Rapport finalApports latéraux.N.Fritier

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  • cours - matière potentielle : eau
  • cours - matière potentielle : l' ere tertiaire
   GIP Seine‐Aval  tel : 02 35 08 37 64  12 avenue Aristide Briand  fax : 02 35 98 03 93  76000 Rouen Rapport d'études            Quantification de l'évolution spatiotemporelle de la contribution de la nappe  de la Craie au débit de la Seine Aval           Mai 2010      Massei N., Fritier N.            
  • estimation de la conductivité hydraulique des bassins
  • european friend du programme friend
  • ressources en eau dans le nord
  • bassin parisien
  • mai 2010     
  • évolution future du débit de la seine
  • plateaux
  • plateau
  • pays de bray
Source : seine-aval.crihan.fr
Nombre de pages : 62
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Rapport
d’études
   
 
 
Quantification de l’évolution
spatiotemporelle
de la contribution de la nappe 
de la Craie au débit de la
Seine Aval
   
  Massei N., Fritier N.
   
 
   
Mai 2010 
      
GIP Seine‐Aval  tel : 02 35 08 37 64 
12 avenue Aristide Briand  fax : 02 35 98 03 93 
76000 Rouen http://www.seine‐aval.fr
 INTRODUCTION GENERALE................................................................................ - 3 -
Chapitre I: CONTEXTE GENERAL, DONNEES ET METHODES.......................... - 5 -
I. CONTEXTE DE LA REGION D'ETUDE........................................................... - 5 -
I.1. Contexte géomorphologique ..................................................................... - 5 -
I.2. Contexte climatique................................................................................... - 7 -
I.3. Contexte géologique.................................................................................. - 7 -
I.4. Contexte hydrologique............................................................................. - 14 -
II. METHODOLOGIES POUR l'ANALYSE ET LE TRAITEMENT DES DONNEES
HYDROLOGIQUES .......................................................................................... - 16 -
II.1. Loi expérimentale de Darcy.................................................................... - 16 -
II.2. Analyses corrélatoires et spectrales....................................................... - 19 -
II.3. Analyses en ondelettes continues .......................................................... - 20 -
III. DONNEES UTILISEES................................................................................ - 21 -
III.1. Récapitulatif et sources ......................................................................... - 21 -
III.2. Critère de sélection des données retenues ........................................... - 26 -
Chapitre II: CALCUL DES FLUX PAR SOUS-UNITE HYDROGEOLOGIQUE PAR
APPLICATION DE LA LOI EXPERIMENTALE DE DARCY ................................. - 30 -
I. ESTIMATION DU GRADIENT HYDRAULIQUE ∆H/L.................................... - 30 -
I.1. Calcul de la variation de la charge hydraulique ∆H ................................. - 30 -
I.2. Estimation de la longueur L ..................................................................... - 31 -
II. ESTIMATION DE LA SECTION D'ECOULEMENT A ................................... - 32 -
II.1. Définition de la section d'écoulement A.................................................. - 32 -
II.2. Estimation de la charge hydraulique moyenne ∆H ............................... - 32 - m
II.3. Estimation de la largeur l ........................................................................ - 32 -
III. ESTIMATION DE LA CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE K.......................... - 33 -
III.1. Estimation de la conductivité hydraulique des bassins hydrogéologiques
possédant au moins une station de mesure du débit .................................... - 33 -
III.2. Estimation de la conductivité hydraulique des bassins hydrogéologiques ne
possédant pas de station de mesure du débit............................................... - 34 -
IV. SENSIBILITES DES DIFFERENTS PARAMETRES ................................... - 34 -
IV.1. Pour la méthode de détermination des bassins hydrogéologiques ....... - 35 -
IV.2. Pour le gradient hydraulique ................................................................. - 35 -
IV.3. Pour la section d'écoulement A............................................................. - 35 -
IV.4. Pour la conductivité hydraulique K........................................................ - 36 -
- 1 - IV.5. Conclusions........................................................................................... - 36 -
Chapitre III: IMPORTANCE ET CONTRIBUTION DES APPORTS LATERAUX A
L'ESTUAIRE......................................................................................................... - 37 -
