Memoire Online - Etude hydrogéologique à la confluence Rhône-Durance

Je voudrais tout d'abord exprimer ma profonde reconnaissance à Madame Anne Laure COGNARD-PLANCQ et à Monsieur Vincent MARC les responsables de mon stage, qui ont dirigé mon travail, leurs conseils et leurs commentaires précieux m'ont permis de surmonter les difficultés et de progresser dans mes études.

Tout mon travail s'est déroulé au laboratoire LHA Avignon et je tiens à remercier tous ses membres pour leur accueil.

Je voudrais adresser mes remerciements à Monsieur Roland SIMLER, ses logiciels m'ont beaucoup aidé pour mes études.

Ma recherche a été encouragée par l'intérêt de certains agents des organismes gestionnaires. Je pense en particulier à Florence BIZARD et Madeleine AUROUZE (mairie d'Avignon) qui m'ont permis d'accéder à de précieux documents en m'ouvrant leurs archives. Je souhaite évoquer et remercier également Albert OLIOSO (INRA d'Avignon), qui est à l'origine des données climatiques.

Bien sur je n'oublie pas Jean-Pierre OGIAS (mairie d'Avignon) qui m'a transmis les chroniques de piézométrie enregistrées par la mairie, qui m'a accompagné à faire quelques relevés effectués sur le réseau piézométrique.

Je tiens à remercier sincèrement mes amis : Badreddine merzougui, Ramzi MURSHED, Iyad SRAYEDDIN, Safaa NAJLA, Abir SALMAN et Mouzayan ALKHATIB pour leur support morale.

Mes pensées finales reviendront à mes parents et à l'ensemble de ma famille en Syrie qui m'ont soutenu de loin sans arrêt.

Conclusion général et perspectives................................................................45

Introduction

La confluence Rhône-Durance dans la région d'Avignon est un secteur critique du point de vue de l'hydrogéologie. Cette zone comprend le champ captant alimentant la ville d'Avignon. La recharge est actuellement principalement assurée par l'irrigation alors que l'extension vers l'est de l'agglomération d'Avignon tend à faire disparaître les zones agricoles au profit de territoires urbains et industriels. Outre l'impact quantitatif sur la ressource (dont on peut craindre les effets dans l'avenir) se pose le problème de l'éventuelle dégradation de la qualité de l'eau souterraine.

Dans ce contexte il est impératif de bien comprendre les modalités de fonctionnement de cet aquifère afin d'envisager, in fine, l'élaboration d'un outil de simulation apte à proposer des scenarios d'évolution en fonction des changements futurs probables (climat, occupation des sols, rôle de l'irrigation ...etc.).

Ce stage représente la phase préliminaire de ce projet. L'objectif général est de préparer la modélisation du système. Il s'agit donc de compléter l'inventaire des données existantes ou requises: occupation du sol, hydrologie, géologie, hydrographie, topographie, hydrodynamique, hydrochimie, irrigation, prélèvements, problématiques, projets d'aménagement ...etc.

Le premier chapitre présente le contexte géographique, hydrographique géologique et l'occupation du sol de la zone d'étude.

La climatologie fait l'objet du deuxième chapitre, les éléments du bilan hydrique ont été calculés sur 17 ans en conditions non anthropisées (sans prendre en compte des apports par irrigation).

Le troisième chapitre détaille la géométrie de l'aquifère alluvial et propose un schéma lithologique adapté aux besoins de la modélisation hydrogéologique.

Dans le cinquième chapitre, l'hydrochimie est utilisée comme outil de compréhension des circulations au sein de l'aquifère. L'étude de la répartition dans l'espace et de l'évolution dans le temps des concentrations en ions majeurs vient compléter et préciser le schéma lithologique et celui des circulations.

1. Présentation de la zone d'étude:

1.1. Contexte géographique:

La zone d'étude se situe dans le Sud-est de la France dans le département de Vaucluse à la confluence du Rhône et de la Durance (Figure 1). Elle inclut trois communes totalement ou partiellement : Avignon, Morières-Lès-Avignon et Le Pontet. Les limites sud et ouest sont naturellement imposées par le Rhône et la Durance. A l'est, la zone d'étude est limitée par la géologie. La limite nord a été fixée arbitrairement (commune de Pontet).

1.2. Contexte hydrographique:

Le réseau hydrographique est principalement représenté par le Rhône, la Durance, les canaux d'irrigation, et plusieurs plans d'eau naturels ou artificiels comme le lac de Saint-Chamand à l'est d'Avignon.

1.2.1. Le Rhône et la Durance:

Le Rhône passe en bordure ouest de la commune mais se divise en deux bras. Entre les deux existe un chapelet d'iles dont la plus grande est l'Ile de la Barthelasse. En parallèle du Rhône, un contre-canal a été crée. La Durance, qui alimente l'ensemble des canaux d'irrigation de la plaine, vient se jeter dans le Rhône en limite sud de la commune. La Durance est soumise à un régime nival dans son cours supérieur (jusqu'au barrage de Serre-Ponçon), avec des étiages hivernaux et des crues chaque année de mai à juillet. Plus en aval, ses nombreux affluents de moyenne montagne ou des plateaux au régime essentiellement pluvial méditerranéen n'apportent de l'eau qu'en hiver, au printemps et à l'occasion des crues d'automne, avec un débit faible et très irrégulier en été. Il s'ensuit un décalage du maximum naturel de printemps, de juin à mai, en descendant le cours. À sa confluence avec le Rhône, le débit naturel moyen de la Durance est d'environ 190 m3/s, avec une forte variabilité annuelle. Il peut varier entre 40 m3/s (étiages les plus sévères) et 6 000 m3/s (crues milléniales), niveaux atteints en 1843, 1882 et 1886 (BARRUOL, 2005).

1.2.2. Les canaux d'irrigation:

La plaine d'Avignon possède trois canaux d'irrigation principaux situés en rive droite de la Durance (Figure 2) : Le canal Crillon, le canal de l'Hôpital-Durançole, et le canal Puy.

Ces canaux permettent d'alimenter en eau les terrains agricoles de manière gravitaire à l'aide de filioles, ils jouent aussi un rôle important dans l'aménagement de la région d'Avignon. La prise d'eau de ces trois canaux s'effectue au niveau du barrage EDF de Bonpas. Deux partiteurs permettent ensuite de répartir l'eau dans trois canaux:

- Celui en aval de Bonpas permet de séparer les eaux du canal Crillon et du canal de l'Amené

- Le partiteur de Chatebrun divise les eaux du canal de l'Amené pour former les canaux de Puy et de l'Hôpital-Durançole.

Le canal Puy permet de desservir en eau la ceinture verte d'Avignon qui est située au sud de l'agglomération au niveau des berges de la Durance, il a été mis en service vers 1808. Il est délimité au nord par la rocade sud, à l'Est, par le périmètre du canal de l'Hôpital-Durançole et à l'Ouest, par la confluence Rhône-Durance. Son tracé Est-Ouest s'étend sur une longueur de 10 Km et couvre près de 500 ha ce qui lui permet d'irriguer 140 ha. Le canal Puy débute à partir du partiteur de Chatebrun. Son exutoire se situe au niveau de la gare TGV de Courtine dans la Durance à près de 2,5 Km de sa confluence avec le Rhône.

Le canal de Crillon débute au niveau du partiteur de Bonpas, situé près du barrage hydraulique. Il a été créé en 1775 et s'étend du Sud au Nord sur près de 15 Km de longueur et

19 Km, en prenant en compte ses filioles principales, il s'agit du canal le plus long de la région d'Avignon. Il se répartit sur 2 460 ha et irrigue ainsi 700 ha de parcelles, principalement des prairies naturelles, vergers, et petit maraîchage.

Le canal de l'Hôpital-Durançole est la conséquence du regroupement des canaux de l'Hôpital et de Durançole en une branche unique de plus de 10 Km au Nord du partiteur de Chatebrun. Il a été mis en service vers le XIIIème siècle. L'ensemble du canal maître et de ses filioles constitue un réseau de 33 Km de long. Il occupe un périmètre de 848 ha et permet d'irriguer 266 ha de cultures situés au Sud-Est de l'agglomération Avignonnaise principalement sur la rive gauche du canal. Le canal est délimité au Nord et à l'Ouest par l'agglomération d'Avignon, à l'Est par l'agglomération de Montfavet et au Sud par le canal Puy. Son tracé forme un arc de cercle qui passe successivement dans plusieurs quartiers (Cantarel, Montfavet, Clos du Grand Riban, Pont des Deux Eaux). Le canal est orienté vers le Nord jusqu'au niveau du Clos du Grand Riban, avant de s'orienter vers l'Ouest et atteindre la périphérie d'Avignon. Il se déverse dans le drain de la CNR qui longe la rive gauche du Rhône avant de se jeter au Nord de la zone industrielle de Courtine. Le canal de l'Hôpital commence au niveau du partiteur de Chatebrun, un complément d'eau provient ensuite du canal de Durançole au niveau de la colline du Mont de Vergues.

