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Le Couesnon à marée basse (Beauvoir, Manche, France, 2007). © BRGM - François Michel

Amélioration de la connaissance géologique et hydrogéologique du sous-bassin de Marchésieux (Manche)

17.08.2016
L’objectif de ce projet est d’améliorer la connaissance géologique et hydrogéologique du sous-bassin de Marchésieux, de mieux comprendre le fonctionnement hydrodynamique des systèmes aquifères et leurs relations avec les zones humides et d’évaluer leurs exploitabilités pour l’alimentation en eau potable (AEP).

Le bassin de Sainteny-Marchésieux représente une réserve aquifère particulièrement intéressante à l’échelle du département de la Manche puisqu’il alimente en eau potable 25% de la population du département. La caractérisation du fonctionnement hydrogéologique et de la nature et structure des formations le constituant est ainsi un enjeu important. De plus, étant situé au cœur du Parc Naturel Régional des Marais du Cotentin, les relations avec les marais, les tourbières et les zones humides doivent être appréhendées afin de garantir la préservation de ce patrimoine naturel exceptionnel.

Une démarche scientifique globale et innovante intégrant reconnaissances géophysiques, géologiques et hydrogéologiques a permis de construire un modèle conceptuel géologique et hydrogéologique de ce sous-bassin et de mettre en évidence la nature et la structure des différents aquifères, leurs caractéristiques hydrodynamiques, les circulations souterraines et leurs exutoires vers les zones humides. Enfin, une estimation du potentiel exploitable a été proposée, ainsi qu’un dispositif de contrôle connexe dans les tourbières afin de permettre une gestion active de la ressource.

Prélèvements d’échantillons et mise en place de piézomètres au moyen de la tarière du BRGM © BRGM – B. Vittecoq

Prélèvements d’échantillons et mise en place de piézomètres au moyen de la tarière du BRGM. © BRGM - B. Vittecoq

Contexte

Le bassin de Sainteny-Marchésieux représente une réserve aquifère particulièrement intéressante à l’échelle du département de la Manche puisqu’il alimente en eau potable 25% de la population du département. Situé au cœur du Parc Naturel des Marais du Cotentin et du Bessin, le sous-bassin de Sainteny (environ 35 km²) au nord-ouest est exploité à raison de 4 à 5 millions de m3/an, tandis que le sous-bassin de Marchésieux, plus vaste (environ 100 km2), est actuellement très peu exploité (0,15 Mm3/an). Les connaissances disponibles jusqu’alors ne permettaient pas d’évaluer précisément les potentialités des aquifères le constituant, les estimations variant de quelques millions de m3/an à quelques dizaines de millions de m3/an. De plus, des travaux de recherche réalisés par l’université de Rennes entre 2001 et 2012, essentiellement dans le sous-bassin de Sainteny, ont mis en évidence la fragilité des zones de marais et tourbières et la nécessité de veiller à mieux appréhender les relations et impacts entre les prélèvements d’eau souterraine et les zones humides.

L’Agence de l’eau Seine-Normandie, le Conseil général de la Manche et le BRGM ont ainsi initié, en 2012, un projet visant à améliorer la connaissance géologique et hydrogéologique du sous-bassin de Marchésieux et, en particulier, à définir le potentiel de la ressource en eau souterraine et ses relations avec les zones humides, celles-ci représentant environ 30% de la superficie du sous-bassin de Marchésieux.

Objectifs

L’objectif du projet est d’améliorer la connaissance géologique et hydrogéologique du sous-bassin de Marchésieux, de mieux comprendre le fonctionnement hydrodynamique des systèmes aquifères et leurs relations avec les zones humides et d’évaluer leurs exploitabilités pour l’alimentation en eau potable (AEP).

Les principales interrogations concernant ce sous-bassin sont relatives à la géométrie et la nature des systèmes aquifères, au  sens d’écoulement de la nappe, aux paramètres hydrodynamiques, aux zones favorables à l’implantation de forages d’exploitation, aux impacts des prélèvements sur les zones humides et à la qualité de l’eau.

Programme des travaux

L’étude s’est articulée en trois phases, qui se sont déroulées sur trois ans (2012-2015).

La première phase a consisté à mettre en place plusieurs réseaux de suivi : suivi des niveaux d’une dizaine de forages profonds, suivi des niveaux d’une douzaine de piézomètres dans les zones humides et suivi des niveaux des rivières. Deux cycles hydrologiques complets ont ainsi pu être appréhendés.

La deuxième phase s’est focalisée sur l’acquisition de données géophysiques avec la réalisation de mesures gravimétriques, de profils sismiques et de profils électriques, afin d’améliorer la connaissance géologique du secteur et notamment la profondeur du substratum et la nature et structure des formations de remplissage quaternaire. A l’issue de ces prospections, 5 sites ont été retenus pour réaliser des forages de reconnaissances. Neuf forages ont ainsi été réalisés entre mai et août 2015.

La troisième phase a été dédiée à l’acquisition de paramètres hydrogéologiques permettant de caractériser les aquifères en place. Des diagraphies et pompages d’essais ont ainsi été réalisés sur 6 forages. En complément, deux cartes piézométriques ont été réalisées (hautes eaux/basses eaux). Enfin, une dizaine d’analyses chimiques et isotopiques a été réalisée.

Résultats obtenus

Les réseaux de suivis ont permis d’améliorer de façon significative la connaissance géologique et hydrogéologique de ce secteur.

