Rôle des eaux souterraines dans le déclenchement des Crues

Présentation du projet

 

FLOOD 1: Rôle des eaux souterraines dans le déclenchement des Crues.

 

Jusqu’à très récemment, les inondations dans les bassins versants crayeux étaient considérées comme principalement issues du ruissellement. Tous les outils de prévision des crues sont basés sur ce concept et sont normalement utilisés à des échelles de temps de l'ordre de 48 heures. Cependant, les épisodes de crues récents, dont ceux de la Somme et de Brighton, ont montré que les eaux souterraines y ont joué un rôle prépondérant, mettant en avant des échelles de temps de quelques semaines à quelques mois.

Durant la période 2000-2001, des crues importantes ont eu lieu sur le Nord de la France, en Belgique et dans la partie Sud de l'Angleterre, particulièrement dans les vallées crayeuses. Dans beaucoup de ces régions, la remontée rapide du niveau des nappes souterraines a été enregistrée juste avant les crues. Une autre caractéristique commune à ces inondations fut leur durée particulièrement longue, allant de quelques semaines à quelques mois.

Aujourd’hui, l’hypothèse est émise que la clé de l’énigme se trouve dans la zone non-saturée (la zone comprise entre la surface de la nappe et la surface du sol) qui, nulle part dans le Monde à notre connaissance, ne fait partie intégrante des réseaux de surveillance des crues. En effet, toutes les observations disponibles et les mesures réalisées suggèrent que la zone non saturée joue un rôle fondamental dans la genèse de ce type de crues, notamment en stockant de l'eau durant les périodes de fortes précipitations et en la libérant à partir d'un certain seuil de saturation.

Les modèles préliminaires et les investigations géochimiques des différents types d'eau (sources, rivières, eau souterraine) menés à ce jour par le BRGM dans la Somme ont clairement montré qu'il y avait une contribution importante de l'eau souterraine dans le déclenchement et la persistance de ces crues.

La craie possède essentiellement deux types de porosité ; une porosité primaire de matrice, et une porosité secondaire liée aux fractures. Les mesures expérimentales in situ (jusqu'à 3 mètres de profondeur) et en laboratoire sur des blocs de craie, suggèrent que l'eau circule d'abord à travers la matrice poreuse, à des vitesses faibles. Puis, lorsque la teneur en eau de la zone non saturée atteint un certain seuil, l'eau peut s'écouler à travers les fractures, à des vitesses bien plus élevées. Ce double comportement, suggéré à la fois par des travaux théoriques et des mesures expérimentales, pourrait expliquer le phénomène de déclenchement des crues de nappe. De plus, si ce seuil pouvait être identifié pour différents types de craie, cela permettrait d’améliorer les systèmes de surveillance et l’exercice délicat de prévision des crues.

Actuellement cependant, peu de données sont disponibles sur la zone non saturée profonde (en dessous de 3 mètres de profondeur) essentiellement pour trois raisons: (i) la technologie disponible pour le suivi de la teneur en eau à des profondeurs importantes est relativement complexe et coûteuse; (ii) cette technologie requiert des installations qui perturbent l'environnement étudié et rendent délicate la précision et l'extrapolation des mesures; et (iii) jusqu'à présent, la zone non saturée profonde à représenté peu d'intérêt économique (n’étant pas une ressource potentielle pour l'agriculture ou l'alimentation en eau potable).

Une meilleure prévision de l'importance et de la durée des crues permettra aux différents acteurs d'identifier les éléments vulnérables d'une commune, et de mieux évaluer le risque d’inondation. Cette approche novatrice, différente de celles en vigueur actuellement contribuera à minimiser les fausses alertes, car il sera tenu compte à la fois de l’état du système aquifère et de l'importance des événements pluvieux. Les autorités en charge des services d'annonce des crues et d'assistance pourront ainsi prendre à temps les décisions les mieux adaptées à une situation donnée. Ce projet constituera la première tentative au monde d’instrumentation et de suivi de la zone non saturée dans le but d’identifier les mécanismes d’inondation par remontée de nappe.

Les objectifs principaux de ce projet sont donc de:

      i.        comprendre le comportement hydraulique des écoulements à travers la zone non saturée qui conduisent au déclenchement des crues de nappe

     ii.        développer des techniques de mesures pour le suivi de la zone non saturée, en incluant autant que possible une méthode non destructive comme la Résonance Magnétique Protonique (RMP), de manière à réduire les impacts environnementaux et économiques des suivis, et d’améliorer la représentativité spatiale des mesures.

   iii.        de développer des méthodes et outils plus appropriés pour la prévision des crues de nappe permettant des calculs à des échelles de temps plus longues qu'actuellement (i.e. quelques jours à quelques semaines au lieu de quelques heures)

Actions prévues

Le projet est prévu d’être mené sur une base de 2 + 2 ans (pour un total de 4 ans). Pour atteindre les objectifs listés ci-dessus, les actions suivantes sont prévues :

