Méthodes électriques pour le suivi des battements phréatiques

Titre : Méthodes électriques pour le suivi des battements phréatiques

Sujet : A l'ère anthropocène (Smith et al., 2013) et dans le contexte du changement climatique mondial (CCG), le bien-être des sociétés humaines nécessite une augmentation des connaissances sur les impacts réciproques entre les activités anthropiques et les écosystèmes. Afin d'atténuer les changements mondiaux, régionaux et locaux, il est crucial de développer des méthodes et des techniques qui aident à maintenir les précieuses interactions entre les sociétés humaines et les écosystèmes.

Dans le contexte continental et fluvial, les inondations d'eau douce et les inondations d'eau souterraine sont la plupart du temps des événements climatiques brutaux et catastrophiques pour les interactions anthropiques-écosystème, altérant le bien-être et les biens des sociétés humaines pendant des périodes plus ou moins longues.

Autrefois, en France par exemple, la société gallo-romaine développait des techniques de drainage, des connaissances hydrauliques pour tirer profit de l'environnement naturel et développer des activités (sociales, agricoles, religieuses, etc.). Néanmoins, les techniques n'étaient pas toujours suffisantes pour atténuer les phénomènes climatiques tels que les inondations, provoquant l'abandon de l'environnement occupé (Save et al., 2012). À l'heure actuelle, la gestion des risques d'inondation reste une tâche ardue et en particulier l'atténuation et la prédiction des inondations des eaux souterraines qui saturent alors les zones vadoses entraînant des conséquences importantes (Cobby et al., 2009), notamment sur les infrastructures et sur les bâtis.

L'étude de la dynamique d'une nappe phréatique et de la saturation en eau dans la zone vadose est classiquement réalisée par des mesures hydrologiques locales en piézomètres. Les méthodes géophysiques permettent d'explorer une plus grande zone, mais avec une résolution dépendant la plupart du temps de la densité du réseau de capteurs (Guérin, 2005 ; Parsekian et al., 2015). La plupart des techniques hydrologiques classiques sont invasives, actives et donc coûteuses, surtout lorsqu'une surveillance à long terme est nécessaire. On préférera donc ici utiliser des méthodes géophysiques non invasivess, sensibles aux variables pertinentes pour suivre la saturation en eau des sols et la surveillance dynamiques de la nappe phréatique et de ses impacts en surface, sur les bâtis notamment. On appliquera les méthodes du suivi du potentiel spontané (PS) – potentiel électrique naturellement présent dans les milieux poreux -, et de tomographie de résistivité électrique, pour suivre les battements de la nappe (e.g., Maineult et al. 2008, Allègre et al. 2014), aussi bien que les remontées capillaires dans les bâtis. Il faudra pour cela faire du développement méthodologique (optimisation des dispositifs d’acquisition) aussi bien que du développement dans le traitement des données (applications à la géométrie particulière des bâtis).

La première partie expérimentale du sujet sera menée sur le site archéologique des Vaux de la Celle (Genainville, Vexin français) où la nappe du Cuisien affleure dans l'aire sacrée d'un temple gallo-romain classé monument historique. Des piézomètres sont instrumentés depuis plusieurs années pour suivre les oscillations de la nappe au contact des fondations des bâtis du temple. On mettra en relation les observables géophysiques et ces mesures hydrologiques classiques, afin de mettre en évidence des relations de calibration permettant d’utiliser les outils géophysiques comme substituts aux mesures hydrologiques.

Le seconde partie expérimentale sera constituée de mesures in situ à grande échelle sur un modèle analogue de bâti, soit une reproduction à l'échelle 1:1 d'un pilier antique avec une nappe artificielle contrôlée, et ce afin d'étudier les impacts des remontées capillaires dans les bâtis du patrimoine, qui seront modélisées numériquement.

Mots-clefs : nappe phréatique, zone vadose, hydrogéophysique, potentiels électriques spontanés, milieux poreux, remontées capillaires, sols, bâtis antiques, modélisations analogiques et numériques