Dem'Eaux Roussillon : mieux connaître les volumes d’eau pouvant être prélevés de manière durable dans l’aquifère côtier du Roussillon, autour de Perpignan

Dem'Eaux : comprendre les enjeux de l'eau dans la plaine du Roussillon, autour de Perpignan

Comment les territoires vont-ils s'adapter au changement climatique et au déficit de la ressource en eau ? Cette question est à l'origine du projet Dem'Eaux Roussillon, coordonné par le BRGM. Ce projet d'ampleur a mobilisé pendant plus de 5 ans des dizaines de spécialistes pour étudier les ressources en eau souterraine de la plaine du Roussillon (Pyrénées Orientales), dont les nappes constituent une ressource majeure notamment pour l’eau potable de Perpignan.

Transcription

Comment les territoires vont-ils s'adapter au changement climatique et au déficit de la ressource en eau ? Une question à l'origine du projet Dem'Eaux Roussillon, coordonné par le BRGM, qui a mobilisé pendant plus de 5 ans des dizaines de spécialistes pour étudier la ressource en eau souterraine de la plaine du Roussillon, son exploitation et son devenir. La plaine du Roussillon avec, en son centre, Perpignan. L'une des régions de France où il pleut le moins et où la température est l'une des plus élevées avec 15 degrés en moyenne annuelle. Depuis les années 50, ce territoire a vu sa population doubler, et le tourisme estival, exploser sur ses plages renommées.

Les besoins en eau de ce territoire sont conséquents. Plus de 80 millions de mètres cubes d'eau sont pompés chaque année dans le réservoir d'eau souterraine pour alimenter en eau les populations pour moitié, et pour alimenter les activités agricoles pour l'autre moitié. Ce réservoir est exploité par pompage, et ce pompage intensif provoque une baisse des niveaux dans les nappes, un déficit chronique que l'on observe depuis 50 ans et qui risque de se prolonger, dans le contexte du changement climatique. Il est essentiel de comprendre comment fonctionnent ces systèmes hydrogéologiques, comment l'eau souterraine s'infiltre, comment elle est stockée, combien d'eau on peut pomper dans les réservoirs et comment on peut la gérer de manière optimisée pour faire face aux épisodes de sécheresse probables dans le futur. La première étape a été de décrire les formations géologiques dans lesquelles l'eau s'écoule. Il s'agissait de trouver des endroits où l'on peut voir ces formations, comme ici, dans cette carrière où on peut observer, sur 50 mètres, des formations qu'on trouve dans la plaine. On a déjà retiré les anciennes données de la banque du sous-sol. On a réinterprété la géologie des forages à terre, et pour les comparer à ce qu'il se passe en mer, on a utilisé l'imagerie géophysique acquise par un bateau au large de la plaine du Roussillon. On a compilé ces données dans un modèle géologique qui permet de visualiser en 3D les réservoirs. On peut voir la continuité des réservoirs, à terre et en mer, de manière continue. Le fait de relier les deux, c'est quelque chose d'inédit qui n'avait jamais été fait. La première partie du projet a consisté à centraliser l'ensemble des données relatives aux nappes, qui sont étudiées depuis les années 60. On a acquis au fil du temps de nombreuses données sur les niveaux d'eau, sur la qualité de l'eau, les nitrates, les chlorures, etc. Dans un premier temps, on a bancarisé l'ensemble des données, ce qui nous a permis d'avoir une connaissance sur l'état des nappes et leur évolution sur 60 ans. On peut rappeler que 85 % des habitants des Pyrénées-Orientales sont desservis en eau potable à partir de ces aquifères. On peut rappeler que plus de 12 000 ha sont irrigués sur la plaine du Roussillon à partir des cours d'eau ou de la nappe, ou des deux parfois. On constate que l'irrigation gravitaire, c'est-à-dire qu'on laisse couler l'eau depuis la rivière dans un canal, et une partie de cette eau se retrouve dans la nappe, et c'est cette quantité qui alimente la nappe. Presque la moitié va provenir de là. De plus en plus de gens habitent la région, et de plus en plus d'agriculteurs pompent dans la nappe parce qu'il fait de plus en plus chaud. Ce qu'on cherche à faire, c'est tracer la ligne rouge, déterminer la quantité d'eau qu'on peut prendre dans les aquifères qu'on a étudiés. Le principal risque que courent les aquifères dans ce secteur côtier, c'est la proximité de la mer qui peut envahir le réservoir d'eau douce et rendre l'eau impropre à la consommation. Lorsqu'on pompe dans ces nappes, cela provoque l'arrivée d'eau de surface qui s'infiltre. Le risque qu'il peut y avoir, c'est de mettre en danger l'eau douce dans les nappes profondes par l'arrivée d'eau de surface qui pourrait être salée, comme ici, en bord de mer. Dans le cadre du projet, on a mis en place un réseau de surveillance dans les parties côtières et dans le reste du territoire. Ici, on se trouve sur l'un des deux observatoires que nous avons construits dans le cadre du projet. Nous avons installé des piézomètres, donc des forages, situés à différentes profondeurs, donc disposés en flûte de pan, de manière à suivre les différentes nappes qui sont sous nos pieds. Quand on regarde ce qui se passe dans les nappes, on s'aperçoit que celles qui sont les plus proches de la surface sont remplies d'eau salée, mais plus on va en profondeur, plus l'eau est douce. Cela veut dire que l'eau souterraine s'écoule en profondeur, probablement à plusieurs kilomètres sous la mer. Pour faire la synthèse de 5 ans de recherche sur la ressource en eau de la plaine du Roussillon, les partenaires du projet ont lancé une plate-forme regroupant l'ensemble des informations disponibles, la plupart en temps réel. Cette plate-forme permet aux acteurs du territoire d'avoir accès, sur un même support, à toutes les données qui existent sur les ressources en eau, que ce soit pour les eaux de surface, souterraines, pour la météorologie, les barrages, les canaux, etc. Il y a énormément d'interactions entre tous ces compartiments sur le territoire, et pour nous, c'était intéressant de proposer de visualiser en direct toutes les données disponibles. Comme dans beaucoup d'autres régions, des comités sécheresse se réunissent l'été pour faire le point. Nous pensons que cette plate-forme peut être un très bon support d'aide à la décision pour ce type de comité, puisqu'ils peuvent voir en temps réel la situation des cours d'eau, des nappes, de la pluviométrie par rapport aux normales saisonnières. Ils peuvent donc décider, forts de ces connaissances, d'éventuelles restrictions d'eau. L'une des forces de ce projet, c'est d'avoir constitué une équipe multidisciplinaire avec des chercheurs, des ingénieurs, des techniciens, des représentants de collectivités, des représentants d'usagers, tout le monde réuni pour mieux comprendre le fonctionnement et les usages liés à cette nappe. Au-delà de ça, toutes les données acquises lors du projet, qu'on va continuer d'acquérir notamment via les deux observatoires, sont libres d'accès, gratuites, et permettent aux chercheurs de poursuivre leurs recherches. En tant que gestionnaires, c'est à nous de nous approprier ces données, de les traiter pour améliorer la gestion de la ressource.

