Caractérisation transdisciplinaire d’un aquifère côtier complexe, pour une exploitation maitrisée et durable de sa ressource en eau pour faire face au changement global : Le projet DEM’EAUX ROUSSILLON
Aztertutako kasuaren deskribapena
Plus de 80 millions de m3 par an sont prélevés dans les nappes de la plaine du Roussillon, situées à l’est de la chaîne des Pyrénées, sur le territoire français. Ce volume est d’abord destiné à l’alimentation en eau potable, dont la demande a connu une forte augmentation depuis les années 1950 (doublement de population et développement du tourisme sur le littoral), mais contribue aussi à l’irrigation des quelques 13 000 hectares. La plaine du Roussillon, qui s’étend sur 850 km², est bordée par les Pyrénées à l’ouest, le massif des Corbières au nord, la chaîne des Albères au sud et la Méditerranée à l’est. Entre les températures élevées (15°C en moyenne annuelle à Perpignan) et la faible pluviométrie (700 mm/an), les situations de sécheresse ne sont pas rares et leur fréquence et intensité risquent de s’accroître dans le futur avec l’augmentation de la température projetée par les scénarios climatiques disponibles. Les ressources en eau souterraine de l’aquifère seront être affectées, surtout les plus proches de la surface. Les besoins en eau pourraient aussi évoluer (hausse potentielle de l’ordre de 15% des besoins pour l’irrigation (à surfaces irriguées constantes) et augmentation des superficies à irriguer). De plus, vu la faible altitude de son littoral, la plaine du Roussillon risque d’être touchée par la hausse du niveau marin, qui pourrait atteindre 1 m d’ici 2100. Une augmentation des submersions marines en seraient la conséquence entrainant un risque de salinisation des eaux souterraines plus élevé. Le principal aquifère de la zone, le « Plio-Quaternaire du Roussillon » est un multicouche daté du Pliocène, de plus de 250 m d’épaisseur, constitué de niveaux sableux séparés par des niveaux peu perméables et surmontés par des formations alluviales du Quaternaire. Depuis plus de 40 ans, cet aquifère subit une baisse généralisée de son niveau de remplissage. Jusqu’où s’étend le réservoir sous la mer et l’eau y est-elle douce? Quelles sont les interactions avec les aquifères environnants et avec la mer ? Quels sont les risques d’intrusion saline dans le contexte d’élévation du niveau marin ? Comment vont évoluer les besoins en eau, avec des épisodes de sécheresse potentiellement plus marqués à l’avenir ? Comment utiliser au mieux les nouvelles technologies pour un outil de gestion en temps réel de la ressource? Quelles stratégies d’adaptation aux contextes climatique et socio-économique futurs faut-il mettre sur pied ?
Si ces processus à l’œuvre dans ce système aquifère sont connus de manière qualitative, il apparaît extrêmement compliqué de les décrire de manière précise et encore plus d’en quantifier les flux. Or, l’exploitation maitrisée de la ressource en eau contenue dans ce type d’aquifères nécessite une connaissance fine de l’ensemble des flux de recharge (et notamment la prise en compte des apports en provenance du massif Pyrénéen) et des interactions avec la mer. La situation de cet aquifère est largement représentative de ceux que l’on trouve ailleurs sur le pourtour méditerranéen, du fait de leur histoire géologique commune. Elle est aussi représentative d’autres aquifères que l’on trouve dans d’autres régions du monde en assez grand nombre, comme les Etats-Unis par exemple. Les outils et les méthodes construits dans le cadre d’un partenariat innovant et multidisciplinaire pour la compréhension et l’exploitation maitrisée de ce type d’aquifère pourraient donc intéresser un grand nombre d’exploitants et gestionnaires de par le monde. Ces éléments structurent le projet Dem’Eaux Roussillon qui regroupe près de dix partenaires de la région Occitanie (établissements de recherche, bureaux d’étude et collectivités). Les compétences mobilisées couvrent la géologie, la géophysique, la géochimie, l’hydraulique, l’hydrologie, l’économie, l’optronique, l’instrumentation, l’imagerie spatiale et l’informatique, qu’il est nécessaire de faire interagir pour atteindre l’objectif du projet.
