Étude du fonctionnement hydrodynamique de la nappe alluviale d'Avignon : impact de l'usage du sol sur les mécanisme de recharge

par Salah Nofal

Thèse de doctorat en Hydrogéologie

Sous la direction de Yves Travi, Anne-Laure Cognard-Plancq et de Vincent Marc.

Soutenue le 11-09-2014

à Avignon , dans le cadre de École doctorale 536 « Sciences et agrosciences » (Avignon) , en partenariat avec UMR 1114 INRA-UAPV EMMAH (laboratoire) .

Le président du jury était Christian Leduc.

Le jury était composé de Anne-Laure Cognard-Plancq, Vincent Marc, Christian Leduc, Florent Barbecot, Hervé Roullin.

Les rapporteurs étaient Christian Leduc, Florent Barbecot.


  • Résumé

    La nappe superficielle de la plaine d’Avignon, située entre le Rhône et la Durance, présente les caractéristiques d’une nappe péri urbaine, avec un secteur agricole étendu, mais dont la surface se réduit rapidement sous l’effet de l’extension urbaine et du développement économique. Peu profonde et proche de la surface, cette nappe est directement sous l’influence des eaux de surface. En particulier, l’eau de la Durance participe fortement à la recharge soit directement soit indirectement via les nombreux canaux d’irrigation et donc localement de manière décalée par rapport au régime hydrologique méditerranéen. L’occupation des sols, et en particulier l’urbanisation, joue donc un rôle important sur le fonctionnement hydrodynamique. En particulier le recul des terres agricoles et la diminution parallèle des volumes d’irrigation tendent à réduire la recharge de la nappe.Pour essayer d’anticiper les conséquences de cette évolution, la présente étude vise à proposer un modèle de fonctionnement hydrogéologique de la zone intégrant le rôle du sol et de son usage. Il fallait pour cela compléter les connaissances sur le fonctionnement de la nappe préciser les conditions aux limites et établir un bilan en eau au pas de temps mensuel. Ce travail repose sur une démarche multi-approches utilisant, en particulier, la complémentarité entre le suivi piézométrique et la technique du traçage naturel de l'eau (traceurs chimiques et isotopiques). Les différentes approches ont permis de localiser et de quantifier les trois principales composantes de la recharge : la Durance ou la recharge latérale, l’irrigation et la pluie ou la recharge verticale. Cette dernière est contrôlée surtout par la nature et l’usage du sol. Très clairement, la majeure partie de cette recharge se trouve dans des zones encore irriguées qui apportent un volume moyen annuel de 19 Mm3. Avec une moyenne annuelle de 135 mm, la recharge par la pluie joue un rôle secondaire. Son impact sur la nappe est visible en dehors des zones irriguées en particulier en amont de la plaine sur les versants des collines qui bordent la plaine à l’Est. Cet apport de la pluie n’est plus visible dans la partie médiane, fortement diluée par les eaux d’irrigation. Plus à l’ouest en zone urbaine, l’effet de la pluie est réduit et discontinu à cause des surfaces imperméabilisées ; il subit en outre une dilution par l’apport des eaux de la Durance. L’importance de la recharge par la Durance a été confirmée par une modélisation hydrodynamique et du transfert du signal isotopique. Elle constitue l’entrée principale du système avec un volume moyen de 70 Mm3/an. Les résultats de différents scénarios du modèle numérique valident les ordres de grandeur de différentes composantes et les caractéristiques de l’écoulement (direction, vitesse…) et montrent que dans le cas d’un abandon de l’irrigation, la baisse piézométrique serait de l’ordre de 3 m sous les périmètres irrigués. La nappe retrouverait alors les fluctuations piézométriques naturelles sous la dépendance de la pluie d’une part et de la Durance d’autre part. En fonction de son régime futur, l’alimentation par la Durance pourrait augmenter et compenser une partie de la baisse vers l’intérieur de la plaine.

  • Titre traduit

    Hydrodynamic study of the alluvial aquifer of Avignon : impact of land use on recharge mechanisms


  • Résumé

    The groundwater system of the alluvial plain of Avignon, located between the Rhone and the Durance rivers, is characterized by an expanded agricultural area, whose surface is rapidly shrinking due to urban sprawl and economic development. This shallow aquifer is directly under the influence of surface water. In particular, the Durance water is heavily involved in the recharge process either directly or indirectly via the numerous irrigation canals and therefore with a time shift according to the Mediterranean hydrological regime. Land use, particularly urbanization, plays an important role on the hydrodynamic occurrence. In particular, the loss of agricultural land and accordingly the reduction in irrigation volumes tend to reduce groundwater recharge. To anticipate the consequences of these developments, this study aimed at proposing a hydrogeological model of the area including the role of land use. First of all, This required a better understanding of the aquifer system, namely specify boundary conditions and establish a monthly water balance An experimental investigation was carried out using different approaches including water level monitoring and environmental tracing of water (chemical and isotopic tracers). This work enabled us locating and quantifying the three main components of recharge: Durance or lateral recharge, irrigation and rainfall or vertical recharge. This recharge proved to be controlled primarily by the soil nature and land use. Clearly, much of this recharge occur in irrigated areas which provide an average annual volume of 19 millions m3. With an annual average of 135 mm, recharge by the rainfall plays a secondary role. Its impact on the groundwater was observed out of the irrigated lands especially, on the eastern boundaries of the plain. This contribution of rainfall was no longer detected downwards, where irrigation water was getting predominant in the recharge process. In urban areas down west, the effect of rainfall drops owing to the increase of impervious surfaces and the rising of Durance influence.. The importance of the recharge from the Durance was confirmed by hydrodynamic and isotope transfer modeling. It is the main input to the system with an average volume of 70 millions m3 / year.


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