Etude de l’infiltration et de ses variations interannuelles en contexte épikarstique pour la caractérisation du fonctionnement des hydrosystèmes karstiques : utilisation de la méthode ISc-Pco2 et des modèles réservoirs

Abstract

L’infiltration correspond à l’ensemble des écoulements contribuant à la recharge des réserves des systèmes karstiques ou aux variations des débits à leurs exutoires. L’objectif de cette thèse est la caractérisation de l’infiltration et son utilisation dans l’étude des transferts pour la compréhension du fonctionnement des systèmes karstiques.Deux sites sont utilisés pour analyser cette infiltration : celui de la colline de Lascaux en Dordogne et celui du Nord du Vaucluse en Provence composé de plusieurs sources karstiques. Ces sites, en milieu carbonaté, se différencient tant par leur structuration – système épikarstique et aquifère karstique perché, pour le premier, et systèmes épikarstique, fissuré ou karstiques à zone noyée, pour le second – que par les conditions climatiques rencontrées au niveau de leurs impluviums respectifs.L’étude hydrodynamique des systèmes épikarstiques par les modèles réservoirs ne convient actuellement pas : la fonction de production ne permet pas la génération d’une infiltration satisfaisante. L’utilisation d’un modèle réservoir, initialement basé sur les équations de Coutagne, a permis de souligner la nécessité d’ajouter deux modules de calcul. Le premier concerne l’estimation d’une évapotranspiration effective, issue d’une loi exponentielle, considérant la hauteur d’eau dans le réservoir sol. Le deuxième module insiste sur l’utilité d’une fonction de stockage de l’épikarst pour caractériser au mieux les transferts vers l’aval du système.L’étude hydrochimique s’appuie majoritairement sur les équilibres calco-carboniques de l’eau et donc sur les transferts de masses de carbone inorganique. Ils permettent d’accéder à différentes grandeurs telles que la pression partielle de dioxyde de carbone – équilibrante (Pco2_eq) ou à saturation (Pco2_sat) – et à l’indice de saturation vis-à-vis de la calcite (ISc). La mise en relation de ces deux paramètres au sein d’un graphique {–log(Pco2) : ISc} a permis de distinguer différents types d’eaux issus des différents compartiments du karst. Il en a résulté un schéma de transfert des différents types d’eaux passant à l’exutoire tenant compte de l’état d’ennoiement du système. L’évolution pluriannuelle de l’infiltration a aussi été mise en avant par la variation de sa composition chimique pouvant être en relation avec des facteurs climatiques.A l’issue de ce travail, il apparaît que la connaissance des processus liés à l’infiltration est fondamentale pour la compréhension des écoulements en milieux karstiques dans un objectif de quantification de la recharge et de protection de la ressource.