Herramientas para la gestión de las aguas subterráneas durante los eventos extremos

International audienc

Representation of karst units in the Aquifer Reference System of France - BDLISA: challenges of small-scale mapping

International audienceThe Aquifer Reference System of France (BDLISA1) proposes a delineation of its hydrogeologicalunits, including aquifer reservoirs and impervious units, according to local,regional and national scale. Each unit is characterized by a class of permeability, porosity andtype of geological formation. The ranking number increases with increasing depth and thisenables identification of the vertical position at each point with respect to the other units.Thus, an aquifer in a sedimentary basin can be covered by several dozen other units. Theclasses enable identification of all carbonate rocks in France and their vertical position: fromsurface outcrops down to deep carbonates (Figure 1). Carbonate rocks cover more than 60%(350,000 km²) of Metropolitan France, of which 55% (193,000 km²) in outcrop.Each carbonate rock is a potential karst aquifer (World Karst Aquifer Mapping Project).Nevertheless, the absence or differing degrees of karstification demand a classification ofthese aquifers according to karst indicators. Specialists strive to find approaches that are bothadapted and homogeneous on a national scale.Initially, BDLISA was built on a regional scale, witheach region employing its own approach depending ondata availability: mapping of all surface disordersrelated to karst (swallets, sinkholes, dolines etc.),tracer tests in karst aquifers and identification ofgroundwater catchment areas, borehole analyses (flowout by fractures and karst)2, karst springs, wells withvery high specific discharge, stream sink, etc.In a later stage, and in order to harmonize the nationalscale of BDLISA, two approaches were proposed depending on the surface karstification rate:1) The whole unit is classed as a karst aquifer: four classes distinguish whether thegeological formation can be characterized by a network of underground karst systems or,moreover, a second or third network, all being part of the hydrodynamic system.2) Karst only constitutes part(s) of the unit: a supplementary layer enables the delineation ofareas inside the aquifer unit where the presence of karst is well known.The national cavity database3 provides a non-exhaustive listing of natural karst cavity as wellas karst springs and wells with very high specific discharge (BSS). These GIS layers wereoverlain on the extension of carbonate rocks. This information enabled a better understandingof many karst areas. For approach 1, the complete unit classed as karst aquifer, the mappingreveals 2/3 of the karst at outcrop and 1/3 in the subsurface (25%, corresponding to 545 unitsat local scale). For approach 2, 108 karst areas have been delineated and linked to their 60aquifer units.A new 1:1M scale hydrogeological map of France will be published in 2015, based on theinformation of the BDLISA units. It is designed for hydrogeologists and is a communicationand educational tool: the representation of karst aquifers had to be modified in order to allowvisibility at this scale by a differentiation of karst aquifer outcrops and deeper karst units, thedisplay of karst springs (World Karst Aquifer Mapping Project) and karst aquifer labels

Caractérisation hydrogéologique des entités BDLISA délimitées en zone de socle et transposition de l’information sur la carte hydrogéologique de la France

