Approche de l’étude des interactions eau de surface– eau

rapport de stage en milieu professionnel - ORE 1

Approche de l’étude des interactions eau de surface–eau souterraine sur le bassin versant du Bras Noir

Ile de la Réunion

figure 1

Magali DUFFAU Maître de stage : François BOCQUEE ENSA 2

Enseignant-chercheur responsable : Christophe CUDENNEC

Août – Septembre 2001

Rapport de stage en milieu professionnel


Sommaire Remerciements............................................................................................................................ p. 3 Liste des figures .......................................................................................................................... p. 4 Introduction ................................................................................................................................ p. 5 I. La Réunion et l’Observatoire Réunionnais de l’Eau.................................................................. p. 6

A. Géographie de l’île.................................................................................................... p.6 1°) Situation géographique....................................................................................... p.6 2°) Grands traits géologiques .................................................................................... p.7 3°) Climat ................................................................................................................ p.7

B. L’ORE ..................................................................................................................... p.7 1°) Les missions de l’ORE....................................................................................... p.7 2°) Les acteurs de l’ORE ......................................................................................... p.8 3°) Les partenaires financiers................................................................................... p.8 4°) Le réseau de mesures ......................................................................................... p.9

II. Le Bras Noir : un site d’étude original et privilégié.................................................................. p.9

A. Présentation du site ................................................................................................... p.9 1°) Situation géographique ...................................................................................... p.11 2°) Géologie............................................................................................................ p.13 3°) Occupation des sols ........................................................................................... p.14 4°) Climatologie ...................................................................................................... p.14 5°) Réseau de mesure sur la zone............................................................................. p.14

a) Réseau hydrométrique...................................................................... p.15 b) Réseau piézométrique...................................................................... p.15 c) Stations pluviométriques .................................................................. p.15

B. Evaluation de la ressource en eau de la zone : approche du bilan hydrologique p.16 1°) Définition des termes du bilan............................................................................ p.16 2°) Précipitations..................................................................................................... p.16 3°) Approximation de l’évapotranspiration............................................................... p.18

a) détermination de la valeur ................................................................. p.18 b) influence de la végétation.................................................................. p.18

4°) Ruissellement et écoulement : R ......................................................................... p.19 5°) Infiltrations........................................................................................................ p.19 6°) Le bilan............................................................................................................. p.20

III. Approche de l’hydrosystème Bras Noir – forage S1 Petite Plaine........................................... p.20

A. Les deux éléments du système ................................................................................... p.20 1°) Le Bras Noir...................................................................................................... p.20 2°) Le forage S1...................................................................................................... p.21

a) géologie du forage ............................................................................ p.21 b) graphes de montée des eaux .............................................................. p.21

B. Mise en corrélation.................................................................................................... p.23 C. Forages S2 et S3 ....................................................................................................... p.24 D. Approche de la géographie de la nappe...................................................................... p.24

Conclusion.................................................................................................................................. p.26 Bilan du stage ............................................................................................................................. p.26 Bibliographie .............................................................................................................................. p.27 Annexes ...................................................................................................................................... p.29


Remerciements

Je tiens à remercier M. François Bocquée, directeur de l’O.R.E pour m’avoir permis d’effectuer ce stage en milieu professionnel dans son organisme et donné ma première expérience dans le domaine de l’hydrologie. Je voudrais aussi sincèrement remercier Ulysse Gironcelle, technicien supérieur, pour sa disponibilité et sa patience, Jean-Luc Folio, hydro-géologue, pour le temps qu’il m’a consacré malgré son stagiaire et son travail, Stéphanie Merlin, hydro-biologiste, pour avoir partagé son bureau avec moi et répondu à mes nombreuses questions. Je remercie aussi chaleureusement Victoire, Danielle, Laurent, Corbière et Jean-Hugues pour les connaissances pratiques qu’ils m’ont transmises ainsi que leur gentillesse. Enfin je voudrais remercier M. Jacques Chanut, responsable ressource en eau de la Direction de l’Agriculture et de la Forêt de la Réunion qui a répondu à mes nombreuses interrogations et a mis à ma disposition les rapports de prospection géophysique des forages de la Plaine des Palmistes.


Liste des figures Figure 1 : photo du bassin d’infiltration situé juste en aval de la station limnigraphique

de Bras Noir --------------------------------------------------------------------------- p. 0 Figure 2 : situation de l’île de la Réunion dans l’Océan Indien-------------------------------- p.6 Figure 3 : carte de l’île de la Réunion------------------------------------------------------------ p.6 Figure 4 : reproduction des supports de diffusion de l’ORE ---------------------------------- p.7 Figure 5 : logos des partenaires de l’ORE ------------------------------------------------------- p.8 Figure 6 : carte du réseau de mesures de l ‘ORE ----------------------------------------------- p.9 Figure 7 : visualisation en 3 dimensions de la zone Bras Noir-Petite Plaine ----------------- p.10 Figure 8 : panorama photographique de Petite Plaine et Plaine des Palmistes pris

depuis le point de vue (cf carte en 3D) --------------------------------------------- p.10 Figure 9 : carte des bassins versants emboîtés de Ravine Sèche et Bras Noir --------------- p.11 Figure 10 : visualisation du bassin versant de Bras Noir et des stations de mesure sur

fond IGN ------------------------------------------------------------------------------- p.12 Figure 11 : carte géologique de la Petite Plaine------------------------------------------------- p.12 Figure 12 : tableau de répartition de l’occupation des sols sur le bassin versant du Bras

Noir ------------------------------------------------------------------------------------- p.13 Figure 13 : carte d’occupation des sols du bassin versant du Bras Noir --------------------- p.13 Figure 14 : graphe de répartition de l’occupation des sols sur le bassin versant du Bras

