Aquifères du Nord de la Réunion : analyse fonctionnelle par traitement du signal et approche hydrochimique

Contexte de réalisation

Depuis plusieurs dizaines d'années, des données hydrométriques sont acquises par l'Office de l'Eau sur les aquifères du Nord de la Réunion, entre les communes de Saint-Denis et de Sainte-Suzanne. Ce suivi a été optimisé dans le cadre du projet traitant de l'Etude des Circulations des Systèmes Hydriques (ECSHY), piloté par l'Office de l'Eau Réunion.

Le projet ECSHY a pour objectif de quantifier les éventuels impacts du creusement de la galerie du transfert des eaux (Galerie Salazie amont) sur les aquifères localisés à proximité du littoral. Cependant, l'ordre de grandeur des variations attendues en cas d'impacts induits par le creusement du tunnel est "bruité" par de nombreuses influences. En effet, les variations de charge hydraulique d'un aquifère côtier résultent d'une combinaison complexe de différents signaux d'entrée. Si les signaux "basse fréquence" sont souvent bien connus (prélèvement anthropique, recharge par les précipitations, etc.), l'identification des signaux "haute fréquence" (marée terrestre ou marine, pression barométrique, etc.) nécessite des données de qualité et un traitement numérique spécifique.

Objectifs

Le traitement, de type analyse fonctionnelle, utilisé pour cette étude a pour objectif la "déconvolution" du signal piézométrique, c'est-à-dire sa décomposition en signaux élémentaires significatifs, notamment pour les "hautes fréquences" ; il s'inscrit dans un cadre théorique que l'on appelle en hydro(géo)logie : "analyse fonctionnelle des hydrosystèmes ou analyse systémique". Le traitement du signal peut aussi être appliqué aux données climatologiques ainsi que sur les variations de conductivité. Cette analyse avait pour objectif principal de mieux comprendre l'incidence du creusement de la galerie sur les aquifères côtiers situés plus en aval.

Programme des travaux

Pour conduire cette analyse fonctionnelle, le logiciel Tempo a été exploité (logiciel développé et utilisé par le BRGM). L'étude a été conduite suivant les axes méthodologiques définis ci-dessous :

• synthèse géologique et hydrogéologique des données du secteur d’étude ;
• détermination de l'influence de la mer, de l'impact du creusement de la galerie et des autres signaux d'entrées (pression barométrique, prélèvements, apport à la nappe par l'amont, précipitations, etc.) sur les différentes formations géologiques aquifères ;
• compréhension des signaux contrôlant la distribution et l’évolution des charges hydrauliques : étude des phénomènes hydrogéologiques observés au cours du creusement de la galerie (chroniques de débit, tarissement, rabattement, évolution physicochimique, etc.) ;
• différenciation et quantification relative des signaux d'entrées du système (modélisation des séries temporelles pour les différents signaux d’entrée du système) ;
• développement méthodologique, afin d’affiner la pertinence des résultats. Les axes de réflexion se sont orientés vers la relation transfert de pression/transfert de masse, l’intégration des récents résultats de datations d’eau et le déterminisme de l’information géologique fine au regard de la connaissance hydrogéologique.

Résultats obtenus

La synthèse des données géologiques et hydrogéologiques d’une quarantaine de forages a permis d'établir un modèle géologique conceptuel, mettant en évidence l’hétérogénéité de la géologie de la zone et guidant par la suite l’interprétation du fonctionnement des hydrosystèmes étudiés.

Les analyses simples (autocorrélation et analyse spectrale simple), conduites à l'aide du logiciel Tempo, ont permis de mettre en évidence les phénomènes périodiques affectant les chroniques, tels que la marée, les pompages ou la recharge annuelle par les précipitations, tandis que les analyses croisées ont permis de déterminer les déphasages existants entre les signaux (la pluviométrie avec la piézométrie et le niveau marin avec la piézométrie). Trois types de réponses des forages aux précipitations ont été identifiés et l’influence de la marée sur neuf de ces forages a été démontrée.

Certaines caractéristiques de l'hydrogéologie en milieu volcanique (double porosité, aquifères complexes hétérogènes, similarités avec le milieu karstique, etc.) ont été observées et démontrées par le traitement du signal du suivi charge hydraulique / conductivité électrique. Ainsi, il a été constaté que la recharge des aquifères se fait d’une part en amont (notion de bassin versant souterrain), mais aussi au droit des ouvrages, via des circulations rapides en milieu fracturé. La modélisation globale, réalisée sur trois chroniques piézométriques aux comportements différents, a permis de cerner le fonctionnement des hydrosystèmes et ainsi d’identifier la pluviométrie comme étant le facteur principal à l’origine des variations observées. Cette modélisation a aussi contribué à démontrer le rôle du débit d’exhaure de la galerie en cours de creusement, entraînant une modification anthropique du débit de la Rivière des Pluies. En effet, la charge hydraulique est significativement accrue en raison des infiltrations des eaux de surface vers les eaux souterraines en partie aval de la Rivière des Pluies. Mais ce phénomène anthropique ne représente qu'un aspect très secondaire, en raison de la capacité d’infiltration du fond de la rivière qui demeure largement influencée par des processus naturels (colmatage du fond de la rivière).

L’approche hydrochimique a conduit à mettre en évidence différents phénomènes : intrusion marine, composante hydrothermale, interactions eaux-roches, dénitrification, précipitation secondaire potentielle, etc. Au-delà des regroupements de faciès hydrochimiques et de la mise en évidence de pollutions anthropiques, l’apport principal est constitué par la distinction réalisée entre de l’eau chimiquement évoluée (plus minéralisée) au sein de la galerie et de l’eau moins évoluée (aquifères littoraux, galerie et certaines sources).

Partenaire

Office de l’Eau de La Réunion

RAPPORT PUBLIC

• BRGM/RP-58910-FR - "Modélisation géologique de la craie séno-turonienne en région Nord-Pas de Calais. Rapport final" - Télécharger le rapport