1.3. Contexte topographique:

La topographie est peu marquée avec des altitudes qui Varient entre 16 m environ au confluent et 40 m à la bordure Est (Figure 3). (Les données ayant aboutit à ces graphique sont disponibles au site infoterre BRGM : infoterre.brgm.fr).

1.4. Occupation du sol:

La plaine alluviale s'inscrit dans un contexte principalement urbanisé. Elle comprend l'agglomération d'Avignon et les communes de Montfavet et de Morières les Avignon. De nombreuses zones commerciales et industrielles existent selon un axe oriente EW, parmi lesquelles on peut citer les zones d'activités de Cap Sud, de Mistral 7 et la Cristole. Cette région subit actuellement une urbanisation importante avec l'extension progressive de l'agglomération d'Avignon vers l'est. Aujourd'hui, on observe encore très clairement sur la carte d'occupation du sol (Figure 4) la limite entre la zone urbaine avignonnaise et la partie plus agricole de Montfavet. (Source de la carte : Diren paca : www.paca.ecologie.gouv.fr).

Les superficies de territoires artificialisés, les forêts et les milieux semi-naturels, et les territoires agricoles dans la zone d'étude, ont été calculés par logiciel Digital (Tableau 1).

1.5. Contexte géologique:

Il s'agit d'une vaste basse plaine alluviale quaternaire sur laquelle on trouve quelques collines à substratum crétacé (Mont de Vergues, Rocher des Doms) ainsi que des résidus de la basse terrasse du Rhône (Figure 6). L'origine de la plaine est rhodanienne avec une influence durancienne au sud d'Avignon (ancien cône de déjection de la Durance dans le bas Rhône) (Monjuvent, G.1991). Ainsi, les alluvions qui composent l'aquifère étudié ont une double origine et leur nature est différente selon le fleuve qui les a déposées. L'épaisseur moyenne des alluvions de la basse plaine est de 15 m. Les alluvions peuvent être surmontées par une couverture argilo-limoneuse plus ou moins épaisse, liée a des débordements de la Durance, comme dans la partie sud-est de la zone d'étude. Et une petite partie de la zone d'étude est recouverte par des colluvions (Monjuvent, G.1991). Cette basse plaine est probablement datée du Wurmien. A cette époque, le dépôt des alluvions du Rhône coïncide avec l'abandon par la Durance de son ancien lit. En effet : la rivière qui auparavant se jetait directement à la mer par la Crau, fait irruption dans le bas Rhône (Monjuvent, G.1991).

Une coupe géologique E-W (par COUTURAUD 1993) à travers la zone d'étude (figure 7). Cette coupe montre un remplissage miocène à l'Est de la butte de Thouzon (le Thor).

Figure 6 : Carte géologique (1/100 000) BRGM avec la localisation d'une coupe géologique.

2. Hydroclimatologie:

2.1. Introduction :

Dans cette partie, nous nous sommes intéressés aux principaux facteurs, indispensables pour l'établissement du bilan hydrique, tels que, les précipitations, la température et l'évapotranspiration. La plaine alluviale d'Avignon se trouve dans la zone du climat méditerranéen. Celui-ci est caractérisé par un maximum pluvieux principal en automne et un autre, moins important, au printemps. L'été est une période sèche avec des orages parfois violents dans la deuxième moitié du mois d'août. La plaine alluviale dispose d'un fort ensoleillement avec 2800 heures par an, juillet comptant à lui seul plus de 350 heures. La rose des vents est fortement influencée par les vents de Nord (Mistral et Tramontane), qui soufflent près de 120 jours par an. Ils contribuent à accroître l'évapotranspiration déjà importante (Source : Unité expérimentale AGROCLIM-INRA). Du coup, Cette région souffre alors d'un important déficit en eau car se conjuguent rareté des pluies, intensité de l'évaporation et augmentation des besoins de l'agriculture. L'agriculture n'est donc envisageable que grâce à un important apport d'eau d'irrigation. On a pris alors les données de la station météorologique de l'INRA qui est installée dans la plaine constituée par les apports alluviaux de la Durance, à 5 km au Sud-est d'Avignon. On dispose de données journalières pour la période de 1990 à 2007 (Annexe 1). A partir des données de cette période (les précipitations et les températures), nous avons procéder au calcule de l'ETP.

2.2. Température:

Ce paramètre est un facteur très important dans l'évaluation du déficit d'écoulement, qui entre dans l'estimation du bilan hydrologique. Le climat méditerranéen se traduit par des étés chauds et des hivers doux. L'influence de la continentalité à Avignon aboutit à des moyennes hivernales légèrement inférieures à celles constatées généralement sous un climat purement méditerranéen. La température moyenne annuelle est de 14.4 C°. Le tableau (2) donne les températures moyennes mensuelles pour une période de 17 ans (1990-2007). On note que la température moyenne mensuelle la plus élevée est celle du mois de juillet (24°C) alors que la température la plus basse est celle du mois de janvier (5.8 °C) (Figure 8).

A l'échelle annuelle, les variations sont peu importantes et relativement stables. On peut apprécier une légère augmentation générale des températures à l'échelle de la période considérée (Figure 9).

2.3. Précipitations:

La précipitation est un facteur fondamental pour caractériser le climat d'une région. Ce terme précipitation désigne des cristaux de glace ou des gouttelettes d'eau qui, ayant été soumis à des processus de condensation et d'agrégation à l'intérieur des nuages, sont devenus trop lourds pour demeurer en suspension dans l'atmosphère et tombent au sol.

Le tableau (3) donne les valeurs moyennes mensuelles des pluviométries mesurées par la station de l'INRA sur la période (1990-2007).

On y observe que les précipitations maximales sont marquées aux intersaisons, principalement en avril - mai et septembre - octobre avec un maximum pour le mois de septembre (122 mm), alors que le mois le plus sec est juillet avec 31 mm. Les jours de pluie sont rares, mais lorsqu'il pleut, les précipitations sont souvent intenses et sous forme d'orages violents. La figure 10 donne les moyennes mensuelles des pluies cumulées de 1990 à 2007, ainsi que la moyenne du nombre de jours de pluie sur 17 ans. On note aussi l'intensité des épisodes pluvieux répartis sur un nombre de jours restreints. Ces caractéristiques sont typiques du climat méditerranéen.

Figure 10 : Précipitations moyennes mensuelles interannuelles et jours de pluie cumulés moyens (1990-2007).

Le tableau 4 donne les valeurs annuelles des précipitations sur la période de 17 ans (1990-2007).

La pluviométrie moyenne annuelle enregistrée sur cette période est de 684 mm. Toutefois, la pluviométrie annuelle est très variable d'une année à l'autre. Cette variabilité interannuelle des précipitations est également caractéristique du climat méditerranéen (Figure 11).

2.4. Diagramme ombrothermique:

A partir des valeurs de la température moyenne mensuelle et la précipitation moyenne mensuelle pour la période (1990-2007) (Tableau 5), le diagramme ombrothermique a été établi.

Tableau 5 : températures et précipitations moyennes mensuelles (1990-2007).

Grâce à ce diagramme (Figure 12), on peut distinguer deux saisons. L'une humide s'étende depuis mi-août jusqu'à la fin de mai, tandis que l'autre sèche, s'étende du mois de juin à la moitié de mois d'août.

Nous notons que la saison sèche nous indique un déficit de précipitation, par contre la saison humide présente un excédent.

2.5. L'indice d'aridité :

L'indice de l'aridité est un indicateur quantitatif du degré du manque d'eau présente à un endroit donné (John E. Oliver. 2006). On va calculer cet indice (A) par la formule de DE MARTONNE.

Le tableau (6) montre la température moyenne annuelle, la précipitation moyenne annuelle, et l'indice d'aridité calculé pour la station de l'INRA d'Avignon sur la période (1990-2007).

Le résultat du calcul de l'indice de DE MARTONNE, est conforme aux valeurs attendues pour la zone de climat tempéré.

2.6. L'évapotranspiration:

L'évapotranspiration est la somme de l'eau utilisée, dans une région donnée, par la croissance de la végétation pour sa transpiration et la constitution de ses tissus et de l'eau évaporée du sol, de la neige, de la pluie retenue par le feuillage et cela dans un temps donné (H. Schoeller, 1962).Donc, l'évapotranspiration est définie comme étant l'ensemble des pertes par transformation de l'eau en vapeur, autrement dit, c'est la somme de l'évaporation (phénomène physique), et la transpiration de la couverture végétale (phénomène biologique).

Les facteurs qui conditionnent l'évapotranspiration sont nombreux et mal connus, on en citera quelques uns, à savoir :

2.7. L'évapotranspiration potentielle (ETP):

L'évapotranspiration potentielle (ETP) correspond à la perte d'eau totale en phase gazeuse d'un couvert végétale abondant, en pleine croissance, très largement alimenté en eau (somme de l'eau évaporée au niveau du sol et émise par les plantes par transpiration) (Jacques Baudry et Agnès Jouin.2003). L'ETP correspond à l'évapotranspiration maximale qui peut avoir lieu, si le sol est saturé ou pas en eau. Le calcul de l'ETP peut se faire par les formules de Thornthwaite, Turc et Penman rappeler en annexe 2. (Source de formules : Brochet P et Gerbier N.1968. Monographie de la météorologie nationale). Le résultat des calculs est présenté pour la période 1990-2007 dans le tableau 7 et la figure 13. On y trouve que les formules (Thornthwaite-Turc-Penman) présentent la même allure de l'ETP avec des valeurs de l'ETP calculés par Penman globalement plus élevées. Les valeurs issues de 3 formules sont généralement proches en période hivernal, et éloignés en période estivale.