Noir ------------------------------------------------------------------------------------- p.14 Figure 15 : graphe de précipitations/température sur la plaine des Palmistes ---------------- p.14 Figure 16 : localisation des points de mesure de l’ORE et de Météo-France sur le bassin

versant de Ravine Sèche-------------------------------------------------------------- p.15 Figure 17 : carte du bilan hydrologique par zone sur l’île de la Réunion--------------------- p.19


Introduction L’île de la Réunion a, du fait de son insularité et de son climat tropical, une ressource en eau limitée. Cependant l’eau à la Réunion est un élément à paroxysmes puisque l’île peut enregistrer des records de pluviométrie de l’Océan Indien sur sa façade Est soumise de plein fouet aux alizés tandis que la partie Ouest peut souffrir d’un impressionnant déficit en eau. L’eau sur l’île est un facteur très important de par la demande croissante de la population en plein développement ainsi que de celle des agriculteurs. C’est pour cela que l’Observatoire Réunionnais de l’Eau suit l’évolution de cette ressource de très près. Si, dans l’Est, la quantité d’eau n’est pas le facteur limitant, c’est la qualité qui va importer puisque la turbidité des eaux de surface va très souvent les rendre impropres à la consommation. Les espoirs se tournent donc vers les eaux souterraines de ce secteur afin de subvenir à la demande. Suite à une série d’études géophysiques sur la commune de la Plaine des Palmistes, il a été lancé une campagne de forages pour mieux connaître la nappe d’eau perchée découverte à cet endroit et qui pourrait constituer une ressource en eau considérable. 3 forages ont été réalisés et confiés à l’ORE pour étude et suivi en vue d’être un jour exploités. C’est ce système original compris entre le cours d’eau, Bras Noir, le forage S1 situé tout proche de sa zone d’infiltration et les forages S2, S3 que l’on se propose d’étudier. Cette étude m’a été confiée et a constitué l’objet de mon stage.


I. La Réunion et l’Observatoire Réunionnais de l’Eau

A. Géographie de l’île

1°) Situation géographique

La Réunion est un département français situé dans le Sud Ouest de l’Océan Indien par 21° de latitude Sud et 55°33 de longitude Est. Elle forme avec Maurice et Rodrigues l’archipel des Mascareignes.

figure 2: situation de l’île de la réunion dans l’Océan Indien

figure 3 : carte de l’île de la Réunion

De petite taille, elle mesure 2500 km² et compte environ 700 000 habitants.


2°) Grands traits géologiques

L’île est la partie émergée d’un volcan bouclier d’environ 5000 m de hauteur posé sur le plancher de l’Océan Indien. L’île est formée de 2 cônes basaltiques jumelés. Le plus ancien, mais le principal, le Piton des Neiges, s’est construit entre 2 millions d’année et 20 000 ans. Le plus récent, le Piton de la Fournaise, sur le flanc Est du premier, s’est formé il y a 35 000 ans et reste encore actif aujourd’hui.

Seul volcan actif des Mascareignes, la Réunion se situe dans une zone d’extension du fond des océans, à la croisée de rifts. Certaines hypothèses suggèrent même que l’île serait issue d’un volcanisme de « point chaud ».

3°) Climat

Le climat de l’île de la Réunion est tropical humide. Il présente la particularité d’être extrêmement hétérogène. On distingue deux grandes moitiés : la partie à l’Est dite « zone au vent » qui subit l’influence directe des alizés et donc des pluies orographiques fréquentes. Cette partie s’oppose à celle « sous le vent », à l’Ouest dont les pluies sont assez peu importantes.

La majeure partie des précipitations tombe en période cyclonique (de décembre à avril) par épisodes violents.

B. L’ORE Créé en 1992 sous l'égide de l'Etat et des collectivités territoriales, l'Observatoire

Réunionnais de l'Eau (ORE), "météo de la ressource en eau régionale", constitue depuis 9 ans une structure associative originale au service de tous les acteurs de l'eau dans l'île de la Réunion.

1°) Missions de l’ORE 1- Concevoir, développer et exploiter en l'état de l'art sur toute l'île un réseau de stations de mesures hydrométriques, piézométriques et hydrobiologiques en termes quantitatifs et qualitatifs 2- Traiter et valoriser les données brutes obtenues à des fins statistiques, prévisionnelles, synthétiques et d'expertises. 3- Diffuser ces connaissances auprès de tout public à partir de tous supports documentaires et banques de données intégrant les nouvelles technologies (L'OREOLE, Annuaires, Internet, SIGE…).

figure 4 : reproduction des supports de diffusion de l ‘ORE


4- Collaborer avec les diverses structures institutionnelles compétentes dans le domaine de l'eau à La Réunion, contribuer à toute réflexion éventuelle sur l'aménagement et la gestion des eaux à la Réunion et sur demande expresse de ses partenaires, en matière de coopération régionale.

L'Association n’a toutefois pas compétence en matière de police des eaux, d'annonces des crues, ou de santé publique (en particulier, contrôle de la qualité des eaux potables distribuées) qui relèvent de la compétence des Services Spécialisés sous contrôle de l'Etat ou des Collectivités Locales.

2°) Les acteurs de l’ORE

Sous direction d'un agent de l'Etat du Ministère de l'Agriculture, mis à disposition, 10 salariés : 3 cadres, 3 techniciens, 1 informaticien, 1 secrétaire PAO, 2 ouvriers mènent à bien diverses missions d'intérêt général pour :

• Mesurer la ressource en eau quantitativement et qualitativement • Etudier sa répartition et son évolution • Centraliser et diffuser l’information

Le personnel se répartit suivant les 3 domaines : eau de surface, eau souterraine, hydrobiologie.

