Etat de l’art sur les méthodes de caractérisation et de quantifides échanges nappe-rivière.

DOI
https://doi.org/10.26047/PIREN.rapp.ann.2011.vol17

Historiquement, les eaux de surface et souterraines ont été étudiées comme deux entités séparées (Kalbus et al 2006). Cependant, depuis peu, l’étude des échanges nappe-rivière est devenue une composante essentielle de la caractérisation hydrogéologique des bassins versants (Hayashi et Rosenberry, 2002). Aujourd’hui, l’interface nappe-rivière est considérée comme une zone de transition caractérisée par une grande variabilité des processus physiques (liés au transport) et biogéochimiques (dégradation, biodégradation, précipitation, sorption-désorption etc). Cette zone de transition correspond à la couche de sédiments saturés en eau située sous le lit de la rivière. Elle est caractérisée par des faibles vitesses d’écoulement tri-dimensionnel. Les écologistes utilisent le terme de la zone hyporhéique (ZH) pour définir cette zone (Schwoerbec 1961). Elle désigne les processus d’interaction entre le biotope, le métabolisme et les eaux de rivière (Hynes, 1983 ; Brunke and Gonser 1997). Sur le plan fonctionnel, les interactions nappe–rivière ont un rôle fondamental dans le fonctionnement des écosystèmes de la zone riparienne (kalbus et al, 2006). Storey et al. (2003) ont suggéré, que les écoulements des eaux souterraines peuvent avoir un impact significatif sur l'étendue de la zone hyporhéique et peuvent affecter la distribution de la faune benthique (Brunke et Gonser, 1997). De plus, les variations temporelles des gradients hydrauliques entre l'aquifère et un cours d'eau peuvent modifier le champ d’écoulement près du ruisseau (Wroblicky et al., 1998). Les interactions nappe-rivière sont complexes et se développent de manière diverse suivant les échelles spatiales d’étude. Suivant l’échelle d’observation, les hétérogénéités fonctionnelles peuvent varier du centimètre au mètre (Brunke and Gonser, 1997; Woessner, 2000). Ces échanges complexes varient en fonction du secteur morphologique, de la saison, de l’hydraulique du cours d’eau, de la position relative du niveau de la nappe par rapport à celle du niveau de l’eau en surface, et des caractéristiques physiques de la couche de sédiments du fond du cours d’eau. L’objectif de ce rapport est de faire le point sur les différentes méthodes de caractérisation et quantification des échanges nappe-rivière, aussi bien du point de vue expérimental (mesures de terrain plutôt locales) que de la modélisation spatialisée qui permet d’aborder le problème à l’échelle régionale. Nous dresserons un aperçu des approches et des méthodes les plus utilisées pour l’identification et la caractérisation des interactions à l’interface nappe-rivière. Chaque méthode est brièvement décrite. Les méthodes sont regroupées en mesures directes des flux d’eau et en mesures indirectes regroupant les méthodes de traçage (chimique, physique et biologique), les méthodes hydrologiques basées sur la loi de Darcy et sur le bilan hydrologique, les méthodes biologiques et les méthodes géophysiques. La pertinence des différentes méthodes et leur applicabilité aux différentes échelles de temps et d’espace sont discutées.