Mesures à haute fréquence de la température de la ZC (WP3.)
En 2015, une installation permanente de suivi à haute fréquence spatiale et temporelle des flux d’eau et d’énergie par mesures actives et passives des températures du sol par fibre optique a été mise en place sur l’Observatoire Draix-Bléone. Le site atelier est un interfluve de colluvions et de marnes noires représentative des versants montagnards du sud-est des Alpes. La mesure distribuée des gradients de température dans le proche sous-sol (-5, -10, -15, -20 cm) doit, à terme, permettre de quantifier la réponse hydrologique du versant (stock, flux) aux forçages hydroclimatiques pour plusieurs échelles temporelles (événement pluvieux, saison) et pour trois types de faciès de sols (texture, végétation). Un réseau dense de mesure des teneurs en eau par méthodes réflectrométrique et capacitive complètent le dispositif. Les températures sont mesurées en combinant approche passive (gradient thermique naturel) et active (principe du fil chauffant). Une stratégie d’analyse des observations fondée sur l’assimilation de données sera mise en place en 2016 dans le cadre d’une thèse en co-tutelle entre l’Université de Strasbourg / EOST et l’Université Technologique de Delft (Pays-Bas).
Un site d’observation long-terme similaire sera déployé en 2016 sur le bassin-versant du Strengbach pour quantifier les variations de teneur en eau en surface autour de quelques puits de forage, et des comparaisons métrologiques seront effectuées avec l’équipement disponible à Géosciences Montpellier dans le cadre de l’ANR HyDroCrizTo.
À Géosciences Rennes, l’ensemble des achats d’équipements a été effectué et les instruments sont en cours d’utilisation. Une troisième unité de mesure distribuée de température par fibre optique (FO-DTS) a même été acquise fin 2015 sur des crédits H+.
Ces équipements ont tout d’abord servi en mai et octobre 2015 à l’imagerie des écoulements sur le site expérimental hydrogéologique de Poitiers (SNO H+). L’objectif des expérimentations était de tester la capacité d’utiliser la température comme un marqueur des écoulements dans un aquifère karstique. Pour cela, la plupart des expériences a consisté à réaliser des expériences de pompage de quelques heures avec un suivi de la température sur plusieurs forages d’observation.
Les résultats ont montré tout l’intérêt d’un suivi spatio-temporel fin pour imager la dynamique des écoulements dans les aquifères karstiques. Avec un suivi temporel de 30 secondes, il est même possible de suivre les fronts d’écoulements liés aux pompages et d’en déduire les vitesses d’écoulements. Dans certains cas où la température ne montrait pas de variations temporelles, il est aussi possible d’utiliser des méthodes alternatives pour imager les flux, basées par exemple sur l’utilisation d’une résistance thermique en forage ou d’un câble chauffé. Ces méthodes, mises au point au préalable sur l’observatoire de Ploemeur (Read et al., 2014 ; Read et al., 2015) donnent également de très bons résultats sur le site de Poitiers.
Conjointement aux expérimentations, nous en avons profité pour organiser un workshop sur les mesures distribuées par fibre optique du 6 au 8 Octobre 2015. L’essentiel du workshop a été consacré aux mesures distribuées de température pour présenter les aspects théoriques, de nombreuses applications ainsi que plusieurs ateliers pratiques sur le site observatoire de Poitiers. Un autre objectif, en lien avec le WP 6.1, a été de tester l’intérêt des mesures acoustiques pour imager les propriétés du milieu ou pour caractériser certains processus dynamiques. Pour cela des mesures acoustiques ont été enregistrées et sont actuellement traitées et analysées pour être comparées à des mesures sismiques (WP 6.1) plus classiques.
Enfin, Un câble de fibre optique d’un kilomètre de long a été installé en décembre 2015 sur le petit cours d’eau qui traverse le site de Kerrien (ORE AgrHys, réseau RBV). L’objectif est d’enregistrer au pas de temps de 10 minutes les variations de température durant les 6 prochains mois afin de détecter les arrivées d’eau souterraines et d’imager si possible la dynamique des écoulements en lien avec les flux géochimiques. Les données enregistrées au cours des deux premiers mois sont en cours d’analyse mais semblent prometteuses. Des discussions sont en cours actuellement pour instrumenter d’autres sites dans les mois qui viennent.
(J. P. Malet, EOST – O. Bour et T. Le Borgne, Géosciences Rennes)
Read, T., O. Bour, J. S. Selker, V. F. Bense, T. Le Borgne, R. Hochreutener, and N. Lavenant (2014), Active-Distributed Temperature Sensing to continuously quantify vertical flow in boreholes, Water Resour. Res., 50, doi:10.1002/2014WR015273.
Read T, Bense VF, Bour O, Le Borgne T, Lavenant N, Hochreutener R, Selker JS (2015) Thermal-plume fibre optic tracking (T-POT) test for flow velocity measurement in groundwater boreholes. Geoscientific Instrumentation, Methods and Data Systems Discussions 4, 197–202, doi:10.5194/gi-4-197-2015