4°) Les partenaires financiers de l’ORE

figure 5 : logos des partenaires financiers de l’ORE

En 2000, les financements octroyés pour l'exercice des missions d'intérêt général et des

prestations pour divers maîtres d'ouvrage publics, se répartissent comme suit : ü Département de la Réunion : convention 21-00 CG/DID-Eau du 13/06/2000 d'un montant

global de 1670 KF, ü Région-Réunion : convention de financement DEAT3/2000568 de 930 KF notifiée le

15/06/2000, ü Ministère de l'Agriculture (DAF-Réunion) : mise à disposition du directeur et de locaux à

hauteur de 700 KF, ü Ministère de l'Environnement (DIREN-Réunion) : programme FNSE chapitre 08-20/20

d'un montant de 168 KF, ü Divers établissements publics et communes intervenant par financement de prestations de

service pour 400 KF (prévision), soit au total 3860 KF.


5°) Le réseau de l’ORE

figure 6 : carte du réseau de mesures de l’ORE

Assez dense le réseau de l’ORE couvre l’ensemble de l’île avec : ü 228 points de mesures de débit en 2000 dont 32 stations d’acquisition automatique et 8

stations équipées pour la télétransmission (RTC, GSM Data, satellitaire) ü 160 points de mesures d’eau souterraine en 2000 dont 28 stations d’acquisition

automatique ü 41 points de mesures de qualité de l’eau en 2000 dont 3 stations d’acquisition automatique

II. Le Bras Noir : un site d’étude original et privilégié

A. Présentation du site

Situé sur la zone des plaines entre les massifs volcaniques du Piton des Neiges et du Piton de la Fournaise, le Bras Noir a un bassin versant de pente relativement faible en grande majorité puis dévale un rempart pour atterrir sur la Petite Plaine juste après la Plaine des Palmistes. Cf carte en 3D qui suit pour visualiser.

Le site d’étude est assez privilégié dans la mesure où c’est un des seuls de l’île à conjuguer suivi en continu de l’eau de surface et de l’eau souterraine.


Figure 7 : visualisation en 3 dimensions de la zone Bras Noir-Petite Plaine

figure : photo de Petite Plaine, Plaine des Palmistes prise depuis le point de vue

figure 8 : panorama photographique de Petite Plaine et Paine des Palmistes pris depuisle point de vue (cf carte en 3D)

Bras de la Plaine

Rivière des Marsouins

Réseau hydrographique de Bras Noir

Pluviomètre de la Plaine des Palmistes

Forage S2 Forage S3

Pluviomètre de Piton Rouge

Pluviomètre de Bébourg

Plaine des Palmistes

Plaine des Cafres

N

Petite Plaine

Forage S1 Point de vue

Limnigraphe de Bras Noir

500 m


1°) Situation géographique

Le Bras Noir prend naissance sur le plateau de la Plaine des Cafres et rejoint le lit de la Ravine Sèche à la Petite Plaine. Son bassin versant fait partie de celui de la Ravine Sèche :

figure 9 : carte des bassins versants emboîtés de ravine Sèche et Bras Noir

Le bassin versant d’une surface de 8,7 km² se situe à 90% sur le plateau de la Plaine des Cafres à une altitude de 1600 m environ avec une pente faible, la confluence avec la ravine sèche se trouve en aval d’une falaise rocheuse à environ 1200m d’altitude. (cf carte en 3D précedente).

Sur la carte de fond IGN on peut situer dans l’espace les lieux de mesure des différents paramètres : eau de surface, eau souterraine et pluviométrie.


figure 10 : visualisation du bassin versant de bras noir et des stations de mesure sur fond IGN

2°) Géologie

figure 11 : carte géologique de la Petite Plaine


Note : La légende est arrivée au bureau aujourd’hui après 12 jours de demande, elle sera dans le prochain rapport.

3°) occupation des sols

couvert végétal surface en km² %

Forêt 2,520 30,00

zone de friches 4,246 50,55

rocher orographique 0,002 0,02

végétation des remparts 0,031 0,36

bouquet d'arbres 0,013 0,16

savane 1,575 18,75

autres 0,012 0,149

surface totale du bv 8,399 100 Figure 12 : tableau de répartition de l’occupation des sols sur le bassin versant du Bras Noir

figure 13 : carte d’occupation des sols du bassin versant du Bras Noir

limnigraphe

Source captée


Occupation des sols sur le bassin versant du Bras Noir

Forêt

zone de friches

rocher orographique

végétation desrempartsbouquet d'arbres

savane

autres

figure 14 : graphe de répartition de l’occupation des sols sur le bassin versant du Bras Noir

Le bassin versant du Bras Noir est donc majoritairement recouvert de zone de friches qui sont pour beaucoup des pâturages, de forêt et de savane pâturée également.

4°) Climatologie Le Bras Noir est situé sur la côte Est de l’île, la zone « au vent ». Il bénéficie donc de l’apport de fortes pluies toutes l’année mais surtout en période cyclonique.

Graphe de température et pluviométrie à la station Plaine des palmistes de 1994 à 1999.

0500

10001500200025003000

janv-

94

juil-

94

janv-

95

juil-

95

janv-

96

juil-

96

janv-

97

juil-

97

janv-

98

juil-

98

janv-

99

juil-

99

dates

plu

vio

mét

rie

(mm

)

0

5

10

15

20

25

tem

pér

atu

res

(°C

)

pluviométrie

température

figure 15 : graphe de précipitations/température sur la plaine des palmistes

On distingue bien sur le graphe deux saisons : une chaude et humide qui correspond à l’été,

l’autre fraîche et sèche qui correspond à l’hiver. L’amplitude des températures est relativement faible avec une moyenne autour de 15°C.

