chimiques ou biologiques en
facilitent l’identification, l’observation.
Les principales catégories de traceurs utilisés
comprennent : des traceurs radioactifs (par
exemple : 82Br, 131I, 45Ca, 51Cr, etc), des traceurs
chimiques (chlorures, iodures, sulfate de cuivre,
sels métallique de Cu, Mn, Fe, Pb), des traceurs
biologiques (spores et bactéries), des traceurs
fluorescents.
Parmi les différents types de traceurs, les
traceurs fluorescents ou colorés jouent un rôle
important. Ils sont faciles à utiliser, permettent
une détection immédiate et leur coût est limité.
Les traceur fluorescents les plus couramment
utilisés sont la Fluorescéine sodique ou Uranine
(Figure 48), le Tinopal CSB-X (Figure 49) et la
Sulforhodamine B (Figure 50).
Figure 48 traçage réalisé avec de la fluorescéine sodique dans la
zone d’alimentation de la Source Coulomp © Philippe Audra
Figure 49 le Fleuve Gesso en amont de la Source Bandito après le traçage avec du Tinopal CBS-X © Federico Marchionatti
Figure 50 traçage d’une perte de cours d’eau avec de la Sulforhodamine B © Philippe Audra
88
La réalisation d’un test avec un traceur consiste
à introduire la substance traçante dans un point
d’eau déterminé (généralement un gouffre, un
point de perte superficielle, une grotte karstique
active) et la vérification d’une connexion avec
une source ou avec un groupe de sources.
La vérification du passage du traceur au niveau
du point (ou des points) de restitution peut se
faire soit par l’utilisation de fluocapteurs (petits
récipients constitués d’un treillis très perméable
à l’intérieur duquel sont placés des granulés de
charbon actif) ou par l’installation de capteurs
automatiques, appelés fluorimètres de terrain
(Figure 51).
Dans le premier cas, nous aurons seulement une
donnée de type qualitative, qui met en évidence
l’existence d’une connexion entre deux points ;
SYSTÈME D’ACQUISITION
DE DONNÉES
CABLE DE RACCORDEMENT
en utilisant un capteur automatique, nous
pourrons obtenir un plus grand nombre
d’informations, notamment de type quantitatif,
grâce à l’analyse de la courbe de restitution
ou breaktrough curve. Le fluorimètre, en effet,
est capable de mesurer la concentration
de la substance fluorescente dans l’eau, en
fonction d’intervalles de temps très courts
(éventuellement toutes les secondes).
Figure 52 courbe de restitution du traçage et valeurs caractéristiques
La courbe de restitution (Figure 52), ayant ainsi
été obtenue, fournit une série d’informations
à partir desquelles il est possible de tirer les
données relatives à la vitesse du flux souterrain
et à la dispersion du traceur qui sont liées à
l’organisation du réseau de drainage et au
fonctionnement du système aquifère.
SONDE DE
MESURE
Figure 51 un fluorimètre de terrain et ses principaux composants
À partir de la courbe de restitution, il est possible d’obtenir certaines valeurs très significatives
pour l’interprétation de celle-ci : le t0 est le temps
de début du traçage, à savoir le moment où a
lieu l’introduction du traceur dans le système
aquifère analysé ;
le t1, est le moment de la première arrivée du traceur, lorsque la courbe de restitution commence à augmenter,
en indiquant l’augmentation de la concentration du traceur détecté ; le temps modal ou tm correspond au
moment de concentration maximale du traceur restitué (Cmax) ; enfin, le t2 (non représenté sur le graphique)
est le temps de fin de restitution, à savoir le moment où la concentration du traceur tend à revenir aux niveaux
non perturbés qui ont précédé le traçage.
Cette valeur est moins facile à repérer que les autres, étant donné que la courbe de diminution présente
généralement une durée plus longue et une diminution plus progressive.
Dans le graphique de la Figure 53 sont représentées deux courbes de restitution, obtenues à partir de deux
tests avec traceur ayant été réalisés à la Source Bossea, dans différentes conditions hydrodynamiques : un
premier test a en effet été réalisé au cours d’une période de crue (ligne noire), le second, par contre, au cours
d’une période d’étiage (ligne grise). À partir de ces données, il apparaît évident que, dans les situations de
crue, le flux hydrique atteint des vitesses très élevées, avec des dispersions limitées, tandis que, pendant les
périodes d’étiage, la courbe indique une circulation des eaux souterraines plus lente avec des dispersions
plus élevées du traceur dans l’aquifère.
Figure 53 comparaison de courbes de restitution de traçages effectués en crue (à gauche) et étiage (à droite) aux sources de Bossea
90
TESTS AVEC TRACEURS RÉALISÉS
Au cours du projet ALIRHYS a été menée à bien une série de tests de traçage, à la fois sur le territoire italien
et français et on a récolté les données relatives à d’autres traçages ayant été effectués avant le projet, correspondant aux différents systèmes étudiés (Tableau 14).
Tableau 14 traçages réalisés sur le territoire italien
Traçage Plan Ambroise - Sources Pesio et Pesio 18
À la date du 17/06/2013, un fluorimètre a été installé au confluent des deux rivières qui proviennent des
sources du Pesio et du Pesio 18 (Parc naturel du Marguareis).
Le lendemain, en territoire français, dans la haute vallée de la Roya, ont été introduits 3 kg de Fluorescéine
dans la perte du Plan Ambroise et 2,5 kg de Tinopal CBS-X dans une perte du lit d’un petit cours d’eau situé
à Colla Piana.
Figure 54 courbe de restitution du traçage réalisé dans le gouffre de Plan Ambroise
Après environ 12 h, le fluorimètre a enregistré la première apparition de la fluorescéine (à 22 h, le 18.06.2013),
tandis que le pic maximum, équivalant à 140 ppb, a été enregistré à 23 h 30 heures le même jour (Figure 54).
