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Cône de l’Yvrande ayant fait l’objet des prélèvements par carottage. © BRGM - Ingrid Girardeau

Caractérisation de la géométrie et de l’hydrogéologie du sous-bassin plio-quaternaire de Marchésieux (Manche)

12.08.2016
Le bassin de Sainteny-Marchésieux, constitué de formations néogènes (Tertiaire supérieur) et quaternaires, représente une réserve aquifère particulièrement intéressante à l’échelle du département de la Manche. Bien que plus étendu que son voisin de Sainteny, le sous-bassin de Marchésieux est faiblement exploité et sa géométrie, sa lithologie et ses caractéristiques hydrogéologiques sont méconnues. Dans le but d’évaluer les potentialités aquifères de ce sous-bassin, des reconnaissances géophysiques, géologiques et hydrogéologiques ont été menées de 2012 à 2015.

L’approche géophysique multiméthode, globale et originale a été spécifiquement adaptée aux conditions géologiques comme aux conditions de terrains et vise à une caractérisation progressive depuis l’échelle du bassin jusqu’à l’échelle du forage. La prospection géophysique, incluant gravimétrie, sismique réflexion, tomographies électriques de résistivité et Résonance Magnétique Protonique (RMP), conduit à évaluer la géométrie et la structure générale du bassin, identifier les formations présentant un potentiel aquifère intéressant et proposer et valider l’implantation de forages hydrogéologiques de reconnaissance. Les résultats géophysiques validés par les forages contribuent significativement à bâtir le modèle géologique et hydrogéologique conceptuel de ce sous-bassin ainsi qu’à mettre en évidence la nature et la structure des différents aquifères, leurs caractéristiques hydrodynamiques, les circulations souterraines et les interactions avec les zones humides.

 cartographie du toit du substratum du sous-bassin de Marchésieux (Manche) et distinction des principales formations de remplissage sédimentaire plio-quaternaire. © BRGM – JM. Baltassat

Représentation  3D du couplage des données gravimétriques et sismiques : cartographie du toit du substratum du sous-bassin de Marchésieux (Manche) et distinction des principales formations de remplissage sédimentaire plio-quaternaire. © BRGM - J.-M. Baltassat

Contexte

Le bassin de Sainteny-Marchésieux représente une réserve aquifère particulièrement intéressante à l’échelle du département de la Manche puisqu’il alimente 15% de la population du département en eau potable. Situé au cœur du Parc Naturel des Marais du Cotentin et du Bessin, le sous-bassin de Sainteny (environ 35 km2) 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 ne permettent toutefois pas d’évaluer précisément le potentiel 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 ont mis en évidence la fragilité des zones de marais et tourbières ainsi que 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 Département 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 la ressource en eau souterraine et les relations avec les zones humides qui représentent 30% de la superficie du sous-bassin de Marchésieux.

Objectifs

Le projet vise à améliorer la connaissance de la structure géologique du sous-bassin de Marchésieux, de la nature des formations et de leurs caractéristiques hydrogéologiques afin de fournir des éléments d’appréciation utiles à la planification d’une politique de gestion durable des eaux souterraines sur le bassin.

Programme des travaux

L’acquisition géophysique s’est déroulée sur deux ans et demi, avec une phase  « test » en 2013, jugée concluante, qui a permis de réaliser les investigations sur l’ensemble de la zone en 2014 et 2015. Les campagnes suivantes ont été réalisées :

  • 480 stations gravimétriques (55 en 2013 et 425 en 2014) ;
  • 18 km de profil sismique réflexion haute résolution (inter-trace 5 m et inter-tir 10 m avec une source chute de poids) ;
  • 8 panneaux électriques de 950 m (inter-électrode 10 m), dont 2 en 2013 et le reste en 2015 ;
  • 8 sondages par Résonance Magnétique Protonique (RMP) en 2015.

Carte d’implantation des investigations géophysiques réalisées dans le bassin de Sainteny-Marchésieux, sur fond de carte géologique harmonisée.

Carte d’implantation des investigations géophysiques réalisées dans le bassin de Sainteny-Marchésieux, sur fond de carte géologique harmonisée.

Une approche multi-méthode pragmatique et efficace a été développée. Elle se focalise progressivement de la structure générale du bassin par gravimétrie à la caractérisation hydrodynamique à l’échelle du forage par RMP en passant par l’imagerie des principaux traits sédimentaires et tectoniques en sismique réflexion et la caractérisation des aquifères plus ou moins sableux ou argileux par résistivité électrique.

