Socio-écosystème du Larzac : eau, karst et territoire

Le Service d’Observation “Socio-écosystème du Larzac : eau, karst et territoire”, intégré au Service National d’Observation H+, est dédié à l’étude des eaux souterraines en milieu karstique et ses interactions avec les usages du sol, les changements climatiques et la végétation. Il s’appuie sur la Station d’Observation du Larzac (SOL) , sous la responsabilité de l’OREME.

L’objectif scientifique principal est de comprendre comment l’eau circule et se stocke dans les aquifères karstiques, et comment les interactions eau-roche-végétation   ont structurées les dynamiques actuellement de l’eau souterraines (quantité et qualité), comment ces interactions changent avec les changements climatiques en cours.

Les milieux karstiques – constitués de roches calcaires altérées et creusées par l’eau – représentent une réserve stratégique en Méditerranée, où ils concentrent une part essentielle des réserves en eau souterraine et l’essentiel des apports en eau des rivières pendant les sécheresses et les périodes d’étiages . Pourtant, leur fonctionnement reste difficile à appréhender. L’eau circule dans un réseau extrêmement hétérogène : des pores microscopiques de la roche jusqu’à de vastes conduits souterrains, souvent inaccessibles.

Cette organisation rend les méthodes hydrologiques classiques insuffisantes pour mesurer précisément les réservoirs souterrains,  les volumes d’eau stockés et leur évolution.

Le SNO a donc pour mission de :

• maintenir un site expérimental pérenne permettant des observations sur le long terme en s’appuyant notamment sur la plateforme de la SOL. 
• produire des séries temporelles robustes pour analyser les variations du stock d’eau et leur temps de transfert de la surface à la source
• coupler mesures de terrain originales, approches théoriques et modélisation
• mieux comprendre le transport des éléments (biotiques et abiotiques, anthropiques) dans les aquifères souterrains

Le dispositif repose sur une combinaison d’instrumentations hydrologiques et géophysiques originales et innovantes (basé sur de nouveaux instruments ou sur de nouvelles méthodologies).

Outre les mesures hydro-métorologiques classiques (pluie, débits, niveaux d’eau, paramètres physico-chimiques), le système d’observation déployé sur le Larzac développe des approches originales pour accéder à des variables invisibles :

• des mesures de déformation du sol : le poids ou la charge en eau souterraine  provoque de très faibles déformations (de l’ordre du millimètre ou du micro-radian) mesurables en surface ou en forage.
• des mesures gravimétriques : les variations du champ de gravité (de l’ordre du milliardième de la gravité terrestre) permettent d’estimer les variations de masse d’eau souterraine
• des mesures in-situ (hydrologiques, chimiques, géophysiques) dans les cavités naturelles. 

La combinaison de ces méthodes apportent des contraintes essentielles sur la dynamique de stockage et de restitution de l’eau dans le karst, impossibles à obtenir par les seuls outils classiques.

Le site fonctionne comme un laboratoire naturel à ciel ouvert, permettant à la fois de développer et combiner de nouvelles approches et aussi d’observer les effets des variations climatiques saisonnières et interannuelles sur la ressource en eau.

Équipements permanents

• Un bâtiment de 60 m² climatisé construit en 2011
• Un gravimètre supraconducteur acquis en 2011
• Une tour de flux acquise en 2011-2012
• Deux GPS permanents SNO RESIF-RENAG
• Un sismomètre permanent SNO RESIF-Sismologie-RLBP
• Un système de tomographie électrique
• 3 inclinomètres souterrains
• 3 pluviomètres souterrains
• 3 forages équipés de CTD
• 1 mesure de débit (et température et conductivité) souterrain (aven de la Bise, -110 m sous la surface)
• Plusieurs (~4) pluviomètres
• 1 fluorimètre en forage
• Connexion ADSL pour transmission quasi-temps réelle des données, et monitoring à distance des instruments

La politique de diffusion est de mettre toutes les données en ligne accessibles à tous publics. Les données sont diffusées sur le portail des données de l’OSU OREME, et exportées dans la base de données H+, avec un suivi opérationnel continu depuis 2013. Des séries historiques, couvrant certaines périodes dès 1998, sont également disponibles.

Chercheurs

• Cédric Champollion (GM)
• Jean Chéry (GM)
• Philippe Vernant (GM)

Ingénieurs et techniciens

• Sandrine Baudin (GM)
• Nicolas Le Moigne (GM)
• Erik Doerflinger (GM)

Les données sont valorisées à travers des publications scientifiques et notamment dans le cadre de travaux de thèse (3 thèses depuis 2006 : Jacob 2009, Deville 2012, Fores 2016).

