SNO Karst

SNO Karst

Contexte scientifique

Le karst désigne un ensemble de paysages de surface et souterrains qui résultent de la dissolution des roches carbonatées. Ses manifestations les plus connues sont par exemple les grottes, gouffres et rivières souterraines, ou en surface les dolines et lapiaz. En France, 40 % de l’alimentation en eau potable est prélevée dans des aquifères karstiques.

Le Service national d’observation du Karst (SNO KARST) a été créé en 2014 par le CNRS. Il s’appuie sur un réseau de 9 observatoires et équipes de recherche répartis dans toute la France. Au sein du SNO KARST sont donc étudiés des systèmes karstiques très différents sur le plan de la géologie, soumis à différents climats (climats méditerranéens à climats montagnards, avec des précipitations allant de 500 mm/an à plus de 1 000 mm/an) et différentes utilisations des terres (agriculture, forêt, garrigue), qui couvrent une large gamme d’enjeux sociétaux et scientifiques.

Le SNO KARST permet :

  • la mise en commun d’observations long-terme, en particulier des variables hydro-géochimiques, sur un panel de sources et de ruisseaux représentatifs des différents types d’environnements carbonatés karstiques ;
  • la production d’outils open source à destination des étudiants, chercheurs et opérationnels ;
  • le développement d’une expertise collective forte, couvrant une large gamme d’outils et d’approches.

Résumé

Année de départ : certaines données hydrométriques sont disponibles depuis les années 1950 (voire 1887 pour Fontaine de Vaucluse)

Localisations : Normandie, Bourgogne Franche-Comté, Provence Alpes-Côte d’Azur, Occitanie, Centre Val de Loire

Mots clés : système karstique, hydrodynamique, hydrogéochimie, crue, hydrologie, géophysique, hydrogéologie, carbonates, modélisation

Base de données : https://data.oreme.org/observation/snokarst

Site web : https://sokarst.org/

Responsables :
SNO Karst : Hervé Jourde et Naomi Mazilli Medycyss : Hervé Jourde et Christelle Batiot ;
Baget : Anne Probst ; Jurassic Karst : Marc Steinmann ;
Fontaine de Vaucluse : Naomi Mazzilli ;
Karst Craie : Nicolas Massei ;
Karst d’Orléans : Stéphane Binet ;
Karst Aquitains : Roland Lastenet ;
Fontaine de Nimes : Vincent Bailly-Comte
Port-Miou : Bruno Arfib ;

Le gouffre de la fontaine de Vaucluse en période de sécheresse.
Le gouffre de la fontaine de Vaucluse en période de sécheresse. © Rémi Muller, UM

Questions scientifiques

Le SNO Karst a pour but de comprendre et modéliser les processus qui conditionnent la quantité et qualité de la ressource en eau en pays karstique. La circulation rapide de l’eau dans la zone critique karstique en réponse à des forçages météorologiques extrêmes augmente la vulnérabilité d’aquifères souvent importants et à proximité de villes, de régions densément peuplées, ou d’objets patrimoniaux exceptionnels, dans un contexte de changement climatique global, sous pression urbaine croissante et agricole croissante ou décroissante. Les questions scientifiques clés sont :

  • la caractérisation à diverses échelles (locale et régionale) de l’hydrodynamique souterraine des aquifères karstiques ;
  • la compréhension des processus d’interactions entre eaux de surface et eaux souterraines, notamment lors des crues extrêmes en domaine méditerranéen ;
  • la détermination de la vulnérabilité de la ressource en eau souterraine.

Sites et variables mesurées

Le réseau comprend 9 sites instrumentés permettant la collecte de données de débit, de niveaux piézométriques, de qualité de l’eau (éléments majeurs, isotopes de l’eau, carbone, matières en suspension et micro-organismes), de paramètres hydrométéorologiques. Les fréquences d’acquisition sont variables et adaptées à la dynamique des systèmes étudiés. La haute fréquence de mesure est permise grâce au déploiement de sondes multi paramètres en continu in situ. L’approche est souvent spatialisée : du forage à l’aquifère régional.