La courbe de restitution montre deux pics : le premier lié à l’arrivée du colorant à la source du Pesio (vitesse
d’écoulement calculée équivalent à 267 m/h), le second lié à l’arrivée du traceur à la source Pesio 18 (vitesse
de d’écoulement équivalent à 154 m/h).
Le test réalisé avec le Tinopal CBS-X n’a donné aucun résultat, probablement en raison du débit très limité au
niveau du point d’introduction et d’une forte dispersion du traceur.
D’après les tests ayant été effectués, on peut conclure que le système aquifère qui alimente les sources
Pesio et Pesio 18 est caractérisée par de grands drains, qui sont formées de conduits karstiques de grandes
dimensions qui permettent par conséquent des vitesses d’écoulement élevées.
92
Figure 55 courbe de restitution du traçage réalisé dans le Torrent Gesso
Traçage du Torrent Gesso - Source Bandito (Roaschia - Cuneo)
Le 10/09/2014 a été installé un fluorimètre à la Source du Bandito. Le 16/09/2014 ont été introduits environ
2 kg de Tinopal CBS-X dans le Torrent Gesso, 1050 m en amont de la source elle-même.
Les résultats des tests mettent en évidence une relation étroite entre le torrent Gesso et les eaux de source :
en effet, le colorant a atteint, bien qu’avec de faibles concentrations, la source en deux heures environ, avec
des vitesses d’écoulement maximum de 788 m/h et modal de 485 m/h (Figure 55).
Ces résultats sont parfaitement en accord avec les données portant sur le suivi en continu et sur les analyses
chimiques des eaux de source et du Torrent Gesso.
Traçages sur le bassin de la source du Coulomp
5 traçages ont été réalisés sur le bassin de la source du Coulomp, les 4 derniers durant le projet Alirhys (Tableau
15). Première source des Alpes du sud françaises par son débit (> 1 m3/s), son bassin est relativement évident
entre la source et le sommet du Grand Coyer. Toutefois, son extension intégrant une proportion inconnue de
zones périphériques laisse une incertitude entre 25 et 50 50 km2, selon les hypothèses.
D’autre part, une rumeur persistante de traçage réalisé au début du XX siècle, probablement au lac de Lignin
situé à l’arrière du Grand Coyer sur le bassin du Verdon, laissait planer un doute important qui nous a conduit
à mener une campagne de traçages, qui se poursuivra dans le futur.
Double traçage aux pertes du Poisson et des Pasqueirets.
Ces pertes sont situées à moins de 1 km de la source, et à proximité du tracé de la rivière souterraine connue
dans la grotte des Chamois.
En juin 2012, quelques hectogrammes de Sulforhodamine B et de fluorescéine ont été injectés dans ces
pertes, rapidement restituées à la source (Figure 56).
Figure 56
courbe de restitution du double traçage dans les
pertes du Poisson et des Pasqueirets
94
Traçage dans le vallon de la Valette
2 kg de Sulfo-rhodamine B ont été injectés dans
le vallon de la Valette en mai 2013, dans une
zone d’infiltration diffuse apparente.
Aucun traceur n’a été détecté à la source du
Coulomp, malgré une surveillance de plusieurs
semaines.
L’injection étant située à l’aplomb probable du
cours encore inconnu du Coulomp souterrain, un
tel résultat reste inexpliqué : sortie vers la source
de la Vaïre non surveillée?
Aucune infiltration malgré les apparences?
Mauvais rendement du traceur?
Ce traçage devra être repris prochainement.
2 Traçages au lac de Lignin
Figure 57 résultat du traçage vers la Grotte de Chamois
Les mesures de vitesse d’écoulement dans le
drain souterrain réalisées par ailleurs (entre
0,5 et 1 km/h) montrent que malgré les faibles
distances, les vitesses d’écoulement dans les
conduits secondaires se raccordant au drain
principal restent faibles (Figure 57).
Il s’agit du traçage le plus important, comptetenu de la distance et de la position du point
d’injection sur le bassin topographique du
Verdon, au nord.
Un premier traçage avec 10 kg de fluorescéine
a été réalisé en novembre 2013 en conditions
d’étiage extrême. Malgré tout, le traceur est
ressorti visible à la source du Coulomp au bout
de 5 jours (50 m/h) et durant une semaine, après
un parcours de 6 km pour une dénivellation de
près de 1000 m.
Le dysfonctionnement du fluorimètre nous a
conduit à réitérer le traçage afin d’obtenir une
courbe de restitution, ce qui fut fait en août 2014,
en conditions de tarissement suivant un mois de
juillet très pluvieux.
Figure 58 courbe de restitution du traçage effectué au Lac de Lignin
Les 3 kg de Fluorescéine sont passés en 3 jours (Vmax 82 m/h), avec une courbe de restitution (Figure 58)
montrant deux pics principaux liés probablement à des diffluences, les pics terminaux étant probablement
liés à l’épisode pluvieux.
Ces traçages démontrent d’une part l’appartenance d’une partie du plateau de Lignin au bassin du Coulomp,
au détriment de son bassin topographique apparent du Verdon, et d’autre part l’existence d’un drainage
rapide dans des conduits bien organisés.
Traçage à la perte du Carton
150 g de Fluorescéine ont été injectés en juillet 2014 en période de forte crue, dans une perte située à
l’extrémité nord du plateau de Lignin, à proximité du début de la vallée de la Lance descendant vers le Verdon.
Aucune restitution n’a été observée à la source du Coulomp, la Fluorescence mesurée en aval de la Lance
reste équivoque.
Ce traçage sera repris ultérieurement, mais il démontre déjà que la partie nord du plateau de Lignin n’alimente
pas la source du Coulomp, comme le suggérait la structure géologique.
96
Tableau 15 traçages effectués sur le territoire français
REPRÉSENTATION ET VISUALISATION DES DONNÉES CARTOGRAPHIQUES ET
HYDROGÉOLOGIQUES ACQUISES
LE SYSTÈME D’INFORMATION TERRITORIAL
Les données récoltées dans le cadre du projet ALIRHYS ont été gérées dans un SIG (Système d’Information
Géographique) qui permet de stocker des données et des informations de manière structurée en utilisant les
fonctions des bases de données, de procéder à des analyses et à des requêtes et de réaliser des traitements
géo-territoriaux, en fonction de la composante de représentation spatiale que ces systèmes offrent.