2.8. Bilan en eau:

- La zone d'étude est un milieu agricole homogène couverte d'une végétation dense.

- Les paramètres hydro-climatiques mesurés à la station de l'INRA Montfavet sont représentatifs de toute la zone étudiée.

- Nous avons fait le choix de travailler avec des années hydrologiques commençant en août.

- Faute d'information précise sur les apports d'eau par irrigation, le bilan hydrologique a été réalisé ici sans prise en compte des ces apports d'eau.

- Au vu des caractéristiques de la zone d'étude, la RFU_max (réserve facilement utilisable) a été fixée à la valeur classique de 100 mm.

On a calculé le bilan d'eau en utilisant l'ETP moyen mensuel calculé par les 3 formules (Thornthwaite, Turc, Penman) pour la période 1990-2007. Tous ces calcules sont fournies en Annexe 2. La figure (14) donne le bilan moyen mensuel par les 3 méthodes. On y voit que le bilan de Turc et celui de Penman sont semblables. Par contre, le bilan de Thornthwaite donne des valeurs plus élevés pour l'excédent parce que les calculs de l'ETP étaient sous estimation par rapport à celles de Penman et Turc.

2.9. Estimation de L'évapotranspiration réelle (ETR) et de la recharge de la nappe en condition naturelle:

Nous avons comparé ici au pas de temps annuel l'estimation de l'ETR obtenue grâce au bilan hydrologique. Les conséquences du choix de la formule de calcul de l'ETP peuvent ainsi être évaluées. Nous avons aussi testé les formules d'estimations de l'ETR annuelle de Turc et Coutagne, les formules et le détail des calculs sont rappelées en annexe 2.

Afin d'estimer la recharge de la nappe (sans prise en compte l'apport de l'irrigation), on utilise un paramètre qui représente la partie de la précipitation qui ruisselle et atteint les cours d'eau et l'autre partie qui peut être utilisée par les plantes. Ce paramètre est appelé l'excédent en eau. En première approche, cet excédent pourra être considéré comme un bon évaluateur de la recharge au vue des caractéristiques de la zone étudiée (peu de relief, réseau hydrographique peu développé). On a déterminé ce paramètre à deux échelles, mensuelle en faisant le bilan mensuel sur 17 ans par la méthode de Penman, et annuelle en faisant les bilans annuels de Penman pour 17 ans (1990-2007) (annexe 3). Alors, Excédent = Infiltration (Recharge) + Ruissellement, et au vue les reliefs de la zone d'étude qui sont peu marqués, on peut considérer que le ruissellement est négligé et que l'excédent égale à la recharge de la nappe. On trouve que l'excédent mensuel (recharge naturel) sur la période considérée se déroule pendant 3 trois mois (novembre- décembre- janvier) et atteint son maximum pendant le mois de janvier (32 mm) (figure 15). L'excédent moyen annuel calculé pour 17 ans est très variable d'une année à l'autre. Il est 109 mm représentant 16 % environ de la pluviométrie moyenne annuelle (Figure 16).

En utilisant l'équation suivant on a obtenu les valeurs de l'excédent en eau annuelle sur 17 ans avec le volume de la recharge d'eau de chaque année calculée pour les surfaces de territoires agricoles et les milieux semi naturel dans la zone d'étude ( tableau).

La recharge (m³) = Excédent (mm). Surface des territoires agricoles et milieux naturels. Avec : surface des territoires agricoles et milieux naturels = 23554000 m². On trouve que la recharge naturelle est variable d'une année à l'autre avec un maximum pour 2002 et 1996. La moyenne annuelle de cette recharge est de l'ordre de 2500 000 m³.

Figure 15 : Excédent en eau moyen mensuel calculé par le bilan hydrologique-Penman

2.10. Conclusion:

Les données climatologiques ainsi que les résultats obtenus par différentes méthodes, permettent d'attribuer à la région étudiée un climat tempéré du genre méditerranéen, caractérisé par deux périodes :

L'évapotranspiration est très élevée, accentuée surtout par les vents. La moyenne annuelle de la recharge de la nappe calculée pour la zone d'étude en prenant en compte l'occupation du sol sur 17 ans est de l'ordre de 2500 000 m³/an.

3. Géométrie et remplissage du réservoir aquifère:

3.1. Introduction:

La modélisation qui est l'objectif de ce travail impose de préciser la géologie du réservoir pour placer ses limites dans l'espace et pouvoir étudier, par la suite, les relations entre la lithologie et l'hydrodynamique. L'objet de ce chapitre est de proposer un schéma de la géométrie du bassin et de son remplissage, sous une forme utilisable pour la modélisation hydrogéologique. Il ne s'agit aucunement de construire un modèle géologique complet.

3.2. Données disponibles:

· carte géologiques au 1/50 000 (Figure 17) et sa notice fournissent une information générale sur la géologie du secteur d'étude.

· Les forages répertoriés dans différents fichiers Banque du sous-sol (BRGM, 2009).

3.2.1. Carte géologique:

D'après la carte géologique (Figure 19), la plaine est composée par des formations alluviales quaternaires. Cette plaine est ouverte vers le nord et limitée à l'Est par des formations miocène (marne et molasse calcaire). A l'ouest et au sud elle est limitée par le Rhône et la Durance.

3.2.2. Les forages:

Nombreux de forages avec un coupe géologique dans la zone d'étude sont disponibles au BRGM (Figure 18). On a récupéré des informations géologiques de chaque forage afin de bien connaître la nature des terrains, surtout pour les limites. Ainsi, les études géologiques ne proposent que des estimations très grossières et aucune caractérisation bien déterminée des limites et du remplissage du réservoir aquifère.

Les corrélations entre forages en coupes sont difficiles car les forages sont parfois bien espacés et ne sont pas tous assez profonds. Les données des forages qui sont accompagnés des coupes géologiques distribués dans la zone d'étude permettent d'établir une carte du toit du substratum (Figure 18), et une carte de la profondeur du toit (Figure 19).

3.2.3. Carte du toit du substratum:

La carte du toit du substratum ou la carte de la profondeur du toit du substratum par rapport au sol (Figure 19) a été réalisée à l'aide des colonnes stratigraphiques de 86 forages distribués dans la zone d'étude. Le substratum imperméable est formé par la marne argileuse. La profondeur du substratum varie généralement entre 20 et 25 m au sud de la zone étudiée et diminue vers le Nord et l'Est où il affluer en surface dans certains parties.

3.2.4. Carte de la profondeur du toit de l'aquifère par rapport au sol:

La nappe du système aquifère a principalement un caractère libre. Par endroit, la forte épaisseur des limons de débordement peut constituer le toit de l'aquifère et lui conférer un caractère captif. Ce toit de l'aquifère coïncide avec la topographie de la plaine. Son épaisseur varie entre 1 et 4 m (Figure 20).

Figure 20 : Carte de la profondeur du toit de l'aquifère par rapport au sol

3.2.5. Etablissement un coupe hydrogéologique représentatif:

D'après les colonnes stratigraphiques des forages, leurs profondeurs, l'altitude topographique et les distances entre eux, on a établi une coupe hydrogéologique (Figure 22), afin de comprendre la structure hydrogéologique du secteur étudié .Par la suite, on a fait une corrélation entre les couches géologiques traversées par les forages (Annexe 4). Les formations de la même nature lithologique sont reliées entre elles, pour mieux constituer la géométrie de l'aquifère. Sur la coupe, on a représenté les altitudes des forages par rapport au niveau du NGF. Cette coupe est dressée à partir de 12 forages exécutés dans la zone d'étude (Figure 21). Elle est tracée suivant la plus longue diagonale de la zone d'étude du nord-ouest vers le sud-est.

Dans cette coupe (Figure 22) on peut distinguer trois types de formations géologiques : la couche superficielle limono-argileuse, les alluvions grossières sableuses (grave), et le mur de l'aquifère alluvial formé par le marne, les argiles, et le calcaire. La coupe proposée montre la variation de l'épaisseur de la couche superficielle, et la profondeur du mur.

4. Piézométrie et hydrodynamique:

4.1. Généralités:

La mesure du niveau des eaux souterraines est d'une importance fondamentale dans l'hydrogéologie. Le niveau des eaux souterraines de l'aquifère peut être utilisé pour plusieurs raisons y compris un complot hydrogramme, et la construction d'une carte piézométrique qui est nécessaire afin de connaître l'extension de l'aquifère, la direction et la vitesse de l'écoulement des eaux souterraines, ainsi que leur zones d'accumulation. La mesure de niveau des eaux souterraines est effectuée à l'aide d'une sonde (Figure 23) dont le capteur est réactif à la conductivité de l'eau. Lorsque la sonde atteint le niveau de l'interface air/eau, un contact électrique est établi entre deux tiges métalliques, déclenchant un signal sonore et lumineux.

