Diapositive 1

Characterization of the aquifers in the mountains of the Mediterranean zone:
An example of the central Corsica
B. Khouméri*, J. Ferrandini**, M. Ferrandini***, C. Griolet****
Université de Corse, Faculté des Sciences et Techniques,
Laboratoire des Sciences de la Terre, BP 52, 20250 CORTE
Tél. *04-95-45-00-39, **04-95-45-00-57.
DIREN Corse, Chemin Agliani Montesoro
20200 BASTIA
Tel: 04 74 52 15 95
Email : *[email protected]., **[email protected],
***[email protected]
Email : ****Claude.GRIOLET@developpement–durable.gouv.fr
ABSTRACT:
Cadres géologique et hydrogéologique des
The centre of Corsica has high relief with altitudes greater than
2500m. The most recent modulus of pluviometry of this region
(Meteo France data) evolved from 700mm to more than 1500mm per
year. The infiltrated water contributes to feeding different aquifers,
the organisation of which is related to regional tectonic. Corsica is
made of two major units: to the West, the old Corsica which is
constituted by a succession of hercynian granite, and to the East the
alpine Corsica. These two units are separated by a major fault. This
is marked out by units of different origins, containing, in particular in
the region of Corte imbricated slices. They are composed of an
inverted series formed by units which range from the carbonates of
the Triassic to the residue of the Upper Jurassic. This geological and
geomorpholigical complexity is mirrored by the diversity of the
hydrogeology. As example, we present here the study of three
aquifers drained by springs located on a zone of only 6 km in the
Corte region : Noceta (fissured basement), Minesteghju (binar
karstic) and Bistuglio (fissured and karstic).
The major elements plotted on Piper and Schöeller–Berkaloff
diagrams show two families of water, conductivity allows to : the first
one bicarbonated calcic and sodic corresponding to siliceous rocks
The second one, bicarbonated calcic and magnesian, corresponds to
carbonated environment. The mean conductivity is linked to the
nature of the rocks.
The continual recording of the physical-chemical parameters of the
source of Minesteghju permits us to conclude that almost 50% of the
waters have a short residence, marked by the conductivity between
100 and 350 µS/cm. The next half, of stronger conductivity (400 a
500 µS/cm), corresponds to the reserves of the aquifers.
Compared evolutions analysis of discharge (after calibration),
conductivity, temperature, pH and pluviometry in one part, and
analysis of sorted discharge curves and recession curves in the other
part, permit to identify the type of aquifer (complex, binary karst) and
to estimate the storage capacity. In this region the underground
waters, although they are neglected for the drinking water supply,
could be used as a substitute, and or a complement or as a principal
resource for the small communities. This means an integrated and
durable management, and or good knowledge of the aquifers of the
mountain, is required.
Géologie
Conductivité
moyenne
annuelle
(µS/cm)
Débits
d’étiage
(l/s)
Calcaire
dolomitique
du Trias
supérieur
600
3
Bicarbonaté Fissuré
calcique et
karstique
magnésien
Minesteghju Calcaire du
Lias et série
ophiolitique
300
17
Bicarbonaté Karstique
calcique et
binaire
magnésien
50
0.5
Bicarbonaté Milieu
calcique et
fissuré
sodique
aquifères étudiés
Sources
Contexte hydrogéologique des aquifères étudiés
Bistuglio
Noceta
Ca
39
meq/L
300
Mg
mg/L
6000
Grès et
poudingue
siliceux
Na+K
mg/L
mg/L
3000
6000
Cl
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
Schöeller
Berkaloff
meq/L
300
10000
10000
100
1000
1000
Nature des
réservoirs
SO4 HCO3+CO3 NO3
10000
10000
100
Faciès
chimique
1000
1000
1000
10
1000
1000
100
100
10
100
100
100
100
2/8/2006
100
1
13/9/2006
10
10
18/12/2006
10
0.1
1
1
2/8/2006
18/12/2006
1
1
NOCETA
4/4/42007
1
1
0.01
0.1
0.1
MINESTEGHJU
4/4/2007
13/9/2006
1
0.01
BISTUGLIO
2/8/2006
10
0.1
18/12/2006
4/4/2007
10
1.5Km
Légendes
• 27, 29, 40, 38, 39 et 51: Hercynien (granite,
roches associées et couverture)
• 12, 14, 24 et 43: Alpin (écailles de Corte,
nappes et série ophiolitique)
13/9/2006
1
10
10
0.1
0.1
Les aquifères étudiés jalonnent le contact
nord-sud qui séparent les unités granitiques
de l’Hercynien au Sud-Ouest des unités
alpines au Nord-Est.