5°) Réseau de mesures sur la zone

La zone à étudier possède la particularité d’avoir à la fois un enregistrement hydrographique en continu et un enregistrement piézométrique en continu, les deux sont complétés par des mesures ponctuelles.


figure 16 : localisation des points de mesure de l’ORE et de météo France sur le bassin versant de ravine sèche

a) Réseau hydrométrique

Deux points de mesure de l’eau superficielle sont répertoriés sur la zone : un « le Bras noir » est équipé d’un limnigraphe qui mesure le débit en permanence, l’autre à la source captée de Bras Noir plus en amont fait l’objet de relevés mensuels.

b) Réseau piézométrique

Trois forages ont été creusés sur la zone dont l’un, le S1 Petite Plaine est équipé d’un piézomètre et mesure la hauteur de la nappe en continu. Les deux autres font l’objet de relevés mensuels : S2 et S3. c) Stations pluviométriques

Trois stations pluviométriques de météo France se trouvent aux alentours du bassin versant

de Bras noir : plaine des Palmistes à l’Est, Bébourg au Nord, piton rouge au Sud.


B. Evaluation de la ressource en eau sur la zone : approche du bilan hydrologique

Afin de quantifier au mieux les ressources en eau disponible sur une zone il est nécessaire

de réaliser un bilan hydrologique aussi précis que possible.

1°) Définition des termes du bilan Le Glossaire International d'Hydrologie donne pour le terme « bilan hydrologique » la définition suivante : " Bilan d'eau fondé sur le principe que, pendant un certain intervalle de temps, le total des apports à un bassin versant ou à une formation aquatique, doit être égal au total des sorties plus la variation, positive ou négative, du volume d'eau stocké dans le bassin ou la formation" . "L'équation de stockage", proposée comme synonyme, est elle définie comme "équation exprimant le bilan de stockage, qui met en jeu les entrées, les sorties et les variations de la réserve, dans une entité hydrologique quelconque pendant une certaine période". Cette équation de stockage s’écrit : P = E + R + I Où P = précipitations E = évapotranspiration R = ruissellement I = infiltration En fait on cherche à quantifier le terme « ruissellement + infiltration » qui constitue la « pluie efficace », c’est à dire le potentiel d’alimentation : la part des eaux de surface et souterraines qui serait théoriquement disponible pour l’alimentation en eau potable, agricole et industrielle. P – E = R + I Dans le contexte hydroclimatique extrêmement contrasté de l’île de la Réunion, les calculs à pas de temps mensuels sont tout à fait aptes à simuler le fonctionnement hydrologique. Même si l’épisode pluvieux est d’ordre horaire à journalier, les principaux contrastes demeurent saisonniers.

2°) Précipitations Les précipitations peuvent être appréhendées par les mesures de pluviométrie aux stations Météo France. (cf données annexe 1) Il n’existe pas de station météo juste au niveau du forage S1 étudié, mais 3 stations autour de la zone. Cf figure 16 pour la localisation précise.

moyenne du total des précipitations annuelles en mm (1994-2000)

total Bébourg total piton rouge total palmistes 5817,67 2854,14 4208,43

On cherche à déterminer la station explicative des augmentations de débit du Bras Noir à cet endroit, reflet quasi-direct des pluies.

Pour cela on a réalisé un graphique représentant la pluviométrie avec le débit du Bras Noir dans le temps pour observer la correspondance des événements.


Comparaison de la pluviométrie de Bébourg et du débit de Bras Noir

0

1000

2000

3000

4000

5000

janv-94

janv-95

janv-96

janv-97

janv-98

janv-99

janv-00

plu

vio

mét

rie

(mm

)

05001000150020002500300035004000

déb

it (

L/s

)

Bébourg (mm)

Hydro brasNoir (L/s)

Comparaison de la pluviométrie de piton rouge et du débit de Bras Noir

0200400600800

100012001400160018002000

janv-94

janv-95

janv-96

janv-97

janv-98

janv-99

janv-00

plu

vio

mét

rie

(mm

)

050010001500200025003000350040004500

déb

it (

L/s

)

piton rouge(mm)Bras noir(L/s)

Comparaison de la pluviométrie de la Plaine des Palmistes et du débit de Bras Noir

0500

100015002000250030003500400045005000

janv-94

janv-95

janv-96

janv-97

janv-98

janv-99

janv-00

plu

vio

mét

rie

(mm

)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

déb

it (

L/s

)

Plaine despalmistes(mm)Bras noir(L/s)

dro i t e d e r é g r e s s i o n l i n é a i r e ( p l u v i o m é t r i e d e B é b o u r g e t d é b i t

d u B r a s n o ir

( p a s d e t e m p s m e n s u e l d e 1 9 9 8 à 2 0 0 0 )

y = 0,9438x + 186,95R2 = 0,87

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0

p l u i e b é b o u r g ( m m )

dro i t e d e r é g r e s s i o n l i n é a i r e ( p l u v i o m é t r i e d e P ito n r o u g e e t

d é b i t d u B r a s n o i r )


y = 1,8723x - 28,459R2 = 0,8674

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 200 400 600 800 1000 1200

p l u i e p i t o n ro u g e ( m m )

d r o i t e d e r é g r e s s i o n l i n é a i r e ( p l u v i o m é t r i e d e p l a i n e d e s

p a l m i s t e s e t d é b i t d u B r a s n o i r )


y = 1,0962x - 95,668R2 = 0,8486

-500,00

0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

3000,00

3500,00

0 500 1000 1500 2000 2500

p l u i e p l a i n e d e s p a l m i s t e s ( m m )


Si l’on retient le critère de corrélation dans le temps entre les événements pluvieux et les montées de débit on dira que les 3 stations sont assez explicatives. On a alors calculé le coefficient de relation linéaire pour chaque station. Les plus élevés sont ceux de Bébourg et Piton Rouge. Mais Piton Rouge en terme de quantité d’eau est trop faible pour être explicative de la zone où les pluviométrie sont censées être très importantes. En conclusion, on considère que c’est la station de Bébourg qui paraît être la indiquée pour refléter la pluviométrie de la zone. Le problème est qu’il y a de nombreuses lacunes dans les données de la station de Bébourg donc les stations Plaine des Palmistes et Bébourg seront prises alternativement ou conjointement dans les calculs qui suivent.