L’objectif de ce projet est de comprendre et de simuler la dynamique actuelle de l’aquifère plio-quaternaire du Roussillon et son évolution future, de manière à pouvoir proposer une ou plusieurs stratégies d’adaptation pour faire face au climat futur. Les moyens mis en œuvre pour y parvenir et les résultats obtenus doivent être visibles sur une plateforme numérique accessible via internet, pour favoriser leur valorisation et leur application à d’autres contextes. La complexité des enjeux en présence nécessite de mettre en œuvre une approche pluridisciplinaire. De l’interaction entre les savoir-faire des partenaires sont attendus des développements tant métrologiques que conceptuels, porteurs d’innovation et applicables à d’autres cas d’étude.
Cet objectif général peut être décliné en 5 objectifs spécifiques :
1. Caractérisation détaillée des hétérogénéités géologiques du bassin du Roussillon et de son extension en mer, pour une modélisation 3D ;
2. Caractérisation haute-résolution des usages de l’eau et de leurs évolutions futures au travers des scénarios de prospective socio-économique ;
3. Caractérisation des interactions de la ressource en eau et de ces usages avec la mer (intrusions salines), l’érosion côtière et l’élévation future du niveau marin ;
4. Caractérisation haute-résolution spatiale et temporelle de l’état quantitatif et qualitatif de la ressource en eau souterraine et modélisation de son évolution future;
5. Concentration des données, visualisation en temps-réel et valorisation sous la forme d’un démonstrateur (web, smartphone, newsletter…) des variables surveillées et produites dans le cadre du projet.
Bien qu’ambitieux, ces objectifs sont complémentaires et permettent d’apporter les éléments nécessaires à l’atteinte de l’objectif global. De plus, ils se placent dans la continuité de travaux réalisés jusqu’ici par la plupart des partenaires (liste non-exhaustive : les études « Volumes prélevables » des bassins versants de l’Agly, de la Têt et du Tech et de l’aquifère du Roussillon, 2 thèses de doctorat, deux projets de recherche ANR (VULCAIN et GRAIND’SEL) pour la ressource en eau, un projet de recherche ERANET-CIRCLE AQUIMED pour les usages de l’eau, le projet de recherche LITEAU-CMS pour la dynamique littorale, etc..). Dans chaque domaine, ces projets ont tenté de décrire certaines des composantes de l’aquifère plio-quaternaire du Roussillon et des systèmes naturels ou anthropiques avec lesquels il interagit. Le Démonstrateur Roussillon permettra de capitaliser ces démarches et de les intégrer pour décrire le système dans sa globalité et proposer une réflexion sur son évolution future en intégrant toutes les composantes qui agissent sur son fonctionnement.
La combinaison des compétences permettra d’aboutir à la constitution d’un outil de gestion de la ressource en eau souterraine et des usages associés. Cette interface, dédiée à la visualisation de l’état du système étudié, sera conçue en collaboration avec les gestionnaires intéressés (au minimum le Syndicat Mixte des Nappes de la Plaine du Roussillon – SMNPR et le Syndicat Mixte du Bassin Versant de la Têt - SMBVT) pour répondre au mieux à leurs besoins. Les résultats obtenus devraient permettre aux gestionnaires de gérer leur ressource en eau souterraine de manière optimisée et de se préparer aux évolutions futures du climat et des usages de l’eau, en fonction du contexte socio-économique attendu. C’est donc in fine la possibilité d’alimenter l’élaboration de leur stratégie d’adaptation au changement global qui leur sera proposée. La participation aux réunions de suivi du projet et à certaines tâches techniques du projet des représentants des collectivités et des syndicats mixtes en charge de la gestion de la ressource, garantira l’obtention d’un résultat le plus conforme possible à leurs attentes, en fonction des avancées obtenues et des incertitudes restantes.
Les travaux qui seront réalisés s’organisent autour des 5 objectifs spécifiques présentés plus haut, selon les 5 tâches (Illustration 1), où l’on s’attaquera à un ou plusieurs verrous scientifiques. Chacune de ces tâches est dotée d’un coordonnateur, qui peut être un institut de recherche ou une entreprise et poursuivra des objectifs spécifiques, dont l’atteinte donnera lieu à des livrables clairement explicités.
