Source sous-marine de l'étang de Thau (source de la Vise) (Hérault).
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L’inversac, ou quand les flux d’eau s’inversent et une source absorbe l’eau saumâtre
Les eaux de pluie qui s’infiltrent à la surface de la terre rejoignent les nappes aquifères. Elles circulent ensuite dans le sous-sol jusqu’à des exutoires en surface : sources, zones humides et lits des rivières constituent autant de points bas du paysage vers lesquels convergent les eaux souterraines.
En zone côtière, les exutoires des eaux souterraines peuvent être sous-marins, situés dans la mer ou dans des lagunes côtières. Jouant un rôle important pour les écosystèmes marins côtiers, ils sont diffus ou ponctuels selon le type d’aquifère. Dans ce dernier cas, le plus souvent en contexte karstique, il s’agit de sources sous-marines. Elles sont particulièrement nombreuses en Méditerranée grâce à la forte présence de roches calcaires propices aux phénomènes karstiques.
Dans l’Hérault, il existe plusieurs sources sous-marines qui émergent dans la lagune de Thau. Parmi elles, la source sous-marine de la Vise, située au large de Balaruc, draine un aquifère côtier primordial pour les habitants de cette région au climat chaud et sec de type méditerranéen. En effet, les eaux souterraines y sont prélevées pour l’alimentation en eau potable des villages voisins, pour l’irrigation aussi, mais surtout elles alimentent les thermes de Balaruc-les-Bains, première station thermale de France en nombre de curistes. Malheureusement, cette ressource d’eau douce précieuse est menacée par un phénomène exceptionnel : l’inversac.
La source de la Vise est localisée au sommet d’un conduit karstique subvertical qui relie la lagune de Thau à une nappe aquifère captive, c’est-à-dire sous pression, située en profondeur dans les calcaires du Jurassique. En temps normal, cette source draine les eaux souterraines de l’aquifère karstique de Thau et fournit de l'eau douce à l'étang.
Or, depuis la fin des années 1950, on observe des épisodes temporaires d’inversion des flux d’eau. En période de sécheresse, après un coup de vent sur la lagune, il arrive que les flux d’eau s’inversent, et l’eau salée de la lagune s’infiltre au travers de la source pour contaminer l’aquifère karstique. C’est l’inversac.
Dans le cas de la Vise, l’inversac se produit en lien avec l’étang de Thau. Selon les conditions hydroclimatiques, la source va tantôt déverser l’eau douce, tantôt absorber l’eau salée de l’étang.
Transcription
Un des enjeux du territoire et du projet DEM'Eaux Thau, c'est de comprendre le phénomène d'inversac.
La source de la Vise émerge au fond de l'étang de Thau à 30m de profondeur et à 100m du rivage de la presqu'île de Balaruc. C'est une source d'eau douce, c'est de l'eau de l'aquifère souterrain d'eau douce, des calcaires karstiques, qui émerge complètement naturellement. C'est une sortie naturelle. Elle est capitale pour la qualité de l'eau de la lagune, et c'est pour cette raison qu'on attache un point tout particulier dans ce projet DEM'Eaux Thau. L'étang de Thau est situé sur des roches imperméables comme de nombreuses masses d'eau de surface en France. Mais sur ce site, il y a deux spécificités assez notables. La 1re : sous ces roches imperméables, il y a la présence d'une nappe karstique sous pression. La 2e : il y a la présence d'une faille géologique au niveau de la source de la Vise qui met en connexion cet aquifère sous pression avec l'étang de Thau. Les échanges au sein de cette faille, au travers de la source de la Vise, vont se réaliser au gré des différences de pression entre l'étang et la nappe aquifère située en dessous. Lorsque la nappe aquifère, qui est en pression, a des hauteurs d'eau assez importantes, après des périodes de pluie, par exemple, les écoulements d'eaux souterraines au sein de la faille de la Vise vont être du bas vers le haut. On va avoir une alimentation en eau douce de l'étang par la nappe aquifère. Au contraire, lorsqu'on a une tempête sur l'étang et que les niveaux de l'eau augmentent de façon très rapide, on a une inversion des pressions et des flux au travers de cette faille de la Vise et donc une infiltration d'eau salée au sein de l'aquifère. On a comptabilisé 7 inversacs durant les cinquante dernières années. On a eu la chance, ce qui est exceptionnel dans l'histoire de l'hydrogéologie car c'est la 1re fois qu'un inversac a été suivi avec tout un tas d'instruments de mesure, de pouvoir suivre l'inversac qui a démarré en novembre 2020, a duré 1 an et demi, et s'est terminé récemment, en mars 2022. L'intrusion saline va perturber la qualité de l'eau souterraine. Ça a conduit notamment à fermer, par le passé, un captage d'eau qui alimentait la ville de Balaruc. Par ailleurs, ça perturbe l'équilibre de l'étang, puisque, normalement, l'étang est alimenté par de l'eau douce, grâce notamment à la source. Là, c'est le contraire on a un phénomène d'inversion de flux et donc un arrêt de cette alimentation en eau douce de l'étang. Un des objectifs du projet DEM'Eaux Thau, c'était de pouvoir mieux comprendre l'inversac de la Vise. Donc, à cet effet, il était absolument indispensable de pouvoir disposer de données précises sur cette source. Donc, à cette fin, nous avons mis en place une instrumentation tout à fait innovante qui a été fabriquée sur mesure, afin de pouvoir suivre cette source sous-marine. Pour cela, il a fallu que nous mettions en place des instruments adaptés pour mesurer le débit de la source, le niveau de l'étang, la conductivité, la minéralisation, la température de la source. Ces données sont enregistrées en temps réel et sont envoyées sur une plateforme Web afin que l'ensemble des acteurs du territoire puissent les consulter en temps réel. Toutes les données qui ont été acquises de manière continue lors de l'inversac de 2020 nous ont permis de réfléchir à diverses solutions soit pour remédier à l'inversac, soit pour prévenir ce phénomène. Différentes solutions sont à l'étude et en discussion avec les gestionnaires de la ressource en eaux souterraines.