3°) Approximation de l’évapotranspiration

a) détermination de la valeur L’ETP moyenne annuelle nécessaire au calcul de bilan hydrique est difficile à approximer à la Réunion car aucune campagne de mesure de l’ETP n’a jamais vraiment été menée.

Puisque l’ETP de la zone n’était pas disponible, on a essayé de la calculer à partir de la formule de Turc qui ne prend en compte que la température et les précipitations, seules données disponibles.

( )²3^05,025300

²9,0TjTj

PcPcETP

+++

=

Avec :

ETP : évapotranspiration potentielle cumulée sur l’année (mm)

Pc : précipitations cumulées sur l’année

Tj : température moyenne journalière (°C)

Evapotranspiration réelle (Turc) annuelle en mm bébourg pl.palmistes

1994 / 445,01 1995 / 365,95 1996 / 363,93 1997 / 435,19 1998 204,16 377,29 1999 223,05 395,25

213,6 397,11 moyenne ETP sur 6 ans

Or ces valeurs sont plutôt aberrantes pour la Plaine des Palmistes si l’on se réfère aux quelques mesures effectuées. L’ETP de cette zone se situe autour de 1000 mm par an (cf carte suivante).


figure 17 : carte du bilan hydrologique par zone sur l’île de la Réunion

On prendra donc comme valeur de l’ETP pour les calculs de bilan : 997 mm donnée par les tables dites d’indice de potentialité agricole citées par M. Bocquée dans son article de l’Oréole de Décembre 1994 sur l’approche hydrologique du Bras Noir.

b) Influence de la végétation Compte tenu de la couverture végétale de la fin du Bras Noir, sur la Petite Plaine, qui est de

la forêt primaire assez dense et de la forêt de cryptomerias plantée par l’ONF juste au droit de la station piézométrique on s’est demandé si cela ne jouait pas un rôle sur l’ETP et le bilan hydrologique plus généralement.

Après recherches auprès du CIRAD, il s’est avéré que l’ETP de la forêt primaire ou de

cryptomerias de la Réunion n’avait jamais été évaluée. On pourrait penser que, comme en métropole, la présence d’un couvert forestier influence

fortement le comportement de l’eau de ruissellement en facilitant son infiltration. Mais à la Réunion, et dans cette zone en particulier, l’infiltration est si forte de par la nature de la roche que l’influence de la présence d’un couvert forestier est en comparaison négligeable. C’est du moins ce qu’en pense le botaniste de la division régionale de l’ONF Réunion.

De plus la situation géographique en fond de cuvette de la Petite Plaine fait que l’influence du couvert végétal sera fortement négligeable par rapport à la géométrie du milieu qui facilite nettement l’infiltration de l’eau.

4°) Ruissellement et écoulement : R

Il s’agit du ruissellement pur abondé de l’écoulement de base du cours d’eau par résurgence d’eaux météoriques infiltrées peu profondément qui rejoignent le cours d’eau à l’intersection de coulées basaltiques imperméables. Ce flux global est en fait mesuré par la station hydrométrique du Bras Noir.

(cf données en annexe 2)

5°) Infiltrations

Elle se déduit de l’équation de base et des paramètres ci-dessus soit :

I= P – E – R


6°) Le Bilan

pluviométrie moyenne (1994-2000) Evapotranspiration ruissellement infiltration profonde

bébourg piton rouge pl.palmistes Bras Noir plaine des palmistes

mm 5817,67 2854,14 4208,43 997 1025 2186,43

Mm3 50,6 24,8 36,6 8,67 8,92 19,02

L/s/km² 184,4 90,4 133,4 31,6 32,60 69,3

L/s 1604,5 786,4 1160,6 275 283,72 603

52% de pluie brute

potentiel d'alimentation

mm 3211,43 Mm3 28

L/s/km² 102,05

L/s 887,8

% pluie brute 76,31

En première approche, avec des valeurs plus ou moins précises, on trouve un potentiel d’alimentation considérable sur cette zone de 28 millions de m3 L’infiltration à la Réunion prend très souvent des valeurs considérables. Elle correspond ici à un débit fictif souterrain de 603 L/s.

L’infiltration est surtout due à la formation volcanique qui a donné un réseau de failles très denses. Ces failles font que la majorité des cours d’eau de l’île ont un très faible débit d’écoulement car toute l’eau est infiltrée et dans un temps très rapide.

Maintenant que la ressource globale de la zone Plaine des Palmistes a été évaluée, on peut s’intéresser de plus près au système original de la Petite Plaine où une nappe d’eau perchée à été rencontrée lors d’un forage.

