Processus de transferts dans la zone non saturée de la craie (approche in situ et laboratoire)

Titre : Processus de transferts dans la zone non saturée de la craie (approche in situ et laboratoire)

Résumé :  L’alimentation en eau potable du bassin de Paris est assurée pour moitié environ par la nappe de la craie. Le sous-sol crayeux a favorisé une riche agriculture associée à des usages intensifs d’azote et pesticides, induisant une dégradation de la qualité de cette nappe. L’aquifère de la craie du Crétacé supérieur est caractérisé par une triple porosité : la porosité matricielle, la porosité de fractures et la porosité de conduits karstiques. Les contributions respectives des transferts par la matrice ou par les fractures sont difficiles à déterminer. De plus, les processus de transferts de l’eau et de soluté sont impactés par plusieurs paramètres (propriétés de la craie, propriétés physiques de chaque soluté, caractéristiques de la formation superficielle…).

 Cette thèse a pour objectif de caractériser les processus et les temps de transferts de l’eau et de solutés dans la craie et en particulier dans la zone non saturée. Pour cela, deux échelles d’étude sont envisagées : in situ, la carrière souterraine de craie de Saint Martin le Noeud, un site exceptionnel donnant accès à la limite de la zone saturée et non saturée ; et en laboratoire, des carottes de craie. On s’intéressera aux éléments majeurs et à certains contaminants (engrais azotés et pesticides).

1) Etude des processus de transferts d’eau et de solutés dans la craie in situ

Le site d’étude proposé est une carrière souterraine de craie partiellement ennoyée sur la boutonnière de Bray dans l’Oise, située au sommet d’un dôme piézométrique. Cette carrière abandonnée, renferme plusieurs lacs souterrains permanents déconnectés les uns des autres. Elle se trouve à une vingtaine de mètres de profondeur et s’étend sur environ 1 km de long et 300 m de large. Des eaux de percolation à travers la zone non saturée s’écoulent au toit des galeries dont la pente permet l’accès à l’eau à différentes profondeurs dans la zone non saturée. Une étude liminaire a pu mettre en évidence de forts contrastes de la qualité des eaux des lacs souterrains, ainsi que de la couverture de formations superficielles, des pratiques culturales, des épaisseurs de zone non saturée (Barhoum, 2014, Barhoum et al, 2014).

Cette carrière est un site pilote exceptionnel puisqu’il permet de boucler le bilan hydrique depuis la surface en passant par le sol et la zone non saturée (ZNS) jusqu’à la zone saturée (ZS) dans les lacs. Les variations spatio-temporelles des eaux souterraines (quantité et qualité) seront étudiées dans le but de déterminer les processus de transfert, de stockage, et d’interaction avec la craie :

- dans l’espace, la variation de qualité et quantité des eaux souterraines de la carrière (eaux des lacs, eaux de percolation) sera comparée avec les caractéristiques physiques de la zone non saturée :