Située entre mer et montagne dans une zone où les besoins en eau croissent et affectent la ressource disponible, cette ressource en eau souterraine a été étudiée jusqu’à fin 2021 afin de mieux connaître ses propriétés et ses contraintes, dans un contexte de changement climatique.

L’objectif final de ce projet, intitulé Dem’Eaux Roussillon, était de mieux connaitre les volumes d’eau pouvant être prélevés de manière durable dans les différentes couches de l’aquifère. Le travail a au final permis a abouti à la production d’un grand nombre de connaissances sur des thématiques diverses, qui sont présentés dans les productions du projet.

Cadre stratégique

Les eaux souterraines fournissent 90% de l’alimentation en eau potable de l’ancienne région Languedoc-Roussillon. Elles représentent ainsi un enjeu majeur notamment vis-à-vis du changement climatique.

Les systèmes karstiques et multicouches sédimentaires dans lesquels cette ressource est pompée, sont représentatifs des principaux aquifères exploités sur le pourtour méditerranéen et dans d’autres régions du monde. L’élaboration d’outils pour une exploitation optimale de ces réservoirs, comporte donc un potentiel de génération d’activité à l’international pour les laboratoires et les entreprises de la région.

Le projet Dem’Eaux Roussillon constitue un démonstrateur de solutions pour la caractérisation et la gestion concertée des ressources en eau du système multicouche sédimentaire du Plio-Quaternaire du Roussillon.

Le développement d’outils et de méthodes de caractérisation et de gestion du réservoir du Roussillon, réalisé grâce aux compétences et savoir-faire des établissements publics de recherche et des entreprises de la région, a contribué à leur développement technologique et scientifique mutuel et a renforcé leur visibilité.

