Projet AGIRE, Modélisation hydrologique du marais de Rochefort

Les objectifs de ce projet sont de comprendre le fonctionnement hydrologique du marais de Rochefort et ses relations avec l'aquifère sous-jacent, l'atmosphère et le réseau de fossés. Pour cela, une étude géologique a été réalisée et une instrumentation permettant de suivre l'évolution des niveaux piézométriques a été mise en place.		Deux échelles spatiales ont été retenues pour l'étude du marais et la mise en oeuvre de modélisations numériques : échelle du marais pour évaluer les éventuelles contributions de l'aquifère profond du kimméridgien et développer une modélisation hydrodynamique de l'ensemble du système, et échelle de la parcelle pour mettre en évidence les relations entre la nappe du Bri et les horizons superficiels du sol.
Présentation du site expérimental

Le marais de Rochefort, d'une superficie de 150 km², se situe sur la côte atlantique. Il est limité à l'ouest par l'océan et au sud par la Charente. La topographie du marais est relativement plane, cependant, certains îlots de calcaire kimmeridgien affleurent au sein du marais et culminent à +31 mNGF. Le marais à vocation agricole est parcouru par un réseau d'environ 1500 km de canaux et fossés interconnectés. Le niveau d'eau dans les canaux est maintenu constant grâce à un système d'écluses. Pour suivre l'évolution de la charge hydraulique dans l'aquifère du Bri et l'aquifère sous-jacent du Kimméridgien, un réseau de 17 double piézomètres a été mis en place en mars 1998. Des pompages d'essais ont également permis de déterminer les propriétés hydrodynamiques de ces aquifères.
Histoire géologique du marais
		L'histoire géologique du marais résulte d'une succession de phases régressives et transgressives. Vers -12000 BP, le niveau marin se situant à -120 m NGF, les fleuves côtiers ont incisé le substratum calcaire à marno-calcaire du Kimméridgien. Entre -12000 et -6400 ans BP, une phase transgressive a conduit à la stabilisation du niveau marin à +3m NGF. C'est au cours de cette phase que se sont déposés les sédiments argileux et argilo-sableux qui constituent la couche du Bri (épaisseur maximale de 27 m).

Fonctionnement hydrologique à l'échelle du marais

Analyse des données expérimentales

L'analyse des cartes piézométriques et des courbes d'évolution de la charge hydraulique dans chacun (ci-contre) des aquifères indiquent une probable alimentation de la nappe du Bri par l'aquifère sous-jacent du Kimmeridgien.

Charges hydrauliques dans chacun des aquifères

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Modélisation

Maillage du modèle MARTHE Marais de Rochefort

Une modélisation hydrodynamique a été mise en oeuvre à l'aide du logiciel MARTHE (différences finies).

Les paramètres de la simulation sont les suivants :

	régime transitoire sur 15 pas de temps mensuels de septembre 1998 à décembre 1999, prenant en compte les deux aquifères
	mailles carrées de 250 mètres de coté
	Conditions aux limites latérales (couche 2) : flux imposé.
	Condition de débordement : lorsque les charges hydrauliques simulées sont supérieures à 3 m NGF, on impose un débordement (drainage des parcelles inondées par canaux).
	Spatialisation des flux climatiques : prise en compte de la nature du sol et du type de végétation.

Un calage automatique a permis de définir 17 zones dans lesquelles la conductivité hydraulique et l'emmagasinement libre sont supposées homogènes. Dans le modèle ainsi optimisé, K varie de 1.10^-5 à 1.10^-9 m/s selon les zones et s de 3 à 13%.

Le modèle a été validé par comparaison des résultats simulés avec les résultats expérimentaux.

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Comparaison de l'évolution des niveaux piézométriques mesurés et simulés de chaque aquifère (en deux points de la zone d'étude)

Résultats des simulations

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Sur le graphe d'évolution au cours du temps des échanges verticaux (ci-contre), on constate que l'essentiel des échanges verticaux sont orientés du Kimméridgien vers le Bri.

70 % des échanges sont répartis sur 7% des mailles.

En moyenne, les transferts verticaux sont de 0,4 l/m²/an, mais ils atteignent 50 l/m²/an sur les mailles situées en bordures du marais et 1000 fois moins dans les zones intérieures.

Conclusion sur les données tensiométriques et piézométriques

Il semble qu’il existe deux horizons distincts :

- 0 à 70 cm : nappe en connexion avec l ’atmosphère,

- à partir de 70 cm : nappe isolée partiellement de l ’atmosphère.

Ces résultats sont en accord avec les données de terrain et les données fournies par les sondes TDR qui indiquent un horizon de sol très compact et peu humide à 70 centimètres de profondeur séparant l ’horizon supérieur relativement sec et peu malléable d ’un horizon très humide et visqueux.

Modélisation

Dans le but de quantifier les flux transitant à travers la zone non saturée au cours de la période de dessaturation, une modélisation transitoire de la zone non saturée a été entreprise.

Maillage du modèle de la ZNS

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Les principaux résultats, illustrés par les figures ci-dessous sont les suivants :

- l’aquifère du Bri est partiellement isolé de l’atmosphère

- il existe une nappe de surface en connexion avec l’atmosphère

P.Weng, F.Giraud	BRGM EAU/RMD
P.Fleury	Stagiaire BRGM EAU/RMD mars-sept. 2001	Contact : P.Weng

Etude cofinancée par le Programme National de Recherche en Hydrologie