Les 9 composantes du réseau SNO karst et leurs caractéristiques majeures sont :

Observatoire Medycyss

L’Observatoire Multi-Échelle de la DYnamique des Crues et de l’hYdrodynamique Souterraine en milieu karStique consiste en un grand hydrosystème karstique (bassin Lez-Mosson-Coulazou, 1200 km2) situé entre l’Hérault, le fleuve Vidourle et la mer Méditerranée (région de Montpellier). Des suivis hydrométéorologiques (15 stations) et hydrodynamiques (P, T°, CE, 30 stations) ont été mis en place depuis 2008 sur des forages/piézomètres, sources pérennes et temporaires, avens/pertes, depuis l’échelle régionale à celle locale du site expérimental (22 forages sur 0,5 km2). Des prélèvements hydrogéochimiques sont réalisés ponctuellement ou régulièrement (bimensuel + suivis de crues) : éléments majeurs et en trace, matière organique dissoute (COT et fluorescence naturelle), différents isotopes (SNO RENOIR), gaz nobles et anthropiques, et communautés bactériennes. L’aquifère du Lez exploité pour l’AEP de l’agglomération de Montpellier (340 000 habitants) est particulièrement suivi avec l’instrumentation de la source du Lez (CE, T°, pH, O2 dissous, COT, Cl, NO3, turbidité, fluorescence naturelle suivis en continu) et le forage profond du Triadou (333 m, avec suivis P, T en continu et prélèvements à 5 profondeurs) mettant en évidence la dynamique des interactions entre l’aquifère et un cours d’eau temporaire à proximité.

Observatoire Fontaine de Vaucluse

Située à une trentaine de kilomètres de la ville d’Avignon, la Fontaine de Vaucluse est l’exutoire quasi unique d’un système karstique exceptionnel par sa superficie (son bassin d’alimentation atteint 1 160 km²) et l’épaisseur moyenne de sa zone non saturée (800 m de dénivelé en moyenne est nécessaire pour que les eaux infiltrées rejoignent la zone noyée). Conséquence de cette étendue, le débit interannuel moyen de la source atteint 20 m³/s, en faisant l’une des plus importantes d’Europe. Sont observés la qualité de l’eau (majeurs, isotopes et fluorescence naturelle à la source de Fontaine de Vaucluse) ainsi que les débits et la qualité de plusieurs sources situées sur le bassin d’alimentation. Ce site est lié au laboratoire souterrain LSBB (SNO H+).

Observatoire de la fontaine de Nîmes

Le bassin d’alimentation de la Fontaine de Nîmes, d’une superficie d’environ 55 km2 se situe dans les Garrigues nîmoises avec une partie de bassin avale située en contexte urbain. Il comprend 8 stations hydrologiques, 8 stations hydrogéologiques et 9 stations pluviométriques. Le carbone dissous et particulaire est suivi en continu.

Observatoire de Port Miou

Le site de Port-Miou intègre un vaste aquifère carbonaté régional, avec un bassin versant d’environ 400 km² constitué de surfaces agricoles, de garrigues à proximité de la ville de Marseille et dont les exutoires sont des sources sous marines. Il s’agit d’un site d’observation unique pour l’étude des karsts côtiers. Sont mesurés le débit, la salinité et la température de la principale source saumâtre, dans un laboratoire souterrain in situ situé à 500 m du bord de mer, directement dans la principale conduite karstique accessible par un tunnel. Fluorescence naturelle en continu et isotopes de l’eau sont aussi mesurés (SNO RENOIR).

Observatoire du Baget

Le bassin versant du Baget (13,25 km2) est situé près de Saint-Girons dans l’Ariège. C’est un écosystème montagnard de moyenne altitude (environ 1000 m) drainé par un réseau karstique qui alimente l’écoulement de surface du ruisseau du Lachein (affluent du Lez, bassin de la Garonne). Ce bassin karstique fait l’objet d’un suivi exceptionnel depuis 1968 à l’exutoire du bassin pour certains paramètres hydroclimatiques (température de l’air, précipitations et débit du ruisseau) et depuis 1978 pour certains paramètres physico-chimiques (pH, conductivité, alcalinité, cations et anions majeurs, isotopes de l’eau et du carbone). Depuis 2014 et 2018, une sonde et un préleveur automatique permettent de suivre en continu un ensemble de paramètres physico-chimiques et d’échantillonner les crues. Historiquement en complément du déversoir principal, le bassin a fait l’objet d’un suivi hydrologique de trois contrôles complets en excès, de trois piézomètres, dont un dans l’abîme et l’autre dans la perte souterraine. À sa périphérie, le bassin est équipé d’une station météorologique et de deux collecteurs (qui font aussi partie du SNO RENOIR) pour les mesures chimiques (éléments majeurs) et isotopiques (isotopes de l’eau) des précipitations.