Dispositif de mesure mis en place sur la source de la Vise. (a) Position du dispositif sur le griffon de la source sous-marine de la Vise, (b) vue descriptive du dispositif.
© BRGM - Jean-Christophe Maréchal
Un dispositif de mesure unique au monde
Pour mieux comprendre ce phénomène, les hydrogéologues du BRGM, en collaboration avec la société ANTEA, ont conçu un dispositif inédit spécialement consacré à la mesure des débits de la source sous-marine. Il s’agit d’un tube posé sur l’émergence, composé de trois compartiments.
Le tube inférieur récolte l’eau douce sortant des principaux griffons (points d’émergence) présents au fond de la lagune. Au-dessus, un débitmètre électromagnétique permet de mesurer le débit vertical au sein du tube intermédiaire. Il est surmonté d’un tube de tranquillisation destiné à réguler les flux d’eau et à réduire les turbulences pour assurer une bonne qualité de la mesure du débit. Des capteurs de température, de salinité et de pression sont installés dans le dispositif pour compléter les mesures.
« Bouchon de sel » et inondations sans pluie
Restait à expliquer une bizarrerie locale : alors que les inversacs se déroulent en période de sécheresse, lorsque le niveau de la nappe aquifère est au plus bas, ils sont systématiquement accompagnés d’inondations dans la ville de Balaruc-les-Bains. Ceci est d’autant plus étonnant qu’aucun épisode de pluie ne précède ces inondations qui frappent les sous-sols, les caves et les parkings souterrains de la commune, causant de nombreux dégâts.
Chaque inversac est suivi d’une augmentation rapide des niveaux d’eau de la nappe d’environ 2,3 m. Cette hausse est expliquée par le contraste de densité entre les eaux : l’eau salée de la lagune est environ 3% plus lourde que l’eau douce. Ainsi, au moment de l’inversac, le conduit karstique vertical se remplit en quelques minutes d’eau salée sur sa hauteur totale, estimée à environ 70 m. Il en résulte une augmentation brutale de 2,3 m de la pression exercée par la lagune sur la nappe aquifère. Cette onde de pression se propage ensuite rapidement dans la nappe aquifère captive jusqu’à plusieurs kilomètres en quelques heures, provoquant une hausse des niveaux d’eau, et donc des inondations, même en l’absence de pluie.
Pour retrouver des flux ascendants dans le conduit karstique, la pression de la nappe aquifère doit vaincre cette surpression de 2,3 m provoquée par l’intrusion de sel, qui agit alors comme une sorte de « bouchon » sur la source sous-marine.
Depuis les années 1950, les inversacs se répètent et s’accélèrent. En cause, les pompages d’eau souterraine, mais surtout la succession des sécheresses, qui provoquent une baisse du niveau de la nappe. Jusqu’à présent, le système revient toujours à son état normal après quelques mois, mais qu’en sera-t-il dans le futur lorsque la recharge naturelle déclinera et que le niveau de la mer montera ?
Il n’est pas exclu que le système bascule définitivement en inversac, provoquant ainsi une salinisation complète et définitive de l’aquifère du Jurassique. C’est pour cette raison qu’un projet d’expérimentation est en cours avec le Syndicat mixte du bassin de Thau pour explorer les moyens possibles de réduire les effets d’un inversac et de préserver la nappe aquifère.