III. Approche de l’hydrosystème : Bras Noir – forage S1 Petite Plaine

A. Les deux éléments

1°) Le Bras Noir

Hydrométrie du Bras Noir (L/s) de 1994 à 1999 pas de temps mensuel

0

500

1000

1500

2000

2500

janv-94 janv-95 janv-96 janv-97 janv-98 janv-99

dates

déb

it e

n L

/s

Bras Noir


Le Bras Noir suit une évolution dans le temps typique de la Réunion et du climat avec une période de crues assez fortes, chaque été, entre janvier et février en période cyclonique.

valeurs à l'étiage (L/s) valeurs de crues (L/s) 1994 sept 1,96 mars 1873,48 1995 oct. 13,89 mars 1277,6 1996 nov. 2,94 janv. 1197,33 1997 déc. 8,73 janv. 1670,45 1998 nov. 7,9 fév. 2617,06 1999 nov. 2,51 mars 1213,88

Les différences de valeurs d’écoulement peuvent être très importantes selon les saisons, on remarque l’épisode de février 1998 qui est considérable. Cependant on n’enregistre pas cette année-là de passage de cyclones, les fortes crues sont dues à des épisodes pluvieux très intenses uniquement.

2°) Forage S1

a) Géologie du forage

A venir…

b) Graphes de montée des eaux

A l’échelle mensuelle sur 5 ans :

Variations des montées de nappe dans le forage S1 (1994 à 2000)

1100

1105

1110

1115

1120

1125

janv

-94

janv

-95

janv

-96

janv

-97

janv

-98

janv

-99

janv

-00

dates

hau

teu

r p

iézo

(m

NG

R)

piézométrie S1

On constate que les variations de montée de nappe sont excessivement importantes, elles peuvent aller jusqu’à 20m.


Essayons de visualiser ces variations à une échelle plus fine sur une année :

variations du niveau de la nappe dans le forage S1 sur l'année 1998

1095

1100

1105

1110

1115

1120

1125

janv

-98

mar

s-98

avr-9

8

mai

-98

juin

-98

juil-

98Ao

ut 9

8se

pt-9

8

oct-9

8no

v-98

Dec

98

dates

hau

teu

r p

iézo

en

m N

GR

piézométrie S1

Si l’on visualise maintenant les variations de niveau sur un mois, février 1998 par exemple, puisqu’il est marqué par de fortes variations :

variations du niveau de la nappe sous le forage S1 pendant le mois de février 1998

1100110511101115112011251130113511401145

01/02

/98

03/02

/98

05/02

/98

07/02

/98

09/02

/98

11/02

/98

13/02

/98

15/02

/98

17/02

/98

19/02

/98

21/02

/98

23/02

/98

25/02

/98

27/02

/98

jours

hau

teu

r p

iézo

(m

NG

R)

piézométrie S1

Enfin prenons la semaine du 21 au 28 février 1998 afin de visualiser les variations journalières :

variations du niveau de la nappe sous le forage S1 pendant la semaine du 21 au 28 février 1998

1110

1115

1120

1125

1130

1135

1140

1145

21/02

/98

22/02

/98

23/02

/98

24/02

/98

25/02

/98

26/02

/98

27/02

/98

28/02

/98

jours

hau

teu

r p

iézo

(m

NG

R)

piézométrie S1


A l’échelle journalière on se rend bien compte de l’énorme variation, entre le 24 et le 25 février le niveau a varié de 6,26 m dans la nappe, passant de 1127,76 à 1134,02 m NGR.

Il est intéressant ensuite de se pencher sur les corrélations qui pourraient exister entre la pluviométrie, le débit de Bras Noir et ces variations de hauteur.

B. Mise en corrélation

visualisation dans le temps du débit de bras noir et de la hauteur de la nappe du forage S1 petite plaine

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

janv-94

janv-95

janv-96

janv-97

janv-98

janv-99

janv-00

dates

déb

it (

L/s

)

1090

1095

1100

1105

1110

1115

1120

1125

1130

hau

teu

r d

e n

app

e (m

)

Hydro bras Noir(L/s)Piézo Palmistes(m)

visualisation de la pluviométrie sur le bassin versant, du débit de Bras Noir et de la hauteur piézométrique de la nappe sur 7 ans à l'échelle mensuelle

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

janv-

94

mai-

94

sept

-94

janv-

95

mai-

95

sept

-95

janv-

96

mai-

96

sept

-96

janv-

97

mai-

97

sept

-97

janv-

98

mai-

98

sept

-98

janv-

99

mai-

99

sept

-99

janv-

00

mai-

00

sept

-00

dates

plu

vio

mét

rie

et d

ébit

1090

1095

1100

1105

1110

1115

1120

1125

1130

hau

teu

r p

iézo

mét

riq

ue

(m)

Piézo Palmistes (m)Bébourg (mm)Palmistes (mm)Hydro bras Noir (L/s)


La réaction du débit de Bras Noir et de la nappe au niveau de S1 est vraiment très rapide, quasi-immédiat. Les 3 semblent parfaitement corrélés.

Mais on peut se demander si les forages S2 et S3 ont une même réaction aux événements pluvieux ou si c’est propre au système Bras Noir-S1.

C. Forages S2 et S3

Mise en corrélation de la pluviométrie avec les variations du niveau de la nappe aux forages S2, S3

925

927

929

931

933

935

937

939

941

943

945

03/0

8/99

08/0

9/99

06/1

0/99

03/1

1/99

30/1

1/99

12/0

1/00

01/0

3/00

06/0

4/00

27/0

6/00

21/0

9/00

18/1

0/00

16/1

1/00

14/1

2/00

dates

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

plu

vio

mét

rie

(mm

)

forage S3

forage S2

pluvio palmistes

On peut se demander si la nappe de S2 et S3 est la même que sous S1, si ce sont deux reliées, comment fonctionne S1, pourquoi les niveaux de montée sont-ils si élevés, qu’est-ce qui peut l’expliquer ?

C’est toute la partie que je vais compléter avec les données des études géophysiques et les avis d’hydrogéologues dans un futur rapport qui devrait être plus complet.