International audienceLe Référentiel Hydrogéologique Français BDLISA (actuellement en version 1) a été construit sur la base d'une méthodologie nationale précisant les règles à appliquer pour la délimitation et la caractérisation des entités hydrogéologiques au sein de chacun des 5 grands ensembles géologiques identifiés sur le territoire national et dans les départements et régions d'outre-mer (Sédimentaire, Alluvial, Volcanisme, Intensément plissé de montagne et Socle).On présente ici la méthodologie de délimitation et de caractérisation, en termes de perméabilité, des entités de socle dans les régions Pays-de-la-Loire et Bretagne [2]. Ces entités correspondent à des bassins versants, la logique de sélection et d’assemblage des bassins étant précisée dans le guide national.Une fois les bassins versants définis, plusieurs étapes ont été nécessaires pour leur attribuer un degré de perméabilité : perméable, semi-perméable, imperméable. Ces étapes, sont les suivantes :1) Sélection et assemblage des différentes formations de socle dans les cartes géologiques harmonisées (l'échelle de travail est le 1/50 000).2) Analyse des données collectées sur plusieurs milliers de forages (débit instantané en fin de foration rapporté à la profondeur du forage) pour déterminer les potentialités aquifères des formations géologiques (l'échelle de travail est ici le 1/250 000). IL en résulte neg entités géologiques dotées d'une perméabilité.3) Etablissement des correspondances entre la carte géologique au 1/250 000 et les cartes géologiques harmonisées au 1/50 000.4) Intersection des bassins versants et des neg entités géologiques caractérisées par un degré de perméabilité, puis affectation aux formations géologiques des degrés de perméabilité.Un deuxième problème abordé ici est celui du changement d'échelle : comment passer d'une cartographie à 1/50 000 des entités de socle à une cartographie à 1/1 000 000 en préservant au mieux la caractérisation faite à l'étape 4 mentionnée ci-dessus, problème qui s'est posé lors de la construction de la nouvelle carte hydrogéologique de la France à l'échelle du millionième [1].Références bibliographiques :[1] Allier D., Berli J., Pinson S., Seguin J.J. (2015). Carte hydrogéologique de la France à l'échelle du millionième.[2] Baudouin V., Chrétien P., Mougin B., Rouxel E. (2010). Référentiel Hydrogéologique Français BDLISA. Bassin Loire-Bretagne. Années 3 et 4. Délimitation des entités hydrogéologiques en Bretagne (année 4) et en Pays-de-la-Loire dans les départements de Vendée, Loire-Atlantique et Mayenne (année 3).Rapport d'étape. BRGM/RP-62227-FR

Apport de la mesure piézométrique sur la connaissance et la gestion des étiages. Exemples sur la nappe de la Craie en Champagne Ardennes

Contribution of piezometric measurement on knowledge and management of low water levels. Examples on the chalk aquifer in the Champagne Ardennes region. This article is based on a BRGM study on piezometric indicators, threshold values of discharges and groundwater levels for the assessment of potentially pumpable volumes of chalky watersheds. A method for estimating low water levels from groundwater levels is presented from three examples of chalk aquifer ; the first one is located in Picardy and the two other in the Champagne Ardennes region. Piezometers with “ annual” cycles, used in these examples, are supposed to be representative of the aquifer hydrodynamics. The analysis leads to relatively precise and satisfactory relationships between groundwater levels and observed discharges for this chalky context. These relationships may be useful for monitoring, validation, extension or reconstruction of the low water flow. On the one hand, they allow defining the piezometric levels corresponding to the different alert thresholds of river discharges. On the other hand, they clarify the distribution of low water flow from runoff or drainage of the aquifer. Finally, these correlations give an assessment of the minimum flow for the coming weeks. Nevertheless these correlations cannot be used in order to optimize the value of pumpable volumes because it seems to be difficult to integrate the value of the effective rainfall that could occur during the draining period. Moreover, these relationships are not exploitable for multi-annual systems. Thus, in these cases, the solution seems to lie on the realization of a rainfall-runoff-piezometric level model.Cet article s’appuie sur une étude du BRGM portant sur les indicateurs piézométriques, les valeurs seuils de débits et de niveaux de nappes pour in fine permettre une évaluation des volumes potentiellement prélevables sur les bassins versants crayeux. Une méthode permettant d’estimer les débits d’étiage à partir des niveaux piézométriques est présentée à partir de trois exemples de la nappe de la craie, en Picardie pour le premier et en Champagne Ardennes pour les deux autres. Les piézomètres à cycles «annuels » utilisés dans ces exemples sont considérés comme représentatifs du fonctionnement de leur nappe associée. L’analyse réalisée a permis d’établir, dans ce contexte crayeux, des relations univoques et relativement satisfaisantes entre niveaux piézométriques et débits observés. Ces relations peuvent être utiles à des fins de contrôle, validation, d’extension voire de reconstitution des débits d’étiage d’un cours d’eau. Elles permettent d’une part de définir les cotes piézométriques correspondant aux différents seuils d’alerte de débit des cours d’eau ; d’autre part de préciser la répartition du débit d’étiage provenant du ruissellement ou de la vidange de l’aquifère et finalement d’évaluer le débit minimal le plus critique des semaines à venir à l’aide de la vitesse de vidange de l’aquifère. Néanmoins l’utilisation de ces corrélations ne permettent pas d’optimiser la valeur des volumes potentiellement prélevables dans la mesure où il apparait difficile d’y intégrer le montant de la pluie efficace pouvant survenir durant la période de vidange. En outre, ces relations ne sont pas exploitables avec des systèmes à cycles pluri-annuels. La solution semble donc, dans ces cas-là, passer par la réalisation d’un modèle pluiedébit-niveau piézométrique.Stollsteiner Philippe, Nicolas Jérôme, Allier Delphine, Bessière Hélène. Apport de la mesure piézométrique sur la connaissance et la gestion des étiages. Exemples sur la nappe de la Craie en Champagne Ardennes. In: 35es journées de l’hydraulique de la Société Hydrotechnique de France. Hydrométrie 2013. Paris, 15-16 mai 2013. 2013