I. BILAN DE LA VARIABILITE SPATIALE DES APPORTS LATERAUX A
L'ESTUAIRE LORS DES HAUT, MOYEN ET BAS NIVEAU PIEZOMETRIQUES... -
37 -
I.1. Détermination des périodes de bas, moyen et haut niveau piézométrique- 37
-
I.2. Bilan des apports latéraux lors d'un bas niveau piézométrique............... - 38 -
I.3. Bilan des apports latéraux lors d'un niveau piézométrique moyen.......... - 39 -
I.4. Bilan des apports latéraux lors d'un haut niveau piézométrique.............. - 40 -
I.5. Conclusions............................................................................................. - 41 -
II. APPORTS LATERAUX TOTAUX (AQUIFERE ET EAU DE SURFACE) A
L'ESTUAIRE ..................................................................................................... - 41 -
II.1. Importance de la contribution de la rive gauche et de la rive droite à la
contribution totale des apports latéraux......................................................... - 41 -
II.2. Importance de la contribution de l'Eure et de la Risle à la contribution totale
de la rive gauche ........................................................................................... - 43 -
II.3. Importance de la contribution totale des apports latéraux au débit de la
Seine mesuré à Poses .................................................................................. - 44 -
II.4. Bilan du ruissellement à l'estuaire .......................................................... - 45 -
II.5. Conclusions............................................................................................ - 48 -
III. CONTRIBUTION DU DEBIT DES RIVIERES DANS LE BILAN TOTAL DES
APPORTS LATERAUX..................................................................................... - 48 -
III.1. Part du débit des rivières dans le bilan total des apports latéraux de la rive
droite de la Seine........................................................................................... - 49 -
III.2. Part du débit des rivières dans le bilan total des apports latéraux de la rive
gauche de la Seine........................................................................................ - 49 -
III.3. Part du débit des rivières dans le bilan total des apports latéraux totaux à la
Seine ............................................................................................................. - 50 -
III.4. Conclusions........................................................................................... - 51 -
CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES ................................................................. - 52 -
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES................................................................. - 53 -
- 2 - INTRODUCTION GENERALE
Le soutien des débits de base des rivières par les ressources souterraines est
une préoccupation majeure en hydrologie qui, dans le contexte des changements
climatiques et environnementaux globaux, ne cesse de prendre de l'importance.
Cette problématique est intimement liée à la question de l'évolution dans le temps de
la disponibilité des ressources en eau, incluant notamment l'étude des sécheresses.
Elle est par exemple représentée dans l'axe Northern European FRIEND du
programme FRIEND (Flow Regimes from International Experimental and Network
Data) opérant dans le cadre du Programme Hydrologique International de
l'UNESCO.
Comme pour tous les bassins versants dans le monde, l'évolution future du
débit de la Seine reste on ne peut plus incertaine. Cependant, certaines études très
récentes telles que celles réalisées dans le cadre du projet RexHySS (projet financé
par le programme "Gestion et Impact du Changement Climatique" du MEDAD)
suggèrent la possibilité d'un assèchement généralisé des ressources en eau dans le
Nord de la France. Ces études, basées sur et en collaboration avec le Centre
Européen de Recherche et de Formation Avancée en Calcul Scientifique
(CERFACS), s'appuient sur la désagrégation de scenarii climatiques globaux sur le
Nord de la France, qui, lors des plus récentes simulations, montrent au mieux une
invariance des pluies totales annuelles pendant les mois d'hiver (Figure 1 a), Figure
1 b).
Suivant ces simulations, les résultats du projet RexHySS expriment, pour la
Seine à Poses, la possibilité d'une réduction de l'ordre de 50% des débits d'étiages
et de 20% des débits de crues, selon le modèle hydrologique utilisé. Ces simulations
ne concernent pas la dynamique hydrologique de la Seine en aval de Poses, et ne
prennent donc pas en compte la contribution de l'aquifère de la craie et plus
généralement des divers apports latéraux entre Poses et l'estuaire. Toutefois, les
simulations des apports météoriques ne laissent pas présager de résultats
fondamentalement différents vers l'aval.