2017

C. Fores, B., Champollion, C., Le Moigne, N., Bayer, R., & Chéry, J. (2017). Assessing the precision of the iGrav superconducting gravimeter for hydrological models and karstic hydrological process identification. /Geophysical Journal International/, /208/(1), 269-280.

2016

Mazzilli, N., Boucher, M., Chalikakis, K., Legchenko, A., Jourde, H., & Champollion, C. (2016). Contribution of magnetic resonance soundings for characterizing water storage in the unsaturated zone of karst aquifers. /Geophysics/, /81/(4), WB49-WB61.
Fores, B., Champollion, C., Le Moigne, N., & Chery, J. (2016). Impact of ambient temperature on spring-based relative gravimeter measurements. /Journal of Geodesy/, 1-9.
Valois, R., Galibert, P. Y., Guerin, R., & Plagnes, V. (2016). Application of combined time-lapse seismic refraction and electrical resistivity tomography to the analysis of infiltration and dissolution processes in the epikarst of the Causse du Larzac (France). /Near Surface Geophysics/, /14/(1), 13-22.

Galibert, P. Y. (2016). Quantitative estimation of water storage and residence time in the epikarst with time‐lapse refraction seismic. /Geophysical Prospecting/, /64/(2), 431-444.

2013

Mazzilli, N., Jourde, H., Jacob, T., Guinot, V., Le Moigne, N., Boucher, M., … & Legtchenko, A. (2013). On the inclusion of ground-based gravity measurements to the calibration process of a global rainfall-discharge reservoir model: case of the Durzon karst system (Larzac, southern France). /Environmental earth sciences/, /68/(6), 1631-1646.
Galibert, P. Y., Valois, R., Mendes, M., & Guérin, R. (2013). Seismic study of the low-permeability volume in southern France karst systems. /Geophysics/, /79/(1), EN1-EN13.

2012

Deville, S., Jacob, T., Chery, J., and Champollion, C. (2012), On the impact of topography and building mask on time varying gravity due to local hydrology, Geophysical Journal International.
Mazzilli, N., Jourde, H., Jacob, T., Guinot, V., Moigne, N., Boucher, M., Chalikakis, K., Guyard, H., and Legtchenko, A. (2012), On the inclusion of ground-based gravity measurements to the calibration process of a global rainfall-discharge reservoir model: case of the Durzon karst system (Larzac, southern France), Environmental Earth Sciences.

2010

Jacob, T., Bayer, R., Chery, J., and Le Moigne, N. (2010), Time-lapse microgravity surveys reveal water storage heterogeneity of a karst aquifer, Journal of Geophysical Research, 115(B6).
Jacob, T., Chéry, J., Boudin, F., and Bayer, R. (2010), Monitoring deformation from hydrologic processes in a karst aquifer using long-baseline tiltmeters, Water Resources Research, 46(9).

2009

Boy, J.-P., Longuevergne, L., Boudin, F., Jacob, T., Lyard, F., Llubes, M., Florsch, N., and Esnoult, M.-F. (2009), Modelling atmospheric and induced non-tidal oceanic loading contributions to surface gravity and tilt measurements, Journal of Geodynamics, 48(3-5), 182-188.
Jacob, T., Chery, J., Bayer, R., Le Moigne, N., Boy, J.-P., Vernant, P., and Boudin, F. (2009), Time-lapse surface to depth gravity measurements on a karst system reveal the dominant role of the epikarst as a water storage entity, Geophysical Journal International, 177(2), 347-360.
Ladouche, B., Luc, A., and Nathalie, D. (2009), Chemical and isotopic investigation of rainwater in Southern France (1996–2002): Potential use as input signal for karst functioning investigation, Journal of Hydrology, 367(1-2), 150-164.

2008

Boudin, F., Bernard, P., Longuevergne, L., Florsch, N., Larmat, C., Courteille, C., Blum, P. A., Vincent, T., and Kammentaler, M. (2008), A silica long base tiltmeter with high stability and resolution, The Review of scientific instruments, 79(3), 034502.
Jacob, T., Bayer, R., Chery, J., Jourde, H., Moigne, N. L., Boy, J.-P., Hinderer, J., Luck, B., and Brunet, P. (2008), Absolute gravity monitoring of water storage variation in a karst aquifer on the larzac plateau (Southern France), Journal of Hydrology, 359(1-2), 105-117.

2006

Aquilina, L., Ladouche, B., and Dörfliger, N. (2006), Water storage and transfer in the epikarst of karstic systems during high flow periods, Journal of Hydrology, 327(3-4), 472-485.
Rerolle, T., Florsch, N., Llubes, M., Boudin, F., and Longuevergne, L. (2006), L’inclinométrie, un nouvel outil pour le suivi temporel des aquifères ?, Comptes Rendus Geoscience, 338(11), 775-786.