0.1
0.02
0.03
0.03
0.001
0.04
0.05
0.1
0.07
0.1
0.07
0.001
Le report des éléments majeurs dans les diagrammes de Schöeller - Berkaloff et
Piper montre la présence de deux familles d’eau (cf. tableau).
Principaux résultats de l’étude de la Source de Minesteghju pour l’année hydrologique 2006-2007
Cette source est équipée d’une sonde multiparamètres (pH, conductivité, température), d’un Thalimèdes (mesure de niveau d’eau) et d’une échelle limnigraphique. Il s’agit de résultats préliminaires concernant une seule année hydrologique à
faibles précipitations (pluie et neige). En effet le total des précipitations n’est que de 355mm pour la station de Corte (données Météo-France) alors que la pluviométrie moyenne d’une année normale serait de 700mm.
La Fig. 1 montre une réponse rapide du système: on remarque une augmentation du débit après l’apport d’une pluie
efficace positive calculée à partir de l’évapotransiration selonThornthwaithe (données Météo-France). Les trois pics du
printemps, alors que les pluies efficaces sont faibles, sont dus à la fonte des neiges.
La courbe de tarage (Fig.2) a été obtenue à partir de 12 jaugeages et des mesures de hauteurs d’eau lues sur l’échelle
limnimétrique. L’équation du modèle (polynôme d’ordre 2) obtenue par modélisation, permet de transformer les niveaux
mesurés quotidiennement par le Thalimedes (DIREN) en débit.
Fig. 3: Courbe de débits classés
Fig. 2: Courbe de tarage
Fig.1: Courbes Débit /Pluie efficace
(d’après B. Ladouche, BRGM Montpellier)
70,00
60,00
120
50,00
100
40,00
30
30,00
Débit (L/s
40
20
20,00
99.999
y = 0.0381x 2 - 3.0464x + 78.081
99.99
R 2 = 0.9911
α3
99.9
99.7
99.5
99
98
% Probabilité cumulée
50
Debit(m3/s)
60
Pluviométrie (m
L’analyse des débits classés en ordonnée de probabilité est réalisée avec un intervalle de classe de 3.66 10-3 m3/s (Fig. 3).
La courbe obtenue comporte 3 segments de droite de pente différente (α1>α2<α3). Elle permet de mettre en évidence le
fonctionnement de l’aquifère [Mangin (1971) in Marsaud (1996)] : le changement de pente observé au point A (situé dans les
faibles pourcentages) indique soit que les écoulements exploitent un système de drainage plus transmissif soit que le bassin
est alimenté par un autre bassin versant; en B (situé dans les forts pourcentages) on peut dire qu’il y a mise en
fonctionnement d’un trop plein et/ou stockage momentané dans un milieu moins transmissif.
80
60
40
20
96
94
92
α2
B
90
85
80
75
70
65
60
55
50
α1
45
40
35
30
A
25
20
15
10
8
6
4
3
2
1
0.1
10
10,00
0
0
30/09/07
16/09/07
02/09/07
19/08/07
05/08/07
22/07/07
08/07/07
24/06/07
10/06/07
27/05/07
13/05/07
29/04/07
15/04/07
01/04/07
18/03/07
04/03/07
18/02/07
04/02/07
21/01/07
07/01/07
24/12/06
10/12/06
26/11/06
12/11/06
29/10/06
15/10/06
0,00
01/10/06
0
20
40
60
H échelle (cm)
80
100
0.01
0.1
Débit (m3/s)
Temps (jours)
Les modèles choisis [Mangin (1970) in Marsaud (1996)] pour traiter la courbe de récession (Fig. 4) sont respectivement :
pour l’infiltration le modèle de Boussinesq : Q t = q0 1 − ηt , pour le tarissement celui de Maillet : Q t = QR 0e − αt
1 − εt
(avec ε=coefficient d’hétérogénéité de l’écoulement, η=coefficient d’infiltration, α = coefficient de tarissement , q0 = Q0-Qi
avec Qi : débit d’infiltration à l’instant ti, marquant le début du tarissement)
Les paramètres α et QR0 ont été déterminés pour un temps de début de tarissement ti = 26 jours Le coefficient de
tarissement ( α=0.0026 j-1) est faible donc caractéristique d’un système inertiel, mal drainé, peu karstifié. Il permet
d’estimer les réserves : le volume dynamique Vdyn= Qi/α*86400 = 777600 m3. Le coefficient ε = 0.09 a été calé afin
Fig.5: Courbes débit/conductivité
α=0.0026 j
ε=0.09 j-1