4.2. Interprétation des cartes piézométriques:

La reconnaissance de la surface piézométrique de la nappe, a été obtenue par l'inventaire de quelques 65 forages implantés dans les alluvions, dans le cadre du réseau piézométrique de la marie d'Avignon. Ces forages sont plutôt distribués dans la zone urbaine. La tournée piézométrique a régulièrement lieu de façon mensuelle. Sachant qu'on mesure le niveau de la nappe par rapport à une référence commune, généralement le niveau général français (NGF). Il faut noter que tous les relevés ne sont pas effectués au même instant. En effet, il faut deux jours pour faire toutes les mesures. En tous les cas les effets de décalage dans le temps peuvent être négligés. Ces mesures permettent d'établir des cartes piézométriques. L'étude de ces cartes piézométriques nous permet de connaître la forme de l'écoulement de la nappe, le sens de l'écoulement général, la profondeur de la surface piézométrique et elles figurent également les conditions aux limites hydrodynamiques.

La figure (24) montre l'évolution du niveau NGF de la nappe pendant l'année 2008 dans quelques forages. On y voit que la nappe atteint son maximum en septembre et son minimum en mars.

Une carte des hautes eaux datées du 25 septembre 2008 (Figure 25), une carte basse eaux datée du 5 mars 2008 (Figure 26), et une carte de battement (Figure 27) correspondant aux différences entre ces deux cartes ont été réalisées.

4.2.1. La nappe en période d'hautes eaux (25/09/2008):

Dans cette plaine il est évident que les eaux souterraines circulent à très faible profondeur (de 2.5 m à 4.5 m par rapport à la surface du sol). La carte des hautes eaux (Figure 27) montre une surface piézométrique à courbes régulières et parallèles avec un écoulement général du sud-est vers le nord ouest et ça implique une importante alimentation de la part de la Durance vers la nappe alluviale qui est drainée par le Rhône. Le gradient hydraulique est de 1.4%. Il est également plus élevé dans la partie Est de la carte.

4.2.2. La nappe en période de basses eaux (05/03/2008):

La carte piézométrique des basses eaux (Figure 28) représente une surface piézométrique presque analogue à celle de la période des hautes eaux .En effet, l'écoulement général de la nappe alluviale pour cette période d'étiage a la même direction que l'écoulement pour haute nappe (Sud-est vers nord ouest) et les courbes restent parallèles. Mais on note que les courbes sont plus espacées avec un gradient hydraulique plus faible.

4.2.3. Carte de battement:

D'après la carte de battement de la nappe on trouve que plus on se rapproche de la confluence ainsi que du Rhône, et moins les fluctuations de la nappe sont importantes (Figure 29).

4.3. Le rôle de l'irrigation:

Dans la région de la Basse Durance, l'agriculture repose essentiellement sur son alimentation en eau bien organisée. Cette eau provient majoritairement de la déviation des eaux de la Durance par un réseau d'irrigation assez dense et ancien, nécessaire pour pallier les faibles précipitations de la saison sèche. La recharge de la nappe est doublée par l'irrigation elle-même et par le réseau. La figure (28) montre l'excédent mensuel calculé pour l'année 1994 (la plus pluvieuse sur la période 1990-2007) avec le niveau NGF de la nappe enregistré à la Saignonne pour la même année. On y trouve que la nappe alluviale est en hautes eaux pendant la saison sèche, qui correspond à la période durant laquelle les canaux sont en eaux. Ce qui affirme que l'irrigation joue un rôle majeur dans la dynamique de la nappe alluviale de la plaine d'Avignon. Des études isotopiques (MICHALLET S. 1999) ont confirmé ce lien, en montrant que les eaux de nappe possèdent une teneur en isotope Oxygène 18 proche de celle de la Durance qui fournit les eaux d'irrigation. Par ailleurs, Les eaux d'irrigation agissent également de façon qualitative sur la nappe alluviale en diluant les pollutions éventuelles.

Figure 28 : Niveau NGF de la nappe enregistré à la Saignonne et l'excédent calculé pour la station de l'INRA.

4.4. Caractéristiques hydrodynamiques de l'aquifère:

Des essais de pompage ont été effectués lors de l'étude de la tranchée couverte de la ligne TGV à Avignon. Conformément à la nature des dépôts, la perméabilité est élevée, de l'ordre de 5.10^-3 m/s. L'emmagasinement est de l'ordre de 10-4, la porosité efficace a été estimée à 5% (Burgéap, 1995). Le gradient de la nappe est compris entre 1,5% et 3 % et varie selon les secteurs et la saison. Il est plus fort près du captage de la Saignonne, en bordure de la Durance entre l'amont et l'aval des seuils ainsi qu'en hautes eaux et en période de crue de la Durance. La vitesse moyenne de l'écoulement de la nappe est de l'ordre de 10 à 30 m/j (Burgéap, 1995).Les relations entre la nappe et la Durance varient dans le temps en fonction de la hauteur du cours d'eau, de l'irrigation et localement du cône de rabattement créé par le champ captant de la Saignonne. En hautes eaux, par exemple, les zones d'alimentation de la Durance par la nappe sont plus étendues à cause d'une forte alimentation de la nappe par les irrigations (Burgéap, 1995). Afin d'établir une carte de transmissivité de l'aquifère, on a supposé que la perméabilité partout est de l'ordre de 5.10^-3 m/s, d'après les essais de pompage qui ont été effectués lors de l'étude de la tranchée couverte de la ligne TGV à Avignon et Conformément à la nature des dépôts. La transmissivité d'un aquifère est le produit de la conductivité hydraulique du (K) du matériau aquifère par son épaisseur (h) (Olivier Banton, 1997).

4.5. Conclusion:

La piézométrie de la nappe alluviale est caractérisée par un écoulement général de direction sud-est vers le nord-ouest. Ça implique une alimentation de la part de la Durance et drainage par le Rhône. Le gradient hydraulique est plus élevé dans la zone proche de la Durance (zone d'alimentation). L'influence de la précipitation sur le niveau de la nappe est presque négligeable. Par contre, le rôle de l'irrigation gravitaire sur les nappes souterraines est majeur. Elle permet le maintien du niveau d'eau pendant la période d'étiage (niveau d'eau le plus faible) durant tout l'été, cela permet de limiter le risque de manque d'eau et d'éventuelles restrictions. Enfin, les pompages d'essai fournissent une estimation de la conductivité hydraulique de l'aquifère étudié. Elle est de l'ordre de 5.10^-3 m/s. Et la transmissivité est plus élevée au sud du secteur étudié.

5. Hydrochimie:

5.1. Généralités:

L'hydrochimie est utilisée comme outil de compréhension des circulations au sein de l'aquifère. L'étude de la répartition dans l'espace et de l'évolution dans le temps des concentrations en ions majeurs vient compléter et préciser le schéma lithologique et celui des circulations. Dans l'aquifère, il s'établit un équilibre entre la composition chimique de l'eau et celle des roches. L'eau prend une minéralisation qui demeure stable dans le temps et sert à caractériser un faciès hydrochimique. Les ions majoritairement présents dans l'eau vont refléter la nature des roches rencontrées.

- Dans les terrains cristallins (granitiques), sableux et gréseux -c'est à dire riche en minéraux siliceux et silicatés - les eaux sont douces, elles sont peu minéralisées mais acides et agressives pour les conduites.

- Dans les réservoirs calcaires, les eaux sont dures, moyennement à fortement minéralisées en sels de calcium et magnésium, elles entartrent les conduites.

- Au contact du gypse, l'eau se charge en sulfate de calcium et devient dure (séléniteuse) et impropre à la consommation.

- En bordure de mer, les aquifères peuvent être en contact avec l'eau de mer (échange au niveau du biseau salée, contamination de l'eau d'infiltration par les embruns salés). L'eau de la nappe devient plus ou moins saumâtre. L'invasion de la nappe d'eau douce par l'eau salée est accélérée par les pompages et le rabattement de la nappe.

Les concentrations des éléments chimiques qu'on peut rencontrer dans les eaux souterraines, ainsi que ses origines sont rapporté dans le tableau (10). En effet, on peut relier entre ces éléments et la géologie ou une origine anthropique.

Tableau 10 : Les éléments chimiques rencontrés et leurs sources naturelles.

5.2. Méthodologie:

Une campagne de mesures hydrochimiques a été réalisée le 8 novembre 2008 par l'atelier d'hydrochimie dans le cadre d'un projet de terrain en M2 HSE à l'université d'Avignon et des pays de Vaucluse. Dans le cadre de cette campagne de prélèvements, une pompe de surface a été disposée pour échantillonner des eaux représentatives des eaux de la nappe. En effet, un préleveur manuel de type Bailer ne prélève que les eaux déjà présentes dans le piézomètre, c'est-a-dire des eaux en contact avec l'atmosphère (avec les échanges de gaz, tels que le CO2 et l'O2 qui peuvent modifier respectivement le pH et le potentiel d'oxydoréduction). Avec la pompe, on a évité le biais induit par la stratification des ions (Nitrates, Fer, etc.) liée aux échanges gazeux avec l'atmosphère dans un ouvrage. De même, au contact d'un tubage PVC, les eaux stagnantes peuvent être contaminées par des substances organiques.

