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CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 2 | 2011
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Figure 2_ Coupe schématique de l’aquifère du Grès de Luxembourg illustrant les deux chemins principaux d’écoulement de l’eau
mètres cubes par jour, sont captées par le service des eaux
de la ville de Luxembourg. Les sources du versant est, moins
nombreuses, sont pour certaines d’entre elles utilisées par
les communes de Steinsel et Lorentzweiler ou s’écoulent
librement jusqu’à l’Alzette. Cinq sources situées sur le versant
opposé de la vallée de l’Alzette furent intégrées à la
campagne de mesures afin d’étudier la représentativité
régionale des résultats obtenus.
L’ensemble des sources ont été échantillonnées mensuellement
de mars 2008 à mars 2010. De plus, sept sources
(quatre sur le versant ouest, une sur le versant est, et deux
de l’autre côté de la vallée de l’Alzette) ainsi qu’un forage
d’observation des eaux souterraines installé sur le plateau
ont été échantillonnés à un rythme hebdomadaire de septembre
2008 à mars 2010. Le débit, la température, la
conductivité électrique et le pH ont étés mesurés sur le terrain.
Des sondes installées dans les sources visitées chaque
semaine enregistraient à chaque minute le débit et la température.
Le programme de mesures de la chimie des eaux
comprenait les ions majeurs, mineurs et les éléments trace
ainsi qu’une quarantaine de pesticides et métabolites. Le
deutérium, un isotope stable de la molécule d’eau, a également
été mesuré dans les sources échantillonnées de manière
hebdomadaire. Le tritium, isotope radioactif de l’hydrogène,
a été mesuré dans toutes les sources deux années
consécutives en période d’étiage d’août à septembre. Afin
d’évaluer la vitesse d’infiltration de l’eau de pluie dans les
sols, des profils hydriques de sols furent également levés en
bordure de champs par réflectométrie temporelle à un pas
de temps d’une demi-heure. La répartition spatiale de certains
paramètres physico-chimiques des sols (texture, carbone
organique) du plateau jouant un rôle essentiel dans le
devenir des pesticides ont également étés mesurés au cours
d’une campagne d’échantillonnage couvrant une grande
partie des surfaces agricoles du plateau.
Dynamique de l’écoulement souterrain
En fonction du chemin emprunté et de la distance à parcourir
depuis le point d’infiltration, l’eau de pluie peut soit
séjourner plusieurs années, voire plusieurs décennies dans
la roche, soit ressurgir en moins de quelques semaines.
Comme les dynamiques des deux réservoirs sont très diffé-
rentes, nous distinguons dans cet article deux éléments de
l’écoulement au niveau d’une source.
Notons que l’écoulement de surface stricto sensu joue un
rôle négligeable dans le bilan hydrique, les sols sablonneux
du plateau assurant une infiltration rapide de l’eau de pluie.
L’écoulement de base est constitué par la portion d’eau
de source libérée après un trajet de plusieurs années dans
l’aquifère. Il s’agit de l’élément le plus stable du débit total
qui n’est que peu influencé par les précipitations. Tout au
plus varie-t-il annuellement selon une fonction sinusoïdale
dont le maximum est atteint durant la période de recharge
et le minimum en fin de période de vidange lorsque le réservoir
rocheux est au plus bas de son niveau de remplissage
[Brutsaert 2005].
L’écoulement interstitiel correspond à l’eau de pluie ressurgissant
dans la source après un temps de transit très court
dans l’aquifère, limitant les phénomènes d’échange avec la
phase solide de celui-ci (réactions de sorption et de dissolution,
diffusion dans la matrice) et par conséquent réduisant
l’efficacité de ce filtre naturel.
Une pollution du débit de base par des substances rémanentes
conduit à des teneurs stables au cours du temps
de ces substances dans les sources, alors que proliférations
bactériennes ou turbidités passagères après un fort orage
constituent des marqueurs de l’écoulement interstitiel.
La question de la contribution relative de ces deux types
d’écoulement est d’autant plus importante que le Grès est
un aquifère fracturé dont le comportement hydraulique se
situe entre deux extrêmes [Colbach 2005, Pochon 2003]
d’un médium poreux simple et d’un système de type karstique
caractérisé par un écoulement en conduit, une forte
réactivité, et une importante vulnérabilité aux pollutions
[Bakalowicz 1999].
Ecoulement de base
Chaque volume d’eau débité dans un point d’émergence
(source, forage, puits) résulte à chaque instant d’un mélange
d’eaux et de solutés ayant parcouru des trajets différents
et plus ou moins long au sein de l’aquifère. À des
fins de modélisation, ce mélange est représenté mathématiquement
par une fonction de distribution continue