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Cet article présente dans une première partie le bassin versant de la Cèze avec une description lithologique des terrains pour aboutir à un modèle chronologique dans le but de mieux comprendre les conséquences sur l’écoulement des eaux. À travers les coupes géologiques et la représentation en trois dimensions de la zone d’étude, on observe une évolution structurale des calcaires du Crétacé inférieur depuis leur mise en place jusqu’aux phases orogéniques du Miocène. L’analyse de cette géologie complexe associée à des déformations tectoniques successives permet de mieux comprendre la disposition actuelle des aquifères karstiques. À partir de la bordure ouest du fossé d’Alès jusqu’aux formations du Crétacé supérieur à l’est du plateau de Méjannes-le-Clap, des formations géologiques capables d’infiltrer les eaux de surface affleurent. Ces eaux infiltrées peuvent être directement reliées aux sources karstiques de la rivière par le réseau karstique lui-même. Cependant, il est possible que ces sources ne restituent pas la totalité des eaux infiltrées. Ces eaux souterraines pourraient en effet avoir un écoulement dépassant les limites de la zone d’étude et rejoindre la vallée du Rhône.
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Le propos de cet article est de caractériser uniquement sur un plan géochimique (éléments majeurs, mineurs et traces), les processus d’altération et leurs conséquences sur les karsts des garrigues septentrionales du département du Gard et ceux du sud de l’Ardèche dont les cavités conservent des dépôts de sédiments du Crétacé supérieur et du Paléogène provenant de leur surface. Le protocole de caractérisation fondé sur une analyse des échantillons par ICP-AES consiste à comparer les éléments constitutifs des terrains référencés sur les cartes géologiques avec ceux retrouvés dans différentes dépressions et anfractuosités épikarstiques et hypogées de l’endokarst. Ce protocole permet d’évaluer les différentes signatures chimiques et de rattacher des critères géologiques connus à des échantillons jusque-là inédits. Ces échantillons ont été prélevés de part et d’autre d’un axe NE-SO allant de la Dent de Rez au Mont Bouquet. Certains ont été extraits au SO de Bagnols-sur-Cèze ou dans la région d’Euzet. La caractérisation géochimique des altérites prélevées dans les différentes séquences stratigraphiques du Crétacé inférieur jusqu’à l’Éocène supérieur permet de déduire que seules les altérites de l’Éocène inférieur et moyen ont laissé leurs empreintes dans le karst. À partir de l’étude de leurs propriétés chimiques, la provenance de ces formations altéritiques via des systèmes lacustres carbonatés à salinité variable dont certaines traces sont encore visibles, peut être mise en évidence. Il est également possible d’en déduire leur contribution à la mise en place des structures aquifères karstiques du Barrémo-Bédoulien.
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Cet article a pour but de présenter les résultats du suivi hydrologique du bassin de la rivière Cèze dans sa partie karstique à partir d’un protocole fondé sur la synchronisation des mesures de débit dans la rivière avec celles des sources. Il s’agit de comprendre le fonctionnement de la rivière et des sources karstiques et de déterminer leur part contributive au débit de la Cèze. Quatorze stations ont été équipées de sondes LTC (Hauteur, Température et Conductivité) : une sonde à chacune des onze sources et trois sondes en rivière. Préalablement, un profil en long de la rivière a permis de géolocaliser les sources et les zones anthropisées ainsi que les sections de la rivière propices pour y effectuer des jaugeages. Pour localiser précisément les zones de pertes de la Cèze et déterminer les valeurs de débits correspondantes, 11 campagnes de jaugeages ont été réalisées en rivière pendant deux cycles hydrologiques de 2013 à 2015. Les débits des sources ont aussi été mesurés afin de calculer des bilans hydrologiques entre les pertes et les apports le long du tronçon étudié. Les résultats montrent comment la variabilité du débit des sources est liée à la dimension du bassin versant drainé et à sa configuration géologique. Plusieurs sources ont un débit relativement constant sur l’année et contribuent ainsi au soutien d’étiage en compensant les pertes de la rivière. Cinq tronçons ont été identifiés alternant zones de pertes et zones d’apports karstiques par les sources. L’analyse des débits mesurés au cours des campagnes de jaugeages réalisées sur la totalité du secteur étudié a permis de quantifier ces pertes et les apports du karst. Le bilan à partir de la comparaison entre les pertes et les apports venus du karst montre qu’en période de basses eaux, le karst contribue jusqu’à 68 % du débit de la Cèze alors qu’en moyennes eaux, les eaux d’origine karstique ne participent qu’à environ 50 % du débit de la rivière. L’analyse critique des résultats obtenus porte sur la qualité des jaugeages différentiels effectués en rivière et aux sources, la précision du matériel de mesure utilisé et la difficulté à prendre en compte les sous-écoulements et les échanges entre la rivière et les formations alluvionnaires. Les résultats de cette étude montrent un bilan positif entre l’amont et l’aval du secteur étudié, les apports des systèmes karstiques secondaires venant équilibrer les pertes de la rivière.