Dans un premier temps, la pompe extrait l'eau préexistante dans le piézomètre, puis pompe véritablement l'eau de l'aquifère lorsque les paramètres mesurés dans la cellule de mesure se stabilisent (conductivité, pH, température, O2 dissous). La cellule de mesure a pour but d'isoler les eaux pompées de l'atmosphère, pour empêcher tout dégazage ou absorption de CO2 par les eaux souterraines lorsqu'elles atteignent la surface. Ainsi, les valeurs de pH obtenues avec la cellule de mesure constituent des valeurs représentatives du paramètre dans l'aquifère.

Un système de filtration des eaux pour réaliser le flaconnage, les pores du filtre présentant un diamètre de 0,45 ìm.

Les paramètres mesurés sont des paramètres mesurés in situ et des paramètres mesurés en laboratoire (Annexe 5) :

5.2.1. Les Paramètres mesurés in situ:

Les paramètres mesurés sur le terrain sont les paramètres fugaces, c'est-a-dire l'ensemble des éléments qui peuvent varier entre le lieu d'échantillonnage et le laboratoire. Ils comprennent :

- la température, mesurée à l'aide de la sonde température du conductivimètre;

- l'alcalinité. Les ions bicarbonates ont été analysés sur le terrain et au laboratoire, tout comme les nitrates. Mais dans ce qui suit, seuls les résultats obtenus au laboratoire sont conservés car plus précis.

- les teneurs en nitrates. Sur le terrain, la mesure ne peut qu'être estimative. Les concentrations en nitrates fiables et présentées dans ce rapport ont été mesurées en laboratoire.

Le pH-mètre et l'oxymétrie ont été étalonnés à chaque sortie de terrain afin d'obtenir des résultats comparables entre les différents échantillons.

Des variations importantes de conductivité ont été reportées lors de la campagne de prélèvement. Les flacons destinés à stocker les eaux ont été choisies en fonction des paramètres à analyser, ainsi :

- les cations et les anions ont été conservés dans des flacons en polyéthylène opaques car cette matière peut uniquement enrichir le milieu en substances organiques. L'opacité des flacons permet de réduire les effets de la lumière sur les bactéries présentes dans les flacons et ainsi d'obtenir des concentrations en nitrates correctes.

- le Carbone Organique Total a été placé dans des flacons en verre opaques, pour éviter les contaminations par le polyéthylène et les rayons lumineux qui peuvent contribuer au développement bactérien.

Pour réaliser ces analyses chimiques, le flaconnage des échantillons a nécessité :

- la filtration des eaux souterraines (filtre à 0,45 ìm) afin que les analyses ne soient pas biaisées par la présence de colloïdes, d'argiles ou de bactéries.

- une acidification à l'acide nitrique des flacons destinés au dosage des cations. Il était indispensable d'abaisser le pH afin d'éviter la précipitation des hydroxydes métalliques et de la calcite.

- une acidification à l'acide nitrique des flacons destinés au dosage du Carbone Organique Total, c'est-à-dire de l'ensemble des molécules organiques présentes naturellement dans les eaux ou ajoutées artificiellement par les activités anthropiques.

Suite au flaconnage, les échantillons ont été stockés au réfrigérateur à 4°C afin de limiter les développements bactériens. L'analyse des échantillons au laboratoire a eu lieu le 27 novembre.

Enfin, le protocole de l'échantillonnage a été scrupuleusement suivi au cours de cette campagne.

5.2.2. Les paramètres mesures en laboratoire:

En plus de la température, du pH et de la conductivité qui, en raison de leur forte instabilité, ont été mesurés sur le terrain, l'analyse au laboratoire a porté sur les ions majeurs :

Les anions ont été analysés par chromatographie ionique et les cations par absorption atomique. L'alcalinité a été évaluée par un dosage colorimétrique. Enfin, le carbone organique total dissous a été dosé sur l'ensemble de nos échantillons.

· Diagramme de Piper : Le diagramme de Piper est celui qui présente le plus grand intérêt et qui est de ce fait le plus utilisé. Il est composé de deux triangles représentant la répartition des anions et celle des cations, respectivement, et d'un losange représentant la répartition synthétique des ions majeurs. Ce diagramme permet de catégoriser le faciès chimique d'une l'eau et d'étudier l'évolution spatiotemporelle du chimisme d'une eau ou d'un aquifère.

· Diagramme de Schoeller-Berkaloff : Ce diagramme donne la minéralisation, en se basant sur des axes verticaux gradues selon une échelle logarithmique. Les teneurs exprimées en meg/L sont reportées sur les axes, puis relies par des droites.

Et pour la représentation de la distribution spatiale de différentes valeurs, on a utilisé logiciel DIGITALE et SURFER 8.

5.3. L'interprétation des analyses chimiques:

L'interprétation des analyses chimiques a pour but d'établir la genèse et l'origine des éléments chimiques et d'identifier d'éventuels problèmes de pollutions (NO₃^-,K⁺, Cl^- ...etc). Dans notre étude 16 échantillons en 16 points dans la zone d'étude (Figure 30)

On trouve d'après le diagramme de Piper (Figure 31), que les eaux appartiennent principalement au faciès bicarbonatés calcique, plus ou moins magnésien. En suivant le sens de l'écoulement (axe SE-NW), l'évolution hydrochimique du système se fait par un appauvrissement progressif en bicarbonates, et un enrichissement en chlorures et nitrates. Cette augmentation en éléments caractéristiques des pollutions anthropiques est à corréler avec l'occupation du sol. En effet, la pollution augmente avec la proximité des zones urbaines et industrielles. En revanche, les sulfates présentent des variations relativement faibles. Il semble également montrer qu'il n'existe pas de phénomènes d'échange de bases au sein du complexe argilo-humique (pas de migration des points vers le pole Na + K).

Le diagramme Schoeller-Berkaloff (Figure 32) pour 14 points montre que tous les échantillons présentent le même type de minéralisation .Toutefois, elle est légèrement plus élevée que pour le piézomètre 13. Ce piézomètre est situé en aval d'une zone de chantier, et compte tenu de la carte piézométrique, cette plus forte minéralité des eaux pourraient être due à une pollution engendrée par le chantier.

5.4. Distribution spatiale des éléments:

5.4.1. Distribution des teneurs en chlorures:

D'après la carte (Figure 34) nous pouvons entrevoir l'existence d'un gradient de concentration des chlorures. Il est possible de voir que les concentrations les plus faibles s'observent en bordure de Durance (valeurs de 19 a 23 mg/L environ).Et les concentrations en chlorures croissent régulièrement en direction du nord et de l'ouest. Les concentrations les plus fortes sont rencontrées à l'ouest de la zone d'étude, près de la confluence de la Durance et du Rhône. On peut dire que les teneurs en chlorure augmente selon la direction générale de l'écoulement de la nappe (du SE vers le NW). Dans l'hypothèse d'une pollution par des chlorures, l'origine de la pollution ne peut pas être localisée en bordure de Durance puisque l'ensemble des points de mesure présente des valeurs faibles. La Durance n'est donc pas un vecteur important de chlorures. Cette distribution spatiale des chlorures illustre également le fait que l'agriculture n'a pas d'impact sur la qualité de l'eau de la nappe. En effet, les zones en bordure de Durance sont les zones traditionnellement agricoles mais aucune concentration significative en ions chlorures n'est observée dans ce secteur. Les concentrations en chlorures augmentant légèrement à l'approche de la ville d'Avignon il est donc plausible de suspecter une origine urbaine. Les ions chlorures peuvent provenir d'une grande variété de sources anthropiques tels que des rejets industriels ou de la décomposition de déchets mais aucune source ne peut être identifiée avec certitude.

5.4.2. Distribution des teneurs en nitrates:

Toutes les eaux naturelles contiennent normalement des nitrates à des doses variant selon les saisons les ions de nitrates se forment naturellement dans le cycle de l'azote. Les concentrations de nitrates d'origine naturelle dans les eaux de surface et souterraine sont généralement de quelques milligrammes par litre. Dans de nombreuses eaux souterraines et de surfaces on observe aujourd'hui une augmentation de la concentration en nitrates d'origine diffuse par l'entraînement des nitrates provenant des engrais minéraux ou organique non utilisé par les plantes, ou d'origine ponctuelle par les rejets d'eau usées domestiques, agricoles ou industrielles. La concentration maximale admissible des nitrates dans les eaux destinées à la consommation humaine selon les normes françaises est 50 mg/l. L'accroissement des teneurs en nitrates dans les ressources en eau devient de plus en plus un problème pour l'apprivoisement en eau potable. D'un point de vue sanitaire, la présence de nitrates dans l'organisme humain pourrait provoquer des troubles. L'accroissement des teneurs en nitrates provoque également un impact sur l'environnement. Il est à l'origine avec d'autres substances telles que les phosphatés de l'eutrophisation des cours d'eau et du littoral.