Carte hydrogéologique de la France à l’échelle du millionième. 2ième édition

Carte hydrogéologique de la France à l’échelle du millionième. 2ième éditio

Modélisation géologique et hydrogéologique 3D de la partieEst de la région parisienne : construction du prototypeProdhyge

National audienceLa construction d’un modèle 3D géologique et hydrogéologique du bassin de Paris dansle cadre du Référentiel Géologique de la France, intégrant les travaux récents, impliquede mettre au point un pilote qui permette d’élaborer la méthodologie avant undéploiement à plus grande échelle. A l’Est de Paris, sur une zone d’environ 650 km², laBrie, de nombreuses ressources en eau souterraine sont exploitées avec desproblématiques variées tant au niveau quantité (difficultés d’approvisionnement en eaupotable) que qualité (pollutions par les pesticides). Cette zone bénéficie d’un lot dedonnées particulièrement important en raison d’un suivi renforcé de plusieurs nappes.Elle est de plus représentative du bassin avec des terrains majoritairement tertiaires àl’affleurement, et une occupation des sols mixte : urbaine et rurale.La connaissance géologique du tertiaire (Eocène-Oligocène) est fondamentale pour lacompréhension (1) des processus hydrogéologiques et (2) des aléas i.e dissolution degypse en Ile de France. Les variations latérales de faciès sédimentaires conditionnentl’extension latérale des nappes, les échanges verticaux entre niveaux géologiques plusou moins perméables et la productivité des aquifères.En milieu urbain dense, outre la disponibilité des ressources en eau souterraine, lagéométrie des corps sédimentaires et les faciès sont à l’origine d’aléas de typeinondations par remontée de nappes et mouvements de terrain (gypse et argilesgonflantes principalement). Les enjeux sont donc à la fois environnementaux, sociétauxet financiers.Prodhyge a permis de collecter et d’acquérir de nombreuses données géologiques ethydrogéologiques (notamment des diagraphies de forages et des résultats de pompagesd’essai), permettant de nourrir un modèle géologique et hydrogéologique 3D à hauterésolution afin de mieux quantifier et qualifier les systèmes aquifères dans une zone àfort enjeu. Ce travail permet également de mettre à jour de manière systématique desbases de données publiques (Banque de données du Sous-Sol et BDLISA avecl’ambition de transformer les emprises des entités hydrogéologiques en donnéetridimensionnelle)

Modélisation géologique et hydrogéologique 3D de la partie Est de la région parisienne : construction du prototype Prodhyge

International audienceLa construction d’un modèle 3D géologique et hydrogéologique du bassin de Paris dans le cadre du Référentiel Géologique de la France, intégrant les travaux récents, implique de mettre au point un pilote qui permette d’élaborer la méthodologie avant un déploiement à plus grande échelle. A l’Est de Paris, sur une zone d’environ 650 km², la Brie, de nombreuses ressources en eau souterraine sont exploitées avec des problématiques variées tant au niveau quantité (difficultés d’approvisionnement en eau potable) que qualité (pollutions par les pesticides). Cette zone bénéficie d’un lot de données particulièrement important en raison d’un suivi renforcé de plusieurs nappes. Elle est de plus représentative du bassin avec des terrains majoritairement tertiaires à l’affleurement, et une occupation des sols mixte : urbaine et rurale. La connaissance géologique du tertiaire (Eocène-Oligocène) est fondamentale pour la compréhension (1) des processus hydrogéologiques et (2) des aléas i.e dissolution de gypse en Ile de France. Les variations latérales de faciès sédimentaires conditionnent l’extension latérale des nappes, les échanges verticaux entre niveaux géologiques plus ou moins perméables et la productivité des aquifères. En milieu urbain dense, outre la disponibilité des ressources en eau souterraine, la géométrie des corps sédimentaires et les faciès sont à l’origine d’aléas de type inondations par remontée de nappes et mouvements de terrain (gypse et argiles gonflantes principalement). Les enjeux sont donc à la fois environnementaux, sociétaux et financiers. Prodhyge a permis de collecter et d’acquérir de nombreuses données géologiques et hydrogéologiques (notamment des diagraphies de forages et des résultats de pompages d’essai), permettant de nourrir un modèle géologique et hydrogéologique 3D à haute résolution afin de mieux quantifier et qualifier les systèmes aquifères dans une zone à fort enjeu. Ce travail permet également de mettre à jour de manière systématique des bases de données publiques (Banque de données du Sous-Sol et BDLISA avec l’ambition de transformer les emprises des entités hydrogéologiques en donnée tridimensionnelle)