- 3 -


a) b)










Figure 1: Moyenne multi-modèles des anomalies de précipitation (mm/an) pour la période hivernale
(a) (Décembre Janvier, Février) et pour la période estivale (b) (Juin, Juillet, Août) de la période 2046-
2065 par rapport à la climatologie de la période 1961-1990(Pagé et al., 2008)

Dans un tel contexte, il apparaît extrêmement important et urgent d'identifier
clairement et de quantifier le plus finement possible la contribution des
hydrosystèmes affluents à la Seine entre Poses et l'estuaire aval, à la fois en termes
de variabilité spatiale (rive droite, rive gauche, amont/aval) et temporelle depuis la
deuxième moitié du siècle dernier. Les hydrosystèmes concernés sont l'aquifère de
la craie et les rivières affluentes, dont le débit correspond essentiellement lui-même à
des résurgences de la nappe de la craie et dont l'influence quantitative pourrait
s'avérer non négligeable durant les périodes d'étiages sévères de la Seine.
Le rapport ci-présent présente les différentes méthodes mises en place pour
répondre à cette problématique ainsi que les résultats qui en découlent.


- 4 - CHAPITRE I: CONTEXTE GENERAL, DONNEES ET METHODES
I. CONTEXTE DE LA REGION D'ETUDE
I.1. Contexte géomorphologique

La partie aval du bassin versant de la Seine est composée de six
départements (Calvados, Eure, Eure et loir, Orne, Seine-Maritime et Yvelines). La
grande majorité de sa superficie est composée de la Seine Maritime et de l'Eure. Elle
est située dans le Bassin Parisien, dans la partie hydrographique de la Seine. Les
plateaux vallonnés de cette terre couverte principalement d'un sol limoneux forment
une des régions les plus arables de la France (de Bouärd, 2001).
Figure 2: Localisation de la partie aval du bassin versant de la Seine (Système de projection: Lambert
II étendu).

La partie aval du bassin versant de la Seine (Figure 2) se situe précisément à
l'ouest du Bassin Parisien. Il s'agit d'un vaste plateau crayeux, formé à l'ère
secondaire, lors des montées des eaux marines, au Crétacé, en partie recouvert par
deux types de formations superficielles: l'argile à silex, provenant de l'altération
chimique de la craie, et le loess, dépôts périglaciaires du Quaternaire.
- 5 - Le plateau est largement entaillé par les vallées des cours d'eau, en particulier
celle de la Seine qui serpente et trace des méandres d'est en ouest et par des
vallons secs. Creusées lors des glaciations, ces vallées encaissées ont de larges
fonds alluviaux.
L’analyse globale du relief à l’échelle de la région a été effectuée grâce à la
visualisation d’un modèle numérique de terrain (MNT), avec un pas de 50 mètres,
fournie par l'Institut Géographique National (IGN, Figure 3). La région est
caractérisée par de vastes plateaux d’altitudes modérées (inférieur à 300 mètres),
par un modelé lié à son sous-sol sédimentaire et par son évolution récente (Quesnel,
1997).


Manche

Pays de Bray
Pays de Caux
Vexin
Normand
Lieuvin
Roumois
Plateau du
Neubourg
Pays d’Ouche
Plaine de
Saint Andre
Drouais
a) b)
Figure 3: Modèle numérique de terrain (MNT) de la Région Haute-Normandie. a) MNT ; b) Répartition
des altitudes par tranches de 50 mètres. (Système de projection : Lambert II étendu, données fournies
par l’IGN).

Les traits géomorphologiques majeurs sont contrastés de part et d’autre de la
Seine (Laignel, 2003). Au nord, le plateau du Pays de Caux est fortement disséqué
par des vallées actives et de nombreux vallons secs. Il est bordé au nord-ouest par
d’imposantes falaises littorales donnant sur la Manche et entaillé par des vallées. Au
sud de la Seine, les plateaux sont plus monotones et peu disséqués.
Le relief est régionalement hétérogène. On distinguera les plateaux élevés,
d'altitude supérieure à 150 mètres (le Pays de Bray, le Pays d’Ouche et le Nord du
Vexin Normand et le sud-est du Pays de Caux), les plateaux moyennement élevés,
- 6 - d'altitudes comprises entre 125 et 150 mètres (le Pays de Caux central, le Roumois,
la plaine du Neubourg, la Plaine de Saint André) et les zones basses, d'altitudes
inférieures à 125 mètres (le littoral de la Manche, l’extrémité occidentale du Pays de
Caux, le Lieuvin, le Sud du Vexin Normand et les vallées qui entaillent les plateaux,
dont la vallée de la Seine).

