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Cascade en Martinique (Proche de la Cascade et la Source Didier, Martinique, 2012). © BRGM - Mathilde Senergues

Étude de faisabilité pour la détermination des seuils de vigilance des niveaux d’eau souterraine en Martinique

21.09.2018
L’Alimentation en Eau Potable (AEP) à la Martinique est assurée majoritairement par les eaux de surface avec 94 % des prélèvements effectués en rivière, contre seulement 6% dans les eaux souterraines. Or, lors des épisodes de déficit pluviométrique, les débits à l’étiage ne sont plus suffisants. Et si l'interdépendance des eaux souterraines et superficielles est encore peu étudiée en Martinique, elle reste néanmoins une évidence. En conséquence, la DEAL et l’Office de l’eau de la Martinique, pour améliorer la gestion de la ressource, ont sollicité le BRGM afin de définir des indicateurs piézométriques d’étiage tenant lieu de niveaux d’alerte et de seuils de crise.

Cette étude s’est appuyée sur des modélisations globales pluie / niveau piézométrique / débit, réalisées à l’aide du logiciel GARDENIA© du BRGM. L’absence de suivi adapté des volumes prélevés (pas de prise en compte des prélèvements) impacte la représentativité des valeurs simulées des débits et de niveaux piézométriques. Néanmoins, les différentes simulations fournissent des relations acceptables entre les débits d’étiage de certains cours d’eau et les niveaux observés à certains piézomètres, qui peuvent ainsi être considérés comme des indicateurs représentatifs des débits d’étiage au droit de leur localisation.

Prise d’eau de la rivière Duclos. © ODE

Schéma du modèle hydrologique global Gardénia

Prise d’eau de la rivière Duclos. © ODE / Schéma du modèle hydrologique global Gardénia

Contexte

L’Alimentation en Eau Potable (AEP) à la Martinique est assurée majoritairement par les eaux de surface avec 94% des prélèvements effectués en rivière, contre seulement 6% dans les eaux souterraines. Lors des épisodes de déficit pluviométrique, le respect des débits minimum à l’étiage n’est pas assuré, alors que l’évolution de la situation ne peut être anticipée car l'interdépendance des eaux souterraines et superficielles est encore trop méconnue.

En application de la circulaire du 30 juin 2008, relative à la résorption des déficits quantitatifs en matière de prélèvement d'eau et de gestion collective des prélèvements d'irrigation, la DEAL et l’Office de l’eau de la Martinique ont sollicité le BRGM pour réaliser une étude visant à définir des indicateurs piézométriques d’étiage permettant d’anticiper les débits des cours d’eau et ainsi  établir des niveaux d’alerte et des seuils de crise pour, in fine, améliorer la gestion de la ressource.

La définition d’indicateurs piézométriques est plus classiquement réalisée en milieu sédimentaire avec des chroniques piézométriques longues (>20 ans) ou en milieu de socle à partir de chroniques piézométriques courtes (<10 ans). Un développement méthodologique a été nécessaire pour cette application en contexte volcanique. 

Objectifs

L’objectif est d’évaluer la faisabilité d’une définition d’indicateurs piézométriques, c’est-à-dire des seuils de gestion associés à des niveaux piézométriques particuliers afin de compléter les dispositifs de surveillance mis en place. Ces seuils permettraient de déclencher des alertes puis, le cas échéant, des mesures de restriction. L’utilisation de ces indicateurs dans un contexte déficitaire permettra notamment d’anticiper les situations de crise.

Ces indicateurs constituent un outil potentiel d’aide à la décision, en vue de maintenir des niveaux d'eau suffisants dans les nappes et les cours d'eau connectés et ainsi garantir la satisfaction des besoins principaux (eau potable, débit minimum biologique dans les cours d'eau).

Programme des travaux

Cette étude s’est appuyée sur des modélisations globales pluie / niveau piézométrique / débit, réalisées à l’aide du logiciel GARDENIA© du BRGM. La qualité des coefficients d’ajustement des valeurs observées par rapport aux valeurs simulées obtenues pour les débits et pour les niveaux piézométriques a permis de :

  • vérifier la cohérence entre les données climatologiques (pluie et ETP) et celles des débits mesurés aux stations ;
  • examiner la corrélation entre chaque niveau piézométrique et le débit de la rivière associée à l’étiage et d’en déduire une relation entre le niveau piézométrique et le débit minimal à la station ;
  • analyser la représentativité de chaque piézomètre et identifier les plus pertinents en tant qu’indicateurs piézométriques ;
  • simuler les variations piézométriques probables sur l’ensemble de la période d’observation des pluies (1991-2015) et ainsi fournir, par traitement statistique, pour un niveau piézométrique minimum donné, une évaluation de débit minimum probable aux pas de temps mensuel et journalier.