Fig. 6: Distribution de fréquence des valeurs de la
conductivité
550.000
80.00
-1
500.000
25
25
20
20
15
15
10
10
5
5
70.00
ti=26 jours
450.000
η=0.0385 j-1
60.00
400.000
350.000
50.00
300.000
40.00
250.000
200.000
30.00
Débit
Conductivité
Fréquence
3
3
q0=0,0178m /s
Conductivité (µS/cm)
Q0=0,0412
3
Qi=0.0234 m /s
QR0=0.0250 m /s
Débit (L/s)
0.044
0.043
0.042
0.041
Q0
0.04
0.039
0.038
0.037
0.036
0.035
0.034
0.033
0.032
0.031
0.03
0.029
0.028
0.027 Q
R0
0.026
0.025
0.024
0.023 Q
i
0.022
0.021
0.02
0.019
0.018
0.017
0.016
0.015
0.014
0.013
0.012
0.011
0.01
0.009
0.008
0.007
0.006
0.005
0.004
0.003
0.002
0.001
0
0
5
150.000
20.00
100.000
ti
10.00
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
Temps (jours)
Courbe de récession expérimentale
95
50.000
100 105 110
30
/0
9
14 /06
/1
0
28 /06
/1
0
11 /06
/1
1/0
25
/1 6
1
09 /06
/1
2
23 /06
/1
2
06 /06
/0
1
20 /07
/0
1
03 /07
/0
2
17 /07
/0
2
03 /07
/0
3
17 /07
/0
3
31 /07
/0
3
14 /07
/0
4
28 /07
/0
4
12 /07
/0
5
26 /07
/0
5
09 /07
/0
6
23 /07
/0
6/0
07
/0 7
7
21 /07
/0
7
04 /07
/0
8
18 /07
/0
8
01 /07
/0
9
15 /07
/0
9
29 /07
/0
9/0
7
Débit (m3/s)
Fig.4: Courbe de récession (infiltration et tarissement)
d’ajuster au mieux la courbe modèle à la courbe expérimentale (infiltration). Plusieurs ajustements
sont possibles, les résultats donnés ici correspondent à un ajustement moyen. L’acquisition de
nouvelles données sur plusieurs cycles devrait confirmer la position de cette source dans la
classification de Mangin (1974) dans les systèmes complexes.
L’évolution comparée de la conductivité ( de 145 à 465µS/cm) et du débit (Fig. 5) confirme l’influence
de la fonte des neiges entraiîant des conductivités basses au printemps.
La distribution des fréquences des valeurs de la conductivité (Fig. 6) met en évidence 3 modes qui
rendent compte de la complexité de cet aquifère probablement binaire (Bakalowicz, 1979).
Tarissement
Temps (jours)
Infiltration
Conclusions
Les enregistrements in situ et le travail d’analyses des données se poursuivent afin de
conforter les résultats présentés ici .
Pour les prochaines années hydrologiques les études complémentaires porteront
principalement :
• sur le calcul de la surface d’alimentation et de sa délimitation grâce aux données
géologiques et aux essais de traçage.
• sur la relation entre les différents aquifères (par exemple entre Bistuglio et le
Minesteghju.
XIII° World Water Congress,
0
0
100-150
150-200
200-250
250-300
300-350
350-400
400-450
450-500
Classes de conductivités
Références Bibliographiques
Bakalowicz M., 1979. Contribution de la géochimie des eaux à la connaissance de l’aquifères karstique et de la karstification , 269p.
Ferrandini J., Griolet C., Gauthier A. et Ferracci-Ceccaldi J.-J., 2006. Hydrogéologie de la Corse, 758-766. in « Aquifères et eaux
souterraines de France » Ouvrage collectif sous le direction de J.-C ; Roux, BRGM Edition, 944p.
Fournier I. (1994). Etude hydrogéologique de la source de « la Glaciaire » -Commune de Brando (Haute Corse). Rapport
BRGM N 1847 4S/DR6 BAS 94, 6p et annexes.
Mangin A., 1970. Contribution à l’étude d’aquifères karstiques à partir de l’analyse de courbes de décrue et de tarissement, Annales
de Spéléologie, t 25,3, pp 581-609
Mangin A., 1971, Etude des débits classés d’exutoires karstiques portant sur un cycle hydrologique, Annales de spéléologie, t 26, 2,
pp 283,329.
Mangin A., 1974. Contribution à l’étude hydrodynamique des aquifères karstiques Annales de Spéléologie, t 29,3, pp 283-332
Marsaud B., 1996 . Structure et fonctionnement de la zone noyée des karsts à partir des résultats expérimentaux, Thèse de
l’Université Paris XI Orsay, 286 p.
1-4 september 2008,
Montpellier, France