I.2. Contexte climatique

Le climat de la partie aval du bassin versant de la Seine est de type tempéré
océanique sous influence de l'oscillation Nord-Atlantique (NAO, Andreo et al., 2006;
Dupuis et al., 2006; Hurrell, 1995; Hurrell and Van Loon, 1997; Klein Tank and
Coauthors, 2002; Labat, 2008; Mares et al., 2002; Massei et al., 2007; Rimbu et al.,
2002; Rodrigo et al., 2000; Rodwell et al., 1999; Rogers, 1997; Stanev and Peneva,
2001; Trigo et al., 2004; Ulbrich and Christoph, 1999; Ulbrich et al., 1999) avec une
température moyenne annuelle proche de 13°C. Les mo yennes calculées sur trente
ans indiquent une pluviométrie annuelle comprise entre 550 et 1100 mm avec une
variabilité inter-annuelle d’environ 25% (Hauchard, 2001). La partie nord et sud de la
Seine présentent une pluviométrie contrastée avec 800 à 1100 mm pour le nord et
550 à 800 mm pour le Sud.
La période de fortes précipitations s’étend essentiellement de début
septembre à fin décembre. Ces pluies d’automne représentent environ 50% des
précipitations annuelles de la région. Les quantités des précipitations d’automne
varient de un à trois d’une année sur l’autre (Hauchard, 2002). Une seconde période
humide s’étend des mois de mai à juin, pendant laquelle les quantités de
précipitations, sous forme d’orages peuvent varier de un à six d'une année sur l'autre
(Hauchard, 2002).

I.3. Contexte géologique

I.3.1.Substrat

Le bassin parisien a connu, lors de son histoire géologique, de nombreux
cycles d'immersion et d'émersion (Pomerol and Feugueur, 1986; Pomerol et al.,
- 7 - 1980). Chaque épisode marin se traduit par un dépôt de sédiments, donnant, à
terme, naissance aux roches sédimentaires.
Parmi elles, l'immersion d'une grande partie du bassin parisien lors du Crétacé
supérieur entre -97 et -70 millions d'années a formé la structure géologique
principale de la région: la craie. Celle-ci est composée de cinq étages
stratigraphiques (Cénomanien, Turonien, Coniacien, Santonien et Campanien) avec
des faciès qui lui sont spécifiques (Laignel, 1997; Laignel, 2003; Laignel et al., 2006;
Laignel et al., 1999). Chaque étage possède ses propres caractéristiques
lithologiques et physiques qui rendent la craie relativement hétérogène (Costa et al.,
2006; Laignel, 2003), bien que la craie est généralement, malgré tout, considérée
comme globalement homogène selon des critères physiques. La carte géologique du
substrat mésozoïque de l’Ouest du Bassin de Paris (Quesnel, 1997) montre qu'il
existe un gradient de répartition des craies des plus anciennes vers les plus récentes
du sud-ouest vers le nord-est de la région d'étude (Figure 4).
Il est à noter l'existence, au Pays de Bray, d'un bombement anticlinal, formé
lors de la surrection des Alpes pendant l'Ere tertiaire. Celui-ci est formé des étages
du Jurassique.
Il existe également des dépôts tertiaires, essentiellement sous la forme de
sables plus ou moins argileux, retrouvés sporadiquement en poches au sommet des
argiles à silex, dans des poches karstiques ou des fossés d’effondrement, voire, plus
rarement, sous la forme de nappes superficielles, sous les loess (Laignel, 2003).








- 8 -
Figure 4: Substrat de la région Haute-Normandie d’après Quesnel, 1997 (Système de projection
Lambert II étendu).

I.3.2.Formations superficielles

Au cours de l’Ere Tertiaire (- 65 à - 2 millions d’années), le phénomène dans
la région d'étude est l’altération chimique continentale. Le substrat crayeux est, de ce
fait, recouvert de formations superficielles (Figure 5).
Les argiles à silex résultent de l’altération de la craie durant différentes
périodes du Cénozoïque (Laignel, 1997; Laignel, 2003). Cette formation superficielle
est elle-même recouverte par des limons éoliens Quaternaires de type lœssique
(Lautridou, 1985). Les vallées, quant à elles, contiennent des alluvions grossières du
Pleistocéne (Lautridou et al., 1999), recouvertes par des alluvions fines de l'Holocène
(Frouin, 2007; Sebag, 2002).







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