D. Approche de la géographie de la nappe

Par estimation de l’infiltration au bassin :

On émet l’hypothèse que, dans un temps très court, toute l’eau qui s’infiltre entre la station limnigraphique et le passage au dalot se retrouve dans la nappe.

On a alors la quantité d’eau qui alimente la nappe à un instant donné, avec l’élévation de la nappe dans le même espace-temps on peut évaluer l’étendue de celle-ci.


date débit à la station (m3/s) débit au dalot (m3/s) qtté d'eau infiltrée (m3/s) hauteur nappe (m) 5-janv-94 0,067 0 0,067 1116,1

12-janv-94 4,86 2,7 2,16 1113,56 3-févr-94 0,5 0,24 0,26 1111,19

14-févr-94 0,6 0,4 0,2 1119,54 10-mars-94 2,14 1,79 0,35 1129,86 30-mars-94 0,1 0 0,1 1117,28

12-avr-94 0,043 0 0,043 1111,46 3-mai-94 0,02 0 0,02 1107,14

Valeur seuil jusqu’à laquelle l’infiltration s’effectue totalement au droit du bassin : 100 L/s

Par les différents forages

Forages Altitude du forage en m NGR

Profondeur de forage

Profondeur de la nappe

Débit d’exploitation conseillé

S1 1188,56 93 m 85 m 80 m3/h

S2 1024,72 144,8 m 132 m 10 m3/h

S3 1056,9 174 m 116 m 60 m3/h

A compléter…


Conclusion L’analyse des données ORE depuis que les forages existent et sont suivis sur la Plaine des Palmistes a permis de confirmer que le sous-sol de la région renferme une ressource en eau assez importante. Maintenant, le fonctionnement de l’hydrosystème et l’approche de plus fine de la nappe nécessiterait un temps d’étude beaucoup plus important que je n’en ai eu pendant ce stage.

Bilan du stage Dans le cadre de mon stage de fin de deuxième année à l’Ecole Nationale Supérieure d’Agronomie de Rennes, j’ai passé cinq semaines à l’Observatoire Réunionnais de l’Eau dont j’ai pu appréhender les activités tout en me consacrant à une étude plus particulière. Le but de mon stage était d’étudier les interactions potentielles, les relations existant entre les eaux de surface et les eaux souterraines sur le bas du bassin versant du Bras Noir à la plaine des Palmistes, dans la partie Est de l’île. A cette fin j’ai commencé par constituer un jeu de données en regroupant celles que j’ai pu trouver sur la zone : pluviométrie, mesures de débit (en continu et mesures ponctuelles à la source ), mesures de hauteur de nappe souterraine (continues et ponctuelles). Dans un second temps j’ai mis en relation ces données et j’ai essayer de dresser un bilan hydrologique de la zone à étudier. Enfin je me suis penchée plus particulièrement sur le fonctionnement du système et la ressource en eau que constitue le sous-sol de la plaine des Palmistes. Ce stage m’a surtout permis de découvrir les techniques de mesure, les appareils utilisés, un milieu hydrogéologique particulier à l’île et à sa formation volcanique, d’approcher l’utilisation des logiciels de SIG à travers Map info…


Bibliographie BANTON Olivier -1985- Rapport de thèse : Etude hydrogéologique d’un complexe alluvial en pays volcanique, sous climat tropical, site du Grand Etang – Ile de la Réunion, Université des sciences et techniques du Languedoc de Montpellier et Université française de l’Océan Indien, Atelier duplication –USTL- 237 pages BOCQUEE F. -1994- “le Bras Noir : une approche du bilan hydrologique”, l’Oréole, publication ORE CASTANY G. -1967 - Traité pratique des eaux souterraines, , éd. Dunod, Paris, 661 pages CHOW Ven Te , MAIDMENT David R., MAYS Larry W. -1988- Applied hydrology. Mac Graw-Hill book company, 572 pages DERI J. -1986- « Impacts de la modification du taux de la couverture végétale des bassins

versants sur l’apport liquide et chimique des cours d’eau. » , Rapport général des XIXe

Journées de l’Hydraulique, question n°I : L’impact des activités humaines sur les eaux continentales. -Paris, 9-11 sept. 1986- Société hydrotechnique de France- p. l.12,2

FORT C. – 1999- Bulletin Technique n° 37 spécial "L'eau et la forêt". « De l'arbre au peuplement forestier : le cycle de l'eau en forêt. » ONF. pp 49-73

GALEA G., BARBET D. -1992- « Influence de la couverture végétale sur l’hydrologie des crues du BVRE du mont Lozère » - Hydrologie continentale, volume 7, n°1- p. 33

JONES J.A.A. -1997- Global hydrology, Processes, resources and environmental management, Longman Singapore Publishers Ltd, , 399 pages MAIRINE Ph., NESSUS L., CHEVERRY J.L. –vers 1991- « L’hydrogéologie de la Réunion » document pour comprendre et étudier, Conseil général de la Réunion et ministère de l’éducation nationale en collaboration avec l’Observatoire Volcanologique de la Réunion, 78 pages ORE Equipement et suivi piézométrique des forages S1 petite plaine et S2 bras creux, bilan des observations, avril 1994, Mai 1996, 1996 RAUNET Michel, 1991. Le milieu physique et les sols de l’île de la Réunion, conséquences pour la mise en valeur agricole, CIRAD, Région Réunion ROBERT René -1987- Climat et hydrologie à la Réunion, « Etude typologique, étude régionale, de l’alimentation, et de l’écoulement », rapport de thèse de 1985, publié par Nouvelle imprimerie Dionysienne, Réunion, , 438 pages


Service Géologique Régional de l’océan Indien, BRGM -octobre 1986- Atlas hydrogéologique de la Réunion – Conseil Général de la Réunion, ministère de l’Agriculture, imprimerie AGM Saint-Denis SOGREAH consultants. -juillet 1999- Secteur Sainte-Marie – Sainte-Suzanne - Elaboration d’un modèle mathématique de gestion des ressources en eau souterraine dans le secteur compris entre Rivière des Pluies et Rivière Sainte-Suzanne , Rapport de seconde phase, modèle mathématique du programme départemental de recherche en eau 1994, direction départementale de l’agriculture et de la forêt, département de la Réunion, 63 pages Sites internet : Dessin schématique de tube Pitot tiré de : http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/pitot.html site de l’ORE http://ore01/webore/


Annexe 1 : pluviométrie sur le bassin versant de Bras Noir, de 1994 à 2000.