D'une manière générale, la teneur en nitrates est faible dans la nappe d'Avignon (<10 mg/l). Un des points de mesure (point 8) marque une concentration en nitrates nettement plus élevée que les autres points (Figure 35).

Les concentrations sont très faibles en bordure de Durance et ont tendance à augmenter à l'approche de la zone urbanisée (Figure 36). Cet effet est peut être à mettre sur le compte de fuites dans le système de collecte des eaux usées.

5.4.3. Evolution temporelle des nitrates à La Saignonne:

Le tableau (18) donne les mesures de la teneur en nitrate, qui correspondent au forage numéro 11 au champ captant à La Saignonne pour la période de 2000 à 2008. Ces mesures ont été réalisées par l'Agence de l'Eau Rhône-Méditerranée et Corse (environ deux mesures par an).

On peut ainsi mettre en évidence deux périodes différentes d'évolution des taux en nitrates (Figure 37).

Figure 37 : Evolution des teneurs en nitrates sur la période 2000-2008 (La Saignonne).

· De 2000 à 2004 : On note globalement des valeurs relativement élevées des nitrates avec des fluctuations interannuelles importantes. Mais on peut cependant dégager une tendance à la baisse des teneurs moyennes de l'ordre 2 mg/l sur la période considérée.

· De 2005 à 2008 : Stabilisation générale des teneurs en nitrates autour de 3 mg/l.

Cette stabilisation peut être due à la normalisation d'utilisation des engrais utilisés en agriculture autour de la région. Cette procédure peut diminuer la teneur en nitrates dans les eaux souterrains. Cette hypothèse est supportée par l'évolution de la teneur en sulfates et potassium qui peuvent être reliés aussi à l'activité agricole. En effet, on trouve que les teneurs en sulfates et celles de potassium ont été stabilisés en même temps dans la même période que les teneurs en nitrates (Figure 38 et 39). On peut ajouter un autre facteur qui joue un rôle important, c'est le lessivage par les précipitations.

5.4.4. Distribution les teneurs en sulfates:

Les sulfates contenus naturellement dans l'eau souterraine sont fournis par la dissolution des minéraux contenant du soufre (comme le gypse par exemple). Les sulfates sont également utilisés dans certains engrais et produits phytosanitaires. La concentration maximale admissible de 250 mg/l selon les normes françaises. Devant les concentrations importantes de sulfates dans l'eau, il convient de rechercher s'il n'y a pas des rejets industriels. Les teneurs en ions sulfates varient d'environ 75 mg/L à 350 mg/L.

Ces valeurs ne sont pas particulièrement élevées. Globalement, les augmentations de concentrations se font vers le nord et vers l'est. La nappe ayant une direction du SE vers le NW (Figure 40), ces augmentations sont logiques car la nappe va se charger peu à peu en éléments durant son trajet. Les faibles augmentations montrent que l'eau de la nappe ne rencontrent pas de source de pollution importante au cours de son cheminement dans l'aquifère. L'augmentation à l'approche de la ville laisse penser que les sulfates ont une origine sans doute domestique.

5.4.5. Distribution la conductivité à 25°:

La conductivité traduit la minéralisation totale de l'eau. Sa valeur varie en fonction de la température. Sa mesure permet de déceler immédiatement une variation de la composition de l'eau, par exemple :

- Baisse de conductivité de l'eau d'un réseau de chauffage due à l'entartage.

- Réglage de la purge d'une chaudière ou d'un circuit de refroidissement pour limiter la concentration des sels dissous.

Le niveau guide de la conductivité à 20 C° d'une eau destinée à la consommation humain est 400 uS/cm.

Les eaux se chargent en éléments en se dirigeant vers l'agglomération (Figure 41).

La minéralisation augmente avec le temps de séjour dans l'aquifère. Les valeurs les plus fortes s'observent ainsi logiquement dans les zones non irriguées. Les valeurs intermédiaires subissent d'une part l'influence de l'eau présente dans l'aquifère et d'autre part celle due a l'arrivée des eaux d'irrigation. En ce qui concerne le point 13, les valeurs remarquables observées pour les concentrations en chlorures et sulfates sont également confirmées par la conductivité qui augmente de 100%. Il est possible de penser que ce point est une source de pollution locale puisqu'il présente trois des quatre paramètres physico-chimiques très particuliers (concentrations et conductivités très élevées).

5.5. Conclusion :

Les eaux de l'aquifère alluvial présentent une grande homogénéité. Elles subissent un enrichissement logique dans le sens de l'écoulement. La majorité des eaux sont de faciès bicarbonaté calcique. La teneur en sulfates est assez élevée en raison de l'origine des eaux et des sédiments. Il n'y a pas de problème d'altération chronique de la qualité de l'eau par les polluants traditionnels : nitrates, phosphates, chlorures. Quelques problèmes sont identifiés localement (point 13).

Conclusion général et perspectives :

Le premier objectif de cette étude était de rassembler les éléments de compréhension au fonctionnement générale de l'aquifère alluvial afin d'utiliser dans l'avenir les résultats obtenus indépendamment en un tout cohérent sous la forme d'un modèle hydrogéologique.

Le deuxième objectif était d'interpréter les données afin de cerner les problématiques actuelles et futures, et proposer proposer des mesures complémentaires utiles à la modélisation du système.

Cette étude s'articule principalement sur des informations lithologiques, piézométriques, hydroclimatologiques et hydrochimiques. Grâce aux données de forages on peut dire que la géométrie du réservoir est maintenant mieux définie.

Les variations piézométriques indiquent un rôle important des irrigations qui permettent le maintien du niveau d'eau pendant la période d'étiage (niveau d'eau le plus faible) durant tout l'été, cela permet de limiter le risque de manque d'eau et d'éventuelles restrictions. Par ailleurs, suivant le sens de l'écoulement (SE-NW) on peut dire que la Durance aliment la nappe (limite à flux imposé) et le Rhône draine la nappe (limite à potentiel imposé). Les données piézométriques sont limitées dans une petite zone et ne s'étendent pas sur toute la zone.

La recharge de la nappe a été déterminée en première approche sous des conditions naturelles c'est-à-dire sans prise en compte l'apport de l'irrigation.

Les eaux de la nappe appartiennent au faciès bicarbonaté-calcique plus ou moins magnésien. Leur qualité chimique selon les éléments majeurs est globalement bonne. Seul un point d'eau sur lequel nous avons des doutes quant à sa représentativité dépasse les normes de potabilité pour les sulfates et le magnésium.

Ce travail représente une approche hydrogéologique globale de la nappe alluviale de la plaine d'Avignon. D'autres études sont prévues, notamment des essais de pompage pour déterminer les caractéristiques hydrodynamiques de l'aquifère et des études géophysiques par la tomographie de résistivité électrique pour comprendre l'organisation lithologique des bordures du bassin.

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Vileneuve G O.1980. Glossaire de météorologie et de climatologie, édition 2, 353 p.

Annexe 1 : Données de climat de l'INRA (1990-2007)