QU’EST-CE QU’UN SIG ET COMMENT EST-IL CONSTRUIT?
Un SIG est conçu pour gérer les données relatives à l’organisation territoriale (collectivités locales, communautés
scientifiques, différents utilisateurs) à laquelle il est lié ; c’est un système d’information territorial (ou
géographique), à savoir complété par des fonctions spécifiques qui sont liées à la capacité de gérer les données
dans l’espace (comme dans le cas de la cartographie numérique) : il est basé sur des techniques informatiques
qui sont en mesure de saisir, mettre en mémoire, mettre à jour, procéder à une modélisation, manipuler, extraire,
analyser et présenter des données à référence géographique (géoréférencées), sous une forme multimédia,
c’est-à-dire liés à une partie du territoire ayant été définie par le biais des coordonnées d’un système de
représentation cartographique bien précis.
La première étape importante au cours de la construction du SIG est sa conception, un processus de modélisation
qui permet de décrire la réalité observée dans une langue utilisable par les ordinateurs : on élabore des modèles
successifs à partir de langages qui sont compréhensibles pour les utilisateurs (par exemple : langage naturel)
jusqu’à des langages formels qui sont compréhensibles par l’ordinateur, en maintenant les règles de transition
de manière à pouvoir passer d’un modèle à l’autre pour comprendre et analyser les bases de données.
Ce n’est que de cette façon que l’on peut obtenir une information structurée et qui soit utile.
On définit, par le biais de ce processus les entités devant être prises en considération, les attributs par lesquels
elles doivent être caractérisées, et les rapports qui existent entre elles. Les entités représentent les classes
d’objets que l’on entend représenter, les attributs sont les caractéristiques de chaque entité, et les relations sont
les liens existant entre les entités sur la base de critères qui sont utiles pour la représentation des connaissances
concernées.
Dans le système territorial d’ALIRHYS, il est nécessaire d’identifier des entités «statiques» (Tableaux 16 et 17),
qui ne modifient pas les valeurs des attributs au cours du temps, représentées comme des objets géométriques
géoréférencés, auxquels sont liées les données du suivi, rassemblées dans des tableaux de données qu’il est
nécessaire (et c’est l’objectif du projet) de mettre à jour au fil du temps ; ces dernières constituent des entités
«dynamiques» (c’est-à-dire variables au cours du temps).
98
Sources
Objet d’étude, sources sélectionnées
Stations météo
Stations météo proches des sources étudiées, d’où extraire les données à rapprocher
avec les valeurs chimiques et physiques enregistrées aux sources
Zones d’alimentation
Zones d’alimentation de chaque source. Celles-ci feront l’objet d’une autre étude avec
les traçages réalisés au cours du projet
Ensembles hydrogéologiques
Ensembles hydrogéologiques composant le territoire étudié, à rapprocher avec la zone
d’alimentation des sources
Points d’introduction Traçage
Points au niveau desquels le traceur est introduit pour les tests de traçage servant à
définir les zones d’alimentation des sources
Droite des isotopes
Points de levé des échantillons pour l’analyse des isotopes
Tableau 16 Entités statiques dans le SIG d’ALIRHYS
Suivi
Données du suivi horaire des paramètres physiques des sources
Sources : C-A eau (Qualité de base)
Echantillonnage et analyse (C-A) : résultats des analyses chimiques effectuées de
façon saisonnière sur l’eau des sources, concernant les qualités chimiques de base
Sources : C-A eau (Métaux)
Résultats des analyses chimiques effectuées de façon saisonnière sur l’eau des
sources, concernant les métaux
Sources : C-A eau (Lantanides)
Résultats des analyses chimiques effectuées de façon saisonnière sur l’eau des
sources, concernant les lanthanides
Sources : Paramètres Isotopes eau
Données de l’échantillonnage d’isotopes effectué sur l’eau des sources de façon saisonnière
Données de référence : Paramètres
Isotopes eau
Valeurs des isotopes relevées au niveau des points d’échantillonnage de la droite des
Paramètres Traçage
Résultats synthétiques du traçage mesurés
isotopes, à rapprocher avec celles des sources
Données enregistrées par les appareils utilisés pour le traçage au niveau des sources,
Test avec traceurs
avant élaboration
Paramètres Météo horaires
Paramètres Météo journaliers
Données météorologiques enregistrées par les stations météo avec fréquence horaire, même
du passé, à mettre en rapport avec les paramètres physiques ou chimiques des sources
Données météorologiques enregistrées par les stations météo avec fréquence
journalière, même du passé, à mettre en rapport avec les paramètres physiques ou
chimiques des sources
Tableau 17 Entités dynamiques dans le SIG d’ALIRHYS
Le modèle conceptuel qui structure le SIG d’ALIRHYS est représenté dans la Figure 59, au sein d’un schéma
ER (entité-relation). En outre, on a introduit dans le système la base cartographique, composée des produits
cartographiques harmonisés et de certaines cartes sur papier numérisées et géoréférencées manuellement.
100
Figure 59 modèle ER utilisé pour le SIG de ALIRHYS
RÉSULTATS DU TRAITEMENT DE DONNÉES
Les SIG permettent de mener à bien deux fonctions principales : opérations de geoprocessing, c’est-àdire de traitement et d’analyse des données spatiales ; et de geodatabase : autrement dit, les requêtes, les
sélections, et les analyses portant sur les données thématiques (alphanumériques) mises en connexion et
structurées. Les deux fonctions s’appuient sur les deux composantes spatiales et alphanumériques du SIG.
On fournit ci-dessous quelques exemples des deux types de traitement effectués par le système ALIRHYS.