Au stade actuel d’avancement de ce projet, les résultats suivants ont été obtenus :
- Production d’un modèle géologique de l’aquifère, s’étendant sur plus de 50 km sous le niveau de la mer et décrivant les formations sur plus de 300 m d’épaisseur ;
- Mise en place de deux sites « observatoires » sur lesquels le comportement de l’eau souterraine est suivi en temps réel et à haute-résolution spatiale et temporelle, l’un au bord de la mer et l’autre au pied du massif Pyrénéen ;
- Production d’une cartographie et d’une description de l’historique de la demande en eau pour l’alimentation en eau potable et les activités agricoles d’irrigation sur l’ensemble de la plaine du Roussillon. Ces cartes et données historiques serviront ensuite à produire des scénarios d’évolution future de la demande en eau sur le territoire ;
- Installation de matériel de suivi du transport solide sur le fleuve Têt, qui charrie du matériel sédimentaire en provenance des Pyrénées d’une part et de l’évolution du cordon sableux littoral à son embouchure d’autre part, qui permettent de documenter la dynamique sédimentaire et son interaction avec les processus d’intrusion saline ;
- Production de cartes piézométriques décrivant la profondeur de la nappe sur l’ensemble de la plaine du Roussillon, pour différentes périodes à partir des années 1960 jusqu’à aujourd’hui. Ces cartes permettent de documenter la baisse du niveau de la nappe de l’ordre de 4 m en 50 ans, qui fait qu’elle se situe sous le niveau de la mer dans certaines portions du littoral durant l’été. Sur cette base, une première génération de modèles hydrodynamiques a été mise en place pour simuler le comportement de certains compartiments du système (interactions entre les canaux d’irrigation et la nappe ; représentation conceptuelle basse résolution de l’ensemble du système). Ces modèles permettent d’ores de déjà de mettre en évidence les particularités du comportement de l’aquifère que ces approches ne suffisent pas à reproduire et ainsi d’orienter les recherches sur les verrous de compréhension ;
- Constitution de la liste des informations et données existantes ou observées que l’on peut concentrer sur la plateforme de valorisation et proposition d’une version initiale de l’interface de visualisation qui sera proposée (type géoportail axé sur la plaine du Roussillon).
L’ensemble des résultats indiqués ont été présentés lors de séminaires organisés chaque année et seront aussi décrits dans des rapports en cours d’édition. Ces séminaires sont déclinés en séminaires thématiques permettant de rentrer beaucoup plus dans le détail des travaux réalisés, lorsque les interlocuteurs gestionnaires ou exploitants de la ressource le demandent. Enfin, une lettre d’information synthétique à l’attention du grand public sera éditée à partir de cette année et distribuée à l’ensemble des partenaires et des communes du territoire.
Les principales collectivités du territoire réfléchissent depuis plusieurs années aux stratégies d’adaptation à mettre en œuvre pour faire face à la baisse chronique du niveau de la nappe observée depuis plus de 40 ans et à la probable réduction future de la recharge en lien avec le changement climatique. En particulier des études sur les volumes qu’il est acceptable de prélever dans les principaux fleuves du territoire en respectant les écosystèmes et dans les nappes du Roussillon ont été réalisées et les principales ressources alternatives ont été identifiées. Si ces travaux permettent de faire le point sur la situation actuelle pour les ressources en eau de surface, ils ne suffisent pas à anticiper de manière certaine l’évolution des ressources souterraines. En effet, le système souterrain interagit avec l’ensemble des composantes, qu’elles soient climatiques ou non et il est difficile de prévoir l’impact que peut avoir la mise en œuvre d’une stratégie particulière comme par exemple la réduction de l’irrigation, dans la mesure où elle participe de manière non-négligeable à la recharge des eaux souterraines. Ainsi, l’ambition du projet Dem’Eaux Roussillon consiste à proposer une description la plus fine possible de toutes ces interactions, pour permettre de pouvoir choisir une ou des mesures d’adaptation en connaissance de son impact sur le comportement du système aquifère. De cette manière, on s’assure de proposer aux collectivités qui doivent définir des mesures d’adaptation, une description des processus intégrant l’ensemble des paramètres qui en contrôlent l’évolution future. Il s’agit donc d’une action d’adaptation de type « soft » proposant de la connaissance pour éclairer la mise en œuvre de mesures d’adaptation concrètes comme le contrôle des prélèvements en eau souterraine, l’utilisation des ressources en eau de surface ou l’encadrement de l’utilisation du territoire de la plaine, vis-à-vis de son impact sur la ressource en eau.