Total des précipitations par année (mm)

Bébourg (mm) Piton rouge (mm) Palmistes (mm) total bebourg total piton

rouge total palmistes

janv-94 #N/A 18 347 févr-94 816 540,5 774,8

mars-94 1074,5 712,5 1381,4 avr-94 123,5 48,5 149 mai-94 135 60 102,4 juin-94 195,5 42 154,6 juil-94 228,5 61 174

août-94 293 71 231 sept-94 60,5 17,5 71,4 oct-94 169 52 288,4 nov-94 21 4 65,6 déc-94 182,5 55,5 224,6 #N/A 1682,5 3964,2

janv-95 383,5 159,5 375,6 févr-95 347,5 650,5 265,2

mars-95 #N/A 556 800 avr-95 #N/A 135,5 435,4 mai-95 #N/A 266,5 688,4 juin-95 #N/A 13,5 61,2 juil-95 242,5 51 135

août-95 369 77 280,2 sept-95 326,5 55,5 199,2 oct-95 63,5 10,5 41,6 nov-95 58 67,5 243,6 déc-95 #N/A 581 1171,2 #N/A 4306,5 4696,6

janv-96 #N/A 492,5 1142,6 févr-96 #N/A 552,5 948,4

mars-96 #N/A 90 480,4 avr-96 #N/A 326,5 502,2 mai-96 #N/A 44,5 141 juin-96 #N/A 78 200 juil-96 #N/A 76,5 160,2

août-96 #N/A 37 130,8 sept-96 #N/A 1,5 24,4 oct-96 #N/A 18 160,4 nov-96 #N/A 11,5 77,4 déc-96 #N/A 235,5 554,6 #N/A 6270,5 4522,40

janv-97 2174 737,5 1114,6 févr-97 921 99 547,8

mars-97 258,5 89,5 236,8 avr-97 211 68 168,8 mai-97 423 78 373,2 juin-97 568,5 42 375,8 juil-97 249,5 41,5 114,6

août-97 621,5 286 478,6 sept-97 240,5 29,5 117,8 oct-97 266,5 44,5 166,6 nov-97 225,5 27,5 89 déc-97 133 184 103 6292,5 1727 3886,6 janv-98 170,00 24,5 187,4 févr-98 2692,00 1319,5 2816,2


mars-98 304,50 90 134,4 avr-98 512,50 150,5 273,4 mai-98 320,50 56,5 150,8 juin-98 112,50 15,5 51,6 juil-98 628,00 145 361,4

Aout 98 330,50 40 103 sept-98 310,00 47 216,4 oct-98 274,50 23,5 153,8 nov-98 186,00 29,5 95,4 Dec 98 306,50 113,5 204,6 6147,50 2055 4748,4

janv-99 348,50 82 261 févr-99 1256,00 354,5 801

mars-99 1768,5 601,5 1625,8 avr-99 131,5 58 146,6 mai-99 99 28 50,6 juin-99 99,5 35,5 41,2 juil-99 214 84 141

août-99 303,5 26,5 151,2 sept-99 364,5 94 248,4 oct-99 62,5 31 30,4 nov-99 87,5 16,5 60,4 déc-99 278 94,5 457,2 5013,00 1506 4014,8

janv-00 1370 914,5 658,8 févr-00 2089,2 970 977,8

mars-00 964,4 169 467,4 avr-00 245,6 47 119 mai-00 #N/A 43 125,2 juin-00 20,8 32 81,2 juil-00 32,5 32,5 96,2

août-00 377,8 29,5 323,6 sept-00 #N/A 16,5 49,4 oct-00 363 74,5 300 nov-00 124,8 30,5 213 déc-00 207,6 72,5 214,4 #N/A 2431,5 3626

5817,67 2854,14 4208,43 moyenne


Annexe 2 : Données hydrométriques du Bras Noir de 1994 à 2000

Hydro bras Noir (L/s)

janv-94 235,41 févr-94 1290,00

mars-94 1873,48 avr-94 60,86 mai-94 27,67 juin-94 44,50 juil-94 61,93

août-94 54,09 sept-94 9,45 oct-94 11,86 nov-94 1,96 déc-94 14,76

janv-95 120,72 févr-95 442,79



janv-96 1197,33 févr-96 1129,61

mars-96 183,06 avr-96 398,29 mai-96 #N/A juin-96 121,52 juil-96 62,00


janv-97 1670,45 févr-97 563,32



janv-98 15,73 févr-98 2617,06 mars-98 218,83


avr-98 150,00 mai-98 56,23 juin-98 26,70 juil-98 215,12

Aout 98 49,40 sept-98 96,01 oct-98 31,65 nov-98 7,90 Dec 98 58,97

janv-99 14,95 févr-99 1047,85



janv-00 968,72 févr-00 1730,53


août-00 #N/A sept-00 #N/A oct-00 #N/A nov-00 #N/A

déc-00 #N/A

moyenne 283,72

Documents

Approche de l’étude des interactions eau de surface– eau