Etude des flux hydriques par le tracage isotopique naturel a l'echelle d'un bassin forestier (strengbach, vosges)

par BERNARD LADOUCHE

Thèse de doctorat en Terre, océan, espace

Sous la direction de Thierry Bariac.

Soutenue en 1997

à Paris 6 .

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  • Résumé

    Une etude de caracterisation des mecanismes de genese des crues par une approche couplant le tracage isotopique naturel de l'eau et les methodes traditionnelles de l'hydrologie a ete menee dans un bassin versant forestier de 80 ha (strengbach, vosges). Inscrite dans le cadre du programme dbt ii, cette etude a permis de montrer que les debits de crue sont principalement controles par les processus actifs sur les surfaces saturees en eau connectees au reseau de drainage (zones ou la nappe libre affleure a la surface du sol). La contribution des bas de versant n'intervient a l'ecoulement de crue par l'intermediaire de la nappe libre du fond de vallon que lors des episodes de pluies majeurs. Pour l'ensemble des crues echantillonnees, les decompositions isotopiques des hydrogrammes de crue ont montre que les debits de crue sont principalement assures par de l'eau issue de l'aquifere (de 55 % a 95 % au pic de crue). Selon les contextes hydro-climatiques, les mecanismes d'ecoulement suivants permettent d'expliquer la reponse du bassin aux precipitations : (1) l'effet piston. En reponse a une breve averse orageuse de faible ampleur (h=5 mm), dans un contexte de hautes eaux, le volume de pluie precipite sur les surfaces saturees en eau contribue a deplacer, par effet piston, un volume de nappe equivalent. Ce processus permet d'expliquer l'importante contribution de l'eau de nappe a l'ecoulement de crue (95 % au pic de crue). (2) l'intumescence de nappe. Lors des episodes pluvieux plus importants (h 30 mm), dans des contextes de basses et tres basses eaux, la reponse hydrologique des bas de versants se manifeste par l'elevation du niveau de la nappe libre, liee a l'infiltration des precipitations. Selon l'intensite des precipitations qui generent la crue, l'intumescence de la nappe peut etre attribuee a un effet au niveau de la frange capillaire de la nappe (transformation de la zone sous tension en zone libre, sklash et farvolden, 1979 ; gillham, 1984), ou a l'infiltration rapide d'une importante quantite d'eau de pluie, via des chemins preferentiels d'ecoulement (macropores). L'elevation du niveau de la nappe peut entrainer une augmentation du gradient de charge de l'aquifere, ce qui permettrait d'expliquer la forte contribution de l'eau de l'aquifere au debit de crue. Un autre processus peut etre envisage pour expliquer l'importante contribution de l'eau de nappe a l'ecoulement. En reponse a l'elevation du niveau de la nappe, les ondes de perturbations induites ont ete transmises vers l'aval des versants jusqu'au ruisseau drainant la nappe a des vitesses bien superieures a la vitesse reelle de l'eau (beven, 1989). La contribution variable de la pluie a l'ecoulement de crue (de 10 a 45 %) est imposee par les processus actifs au niveau des surfaces saturees en eau connectees au reseau de drainage. L'analyse isotopique des eaux prelevees au niveau de ces surfaces revele que l'ecoulement superficiel de saturation est essentiellement assure par le flux d'eau ancienne qui s'exfiltre de la nappe libre affleurante, et que la contribution variable de la pluie a l'ecoulement de saturation est controlee par l'intensite des episodes pluvieux qui generent la crue. Parallelement a cette etude, nous avons tente de comprendre l'acquisition de la signature isotopique de l'eau de l'aquifere. Les prelevements realisees dans l'aquifere montrent que la composition isotopique de l'aquifere est homogene spatialement, et que le debit de base du ruisseau n'est assure que par la vidange de ce reservoir. Le suivi de la signature isotopique de l'eau de l'aquifere au cours de plusieurs cycles hydrologiques revele par ailleurs que l'amplitude de variation des teneurs en #1#8o de l'eau est tres amortie (1/20#e#m#e) par rapport a celle enregistree dans les precipitations, ce qui indique que le temps de residence de l'eau dans le bassin est important (de l'ordre de l'annee au moins). (. . . )


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  • Détails : 205 P.
  • Annexes : 165 REF.

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  • Bibliothèque : Centre Technique du Livre de l'Enseignement supérieur (Marne-la-Vallée, Seine-et-Marne).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : PMC RT P6 1997

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 97 PA06 6109
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