Par le biais d’un recours aux fonctions de géotraitement, les problèmes suivants ont été résolus :
• Compilation automatique d’attributs obtenus par l’intersection géométrique d’une entité avec une surface
ou avec une seconde entité. Ainsi, on peut, par exemple, introduire les valeurs qui peuvent être utiles
pour des analyses plus approfondies (altitude, exposition, pente...) de certains points (sources, stations
météorologiques)
• Extraction automatique des rasters avec les valeurs de pente, d’exposition, d’ensoleillement à partir du
MNT (Figure 60)
• Extraction de buffers, à savoir les zones qui incluent l’espace qui est situé à une distance bien déterminée
d’un objet ; par exemple, cette fonction est utile pour développer la bande de 500 m se trouvant à cheval
sur la frontière, utilisée pour l’harmonisation du MNT
• Opérations d’overlay, à savoir les traitements naissant de la combinaison de divers objets superposés,
qui peuvent s’additionner, se soustraire, s’unir selon différentes combinaisons. Par exemple, on peut
l’utiliser pour introduire automatiquement la cartographie des complexes hydrogéologiques d’une zone
d’alimentation dans celle-ci
• Sélection des sources en fonction de la position par rapport à un second objet dans le SIG
Figure 60 raster avec valeurs d’altitude (a), d’exposition (b), de pente (c) et de rayonnement solaire (d) d’une partie de territoire étudiée par ALIRHYS,
obtenues automatiquement dans le SIG
Les fonctions de geodatabase ont permis :
• la sélection d’objets en fonction de la valeur d’un attribut spécifique (par exemple : toutes les sources
qui ont une utilisation liée à l’eau potable) et l’accès aux données dynamiques liées à des objets dans le
système (par exemple : sources, stations météorologiques) (Figure 61)
• la consultation des données relatives à une source à travers une sélection manuelle.
Figure 61 visualisation de la sélection des sources utilisées pour l’alimentation en eau potable et données dynamiques d’enregistrements
liées à ces sources. Carte de base : orthophotographie.
102
Figure 62 exemple de visualisation du WebSIG pour ALIRHYS en Géonode
LE WEBGIS
Un WebGIS est un SIG publié sur le Web en vue de répondre à des buts de communication et de partage de
données spécifiques.
Un WebGIS présente les mêmes fonctions de requête et de visualisation des données qu’un SIG, de même que
la possibilité (sur la base des configurations de l’auteur du projet) de télécharger les données selon différents
formats établis par les standards cartographiques (WFS, WMS, WCS) normalisés par l’organisme OGC.
Dans ce cas, nous avons utilisé la plate-forme open-source Geonode (geonode.org) qui permet de charger
les objets gérés par le SIG en en reproduisant les fonctions.
La carte peut être consultée ou imprimée à partir du site www.polito.it/ALIRHYS/ et ses éléments
peuvent également être téléchargés et consultés, avec les métadonnées correspondantes à partir du
site http ://130.192.28.163/ (Figure 62).
MODÉLISATION DES DONNÉES
Une série de modélisation des données météorologiques et hydrogéologiques a été effectuée, aussi bien par
les partenaires italiens que français. En particulier, les chercheurs de l’Arpa Piemonte ont étudié la dynamique
du manteau neigeux sur le versant italien, tandis que les partenaires du Polytech Nice ont procédé à la
modélisation des précipitations mensuelles sur l’ensemble de la zone du projet en question.
LA MODÉLISATION DYNAMIQUE DU MANTEAU NEIGEUX
Elle est nécessaire pour pouvoir évaluer les volumes hydriques ayant été réellement stockés sous forme de neige et,
par conséquent, pour évaluer la fonte des neiges et les volumes d’eau qui ont contribué aux bassins d’alimentation
des sources. Le modèle FEST, utilisé par Arpa Piemonte simule l’accumulation de la neige sur le sol, la phase de fonte
et l’écoulement de l’eau.
Les grandeurs ayant été modélisées sont l’équivalent hydrique SWE (Snow Water Equivalent), qui représente
le volume d’eau correspondant au manteau neigeux si celui-ci était complètement soumis à une fonte, stocké
dans le bassin sous forme de manteau neigeux et les débits d’eau de fonte engendrés par la fonte des neiges.
Les paramètres de forçage météorologiques ayant été utilisés (précipitations et température) répartis sur
l’ensemble du bassin sont reconstruits à partir des données mesurées par les stations météorologiques.
Pour distinguer le type de précipitation, à partir des mesures de chutes de pluie, on utilise la température
atmosphérique, tandis que le modèle de fonte proposé est basé sur le modèle sur la méthode du degree day,
dans lequel la fonte de la neige est fonction de la température de l’air.
Une fois qu’on a calculé les valeurs réparties dans l’espace du volume d’eau de fonte, on en simule la propagation
au sein du manteau neigeux, grâce à un modèle conceptuel ; par la suite, les débits engendrés sont introduits
dans l’écoulement superficiel et s’infiltrent dans les différents bassins d’alimentation des sources.
L’estimation de l’eau provenant de la fonte dans la zone du projet à travers le modèle a été réalisée pour la
période 2006-2013. La comparaison des valeurs des débits d’eau provenant de la fonte des neiges ayant
ainsi été calculées, mises en relation avec les valeurs mesurées aux sources, a permis l’analyse du rôle
effectif de la dynamique du manteau neigeux en tant qu’apport à l’alimentation des sources.
Dans le détail, les activités ont été réalisées selon les étapes suivantes :
1. définition de la zone d’étude et construction des grilles nécessaires pour le fonctionnement du modèle FEST
2. spatialisation des paramètres de forçage météorologiques
3. application pour la période d’étude du modèle FEST
4. restitution des résultats intégrés aux infiltrations dans les bassins d’alimentation des sources à analyser,
en fonction des paramètres représentatifs pour l’analyse des débits des sources.
Les résultats obtenues par le modèle FEST seront mis a disposition sue le site web du projet ALIRHYS.