Le projet mobilise des organismes de recherche (BRGM – coordinateur, Irstea, les Universités de Montpellier et de Perpignan Via Domitia), des entreprises spécialisées en géosciences (BRL Ingénierie, FUGRO Geoter et Yellowscan) et en informatique (Synapse), ainsi que les gestionnaires de la ressource en eau du territoire (Syndicat Mixte des Nappes de la Plaine du Roussillon et Syndicat Mixte du Bassin Versant de la Têt), (Illustration 2). Tous les organismes gestionnaires de ressource en eau de surface ou souterraine, ainsi que les représentants des exploitants agricoles et gestionnaires de canaux d’irrigation de la plaine sont associés aux restitutions et aux actions de communication du projet.
Additional Information
La participation des acteurs intéressés au projet est assez forte dans la mesure où le projet touche à des questions souvent d’actualité pour leurs missions. Ils sollicitent le projet pour des séminaires spécifiques qui seront organisés prochainement, pour leur permettre d’appréhender pleinement les résultats produits par le projet. Les collectivités partenaires du projet, mais aussi les financeurs, sont associés à l’élaboration de l’interface de la plateforme de valorisation des résultats du projet qui sera produite, pour maximiser l’intérêt et la pérennité de celle-ci comme outil de gestion de la ressource une fois le projet terminé.
Le succès du projet est clairement associé à la capacité d’interaction entre les différentes disciplines qui sont mobilisées et à celle de produire un outil d’information qui soit en phase avec les attentes des collectivités du territoire. La pluridisciplinarité est la seule voie permettant d’apporter de la connaissance sur le fonctionnement de ce système souterrain et donc invisible. L’association des collectivités aux travaux et au choix des questions traitées par chaque discipline est un gage de production de connaissance en phase avec les enjeux du territoire.
L’étude d’un aquifère est toujours limité par la difficulté d’observer des processus inaccessibles depuis la surface. Les difficultés techniques et budgétaires pour la mise en œuvre des moyens d’observation proposés par le projet sont évidemment des facteurs limitants. De plus, les moyens d’observations étant par définition déployés de manière ponctuelle, ils ne peuvent garantir la surveillance de l’ensemble du système étudié. L’activité de chaque partenaire et ses contraintes propres en dehors du projet peuvent aussi limiter la qualité des interactions entre disciplines recherchées par le projet. La qualité de cette interaction ainsi que la capacité du projet à décrire tous les processus en jeu peut ainsi ne pas être suffisante pour garantir l’apport de réponses, adaptées à toutes les questions qui posent aux gestionnaires et exploitants de la ressource en eau souterraine sur ce territoire.
D’un montant de 5,8 millions d’euros, son financement est assuré à 20% par l’Etat et la Région Occitanie / Pyrénées-Méditerranée (dans le cadre du Contrat de Plan Etat-Région 2015-2020), à 15% par le fonds européen FEDER, ainsi que par l’Agence de l’eau Rhône-Méditerranée-Corse, à 5% par la Communauté d’Agglomération de Perpignan et à 3% par le Conseil Départemental des Pyrénées Orientales. Le reste du financement du projet est apporté grâce à la participation financière de la plupart des partenaires.
Ces financements permettront, outre la production de rapports présentant l’ensemble des connaissances et des résultats obtenus : la mise en place de deux observatoires à haute résolution spatiale et temporelle du comportement des eaux souterraines, à terre et en bord de mer ; une plateforme de visualisation et de démonstration (type géoportail) des connaissances et de suivi des principaux processus à l’échelle de tout le territoire et ; propositions de mesures d’adaptation à mettre en œuvre en termes d’exploitation de l’aquifère de la plaine du Roussillon, basé sur le modèle hydrodynamique qui sera produit et soumis à des scénarios de changement climatique. Les moyens d’observation et de suivi (observatoires, plateforme de démonstration), seront conçue pour en garantir la pérennité dans le temps, au-delà de la vie du projet.
Le projet Dem’Eaux Roussillon durera jusqu’en 2020. La restitution finale sera proposée fin 2020.
Reference information
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