Modélisation géologique et hydrogéologique 3D de la partieEst de la région parisienne : construction du prototypeProdhyge

National audienceLa construction d’un modèle 3D géologique et hydrogéologique du bassin de Paris dansle cadre du Référentiel Géologique de la France, intégrant les travaux récents, impliquede mettre au point un pilote qui permette d’élaborer la méthodologie avant undéploiement à plus grande échelle. A l’Est de Paris, sur une zone d’environ 650 km², laBrie, de nombreuses ressources en eau souterraine sont exploitées avec desproblématiques variées tant au niveau quantité (difficultés d’approvisionnement en eaupotable) que qualité (pollutions par les pesticides). Cette zone bénéficie d’un lot dedonnées particulièrement important en raison d’un suivi renforcé de plusieurs nappes.Elle est de plus représentative du bassin avec des terrains majoritairement tertiaires àl’affleurement, et une occupation des sols mixte : urbaine et rurale.La connaissance géologique du tertiaire (Eocène-Oligocène) est fondamentale pour lacompréhension (1) des processus hydrogéologiques et (2) des aléas i.e dissolution degypse en Ile de France. Les variations latérales de faciès sédimentaires conditionnentl’extension latérale des nappes, les échanges verticaux entre niveaux géologiques plusou moins perméables et la productivité des aquifères.En milieu urbain dense, outre la disponibilité des ressources en eau souterraine, lagéométrie des corps sédimentaires et les faciès sont à l’origine d’aléas de typeinondations par remontée de nappes et mouvements de terrain (gypse et argilesgonflantes principalement). Les enjeux sont donc à la fois environnementaux, sociétauxet financiers.Prodhyge a permis de collecter et d’acquérir de nombreuses données géologiques ethydrogéologiques (notamment des diagraphies de forages et des résultats de pompagesd’essai), permettant de nourrir un modèle géologique et hydrogéologique 3D à hauterésolution afin de mieux quantifier et qualifier les systèmes aquifères dans une zone àfort enjeu. Ce travail permet également de mettre à jour de manière systématique desbases de données publiques (Banque de données du Sous-Sol et BDLISA avecl’ambition de transformer les emprises des entités hydrogéologiques en donnéetridimensionnelle)

Influence of low-frequency variability on high and low groundwater levels: example of aquifers in the Paris Basin

