Projet régional HYMAGE OZNS

En dépit de nombreux plans d'action entrepris depuis plusieurs décennies, l'état des ressources en eau souterraines françaises reste préoccupant, au regard notamment des fortes pressions anthropiques auxquelles elles sont soumises, et d'une compréhension limitée des transferts dans la Zone Non Saturée (ZNS). C'est le cas du complexe aquifère des calcaires de Beauce, système hydrologique d'intérêt stratégique pour la Région Centre-Val de Loire, et qui constitue l'un des plus grands réservoirs aquifères européens (9500 km²).

Le projet HYMAGE-OZNS (HYdrogéophysique appliquée à l'iMAGerie des ÉcOulements dans la Zone Non Saturée) s'inscrit dans ce contexte et ambitionne la caractérisation des écoulements dans la ZNS au travers du couplage de plusieurs techniques relevant de la métrologie environnementale. 

La compréhension fine des écoulements dans la Zone Non Saturée (ZNS) des milieux complexes comme les calcaires fracturés constitue un verrou scientifique et technique de par :

• la représentativité limitée des mesures locales de teneur en eau réalisées à l'aide de capteurs hydrogéologiques ;
• la problématique de mise en place de ce type de capteurs dans les matériaux durs du sous-sol et à des profondeurs supérieures au mètre ;
• le manque de méthodes de mesure précises et intégratrices de la teneur en eau.

La caractérisation insuffisante de la variabilité latérale et verticale des propriétés hydrodynamiques le long du continuum sol-ZNS aux échelles plurimétriques limite drastiquement la fiabilité des résultats des modèles numériques distribués simulant les transferts de masse dans la ZNS à l'échelle de la parcelle et du bassin versant. Le projet s'inscrit pleinement dans la stratégie de développement de nouvelles méthodologies et d'outils innovants de monitoring environnemental ambitionnée par la plateforme O-ZNS qui pourra s'appuyer sur :

• son site expérimental, localisé à Villamblain au cœur de la Beauce, particulièrement adapté à la problématique traitée dans le cadre de ce projet ;
• ses installations en cours de réalisation, comprenant notamment plusieurs forages ainsi qu'un puits d'accès en ZNS unique et aux dimensions exceptionnelles (diamètre fini ~ 4 m et profondeur ~ 20 m).

Le projet étendra la synergie entre les études menées par :

• O-ZNS sur l'ensemble du profil de ZNS d'environ 20 mètres de profondeur ;
• le site expérimental d'INRAE (installé dans le cadre du projet APRIR ESPOL) dont les données de suivi du compartiment rhizosphère (0-3 m de profondeur) acquises depuis 2017 seront valorisées.

HYMAGE-OZNS est une brique d'un dispositif multi-méthode innovant permettant un maillage dans le temps et dans l'espace du suivi hydrique de la ZNS qui vise à valider les développements géophysiques proposés tout en explorant les changements d'échelle et les techniques d'inversion jointe. Le projet ambitionne le développement d'un workflow basé sur une approche hydrogéophysique visant à :

• quantifier les flux d'eau transitant à travers une ZNS hétérogène d'un milieu carbonaté poreux, fissuré/karstifié, en couplant méthodes géophysiques et hydrogéologiques afin de réduire les incertitudes des résultats des différentes méthodes ;
• mettre en évidence les effets des échelles d'observation sur la quantification des flux et des transferts ; 
• caractériser les effets de la variabilité spatiale sur la quantification des transferts.

Les travaux d'HYMAGE-OZNS s'appuieront notamment sur la mesure de paramètres physiques sensibles à la présence d'eau dans un milieu poreux/fissuré : l'indice d'hydrogène, la densité, la résistivité électrique et la permittivité diélectrique. Ces paramètres seront mesurés par des méthodes géophysiques intégratrices soigneusement choisies que sont la mesure neutron-neutron, la gammamétrie, le radar géologique, l'électrique et la gravimétrie, de l'échelle de l'échantillon en laboratoire à l'échelle de la parcelle agricole. Les résultats de ces mesures seront analysés, confrontés entre eux et comparés aux résultats de la modélisation simultanée de l'évolution du stock d'eau dans la ZNS et du niveau piézométrique en fonction la variabilité climatique du site sur la période de suivi. Il en résultera un outil  hydrogéophysique permettant notamment une meilleure estimation de la recharge des nappes, des transferts de polluants et une évaluation optimisée du risque d'inondation.

Financement : Région Centre-Val de Loire 

Année de lancement du projet : 2020

Durée : 36 mois