Résultats obtenus

Compte tenu de l’absence de suivi adapté des volumes prélevés, les calages et modélisations ont été réalisés sans tenir compte des prélèvements. Les débits simulés résultants ne sont donc pas représentatifs des débits naturels reconstitués mais des débits mesurés aux stations hydrométriques.

Néanmoins, ces différentes simulations fournissent des relations acceptables entre les débits d’étiage de certains cours d’eau et les niveaux observés à certains piézomètres qui peuvent ainsi être considérés comme des indicateurs représentatifs des débits d’étiage au droit de leur emplacement.

La liste des piézomètres « indicateurs » et les cours d’eau associés est présentée dans le tableau ci-dessous. Pour certains cours d’eau, le calage des modélisations a été réalisé en utilisant deux piézomètres différents. Les indicateurs les moins satisfaisants, mais néanmoins acceptables, sont indiqués en bleu et en italique.

Liste des piézomètres « indicateurs » et cours d’eau associés.

Liste des piézomètres « indicateurs » et cours d’eau associés.

La poursuite d’acquisition de données des différents réseaux de surveillance du bassin Martinique permettra de préciser progressivement le fonctionnement des aquifères volcaniques et ainsi d’affiner les calculs statistiques et, notamment, celui des périodes de retour qui doivent être calculées sur une chronique d’au moins 15 ans.

Les valeurs seuils des débits caractéristiques sont fournies par la DEAL aux stations hydrométriques. Ces valeurs ont ensuite été traduites en niveau piézométrique des forages représentatifs du système. Ainsi, la notion de PCR (Piézométrie de Crise) est une simple transposition à l’hydrogéologie du concept hydrologique de DCR (débit de crise).

Le tableau suivant indique, à titre d’exemple, les valeurs seuils des niveaux piézométriques du forage Gros Morne – La Borelli issues des modélisations pluie / débit / piézométrie et définies à partir des valeurs seuils des débits caractéristiques aux trois stations hydrométriques de la masse d’eau souterraine.

Valeurs seuils piézométriques issues des débits caractéristiques aux différentes stations des BV du Lorrain et du Galion.

Valeurs seuils piézométriques issues des débits caractéristiques aux différentes stations des BV du Lorrain et du Galion.

L’illustration ci-dessous présente en jaune les niveaux d’eau souterraine associés aux débits de crise (DCR) des différentes stations de débits sur les chroniques piézométriques du forage Gros Morne – La Borelli pour l’année 2016 (en rouge) et début 2017 (en bleu).

Piézométrie de crise (en jaune) des stations hydrométriques sur les chroniques du forage Gros Morne – La Borelli en 2016 et début 2017.

Piézométrie de crise (en jaune) des stations hydrométriques sur les chroniques du forage Gros Morne - La Borelli en 2016 et début 2017.

En 2016, les niveaux piézométriques se sont situés 50% de l’année en dessous du seuil PCR pour la station SCNA, et 20% de l’année pour la station Bras Gommier.

À Pont de Bassignac, les niveaux piézométriques restent éloignés de la limite PCR qui avoisine les niveaux de très basses eaux.

En 2017, la prise d’alimentation en eau potable SCNA, avec une PCR correspondante de 192,4 m NGM, s’est située en dessous des seuils dès le mois de février. En mars, les niveaux ont atteint la limite à Bras Gommier, mais sont rapidement remontés grâce à la pluviométrie du début de mois. Avec le carême, le mois d’avril annonce une future situation critique pour le bassin versant du Lorrain, malgré des niveaux piézométriques qui correspondent aux normales saisonnières.

Partenaires

Office De l’Eau Martinique

Agence Régionale de Santé Martinique

RAPPORTS PUBLICS

Etude de faisabilité pour la détermination des seuils de vigilance des niveaux d'eau souterraine en Martinique. Rapport final. - RP-66058-FR

BRGM - 3 avenue Claude-Guillemin - BP 36009 45060 Orléans Cedex 2 - France Tél. : +33 (0)2 38 64 34 34