1. Réalisation d'un programme technique

      i.        Effectuer une synthèse bibliographique, une analyse préliminaire, un calcul du bilan hydrique théorique du système aquifère de la craie concerné (zone non-saturée incluse),

     ii.        Dimensionner, structurer et mettre en place des sites expérimentaux dédiés à l’étude des crues « de  nappe » dans la Somme et à Brighton, destinés au suivi de la nappe et de la zone non saturée (niveau piézométrique, pression de l'eau, teneur en eau) à différentes profondeurs et au cours du temps. Collecter et analyser différentes mesures : débits relevés aux stations hydrométriques, débordement des cours d’eau lors des crues et données climatologiques (pluie et ETP) dans la zone du projet et à proximité.

   iii.        Etudier la physique des écoulements d'eau dans différents types de craie et différents contextes géologiques (bassins de la Somme et de Brighton).

    iv.      Développer une approche de mesure indirecte (non-destructive) de la teneur en eau dans la zone non saturée crayeuse. Une des pistes est l’amélioration de l'outil géophysique de Résonance Magnétique Protonique (RMP).

     v.      Améliorer les outils de prévision du risque de crue avec applications dans les bassins versants de la Somme et de Brighton en introduisant une représentation des mécanismes opérant dans la zone non saturée.

2. Programmation d’actions de publicité, dissémination et communication

1 - Affectation d'un technicien pour mettre en place la base de données et le site Internet bilingue du projet. Durant la première année, ce site sera pris en charge par un spécialiste SIG/bases de données, puis par le(s) chercheur(s) affecté(s) au projet.

2 - Relier le site Internet du projet au réseau européen de l'environnement.

3 - Créer des plaquettes pour présenter le projet et organiser des réunions de lancement et de coordination technique dans l’équipe, et des comités de pilotage avec les partenaires financiers et industriels et les collectivités territoriales et organismes de l’état intéressés au projet.

3. Mise en place du Comité de Suivi du projet

Un comité de suivi incluant des personnalités du monde technique et scientifique, des représentants des autorités locales et des utilisateurs finaux (de France et du Royaume Uni) sera constitué pour suivre le déroulement du projet. Sa composition exacte sera arrêtée dans les 30 jours suivant la signature des Conventions. Ce comité indépendant pourra évaluer tous les aspects du travail et aidera à maintenir le cap vers des objectifs qui bénéficieront à la région. Des futurs membres de ce comité de suive ont déjà revu la proposition et contribué à l’améliorer.

 

Public Ciblé

Tous les acteurs territoriaux qui sont en prise directe avec la gestion de l’eau et du risque lié aux inondations (Préfecture, DIREN, Agence de l’eau, EPTB, Conseils Régionaux, Conseils Généraux , ….), tous les citoyens exposés au risque d’inondation ainsi que les compagnies d’assurance bénéficieront de ce projet. Ce projet contribuera à :

-          améliorer la prévision du risque de crue, limiter les dommages occasionnés par les crues et en réduire les coûts pour la société,

-          placer la région INTERREG en position de pionnier dans la lutte contre les crues de nappe, avec notamment une première tentative d’installation de sites uniques de suivi de la zone non saturée.

Aspect transfrontalier du projet

Les bassins versants crayeux des deux pays ont été le siège d’inondations importantes et répétitives qui ont affecté les personnes, les habitations et les voies de communication dans de nombreux secteurs de cette région INTERREG. Malgré les recherches effectuées en France et en Angleterre, la cause fondamentale de ces inondations, et particulièrement de leur durée, n’est toujours pas vraiment comprise. Seules des hypothèses sont émises à ce stade, mais rien n’est prouvé.

Le BGS et le BRGM ont des connaissances incontestées et complémentaires sur les aquifères crayeux. L’Université de Brighton est experte sur tous les aspects de la Craie en France comme en Angleterre. Un partage de ces expertises et des échanges de logiciels, techniques et personnels ainsi que la constitution d’une équipe de projet transfrontalière pour mener à bien les travaux de terrain et d’interprétation vont accroître les chances de comprendre ces processus, ce qui ne pourrait être réalisé par un de ces trois organismes à lui seul.

Impact sur le développement des relations transfrontalières

Les aquifères crayeux constituent la principale source d’eau potable des régions du nord de la France et du sud de l’Angleterre (c’est le cas de nombreuses villes du bassin parisien telles Calais, Amiens, Creil, Paris…). La compréhension du comportement de l’eau souterraine dans la craie aura une implication dépassant la thématique inondations pour l’ensemble du bassin Anglo-Parisien, en terme de gestion durable de la ressource en eau et des écosystèmes et d’appréhension des transferts de polluants vers la nappe. De plus, plusieurs régions en Europe disposent d’aquifères crayeux ou carbonatés (Danemark, Allemagne, Pologne…) et pourront donc être concernées par les résultats de ce projet. L’aspect transfrontalier du projet sera renforcé par l’emploi de deux chercheurs (un français, l’autre anglais) à Brighton. Une partie des connaissances qu’ils acquérront au cours de leur formation pourra ensuite être utilisée par la région INTERREG.

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