Les forages réalisés au nord-est du sous-bassin, à Saint-André-de-Bohon (F1 et PF1), ont permis de confirmer que cette formation géologique est un très bon aquifère avec un débit spécifique pouvant atteindre 100 m3/h/m et des transmissivités variant entre 1x10-2 et 9x10-2 m²/s. L’extension de cet aquifère a également été affinée et les prospections géophysiques permettent de bien déterminer son épaisseur.

Synthèse statistique (box-plot) des valeurs de transmissivité des forages recoupant les principales formations du secteur d’étude. Les traits noirs correspondent aux valeurs minimales, médianes et maximales, les bornes de la boite correspondent au 1er et 3ème quantile. © BRGM

Synthèse statistique (box-plot) des valeurs de transmissivité des forages recoupant les principales formations du secteur d’étude. Les traits noirs correspondent aux valeurs minimales, médianes et maximales, les bornes de la boite correspondent au 1er et 3ème quantile. © BRGM

Les trois piézomètres réalisés au centre du sous-bassin, à Marchésieux, (F2-P1, F2-P2 et F2-P3) dans le marais des Rouges Pièces, ont vocation à intégrer un réseau d’observation et de protection des zones humides. Ces piézomètres ont permis de mettre en évidence la nature et l’épaisseur des différents horizons séparant les tourbes de l’aquifère sous-jacent. Le rôle des horizons argileux a également été mis en évidence, le premier constituant le substratum de la nappe des tourbes et le second un horizon semi-perméable imprimant à la nappe sous-jacente son caractère captif. Le piézomètre captant cette nappe sous-jacente dans un horizon sableux des marnes du Bosq d’Aubigny est en effet captif et son niveau piézométrique est au-dessus du niveau du sol (et au-dessus du niveau mesuré dans les deux piézomètres captant la nappe des tourbes). Le suivi des niveaux piézométriques dans ces piézomètres semble ainsi confirmer une alimentation des tourbes par les aquifères sous-jacents via des flux de drainance ascendants.

Les deux forages (F3 et F4) réalisés à Raids et Saint-Sébastien-de-Raids, captent tous les deux les marnes du Bosq d’Aubigny, au niveau de la crête piézométrique séparant le sous-bassin de Sainteny du sous-bassin de Marchésieux. Ils permettront notamment d’améliorer l’établissement des futures cartes piézométriques et l’évaluation de l’impact des prélèvements.

Enfin, les forages réalisés dans la partie amont du sous-bassin, sur le site de la porte des Bosqs à Marchésieux (F5 et PF5) ont permis de mettre en évidence un horizon aquifère situé entre 107 et 121 m de profondeur, sous un épais recouvrement argileux. Malgré ce recouvrement, la recharge semble s’effectuer assez rapidement avec une zone de recharge a priori peu éloignée, qui pourrait confirmer la contribution des aquifères de socles situés en amont immédiat.

Les pompages d’essais réalisés sur les forages F4 et F5 ont également permis d’acquérir de nouvelles données permettant d’affiner la caractérisation des paramètres hydrodynamiques des marnes du Bosq d’Aubigny, avec des transmissivités comprises entre 4x10-3 m²/s et 2x10 2 m²s.

Le suivi réalisé depuis deux ans et demi, via les différents réseaux de forages et piézomètres, a quant à lui permis de mettre en évidence plusieurs fonctionnements hydrogéologiques saisonniers bien distincts. De plus, les vannes et portes à flots situées plusieurs kilomètres à l'aval sur la principale rivière exutoire de ce sous-bassin, visant à limiter les intrusions d’eau de mer et à contrôler les niveaux d’eau dans les marais, jouent également un rôle majeur dans le contrôle des niveaux d’eaux souterraines dans les tourbières et zones humides associées.

Suivi des niveaux d’eau sur le site « zone humide » de Tribehou. Le trait marron pointillé correspond au niveau du sol.  © BRGM

Suivi des niveaux d’eau sur le site "zone humide" de Tribehou. Le trait marron pointillé correspond au niveau du sol. © BRGM

Les cartes piézométriques réalisées permettent quant à elles de montrer le rôle joué par les aquifères de socles situés en amont dans l’alimentation du sous-bassin de Marchésieux et de Sainteny et d’étendre ainsi les surfaces contributrices aux bilans hydrologiques réalisés.

Enfin, ces travaux ont permis de confirmer un potentiel exploitable de quelques dizaines de millions de m3, dont l’éventuelle exploitation devra se faire de manière progressive en pérennisant le réseau de suivi des niveaux mis en place dans les zones humides. Ce dispositif d’observation et de contrôle permettra d’accompagner la gestion active des aquifères constituants ce sous-bassin, les zones humides en constituant l’exutoire « contraint » par sa configuration géologique particulière.

Partenaires

Agence de l’eau Seine-Normandie
Conseil départemental de la Manche

RAPPORTS PUBLICS

  • BRGM/RP-62855-FR - Amélioration de la connaissance géologique et hydrogéologique du sous-bassin de Marchésieux. Phase 1 : Synthèse des données existantes. Rapport final - Télécharger le rapport
  • BRGM/RP-63136-FR - Amélioration de la connaissance géologique et hydrogéologique du sous-bassin de Marchésieux. Phase 3 - Rapport final - Télécharger le rapport
  • BRGM/RP-65224-FR - Résultats de la campagne de forages de reconnaissance, diagraphies, et pompage d'essais sur le sous-bassin de Marchésieux (50). Rapport final - Télécharger le rapport
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