Observatoire des karsts aquitains

L’observatoire des karsts aquitains regroupe différents sites karstiques situés en bordure du bassin sédimentaire aquitain. La surface de ces bassins versants est comprise entre 0,01 km² (grotte de Lascaux) et 1 km² (grotte de Cussac), voire jusqu’à 100 km² (sources de Toulon). Cette région en particulier est stratégique en raison de son patrimoine archéologique exceptionnel. Les vallées de la Vézère (Vallée de l’homme) et de la Dordogne possèdent notamment un grand nombre de cavités karstiques classées au patrimoine mondial de l’humanité à préserver dans la durée. Des mesures de la pression de CO2 dans 7 forages et dans les grottes de Cussac et de Lascaux sont réalisées. L’analyse du transfert du carbone organique et inorganique sous forme dissoute dans les eaux d’infiltration est réalisée par mesure de la fluorescence en continu et des suivis hydrochimiques et isotopiques.

Observatoire Jurassic karst

Le contexte topographique de l’Observatoire Jurassic Karst, spécifique de l’arc jurassien, permet l’étude des aquifères karstiques à une altitude croissante le long d’un gradient climatique et de végétation. L’observatoire du Jurassic Karst surveille trois sites : Fourbanne-Fontenotte (330 m), Lods-Epenoy (380 m) et la source du Doubs (950 m). Des paramètres physico-chimiques (hauteur d’eau, conductivité électrique, température) sont suivis en continu sur tous les sites et complétés à Fourbanne et Lods par des suivis en continu du carbone organique, des nitrates et de la turbidité (sondes spectro UV-vis), ainsi que par des analyses d’éléments majeurs sur deux échantillonnages hebdomadaires par préleveur automatique.

Source du Lods © SNO KARST

Observatoire du Val d’Orléans

Le Val d’Orléans est une vaste dépression dans le cours principal de la Loire, long de 37 km et large de 4 à 7 km. Il s’agit d’un aquifère karstique saturé, logé dans le calcaire de Beauce, à forte porosité, recouvert par les alluvions quaternaires de la Loire. La Loire alimente plus de 80 % de l’eau contenue dans l’aquifère karstique carbonaté qui s’écoule vers plusieurs résurgences du fleuve Loiret à travers un réseau karstique saturé. L’observatoire surveille la source du Bouillon avec des sondes hautes fréquences multi-paramètres, ainsi que par des analyses d’éléments majeurs au laboratoire afin de suivre l’évolution de ces eaux souterraines dans lesquelles les matières organiques se dégradent ce qui dissout les carbonates, consomment de l’oxygène jusqu’à atteindre des périodes d’anoxie en été.

Observatoire de la Craie

Il s’agit de l’observation de la nappe de la Craie qui alimente de nombreuses villes, dont le Havre. Les bassins versants étudiés ont une surface allant de 10 à 200 km2. Plusieurs sites permettent une caractérisation quasiment exhaustive des différents processus hydrologiques à l’œuvre dans l’aquifère karstifié de la craie du bassin de Paris : résurgences karstiques naturelles à Norville et à Radicatel) ; captages en forage Norville et Yport ; zone non saturée en milieu crayeux avec la carrière souterraine de Saint Martin le Nœud) ; zone de recharge avec écoulement en aquifère perché en formations de couverture à Bouville. Par ailleurs, les sites de Radicatel et d’Yport permettent l’alimentation en eau potable de la quasi-totalité de l’agglomération havraise.

Partenaires et informations complémentaires

Le SNO KARST est un service d’observation national labellisé par le CNRS. Il s’appuie sur des plusieurs OSU, le BRGM, ONEMA/AFB, des communautés urbaines, des parcs nationaux. Il collabore avec plusieurs Zones Ateliers (Arc Jurassien, PYGAR Seine), des entreprises, des agences de l’eau.

Les observations du SNO KARST sont couplées avec celles issues d’autres réseaux qui apportent des mesures et approches complémentaires : SNO Tourbières, SNO RENOIR, SNO H+, SNO HYBAM.

En plus des partenaires académiques qui réalisent les suivis des sites, le SNO Karst reçoit le soutien du Parc Naturel Régional du Quercy et du Parc Naturel des Grands Causses.

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