104
MODÉLISATION DES PRÉCIPITATIONS AVEC INTERVALLE MENSUEL
(RAPPORT PLUIE/ALTITUDE)
Pour mieux apprécier la variabilité spatio-temporelle des pluies d’une région donnée, nous avons eu recours
à l’approche de modélisation des précipitations en tenant compte de l’information topographique (Laborde,
1982). Car l’observation ponctuelle au niveau d’un nombre de points restreint (au niveau des pluviomètres)
ne permet pas de synthétiser et de comprendre cette variabilité.
Dans ce qui suit, nous allons développer cette méthode de spatialisation des pluies mensuelles et l’appliquer
sur les Alpes latines entre la France et l’Italie.
Les paramètres morphométriques de la zone d’étude : toutes les informations topographiques et morphométriques de la zone d’étude sont extraites à partir du DEM (Digital Elevation Model) existant au pas de 25 m.
Les principaux paramètres pris en compte dans cette étude sont : le paramètre altimétrique (Z), le paramètre
exposition, les coordonnées géographiques (X, Y), la distance à la mer, la distance à la ligne de crête des
Alpes latines et le gradient pluviométrique.
Au total, nous avons 8 paramètres caractérisant la morphométrie de chaque nœud de notre zone d’étude
d’une surface de 11000 km² environ au pas de 25 m.
Régression pluviométrie-morphométrie : pour les 67 postes pluviométriques, répartis de façon irrégulière sur
la zone d’étude, nous disposons donc pour chaque poste pluviométrique de 12 valeurs de pluies médianes
mensuelles en millimètres et de 8 paramètres caractérisant la topographie et la morphométrie du site.
La relation linéaire entre les pluies mensuelles et les 8 différents paramètres morphométriques a été appréciée
par régression linéaire multiple.
Les résultats obtenus montrent une très faible relation entre la pluie mensuelle et les paramètres
morphométriques pour les mois de mars, septembre et novembre (la part de variance expliquée varie de 22 à
40%). Par contre, pour le reste des 9 mois de l’année, cette variance expliquée est de 52 à 90%.
Spatialisation des pluies mensuelles : la cartographie automatique des variables pluviométriques est
considérée comme une synthèse de la répartition spatiale des précipitations. Elle permet d’apprécier le rôle
joué par les différents paramètre smorphométriques dans la répartition spatiale des précipitations.
En combinant les différents paramètres explicatifs
de la pluie (en fonction du modèle de la régression
linéaire multiple), nous avons obtenu 12 cartes de
pluies médianes mensuelles (Figure 63).
QUANTIFICATION DU MANTEAU
NEIGEUX
Le but de cette étape d’étude est d’estimer la
contribution de la neige à la recharge des eaux
souterraines. La modélisation de la fonte du
manteau neigeux s’est basée sur les données
des images satellitaires décadaires de mars
2000 à avril 2014, ainsi que sur les mesures de
la hauteur de neige au niveau de 28 stations
(stations de ski en général) qui servaient pour le
calage du modèle.
Source des images satellite : MODIS (National
Aeronautics and Space Administration, NASA),
AVHRR (National Oceanic and Atmospheric
Administration, NOAA), AATSR (European Space
Agency, ESA) et Landsat 4-5, 6, 7 et 8 (U.S
Geological Survey, USGS/NASA).
Afin d’exprimer la hauteur de neige du manteau
neigeux en millimètre, il a fallu effectuer des
transformations des cartes obtenues en cartes
d’équivalent en eau (Snow Water Equivalent).
Cette transformation a été réalisée par la
formule de Strum et al. 2010, sous sa forme
mathématique suivante :
SWE= hs
106
Figure 63 exemple de carte des précipitations mensuelles en
millimètres dans la zone concernée (mois de janvier à gauche et
de juillet à droite)
ρb
ρw
hs : la hauteur de neige fondue (cm) ; ρb la
densité de la neige (pour les Alpes du Sud : 0,150,20 g*m³) ; ρw la densité de l’eau (1g*cm³).
Toutes les cartes du manteau neigeux mensuel
des Alpes Maritimes ont été obtenues de cette
façon.
Voici quelques exemples (Figure 64).
Figure 64
exemple de carte de l’équivalent en
eau du manteau nival dans la zone
concernée (mois de mai à gauche
et de juin à droite)
Figure 65 modèle conceptuel du système MIKE SHE
ESTIMATION DES RESSOURCES EN
EAUX SOUTERRAINES
À partir de la base de données déjà constituée
(cartes de pluies médianes mensuelles et
cartes de l’équivalent en eau du manteau
neigeux), nous procédons à une modélisation
des volumes d’eau infiltrés pour alimenter les
nappes.
Pour ce faire, nous utilisons des modèles
conceptuels par l’utilisation d’un logiciel de DHI
(Danish Hydraulic Institut) appelé Mike SHE
Parmi les fonctions de ce logiciel, on cite :
écoulement à surface libre (ruissellement, inondation), écoulement souterrain (infiltration)
et qualité d’eau (transport des polluants).
Ci-dessous (Figure 65) est schématise le modèle
conceptuel selon lequel “travaille” le système
“MIKE SHE”.
Ce qui nous reste à réaliser dans le cadre du projet ALIRHYS est cette dernière phase, qui consiste en
l’estimation de la ressource en eaux souterraine. Pour ce faire, nous réaliserons une relation «pluie + neige –
débit», et nous estimerons les volumes d’eaux infiltrés pour alimenter nos système karstiques.
Le calage sera réalisé sur deux petits bassins versants hydrogéologiques (un en France et l’autre en Italie).
Après calage de notre modèle, l’estimation sera appliquée sur la zone d’étude afin d’estimer la ressource en
eaux souterraines.
OPTIMISATION DES RESSOURCES HYDRIQUES
Le principe de précaution apparaît en Allemagne dans les années 1970 ; dans les lignes directrices de la Loi
sur la protection de l’environnement (1986), on édictait : Par précaution, on entend l’ensemble des mesures
qui visent aussi bien à prévenir des dommages environnementaux spécifiques que, dans un but de prévention,
à réduire et à limiter les risques pour l’environnement et, en anticipant l’état futur de l’environnement, à
protéger et à améliorer les conditions de vie naturelles. Le principe de précaution correspond par conséquent
à trois types d’actions prioritaires dans une perspective temporelle, qui vont de la prévention à court terme
du risque imminent à une gestion à long terme des ressources naturelles.