Températures minimales

janvier

février

mars

avril

mai

juin

juillet

août

septembre

octobre

novembre

décembre

moyennes annuelles

1990

-1.11

5.36

5.22

6.59

11.77

14.35

17.43

17.07

14.02

12.07

5.83

0.72

9.11

1991

1.21

0.93

7.36

6.17

9.82

13.97

17.87

17.93

16.06

9.11

4.66

0.05

8.76

1992

0.51

1.76

5.37

7.13

12.4

13.51

17.11

17.57

13.2

8.45

6.17

3.88

8.92

1993

1.49

0.77

4.32

7.81

11.63

15.4

15.94

17.13

12.83

10.83

4.14

2.77

8.76

1994

2.55

3.71

7.2

6.58

11.48

15.65

18.63

18.42

13.97

9.48

8.62

4.18

10.04

1995

1.86

4.57

2.79

8.15

10.21

14.34

18.73

18.54

12.64

12.39

6.51

3.29

9.5

1996

5.4

1.62

4.59

8.12

10.46

15.37

16.98

15.89

11.87

10.3

5.67

4.24

9.21

1997

1.9

3.21

6.32

6.47

10.94

14.92

16.95

17.64

13.7

6.77

3.58

9.45

1998

2.4

1.82

4.92

6.35

11.1

14.72

17.58

16.85

13.22

9.58

3.16

1.84

8.63

1999

1.92

2.22

5.84

8.27

13.56

14.79

17.71

17.73

15.47

10.95

4.24

2.23

9.58

2000

0.86

4.3

6.44

8.09

12.53

16.19

16.14

18.12

14.57

10.55

6.03

5.02

9.9

2001

4.36

3.41

7.29

6.89

12.94

15.19

17.26

17.83

12.64

12.61

4.56

-0.72

9.52

2002

0.03

4.46

6.45

8.83

10.98

15.47

17.6

17.07

13.75

10.58

7.84

4.74

9.82

2003

1.48

1.25

4.32

7.37

12.59

18.33

18.99

19.38

13.75

10.32

6.63

3.65

9.84

2004

2.45

2.65

4.41

7.8

10.03

15.94

17.62

17.83

14.61

11.62

5.99

3.19

9.51

2005

1.66

0.35

3.38

7.4

11.9

17.19

18.78

17.26

14.63

11.73

5.18

0.37

9.15

2006

0.61

1.56

4.98

8.62

11.88

15.58

20.01

17.46

15.44

12.4

7.84

2.41

9.9

2007

3.45

3.27

5.64

9.11

12.93

15.41

16.72

16.23

13.27

9.57

5.93

1.74

9.44

moyennes mensuelles

1.83

2.62

5.38

7.54

11.62

15.35

17.67

17.55

13.87

10.75

5.88

2.62

Températures maximales

janvier

février

mars

avril

mai

juin

juillet

août

septembre

octobre

novembre

décembre

Moyenne annuelle

1990

11.8

16.51

17.28

17.01

24.91

26.47

30.62

29.77

25.6

21.21

13.38

7.47

20.17

1991

10.24

10.72

16.9

17.73

20.34

25.78

31.35

30.94

26.64

18.28

13.27

8.76

19.25

1992

8.31

12.05

15.41

18.7

24.15

24.04

29.98

31.34

25.16

16.91

15.82

11.34

19.43

1993

11.96

10.29

14.44

18.54

23.68

27.32

28.45

31.16

18.25

11.66

11.83

19.3

1994

10.89

12.46

18.9

16.37

23.46

28.22

32.89

32.15

23.29

19.94

16.76

12.29

20.64

1995

9.93

14.72

14.83

18.76

22.41

26.72

31.94

29.65

23.24

23.18

13.62

10.68

19.97

1996

12.34

9.58

13.94

19.12

22.56

27.81

29.08

27.67

22.1

19.08

13.04

10.59

18.91

1997

9.94

14.95

19.64

19.5

24.01

25.38

29.09

30.71

27.43

21.01

15.63

11.13

20.7

1998

11.08

14.75

15.96

17.61

24.32

27.98

31.17

30.36

24.66

19.37

11.22

10.43

19.91

1999

11.68

11.61

17.07

18.97

25.25

27.53

31.76

30.47

27.15

20.96

12.6

10.41

20.46

2000

9.94

14.43

17.18

19.51

25.35

28.54

28.95

31.32

26.92

19.69

14.36

13.09

20.77

2001

11.74

13.04

18.16

18.29

24.14

27.86

30.27

33.02

23.39

23.62

12.28

8.13

20.33

2002

11.61

14.14

17.18

19.6

22.15

29.77

29.49

23.27

21.01

16.4

11.77

20.45

2003

8.44

10.82

17.82

19.75

25.4

33.35

33.5

36.32

25.54

18.86

15.73

11.52

21.42

2004

9.9

10.7

15.02

18.54

22.83

29.39

31.11

30.91

26.88

21.99

13.59

10.13

20.08

2005

10.49

9.37

15.84

19.16

24.12

30.22

30.83

28.97

25.16

21.9

13.06

7.56

19.72

2006

9.2

10.42

14.73

20.59

24.77

29.81

35.33

28.05

27.18

23.07

17.01

11.26

20.95

2007

12.91

14.23

16.35

23.12

24.35

27.66

30.28

29.28

25.27

20.12

13.25

10.39

20.6

moyennes mensuelles

10.69

12.49

16.48

18.94

23.79

27.95

30.91

30.64

25.16

20.47

14.04

10.49

Températures moyennes

janvier

février

mars

avril

mai

juin

juillet

août

septembre

octobre

novembre

décembre

Moyenne annuelle

1990

4.4

10.56

10.83

11.56

17.99

20.21

23.65

22.99

19.56

16.11

9.22

3.65

14.23

1991

5.1

5.25

12.04

11.64

14.9

19.77

24.53

24.17

20.82

13.04

8.92

3.78

13.66

1992

3.82

6.31

10.09

12.74

18.01

18.37

23.15

24.08

18.76

12.36

10.53

7.49

13.81

1993

6.22

4.81

9.1

12.82

17.35

21.22

21.82

23.58

17.84

14.19

7.33

7.14

13.62

1994

6.36

7.85

12.55

11.3

17.34

21.55

25.55

24.73

18.17

13.83

12.17

7.92

14.94

1995

5.48

9.16

8.59

13.1

16.02

20.31

25.04

23.26

17.49

16.88

9.98

6.67

14.33

1996

8.65

5.18

8.86

13.39

16.36

21.53

22.84

21.63

16.54

14.29

9.12

7.16

13.8

1997

5.31

8.46

12.74

12.9

17.39

19.88

22.69

23.84

19.87

15.58

10.89

6.94

14.71

1998

6.22

7.54

10.14

11.95

17.79

21.54

24.4

23.55

18.65

13.98

6.82

5.83

14.03

1999

6.16

6.59

11.11

13.35

18.88

20.89

24.27

23.69

20.91

15.42

7.61

5.94

14.57

2000

4.78

9.07

11.3

13.49

18.74

22.03

22.26

24.15

20.03

14.65

9.92

8.51

14.91

2001

7.84

7.63

12.21

12.33

18.01

21.49

23.67

24.3

17.37

17.35

3.47

14.47

2002

5.22

8.95

11.39

14.11

16.43

22.08

23.11

22.63

17.97

15.27

11.83

8.01

14.75

2003

4.57

5.68

10.73

13.12

18.73

25.47

25.9

27.13

14.06

10.59

7.14

15.18

2004

6.04

6.33

9.23

13.1

16.35

22.49

23.8

20.1

16.23

9.29

6.4

14.45

2005

5.48

4.38

9.06

13.05

17.87

23.35

24.3

22.68

19.17

16.2

8.4

3.89

13.99

2006

4.34

5.5

9.55

14.29

17.92

22.36

22.25

20.69

17.23

11.92

6.29

14.95

2007

7.78

8.35

10.6

15.77

18.25

21.3

23.21

22.25

18.7

14.3

9.2

5.46

14.6

moyennes mensuelles

5.77

7.09

10.56

17.46

21.44

23.97

23.59

18.98

15.05

9.54

6.21

									Précipitations (mm)
	janvier		février		mars		avril		mai		juin		juillet		août		septembre	octobre		novembre		décembre		précipitations annuelles
1 990	40.5		27.5		15		114		100.5		34.5		13		52.5		75	169.5		25		65.5		732.5
1 991	21.5		28		85.5		49.5		20.5		24		138		56.5		137.5	120		27		2.5		710.5
1 992	28		38		26.5		15		101.5		113.5		24		41.5		176.5	89		35.5		22.5		711.5
1 993	0		24.5		32.5		180		56.5		22.5		46.5		76		205.5	98		60.5		16.5		819
1 994	113.5		143		7		63		48.5		46.5		30		58		262.5	151		97		6		1 026
1 995	52		43.5		11		87.5		52		8.5		36.5		21		167.5	66.5		101		85.5		732.5
1 996	143		50.5		74.5		64		42		42		56		117.5		112.5	45.5		191		81		1 019.50
1 997	134		3.5		0		17		37.5		77.5		20.5		68.5		20.5	50.5		83		36		548.5
1 998	41.5		7		1.5		106.5		58		19		3		21		122.5	25		17		30.5		452.5
1 999	82.5		0.5		60.5		40.5		50.5		37.5		0.5		57.5		125.5	140.5		63.5		11		670.5
2 000	4		6.5		25.5		92		51		50.5		59		13.5		70	182.5		115		90.5		760
2 001	48		31		88.5		19		121		9		55		0.5		56	89.5		15		0.5		533
2 002	30		92		58.5		29.5		102.5		70.5		28		65.5		209	71		170.5		40.5		967.5
2 003	72.5		22.5		8		77		36.5		0.5		8.5		10		137	91.5		97.5		176.5		738
2 004	18		27		18.5		70.5		13		1.5		0.5		88.5		26	112.5		25		23.5		424.5
2 005	1.5		0.5		16		117		50.5		18		10		16.5		102.5	92.5		51		23		499
2 006	68.5		20.5		22		6.5		27.5		7		26		27.5		149	56.5		90		39		540
2 007	16		21.5		19.5		36.5		109		83		0.5		6		37.5	22		65.5		11.5		428.5
moyennes mensuelles	50.8		32.6		31.7		65.8		59.9		37		30.9		44.3		121.8	93		73.9		42.3