En alternative à une série de profils sismiques sub-parallèles qui aurait posé des problèmes techniques sérieux dans les zones de marais, la cartographie gravimétrique a été appliquée avec succès pour explorer le bassin dans sa globalité. Une procédure spécifique d’inversion des données a été développée pour évaluer la profondeur du bassin à partir des données gravimétriques en minimisant les écarts avec les données des forages existants et de sismique réflexion.

Résultats obtenus

La cartographie gravimétrique redéfinit les limites du bassin et sa profondeur avec une incertitude globalement inférieure à 15 m. Outre l’approfondissement principal au Nord de Marchésieux, un seuil d’orientation NO-SE au niveau de Sainteny et deux approfondissements secondaires marqués et localisés au Sud et à l’Ouest sont révélés par la carte d’altitude du fond du bassin issue de la gravimétrie et calée sur les forages et la sismique réflexion.

a) Panneau électrique interprété, b) altitude inversée du fond du bassin à partir de la gravimétrie, et c) coupe de sismique réflexion interprétée

a) Panneau électrique interprété, b) altitude inversée du fond du bassin à partir de la gravimétrie, et c) coupe de sismique réflexion interprétée.

Le grand profil sismique réflexion recoupant le bassin du SSO au NNE  permet de préciser le toit du substratum et d’imager les principaux ensembles sédimentaires du bassin. L’approfondissement localisé révélé par la gravimétrie au SO et son contrôle tectonique sont confirmés. Six profils de sismique réflexion précisent la répartition des différents faciès constituant le remplissage du bassin et ciblent des zones prioritaires de forages.

Les tomographies électriques de résistivité, également réalisées sur les zones d’intérêt présélectionnées, contribuent à préciser la nature plus ou moins aquifère des faciès sableux (plus résistifs électriquement) versus argileux (plus conductifs électriquement). Dans les zones de marais, la mise en évidence de couches conductives argileuses permet de mieux cerner les possibilités de connexion avec les nappes sous-jacentes.

Enfin, les 8 sondages RMP opèrent un dernier niveau de sélection des sites favorables pour les forages hydrogéologiques en déterminant une transmissivité RMP pour chaque site.

Résultats des sondages RMP (logs de teneur en eau RMP et constante de temps de relaxation en couleur) sur fond de la carte géologique harmonisée et altimétrie du fond du bassin issue de la gravimétrie

Résultats des sondages RMP (logs de teneur en eau RMP et constante de temps de relaxation en couleur) sur fond de la carte géologique harmonisée et altimétrie du fond du bassin issue de la gravimétrie.

En comparant les transmissivités RMP avec les transmissivités des essais de pompage, les relations suivantes s’établissent :

  • Les transmissivités des Marnes du Bosq d’Aubigny sont bien évaluées en utilisant les fonctions de transfert classiques ;
  • La transmissivité RMP des Faluns de Bohon doit être multipliée par 10 pour correspondre aux transmissivités des essais de pompage, impliquant la nécessité de développer de nouvelles fonctions de transfert pour ce milieu particulier.

Transmissivités RMP des Marnes du Bosq et des Faluns de Bohon calculées avec la fonction de transfert standard du logiciel d’inversion des sondages RMP Samovar comparées aux transmissivités des pompages d’essai et à des expériences antérieures dans différents environnements géologiques

Transmissivités RMP des Marnes du Bosq et des Faluns de Bohon calculées avec la fonction de transfert standard du logiciel d’inversion des sondages RMP Samovar comparées aux transmissivités des pompages d’essai et à des expériences antérieures dans différents environnements géologiques.

Globalement, les sondages RMP définissent des aquifères plus productifs dans les secteurs Nord et Est du bassin en comparaison avec le secteur Sud. Les limites entre ces différents aquifères pourraient être précisées par des compléments d’investigation.

L’exploration géophysique multi-méthode du sous-bassin de Marchésieux a ainsi contribué très significativement à redéfinir les limites et les caractéristiques des principaux aquifères ainsi qu’à une évaluation bien paramétrée des ressources du bassin.

Partenaires

Agence de l’eau Seine-Normandie
Département de la Manche
Étude réalisée dans le cadre des opérations
de Service public  du BRGM 2012-2015

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-65218-FR - Amélioration de la connaissance géologique et hydrogéologique du sous-bassin de Marchésieux. Phase 2 : Résultats des investigations géophysiques. Rapport final - Télécharger le rapport
  • BRGM/RP-63136-FR - Amélioration de la connaissance géologique et hydrogéologique du sous-bassin de Marchésieux. Phase 3 : pompages d'essais. 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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