En appliquant le principe de précaution pour les ressources hydriques, nous aurons : la gestion à long terme
d’une ressource naturelle limitée, une prévention des risques à moyen terme, la gestion à court terme de
risques accidentels.
Dans la dimension à long terme, le principe de précaution amènera à définir les politiques qui viseront à
organiser au mieux la gestion d’une ressource dont la disponibilité future est marquée en particulier par les
incertitudes liées aux changements climatiques.
La dimension à moyen terme vise, par le biais de normes et d’actions plus localisées, telles que la connaissance
de la ressource et son suivi, à garantir la protection de la qualité des eaux. Le court terme représente la
mise en place d’actions de la part de ceux qui gèrent la ressource, pour maintenir à un niveau optimal les
services offerts aux utilisateurs. Le projet ALIRHYS, avec son propre système de suivi des ressources en eaux
souterraines, s’inscrit dans la catégorie à moyen terme, en créant une base de données qui sera utilisée, tant
par les autorités nationales et locales, en vue de la planification à long terme, que par les organes de gestion
des ressources, pour des actions préventives à court terme.
108
À cet égard, on fournit deux exemples d’actions de prévention et d’optimisation mises en œuvre par la
Lyonnaise des Eaux et par l’Acquedotto Langhe e Alpi Cuneesi S.p.A. (ALAC).
Lors de la conférence «La ressource en eau pour la production d’eau potable» - Nice Sophia-Antipolis, le 6
juin 2014, les ingénieurs de la Lyonnaise des Eaux ont présenté deux exemples de gestion de crise qualitative
et quantitative des ressources.
Le premier cas concerne la plaine d’Hyères où, en raison de la très forte fluctuation saisonnière de la
population qui augmente au cours des mois d’été au moment où la ressource est rare, il faut faire face à une
double urgence : d’une part, maintenir l’alimentation vers les utilisateurs et de l’autre s’opposer à l’intrusion
continentale de l’eau salée qui s’insinue dans les aquifères d’eau douce,
La première action a consisté en une prise de connaissance de tous les aspects techniques du problème et
l’on a mis en place un réseau de suivi des eaux souterraines, en fonction des données récoltées, on a mis
en place un modèle hydrogéologique qui a permis de concevoir un système de recharge artificielle au cours
des mois de sécheresse, par le biais d’un système d’infiltration alimenté par de l’eau superficielle ayant été
stockée au cours des mois d’hiver.
Dans le même temps, des mesures ont été activées pour l’optimisation du réseau de distribution.
Le deuxième cas concerne la plaine de Bordeaux, où s’est manifestée une surexploitation des aquifères
profonds ; ici aussi, on a commencé par une phase de prise de connaissance : un suivi et une modélisation
hydrogéologique, pour arriver à obtenir un volume maximum disponible de chaque aquifère et, en conséquence,
un niveau piézométrique minimum durable.
Les actions suivantes ont consisté en une optimisation de l’utilisation des ressources disponibles, ainsi
qu’en une recherche d’autres sources permettant de répondre aux besoins.
En ce qui concerne la partie italienne, on peut fournir comme exemple le plan d’intervention qui a été la
conséquence des futures diminutions des débits des sources captées, ayant été rédigé par l’ALAC S.p.A..
L’ALAC capte l’eau de trois sources situées dans la Vallée Corsaglia et de deux autres situées dans la Vallée
Vermenagna et la distribue à travers un réseau long de 670 km, en fournissant un complément de débit pour
115 municipalités.
Figure 66 schématisation du système d’aqueducs ALAC S.p.A.
110
La particularité du réseau de l’aqueduc de
l’ALAC est qu’il a été conçu pour fonctionner
par gravité et avec mailles ouvertes (Figure 66)
et ne peut donc pas se permettre de procéder
à des stockages, à la fois parce que la capacité
d’éventuels réservoirs serait incompatible avec
leur localisation sur le territoire, étant donné
que ceux-ci devraient présenter des dimensions
énormes, et parce que la qualité de l’eau subirait
des mutations organoleptiques et qualitatives
à la suite des longues périodes de séjour à
l’intérieur des réservoirs.
La «dorsale» Vallée Corsaglia est alimentée pour
un total de 215 l/s par les sources :
• Borello Supérieur dans la commune d’Ormea
(Cuneo), disponibilité 140 l/s ;
• Borello Inférieur, dans la commune de Roburent
(Cuneo), disponibilité 25 l/s ;
• Mondini dans la commune de Roburent
(Cuneo), disponibilité 50 l/s.
La «dorsale» Vallée Vermenagna est alimentée
pour un total de 230 l/s par les sources :
• Tunnel du chemin de fer de Tende dans la
commune de Limone Piemonte (Cuneo),
disponibilité 180 l/s ;
• Source Renetta dans la commune de Vernante
(Cuneo), disponibilité de 50 l/s.
Les sources Borello Supérieur et Borello Inférieur,
ainsi que la source de Tende sont inclues dans le
projet ALIRHYS.
Le Plan de gestion des urgences se base sur les
cinq actions principales suivantes.
1.Connaissances des caractéristiques hydrogéologiques des sources utilisées (continuité de l’approvisionnement et risque de pollution)
2.Simulation d’anomalies éventuelles, à la fois
quantitatives et qualitatives
3.Analyse des distributions aux utilisateurs qui
ne peuvent pas être interrompues (hôpitaux,
crèches, écoles, maisons de repos)
4.
Analyse des utilisateurs ne disposant pas
d’autres sources d’approvisionnement
5.
