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L'évapotranspiration, sur le fleuve Oyapok, près du village de Camopi, en Guyane. En région tropicale en moyenne près des 2/3 des eaux précipitées sont évapotranspirées par la végétation (Camopi, Guyane, 1995). © BRGM - Patrick Lachassagne

Caractérisation de l’intrusion saline sur la rivière Comté (Guyane) et analyse statistique de ses conditions

16.10.2017
Le captage de la rivière Comté permet d’assurer les deux tiers de l’alimentation en eau potable de la Communauté d’Agglomération Centre Littoral (CACL) avec des débits de pompage de l’ordre de 1 200 m3/h. L’installation se situe à environ 40 km, en longueur de cours d’eau linéaire, de l’estuaire du Mahury, fleuve prolongeant la rivière.

Campagne de mesures de la conductivité selon des sections transversales. © BRGM – N. Brisset, 2015

Campagne de mesures de la conductivité selon des sections transversales. © BRGM – N. Brisset, 2015

Contexte

Depuis 2007, le suivi de la remontée du front salin réalisé par le BRGM a pour objectif d’anticiper une éventuelle non-conformité de la qualité de l’eau prélevée sur la rivière Comté pour la production d’eau potable et de fournir, par l’acquisition de données régulières, des tendances d’évolution du front salé, notamment au cours de la saison sèche. Si ce suivi permet d’anticiper d’éventuelles dégradations de l’eau prélevée, il n’est pas aujourd’hui conçu pour assurer une prévision sur le moyen et le court terme. La surveillance porte, par ailleurs, sur le respect de la norme de 1 000 µS/cm fixée pour le prélèvement d’eaux brutes destinées à la consommation humaine. Toutefois, des seuils d’alerte intermédiaires et un modèle de vigilance restent encore à définir pour anticiper suffisamment la mise en place d’actions de prévention. 

Objectifs

Les principaux objectifs sont d’une part, d’établir une échelle de risque, en croisant les enjeux et l’aléa lié au phénomène (ce dernier est caractérisé par les variables qui le représentent le plus) et d’autre part, de définir un modèle de vigilance permettant d’appréhender le phénomène à échéances multiples. Un premier modèle probabiliste, basé sur les données de débit du cours d’eau et de marée, est ainsi développé pour débuter ce travail de vigilance.

À partir de la caractérisation du front salin, un modèle numérique sera développé. Ce modèle permettra, à terme, de fournir la distance à l’estuaire du front salé en fonction : du débit de la rivière Comté, du coefficient de la marée et de la forme de l’estuaire. Couplée à l’étude statistique, des indices de vigilance pourront être définis afin de gérer les situations de crise en saison sèche marquée.

À la suite de ces travaux, un schéma de gestion sera proposé, en collaboration avec la cellule de veille hydrologique, et mis à disposition de l’exploitant. Ce schéma devrait permettre d’anticiper les problèmes d’intrusion d’eau salée et de gérer de façon optimale l’alimentation en eau du territoire de la CACL durant la saison sèche.

Programme des travaux

Afin de caractériser la forme du front, des verticales de mesures de conductivité ont été réalisées suivant des sections allant d’une rive à l’autre. Les missions se sont déroulées chaque mois de la saison sèche, entre septembre 2015 et janvier 2016, juste avant et pendant l’heure de hauteur d’eau maximale. Pour chacune des missions, des mesures de surface ont d’abord permis de déterminer approximativement la position du front salin de 1 000 µS/cm, puis des verticales de mesures espacées tous les 15 à 20 mètres avec des mesures à chaque mètre en profondeur ont été effectuées.

Logistique et matériel utilisé pour la réalisation des sections de conductivité

Logistique et matériel utilisé pour la réalisation des sections de conductivité

Une telle répartition des points de mesure permet non seulement d’avoir une idée de la spatialisation de la salinité de la surface vers le fond sur l’ensemble d’une section du cours d’eau mais également de mettre en lumière les hétérogénéités d’une rive à l’autre.

Suite à ces premiers travaux de terrain, des analyses statistiques ont été réalisées à partir des différentes variables en jeu :

  • Étude de la corrélation temporelle entre la conductivité électrique s et deux facteurs explicatifs, à savoir le niveau d’eau SWL, dépendant des marées et le débit de la rivière Comté Q, mesuré 38 km en amont, dans un secteur sans influence de la marée.
  • Construction d’un modèle probabiliste afin de prédire l’occurrence d’une intrusion saline mise en évidence par un pic de conductivité électrique. Un focus est fait sur la prédiction de deux évènements, à savoir : A, la valeur maximale du pic dépasse la valeur critique de 900 µS/cm et B, la durée pendant laquelle le pic dépasse la valeur critique est supérieure à 2 heures.

Résultats obtenus

Les travaux de terrain ont permis de constater que, lorsque le débit de la rivière est très faible et que la hauteur d’eau à la pleine mer est élevée, un front salin est observé, relativement homogène sur les sections de mesures, autant de la surface vers le fond que d’une rive à l’autre. Il n’y a ainsi pas d’allure biseautée observée dans ce contexte, qui est le plus problématique, car favorisant la plus forte remontée du front.

Caractérisation du front salin grâce à plusieurs verticales de mesures – Débit faible et hauteur d’eau à la pleine mer élevée.

Caractérisation du front salin grâce à plusieurs verticales de mesures – Débit faible et hauteur d’eau à la pleine mer élevée.

En revanche, lorsque le cours d’eau a un débit relativement plus élevé, une stratification de la conductivité se dessine sur les verticales de mesures. Ce phénomène est encore plus prononcé lors d’un faible coefficient de marée, où la salinité peut alors tripler entre la surface et le fond de la rivière.

L’analyse statistique a montré un décalage d’environ 3 heures entre le maximum de niveau d’eau (pleine mer) et celui de conductivité électrique par corrélation croisée. La co-occurrence des périodes d’intrusion saline avec celles où les débits de rivière sont faibles a aussi été révélée.

Un modèle probabiliste a été proposé pour prédire l’amplitude du pic de conductivité en fonction des valeurs de niveaux d’eau et de débit pris à la date de pleine mer. Ce problème a été abordé sous l’angle de la classification à l’aide de la technique de machine à support vecteur (SVM), i.e. en cherchant à prédire si l’amplitude du pic suivant la pleine mer dépasse 900 µS/cm (classe +1) ou non (classe -1). La pertinence de ce modèle a été validée sur la base d’une sélection aléatoire des données disponibles.

 Représentation de la probabilité de dépassement du seuil de 900 µS/cm grâce au modèle SVM.

 Représentation de la probabilité de dépassement du seuil de 900 µS/cm grâce au modèle SVM.

Le même exercice a été effectué pour prédire si la durée de dépassement du pic de 900 µS/cm est supérieure à 2 heures. Il s’est également révélé concluant, toutefois la performance de ce modèle reste moins bonne que celle du précédent en raison du faible nombre d’observations.

Ces résultats peuvent désormais contribuer à l’établissement de seuils de vigilance pour le suivi de ce phénomène ainsi qu’à une meilleure gestion du captage.

PARTENAIRE

Cellule de Veille Hydrométéorologique de la DEAL Guyane

RAPPORT PUBLIC

BRGM/RP-66191-FR - Caractérisation et modélisation statistique de l'intrusion saline sur la Comté - Télécharger le rapport

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