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Une représentation appropriée et efficace des flux d’échanges entre rivière et aquifère est nécessaire pour une gestion optimisée de la ressource en eau et des écosystèmes aquatiques sur les plans quantitatifs et qualitatifs. Parmi les outils existants, l’imagerie InfraRouge Thermique (IRT) permet de cartographier finement les températures à la surface afin de caractériser les apports d’eau souterraine. Cet article vise à démontrer la pertinence de l’imagerie IRT pour caractériser les échanges hydrauliques entre les eaux de surface et les eaux souterraines de la basse vallée de la Cèze (Gard – France). L’objectif principal est (1) de repérer les endroits des gorges karstiques où l’eau souterraine émerge et (2) de contribuer à la quantification des débits de la rivière incluant ces apports. Un maximum d’informations issues des images thermiques peut être obtenu si le contraste de température entre l’eau de la rivière et l’eau souterraine est significatif, et si le débit de la rivière n’est pas trop élevé par rapport à celui des apports karstiques. Les résultats des campagnes aéroportées d’avril et de juillet 2013 montrent que l’utilisation des images thermiques infra-rouge permet d’identifier et de quantifier les écoulements souterrains le long de la rivière.
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Plusieurs traçages artificiels effectués en 2014 et 2015 précisent les circulations souterraines de part et d’autre de la rivière Cèze (France, Gard) et identifient en particulier le rôle de l’interfluve Cèze-Ardèche dans un contexte géologique complexe. Des opérations de traçage antérieures avaient permis de recueillir des données importantes sur les circulations des eaux souterraines au niveau du plateau de Méjannes-le-Clap et du côté du versant ardéchois sans toutefois préciser les échanges hydrauliques entre les écoulements souterrains du massif karstique et la rivière en rive gauche de la Cèze en prenant en compte les zones de perte de la rivière. Ces nouveaux traçages à but prospectif ont nécessité un dispositif adapté à partir de l’instrumentation d’un maximum de sources, en rive droite de l’Ardèche et en rive gauche et droite de la Cèze. Le choix final s’est porté sur trois traceurs la fluorescéine, l’éosine et la rhodamine B. Les résultats des colorations sont essentiellement qualitatifs car obtenus à partir de fluocapteurs à base de charbons actifs avec prélèvements d’échantillons d’eau. Ces 4 traçages cernent les points de restitutions impactés et les temps approximatifs de transfert en fonction des conditions hydrologiques. Les traçages dans l’endokarst comme ceux de l’aven d’Orgnac et de la grotte Flandin précisent la limite hydrogéologique entre le bassin de la Cèze et celui de l’Ardèche en fonction des périodes de hautes eaux ou basses eaux. Les colorations des pertes du Roméjac et de la Cèze à Rochegude indiquent que les infiltrations des eaux de surface associées et les directions des écoulements souterrains sont fortement conditionnées par la présence d’un réseau structural cassant et le développement du réseau karstique. Ces traçages réalisés dans le cadre des travaux de la ZABR (Zone Atelier Bassin du Rhône) au niveau de l’interfluve Cèze-Ardèche, précisent les limites de bassins versants karstiques entre ces deux rivières ainsi que les zones d’alimentation des sources situées dans le canyon de la Cèze à partir des pertes de la rivière. Cette approche s’intègre dans une démarche globale d’évaluation des échanges entre les écoulements provenant du karst et ceux de la rivière.