Scénarios répartis selon trois hypothèses,
dont la première est basée sur une diminution
physique, qui prévoit une réduction de 10 %
à partir des deux dorsales, la deuxième de
gravité moyenne, avec une réduction de 30 %,
la troisième qui prévoit une crise grave avec
une réduction de 50 % ; on a également simulé
un cas particulier, qui prévoit une réduction
globale de 20 %, mais avec distribution nulle
de la part d’une des deux dorsales.
Le bassin collecteur de la Source du Tende © Audra
PLAN DE COMMUNICATION
Les résultats obtenus ont été largement diffusés à travers un Plan de communication, réalisé en collaboration
avec le Secteur de la communication institutionnelle de la Région Piémont, qui a prévu une série d’initiatives
portant sur :
• une brochure présentant le projet
• un documentaire à des fins de vulgarisation concernant les ressources en eau ; ce documentaire, réalisé
en italien et en français sera distribué dans les principaux établissements d’enseignement dans les deux
pays en vue d’une large distribution dans le territoire des informations ayant été récoltées. Le but de cette
initiative est de diffuser les résultats d’une recherche scientifique, en la rendant accessible même pour
les personnes qui ne sont pas des experts, en particulier en vue de sensibiliser les jeunes générations
vers une utilisation consciente et rationnelle des ressources en eau
• la présente publication finale relative aux résultats obtenus par la recherche
• un site internet ou sont disponibles, en détail, toutes les données collectées et validées, les produits
cartographiques, la documentation photographique, ainsi que les textes d’approfondissement sur les
principaux sujets étudiés, de même qu’un service WebGIS en vue d’une consultation interactive des
données. www.polito.it/ALIRHYS
• une brochure, comprenant une carte simplifiée des points de suivi
• des ateliers auprès des différents organes qui sont impliqués dans la recherche, permettant d’en
présenter les résultats
• certains travaux plus spécifiques concernant les différents thèmes ayant été traités par le projet ont
déjà été présentés lors de différentes conférences (voir la liste ci-dessous) tandis que d’autres, en cours
d’élaboration, seront exposés à l’occasion de conférences nationales et internationales
• Conférence «Etude des sources karstiques dans le projet ALIRHYS : Alpes latines - Identification des
ressources hydriques souterraines” - Congrès national “La recherche karstique en Italie” - Frabosa
Soprana (Cuneo) - grotte de Bossea 22-23 juin 2013
• Conférence “La ressource en Eau pour la production d’eau potable”- Nice Sophia-Antipolis, le 6 juin
2014
• Conférence« Relations between snowfalls and floods of some springs fed by aquifer host in carbonate
rocks (Southern Piedmont - Italy)” - Flowpath 2014 – National Meeting on Hydrogeology, 18-20 juin 2014
112
• Vallée Maira, trois projets européens pour une seule vallée - Vallée Maira (Cuneo), 17-18 octobre 2014
La galerie drainante qui collecte les eaux de la Source de Tende
GLOSSAIRE
Anomalie normalisée (SAI en italien) : exprime l’anomalie du paramètre examiné par rapport à la valeur moyenne
de référence de 30 ans
Base de données (BD) : archives contenant des données structurées selon des règles explicitées et formelles
(compréhensibles pour les ordinateurs), selon un modèle logique particulier afin d’optimiser la gestion de
l’information qui y est contenue et de la rendre accessible à partir de n’importe quelle application.
Canal de restriction : système de mesure du débit, constitué d’un canal muni d’un rétrécissement. La mesure de
la hauteur de l’eau, combinée à une formule spécifique, donne la vitesse d’écoulement du flux hydrique.
Cartographie numérique : cartographie lisible par les ordinateurs, obtenue en stockant les coordonnées des
points pour décrire la composante spatiale, accompagnée d’un codage approprié qui en exprime l’interprétation.
Charge hydraulique (gradient de) : force qui pousse l’eau à se déplacer d’un point dans l’espace à l’autre.
Conductivité thermique : mesure de la capacité d’un milieu à transmettre la chaleur. Dépend de la nature du
matériau dont est formé le milieu.
Continuité structurale : contact entre des roches, éventuellement de différents types.
Courbe de restitution : (ou traceur de courbe de concentration du traceur / temps) : courbe dans laquelle
est représentée la variation de la concentration du traceur dans le temps, mesurée au moyen d’instruments
spéciaux.
Cycle glacio-eustatique abaissement et élévation du niveau de la mer à la suite de l’expansion ou du recul des
glaciers.
Déversoir : système de mesure placé perpendiculairement à l’écoulement de l’eau. Sa forme, triangulaire,
rectangulaire ou trapézoïdale, associée à une formule spécifique et à la hauteur de l’eau qui passe à travers le
déversoir, fournit la valeur de la vitesse d’écoulement de celle-ci.
Discontinuité : interruption de la structure massive d’une roche.
Échelle de représentation : rapport entre les dimensions de la représentation et les dimensions de l’objet réel
ayant été représenté (échelle 1 :10.000 - 1 cm sur la carte équivaut à 10.000 cm dans la réalité). Fournit des
informations sur la précision métrique de la carte et sur le niveau de détail des informations qui y sont contenues.
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Échelle nominale : Remplace le concept de l’échelle de représentation dans les produits cartographiques
numériques, dont elle hérite de la signification en ce qui concerne la précision métrique, le niveau de détail
et le contenu symbolique. On peut la définir comme étant l’échelle maximale à laquelle on peut légitimement
reproduire une carte en utilisant un traceur ou un système vidéographique, de sorte que soit garantie une
précision métrique équivalant à celle d’une carte traditionnelle à la même échelle.
Ellipsoïde local : ellipsoïde qui est le plus proche de la surface du géoïde pour une portion de la surface de la Terre.
Entité : classe d’objets que l’on entend représenter dans un système d’information.
Géoportail : portail Web qui permet d’accéder, de visualiser, de rechercher et d’interroger des produits
cartographiques.
Harmonisation cartographique : processus permettant de rendre homogènes deux cartes ayant été réalisées
avec des caractéristiques différentes.