									Nombre de jours de pluie
	janvier		février		mars		avril		mai		juin		juillet		août		septembre	octobre		novembre		décembre		nombre de jours cumulés
1990	10		10		1		15		9		6		4		6		9	17		9		9		105
1991	5		10		13		7		4		5		2		6		7	13		9		5		86
1992	7		4		6		5		8		11		6		3		10	15		9		9		93
1993	0		5		9		13		9		7		6		4		15	14		11		4		97
1994	6		8		2		11		8		4		1		3		8	15		9		7		82
1995	9		15		5		8		8		1		3		6		8	9		8		15		95
1996	21		7		7		8		5		3		7		9		4	4		16		17		108
1997	14		5		0		3		8		13		4		5		8	7		10		7		84
1998	8		5		1		14		5		3		4		2		9	5		6		5		67
1999	11		1		7		9		10		8		1		8		6	12		12		6		91
2000	4		4		4		7		5		3		4		5		9	11		15		10		81
2001	13		2		13		7		10		4		5		1		9	7		6		1		78
2002	5		7		4		7		10		4		5		6		8	9		20		12		97
2003	8		5		6		9		4		1		3		3		6	9		16		10		80
2004	10		8		7		10		6		2		1		7		3	17		6		12		89
2005	3		1		4		8		7		3		1		2		8	7		12		6		62
2006	8		3		11		3		7		1		6		3		6	8		6		5		67
2007	4		10		7		4		11		6		1		4		3	3		3		3		59
moyennes mensuelles	8.1		6.1		5.9		8.2		7.4		4.7		3.6		4.6		7.6	10.1		10.2		7.9
				ETP moyen mensuel de Penman (mm) calculé par INRA d'Avignon
		janv		février		mars		avril		mai		Juin		Juillet		aout			sept		Oct		Nov		Dec
1990		10.2		29.3		79.1		97.5		134.8		150.5		193.8		159.9			107.1		49.8		24		16.5
1991		14.4		27.3		60.5		101.9		158.8		153.4		190.9		157			91.6		46.2		18.4		16
1992		19.8		33.6		71		110.9		128.6		124.2		166.8		147.6			88.1		34.4		15.7		12.1
1993		15.6		34.9		74.2		84.3		127		162.3		172.4		157.1			82.2		49.5		19.5		13
1994		22.2		32.5		80.8		86		124.5		183.5		189.7		155.4			80.6		41.8		21.1		17
1995		28.5		33		73.7		110.4		127.6		174.5		187.1		162.8			96.5		47.8		43.6		13.8
1996		16.9		39.7		70.8		104.9		142.4		178.2		179.9		140.3			96.8		60.7		20.8		16.7
1997		16.9		36.2		102.9		131		130.1		125.5		177.7		136.7			95.5		60.8		18.9		18.6
1998		17.5		34.4		95.3		83.6		157.2		180.2		212.2		168.8			92.2		54.2		28.3		21.9
1999		15.8		49.9		83.4		104.1		142.6		189.2		204.6		156.8			95.7		50.3		26.8		18.4
2000		22.1		41.8		97.6		99.6		144.6		193		190.3		163.1			110.7		52.5		20.6		16.5
2001		20.8		49.9		61.4		115		143.7		194		186		158.8			112.5		52.9		36.6		17.6
2002		12		35.2		80.5		114.3		142		183.5		200.2		164			98.4		56		21.8		12
2003		23.3		33.9		70.5		110.5		160.7		212.6		223		180.5			108.7		55.4		17.9		16.6
2004		20.2		34.9		74.7		105.9		149.5		204.2		214.8		167.6			123.9		46.2		36.3		15.5
2005		26.5		45.5		71.3		106.1		164.4		206.6		218.6		187.5			99.8		53		23.8		13.9
2006		15.3		35.5		69.7		131.6		170.4		203.1		214.7		191.8			105.2		59.7		29.6		7.7
2007		16.4		25.6		82.6		104.3		149.1		166.9		204.8		167.8			133.7		69.1		45.2		10.9
Moy-mens		18.58		36.28		77.78		105.66		144.33		176.97		195.97		162.42			101.07		52.2389		26.05		15.2611

Annexe 2 : Formules d'estimation de l'évapotranspiration :

Thornthwaite établit une corrélation entre la température moyenne mensuelle et l'évapotranspiration mensuelle. Cet auteur, définit d'abord un indice thermique mensuel i.

Puisque l'humidité moyenne de l'air (H) sur la période considérée est > 50 %, on utilise la formule suivante pour calculer l'ETP :

L'ET₀ (Evapotranspiration de référence) moyen mensuel a été calculé par la station météorologique de l'INRA a été calculé par la formule de Penman pour la période 1990-2007.

? : pente de la courbe de tension de vapeur à la température moyenne de l'air (Pa/C°).

?e : différence entre la pression de vapeur saturante (es) et la pression de vapeur effective (ea) dans l'air (Pa).

Cette formule n'est pas valable que si les précipitations sont comprises entre :

Annexe 3 : Bilans hydrologique :

Annexe 4 Les coupes lithologiques :

Annexe 5 : Analyses chimique in-situ et au laboratoire (novembre 2008)

Novembre 2008

Mesures terrain

Mesures laboratoire

échantillons

T°C

25C

HCO₃^-

F^-

Cl^-

NO₃^-

SO₄^--

Ca⁺⁺

Mg⁺⁺

Na⁺

K⁺

Bal

7.2

582.7

222

0.14

20.37

3.78

80.67

82.17

13.51

13.20

2.09

-1%

14.2

7.43

554

212

0.16

21.04

2.44

91.09

74.83

14.12

16.29

2.04

-3%

17.3

7.47

503

194

0.13

19.07

2.33

78.97

69.22

12.69

19.28

2.01

17.7

7.08

712

174

0.21

25.47

9.08

100.99

100.10

16.58

18.44

2.84

11%

19.7

7.21

645

264

0.24

26.13

5.64

99.80

94.20

14.67

16.76

2.58

-4%

17.3

7.37

585

232

0.28

22.88

3.26

91.98

81.15

14.68

15.37

2.77

-3%

17.2

7.32

639

250

0.14

24.68

4.90

103.07

89.95

16.40

16.52

2.58

-3%

15.5

7.84

748

193

0.07

27.07

32.25

154.30

113.96

7.83

20.13

20.01

17.6

7.36

708

285

0.13

27.51

4.16

118.39

97.74

19.55

17.41

2.56

-4%

16.8

7.22

647

293

0.24

24.94

4.80

98.41

93.31

14.29

15.71

2.22

-8%

17.1

7.17

702

289

0.24

30.66

7.15

102.32

101.86

14.80

19.68

2.57

-4%

17.6

7.14

674

285

0.20

24.37

6.60

95.74

102.70

15.37

15.60

2.76

-2%

16.2

7.02

1100

442

0.19

68.10

11.07

430.87

201.85

68.39

46.59

2.14

-1%

7.35

584

210

0.14

22.36

1.41

105.85

87.22

15.07

14.80

2.03

17.5

7.4

1422

242

0.12

22.91

2.20

88.25

93.76

14.52

13.49

2.17

16.7

7.22

1540

272

0.15

23.10

5.91

95.78

91.53

14.81

15.37

2.54

Etude hydrogéologique à la confluence Rhône-Durance

Etude hydrogéologique à la confluence Rhône-Durance

(Secteur d'Avignon)

Introduction

1. Présentation de la zone d'étude:

1.1. Contexte géographique:

1.2. Contexte hydrographique:

1.2.1. Le Rhône et la Durance:

1.2.2. Les canaux d'irrigation:

1.3. Contexte topographique:

1.4. Occupation du sol:

1.5. Contexte géologique:

2. Hydroclimatologie:

2.1. Introduction :

2.2. Température:

2.3. Précipitations:

2.4. Diagramme ombrothermique:

2.5. L'indice d'aridité :

2.6. L'évapotranspiration:

2.7. L'évapotranspiration potentielle (ETP):

2.8. Bilan en eau:

2.9. Estimation de L'évapotranspiration réelle (ETR) et de la recharge de la nappe en condition naturelle:

2.10. Conclusion:

3. Géométrie et remplissage du réservoir aquifère:

3.1. Introduction:

3.2. Données disponibles:

3.2.1. Carte géologique:

3.2.2. Les forages:

3.2.3. Carte du toit du substratum:

3.2.4. Carte de la profondeur du toit de l'aquifère par rapport au sol:

3.2.5. Etablissement un coupe hydrogéologique représentatif:

4. Piézométrie et hydrodynamique:

4.1. Généralités:

4.2. Interprétation des cartes piézométriques:

4.2.1. La nappe en période d'hautes eaux (25/09/2008):

4.2.2. La nappe en période de basses eaux (05/03/2008):

4.2.3. Carte de battement:

4.3. Le rôle de l'irrigation:

4.4. Caractéristiques hydrodynamiques de l'aquifère:

4.5. Conclusion:

5. Hydrochimie:

5.1. Généralités:

5.2. Méthodologie:

5.2.1. Les Paramètres mesurés in situ:

5.2.2. Les paramètres mesures en laboratoire:

5.3. L'interprétation des analyses chimiques:

5.4. Distribution spatiale des éléments:

5.4.1. Distribution des teneurs en chlorures:

5.4.2. Distribution des teneurs en nitrates:

5.4.3. Evolution temporelle des nitrates à La Saignonne:

5.4.4. Distribution les teneurs en sulfates:

5.4.5. Distribution la conductivité à 25°:

5.5. Conclusion :

Conclusion général et perspectives :

Références bibliographiques:

Annexe 1 : Données de climat de l'INRA (1990-2007)

Annexe 2 : Formules d'estimation de l'évapotranspiration :

Annexe 3 : Bilans hydrologique :

Annexe 4 Les coupes lithologiques :

Annexe 5 : Analyses chimique in-situ et au laboratoire (novembre 2008)