International audienceAbstract. Groundwater levels (GWLs) very often fluctuate over a wide range of timescales (intra-annual, annual, multi-annual, and decadal). In many instances, aquifers act as low-pass filters, dampening the high-frequency variability and amplifying low-frequency variations (from multi-annual to decadal timescales) which basically originate from large-scale climate variability. Within the aim of better understanding and ultimately anticipating groundwater droughts and floods, it appears crucial to evaluate whether (and how much) the very high or very low GWLs are resulting from such low-frequency variability (LFV), which was the main objective of the study presented here. As an example, we focused on exceedance and non-exceedance of the 80 % and 20 % GWL percentiles respectively, in the Paris Basin aquifers over the 1976–2019 period. GWL time series were extracted from a database consisting of relatively undisturbed GWL time series regarding anthropogenic influence (water abstraction by either continuous or periodic pumping) over metropolitan France. Based on this dataset, our approach consisted in exploring the effect of GWL low-frequency components on threshold exceedance and non-exceedance by successively filtering out low-frequency components of GWL signals using maximum overlap discrete wavelet transform (MODWT). Multi-annual (∼7-year) and decadal (∼17-year) variabilities were found to be the predominant LFVs in GWL signals, in accordance with previous studies in the northern France area. By filtering out these components (either independently or jointly), it is possible to (i) examine the proportion of high-level (HL) and low-level (LL) occurrences generated by these variabilities and (ii) estimate the contribution of each of these variabilities in explaining the occurrence of major historical events associated with well-recognized societal impacts. A typology of GWL variations in Paris Basin aquifers was first determined by quantifying the variance distribution across timescales. Four GWL variation types could be found according to the predominance of annual, multi-annual, or/and decadal variabilities in these signals: decadal-dominant (type iD), multi-annual- and decadal-dominant (type iMD), annual-dominant (type cA), and annual- and multi-annual-dominant (type cAM). We observed a clear dependence of high and low GWL on LFV for aquifers exhibiting these four GWL variation types. In addition, the respective contribution of multi-annual and decadal variabilities in the threshold exceedance varied according to the event. In numerous aquifers, it also appeared that the sensitivity to LFV was higher for LLs than HLs. A similar analysis was conducted on the only available long-term GWL time series which covered a hundred years. This allowed us to highlight the potential influence of multidecadal variability on HLs and LLs too. This study underlined the key role of LFV in the occurrence of HLs and LLs. Since LFV originates from large-scale stochastic climate variability as demonstrated in many previous studies in the Paris Basin or nearby regions, our results point out that (i) poor representation of LFV in general circulation model (GCM) outputs used afterwards for developing hydrological projections can result in strong uncertainty in the assessment of future groundwater extremes (GWEs), and (ii) potential changes in the amplitude of LFV, be they natural or induced by global climate change, may lead to substantial changes in the occurrence and severity of GWEs for the next decades. Finally, this study also stresses the fact that due to the stochastic nature of LFV, no deterministic prediction of future GWEs for the mid- or long-term horizons can be achieved, even though LFV may look periodic

Modélisation géologique et hydrogéologique 3D de la partie Est de la région parisienne : construction du prototype Prodhyge

International audienceLa construction d’un modèle 3D géologique et hydrogéologique du bassin de Paris dans le cadre du Référentiel Géologique de la France, intégrant les travaux récents, implique de mettre au point un pilote qui permette d’élaborer la méthodologie avant un déploiement à plus grande échelle. A l’Est de Paris, sur une zone d’environ 650 km², la Brie, de nombreuses ressources en eau souterraine sont exploitées avec des problématiques variées tant au niveau quantité (difficultés d’approvisionnement en eau potable) que qualité (pollutions par les pesticides). Cette zone bénéficie d’un lot de données particulièrement important en raison d’un suivi renforcé de plusieurs nappes. Elle est de plus représentative du bassin avec des terrains majoritairement tertiaires à l’affleurement, et une occupation des sols mixte : urbaine et rurale. La connaissance géologique du tertiaire (Eocène-Oligocène) est fondamentale pour la compréhension (1) des processus hydrogéologiques et (2) des aléas i.e dissolution de gypse en Ile de France. Les variations latérales de faciès sédimentaires conditionnent l’extension latérale des nappes, les échanges verticaux entre niveaux géologiques plus ou moins perméables et la productivité des aquifères. En milieu urbain dense, outre la disponibilité des ressources en eau souterraine, la géométrie des corps sédimentaires et les faciès sont à l’origine d’aléas de type inondations par remontée de nappes et mouvements de terrain (gypse et argiles gonflantes principalement). Les enjeux sont donc à la fois environnementaux, sociétaux et financiers. Prodhyge a permis de collecter et d’acquérir de nombreuses données géologiques et hydrogéologiques (notamment des diagraphies de forages et des résultats de pompages d’essai), permettant de nourrir un modèle géologique et hydrogéologique 3D à haute résolution afin de mieux quantifier et qualifier les systèmes aquifères dans une zone à fort enjeu. Ce travail permet également de mettre à jour de manière systématique des bases de données publiques (Banque de données du Sous-Sol et BDLISA avec l’ambition de transformer les emprises des entités hydrogéologiques en donnée tridimensionnelle)