Infrastructure de données territoriales : ensemble de normes, de standards, de méthodes, de technologies,
de politiques visant à rendre les données cartographiques interopérables et interchangeables, susceptibles
d’être harmonisées et d’être homogènes au niveau national et international.
INSPIRE : Infrastructure for Spatial Information in the European Community.
Massif (ou roche de base) : portion du territoire où affleurent des roches appartenant à un cycle métamorphique
précédent, évolution orogénique ou résultant de collisions.
Métadonnées : (littéralement «données au-delà des données») ensemble d’informations qui décrivent une
donnée qui peut permettre à un utilisateur de comprendre, de comparer et d’échanger le contenu des données
décrites : origine, date, auteurs, descriptions, codages, échelle de représentation, sémantique, propriétés, etc.
Métamorphisme : transformation minéralogique d’une roche de tout type en une autre roche (dit
métamorphique) à la suite d’une variation de température et/ou de pression.
MNT : Modèle Numérique de Terrain (Digital Terrain Model en anglais), modèle altimétrique du terrain.
Modèle conceptuel : phase de la modélisation des données d’une base de données, dans laquelle on établit
les entités devant être représentées ainsi que les rapports réciproques.
Modèle logique : phase de la modélisation des données d’une base de données dans laquelle on établit
les règles logiques qui structurent la BD. Le modèle logique le plus commun de nos jours est le modèle
relationnel.
MODIS : MODerate resolution Imaging Spectroradiometer
Mouvement orogénique : mouvement tectonique qui provoque la formation d’une chaîne de montagnes.
Multispectral (images) : images acquises par des caméras sensibles à différentes longueurs d’onde du spectre
lumineux, qui capturent différentes caractéristiques des matériaux, ainsi que des objets photographiés.
OGC : Open Geospatial Consortium, organisation internationale en vue de la définition de techniques
spécifiques pour les services géospatiaux, dans le but de développer des normes pour le contenu, les services
et l’échange de données géographiques.
Perméabilité : capacité d’un moyen rocheux doté d’une porosité primaire ou secondaire d’être traversé par
l’eau souterraine.
Pleine charge : voir zone saturée.
Pluviomètre : instrument de mesure se composant d’un entonnoir et d’un compteur d’impulsions, capable de
compter et d’enregistrer la quantité d’eau provenant de précipitations.
Porosité : volume des vides présents dans une roche, éventuellement non communicants. Porosité primaire qui
s’est créée au moment même de la formation de la roche. Porosité secondaire : porosité qui s’est créée après la
formation de la roche.
Radiance : quantité de lumière émise (ou réfléchie ou transmise) à partir d’une surface.
Raster : format dans lequel les images numériques sont mémorisées : l’objet est représenté par une grille dans
laquelle chaque maille (pixel) est caractérisée par une valeur radiométrique (couleur) et par des coordonnées
qui en définissent la position.
Recharge (ou infiltration) : apport d’eau de différentes origines et de différentes provenances (pluie, neige,
eaux de surface, etc.) dans un système aquifère.
Réflectivité : indique la proportion de lumière incidente qu’une certaine surface est capable de réfléchir.
Régression messinienne : période entre 7 et 5 millions d’années, au cours de laquelle s’est produite un
abaissement du niveau de la mer causée par la clôture du détroit de Gibraltar et par l’évaporation partielle de
l’eau de mer.
Restitution cartographique : processus de rédaction (dessin) d’une carte géographique à partir de différentes
données d’origine (données photogrammétriques, par satellite, coordonnées...)
Roches de base : voir massif.
Schéma ER (Entité - Rapport) : langage formel pour la représentation d’un modèle conceptuel avec entité
(rectangle), attributs (flèche se terminant par une un cercle relié à l’entité) et relations (losange) contenus dans
une BD ou SIG.
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SIG (GIS en anglais) : Système d’Information Géographique (Geographical Information System).
Roches de recouvrement : roches d’origine sédimentaire ou volcanique, qui se sont déposées au-dessus d’une
base préexistante.
Sous-lit : zone se trouvant sous le lit d’un cours d’eau.
Superposition : mouvement d’une faille (unité) tectonique sur une autre qui lui est adjacente ou bien qui n’est pas
confinante.
Système d’information : un ensemble d’outils informatiques en mesure de récolter, stocker, gérer et distribuer
des données et des informations.Il se compose de : données, une base de données qui les contient, de son
logiciel de gestion (Data Base Management System), du personnel qui interagit avec le système, des dispositifs
périphériques pour l’entrée/sortie des données et des procédures de présentation sous forme multimédia des
données originales ou dérivées.
Tarissement (courbe de ou temps de) : portion de la courbe d’un hydrogramme qui suit le pic de crue. Identifie, dans
ce contexte, la fin d’une crue.
Tolérance variation maximale acceptable d’une grandeur mesurée par rapport à la valeur réelle afin que la mesure
ne soit pas compromise.
Transmissivité : capacité d’un moyen rocheux doté d’une porosité primaire ou secondaire d’être traversé par l’eau
souterraine.
La transmissivité est égale à la perméabilité intégré sur l’épaisseur verticale de la zone saturée.
Unité tectonique (domaine ou couche de terrain) : structure géologique formée de différentes roches, qui, cependant,
ont une origine et une histoire géologique communes.
Vectorielles (données) : Données géométriques dont la mise en mémoire numérique se fait à travers des
coordonnées de points.
WCS : Web Coverage Service, standard OGC en vue de l’échange de données géospatiales sur le web ; fournit les
données demandées avec les métadonnées correspondantes et la sémantique d’origine.
WFS : Web Feature Service, standard OGC pour l’échange de données géospatiales sur le web ; fournit les données
vectorielles.
WMS : Web Map Service, standard OGC pour l’échange de données géospatiales sur le Web ; permet de télécharger
la visualisation de la carte traduite sous la forme d’une image numérique, sans possibilité d’une nouvelle interaction.
Zone saturée (ou à pleine charge) : partie de l’aquifère dans laquelle tous les pores communicants sont remplis d’eau.
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