La plaine du Roussillon est bordée par les Pyrénées à l’ouest, le massif des Corbières au nord et la Méditerranée à l’est.

Contexte et objectifs

Située sur la bordure littorale du département des Pyrénées-Orientales, la plaine du Roussillon se trouve dans une des régions les plus arides de France avec une pluviométrie annuelle de 570 mm (moyenne sur la période 1980-2010). Ce territoire bénéficie néanmoins d’un important niveau de développement urbain (agglomération de Perpignan et stations balnéaires du littoral) et agricole (environ 15 000 ha de cultures dédiés à la production de fruits et légumes). Une grande partie de ce développement s’est fait grâce à la ressource en eau souterraine contenue dans les formations Plio-Quaternaires de la plaine du Roussillon.

Situation des aquifères sédimentaires et interactions avec leur environnement. Les points d’interrogation illustrent les principaux enjeux et les interactions auxquels est soumis l’aquifère Plio-Quaternaire.

L’exploitation de la ressource en eau contenue dans les aquifères Plio-Quaternaires atteint aujourd’hui 80 millions de m³/an (SAGE Roussillon, 2012). Cette exploitation a conduit à une baisse régulière du niveau de remplissage de l'aquifère sur l’ensemble de la plaine. Pour y faire face, les acteurs locaux de la gestion de l’eau ont créé en 2008 un Schéma d’Aménagement et de Gestion des Eaux (SAGE "Nappes Plio-Quaternaires de la plaine du Roussillon") pour atteindre le bon état des nappes (objectif fixé par la Directive Cadre sur l’Eau (DCE) à l’horizon 2015) et une gestion raisonnée de la ressource en eau.

Malgré les travaux techniques et scientifiques réalisés jusqu’ici (dont un projet de recherche financé par l’ANR (VULCAIN) et une étude de détermination des volumes prélevables réalisée en 2012), la complexité de ce réservoir (géométrie des dépôts, organisation des écoulements, relation aux interfaces) et la multiplicité des enjeux qui s’y exercent (multiplicité incontrôlée de points de prélèvements, intensité de l’exploitation estivale, problématiques de pollutions ponctuelles et diffuses), font que les conditions de protection et d’exploitation optimale et raisonnée de cet aquifère sont aujourd’hui mal connues.

Si les eaux profondes de ce réservoir (situées en grande partie sous une couverture imperméable) sont considérées comme peu vulnérables aux activités anthropiques et agricoles, plusieurs captages sont affectés par des pollutions en nitrates et en pesticides. L’origine principale de ces contaminations est fréquemment expliquée par des forages défectueux, qui mettraient en connexion les aquifères superficiels et les aquifères pliocènes profonds, mais cela n’est pas documenté avec certitude.

À cette pollution d’origine anthropique vient s’ajouter le risque d’intrusion d’eau de mer pour les horizons exploités en bordure littorale. L’importance des prélèvements au cours des périodes estivales, couplée à la baisse chronique des niveaux piézométriques à l’échelle de la plaine crée un risque d’intrusion saline qui pourrait affecter l’ensemble de la ressource en eau. Enfin, les projections climatiques existantes (diminution de la recharge et élévation du niveau marin), ainsi que la demande en eau associée à la croissance démographique soutenue vont probablement accentuer la pression existante sur cette ressource dans le futur.

Le projet Dem’Eaux Roussillon a permis d’associer des compétences régionales en géologie, géophysique, géochimie, hydraulique, économie, électronique, imagerie spatiale et informatique pour débloquer des verrous de compréhension du comportement de l’aquifère Plio-Quaternaire du Roussillon, en intégrant l’ensemble des enjeux naturels et anthropiques qui lui sont associés et leur évolution future.

Programme de travail

Le projet Dem’Eaux Roussillon a proposé une démarche pluridisciplinaire associant un grand nombre de compétences scientifiques nécessaires à l’étude des réservoirs choisis et disponibles dans la région Occitanie. Il a permis d’améliorer de manière substantielle la compréhension du fonctionnement des réservoirs Plio-Quaternaires et de leurs relations hydrauliques avec les systèmes naturels (massifs environnants, rivières, mer) ou anthropiques (canaux d’irrigation, usages de l’eau) avec lesquels ils sont en interaction. Ce projet a ainsi constitué un apport important pour l’optimisation de la protection et l’exploitation de la ressource en eau souterraine de la plaine du Roussillon.