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Les échanges karst-rivière au niveau du canyon de la Cèze ont pu être en partie contraints par l’approche géochimique menée sur les eaux de la rivière Cèze et des sources karstiques. Deux campagnes d’échantillonnage ont été réalisées, une à moyennes eaux (juin 2015) et une à basses eaux (juillet 2015). Les propriétés chimiques (concentrations en éléments majeurs) et isotopiques (d34SSO4) ont mis en évidence le contrôle majeur de la chimie des eaux par les processus d’altération des roches. Deux masses d’eau principales contribuent à l’alimentation de la rivière et du karst au niveau du canyon : les eaux de la rivière en provenance de la partie amont du bassin versant et les eaux météoriques infiltrées au niveau du domaine karstique et ayant interagi avec les calcaires. Lors du passage de la période de moyennes eaux à la période de basses eaux, les proportions de mélange entre ces masses d’eau évoluent en faveur des eaux karstiques. Au sein de ce réseau karstique, une troisième masse d’eau intervient avec des propriétés chimiques et isotopiques laissant envisager la contribution d’un réservoir plus profond. Les eaux suivent donc différents circuits au sein des formations géologiques du secteur karstique.
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L’étude de la faune aquatique vivant dans les systèmes karstiques proches des gorges de la Cèze a été menée dans deux habitats (6 cavités et 4 sources) en complément de celle de la faune hyporhéique de la rivière (faune vivant dans les interstices des sédiments du lit). La faune du karst s’est révélée peu diversifiée, mais sans doute sous-évaluée. Sa distribution spatiale est fortement hétérogène, aussi bien entre cavités qu’entre habitats (cavités versus sources) ou entre micro-habitats au sein d’une même cavité. À l’échelle du micro-habitat, les zones riches en argile sont les plus peuplées, sans doute parce que l’argile représente à la fois un lieu de vie pour les organismes fouisseurs et une ressource alimentaire. Les échanges faunistiques entre les cavités et les sources sont faibles et seules quelques espèces karstiques dérivent vers le milieu hyporhéique de la rivière. Ces dernières peuvent nous renseigner sur l’origine de l’eau interstitielle et ainsi guider certains choix de gestion.
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Dans l’intérêt de créer un point de référence permettant de connaître l’état hydrique de l’ensemble du système karstique et/ou de pouvoir l’associer à de la modélisation, un indicateur de l’état hydrique du karst (IETHY du karst) a été établi à partir de toutes les connaissances acquises sur le fonctionnement de l’hydrosystème karstique de la Cèze. Cet indicateur permet de connaître et de qualifier simplement si à un instant « t », le karst est plus en mesure de contribuer à la montée des eaux en rivière ou, au contraire, d’infiltrer les eaux de surface. Le IETHY du karst est construit à partir des données recueillies sur la source d’Ussel et le pluviomètre Météo France de Méjannes-le-Clap Gard, France). La base de données recueillie pour la pluie et le débit de la source d’Ussel inclut deux cycles hydrologiques (de 2013 à 2015). Le débit de la source est calculé à partir des données de hauteurs d’eau enregistrées en continu à l’aide d’une sonde de pression. Cette base de données est convertie en débit grâce à une courbe de tarage réalisée pour cette étude. Pour la construction du IETHY du karst, tous les événements pluvieux pour lesquels la lame d’eau précipitée est égale ou dépasse 4 mm sont pris en compte. Cette condition a permis d’étudier un total de 79 événements pluvieux. Dix paramètres provenant des données de pluie et de débit de la source d’Ussel ont été analysés pour obtenir le IETHY du karst. Finalement, cet indicateur peut être une donnée pertinente pour la modélisation du comportement de la Cèze qui est influencée par ses interactions avec le système karstique à l’intérieur du canyon karstique (moyenne vallée). Cet indicateur peut aussi être un outil d’exploitation utile aux acteurs locaux pour la surveillance de l’état hydrique du système karstique. L’objectif dans ce travail est de développer une approche de calcul et de prédiction de l’état hydrique du système karstique, à partir de données facilement disponibles in situ et de prédictions météorologiques. Ce présent article est structuré en trois parties : tout d’abord un bref rappel du contexte hydrogéologique de la zone d’étude qui comprend la partie karstique du bassin versant de la Cèze, en seconde partie le mode de construction de l’indicateur et dans une dernière partie les résultats obtenus et leur interprétation.
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