Le travail s’est décomposé en plusieurs approches :

Approche géologique

Pour établir un modèle géologique 3D, en valorisant les données existantes acquises notamment par les pétroliers et les équipes académiques (cartes, profils sismiques, bases de données de forages, …), mais également en acquérant des données complémentaires (réalisation de deux forages carottés, levés terrain, géophysique, forages exploratoires, …). Les corrélations géologiques terre-mer seront un des points fort de cette approche. Celle-ci se placera dans la suite des travaux de thèse de C. Labaune, J. Lofi, E. Husson, C. Duvail, M. Rabineau, G. Jouet.

Approche prospective socio-économique

Avec des travaux de caractérisation spatiale et temporelle à haute-résolution des usages de l’eau et de leurs évolutions futures, au travers des scénarios de prospective socio-économique, construits en valorisant l’existant (projets ANR VULCAIN, ANR EAU&3E et ERA-NET AQUIMED).

Approche littorale

Sur les interactions de la ressource en eau et des usages avec la mer, notamment l’érosion côtière et l’élévation du niveau marin. La compréhension du compartiment sédimentaire côtier ne peut se faire sans avoir une vision globale des sources et (apports par les fleuves) et des pertes vers le large. Cette approche se placera dans la suite des travaux de thèse de P. Durand, C. Brunel, P. Ferrer, M. Gervais et des Projets Life Response, ANR Miseeva, Med Coastance.

Approche géochimique et hydrogéologique

Avec l'étude de la compréhension des circulations de fluides pour répondre aux problématiques d’apports karstiques profonds et d’intrusions salines pour le Roussillon. Les connaissances acquises permettront ensuite de d’éprouver et/ou améliorer le modèle conceptuel, en interprétant les données acquises depuis de nombreuses années et en réalisant des acquisitions nouvelles (essais de pompage, acquisition multi-capteurs, profils de conductivité, thermiques et d’écoulement…). Les problématiques de quantification de la ressource et de sa vulnérabilité vis-à-vis des intrusions salines seront au cœur du projet. Des travaux de caractérisation haute-résolution spatiale et temporelle de l’état quantitatif et qualitatif (vis-à-vis des intrusions salines, mais aussi des pollutions diffuses) de la ressource en eau souterraine de l’aquifère et de modélisation hydrodynamique de son évolution future seront menés. En particulier, deux observatoires hydro-géophysiques permettant l’acquisition de données de pression, conductivité et température de l’eau à haute résolution spatiale et temporelle, sur un profil complet de l’aquifère, seront installés. Ces observatoires permettront d’observer les dynamiques d’écoulement verticaux (processus de recharge) et latéraux (intrusions salines). Ces travaux se placent dans la suite des travaux de la thèse de B. Aunay et des projets ANR VULCAIN et GRAIND’SEL.

Approche calcul et modélisation

Pour établir le modèle conceptuel de fonctionnement de l’hydrosystème en l’intégrant avec le modèle géologique 3D. L’ensemble des résultats seront ensuite valorisés sur une plateforme interactive à l’attention des gestionnaires et du public, accessible sur internet.

Un projet de R&D collaborative

Le projet Dem’Eaux Roussillon a tenté de développer des outils et de méthodes de caractérisation et de gestion des réservoirs, en misant sur la mise en commun des compétences et savoir-faire des établissements publics de recherche et des entreprises de la Région Occitanie. Les productions du projet sont publiques et mises à disposition sur ce site. Les données acquises ou produites sont accessibles sur la plateforme Follow Roussillon construite dans le cadre du projet.

Productions du projet

Les résultats des différentes tâches accomplies par les partenaires du projet sont synthétisées sous la forme de rapports ou de publications, qui sont accessibles ci-dessous (lien activés au fur et à mesure de leur publication).

La liste ci-dessous sera mise à jour avec les liens vers les documents pdf à mesure qu'ils sont produits.

Rapports de stage

Financement

D’un montant de 5,8 millions d’euros, son financement est assuré à 20% par le ministère de l'Enseignement supérieur et de la Recherche et la Région Occitanie / Pyrénées-Méditerranée (dans le cadre du Contrat de Plan Etat-Région 2015-2020), à 15% par le fonds européen FEDER, ainsi que par l’Agence de l’eau Rhône-Méditerranée-Corse, à 5% par Perpignan Méditerranée Métropole et à 3% par le Conseil Départemental des Pyrénées Orientales. Le reste du financement du projet (57%) est apporté grâce à la participation financière de la plupart des partenaires.