Captage des résurgences sous-marines littorales
Risques de pollutions et protection des aquifères côtiers en milieu fissuré ou karstique
, Ingénieur en Chef, SOCIÉTÉ DES EAUX DE MARSEILLE
LE PHÉNOMÈNE
1. — Définition
Tout aquifère, s’il n’est pas isolé (confiné), a un ou des exutoires. Dans le cas d’aquifère en milieu poreux supposé homogène (comme les sables), l’écoulement est diffus. Dans le cas d’aquifère en milieu fissuré (roches dures de types calcaire, granit) ou karstique, les exutoires sont localisés, par exemple, les sources vauclusiennes en pays calcaire.
Les formations aquifères, quelles qu’elles soient, situées en bordure d’une étendue d’eau douce ou salée, lac ou mer, n’échappent pas à la règle. Dans la plupart des cas, les exutoires diffus ou localisés sont peu ou mal visibles pour un observateur non averti. Ceux qui viennent à proximité de tels phénomènes (les pêcheurs en général) ou qui s’y intéressent les connaissent.
Nous ne nous intéresserons ici qu’aux exutoires d’aquifères en milieu fissuré ou karstique situés en bordure d’une masse d’eau salée (mer, océan ou lac), excluant les aquifères en milieu poreux homogène.
2. — Fréquence
Le phénomène n’est pas rare. Il n’est pas nouveau : Strabon, géographe réputé de la Grèce Antique, rapporte (Géographie XVI – 2.13) que « les habitants de la ville d’Arvad s’approvisionnaient en eau potable à partir de sources sous-marines qu’ils captaient à l’aide d’entonnoirs de plomb reliés à la surface par des tuyaux souples ». Les marins de l’Antiquité connaissaient ces points d’eau où ils pouvaient s’approvisionner.
Lorsque l’on entreprend une étude bibliographique sur ce phénomène (État des connaissances sur les sources littorales et sous-marines par Paloc et Potie – 1974 – SGN 249 AME), on se rend compte que la littérature abonde en citations de tels phénomènes, dans la plupart des régions du globe : Europe, Afrique, Amérique, Asie.
En Méditerranée, nous connaissons ces phénomènes en Espagne, en France, en Italie, en Grèce, en Yougoslavie, en Turquie, en Syrie, au Liban, en Libye, sans oublier les îles de Sicile, Sardaigne, Crète.
Dans les Caraïbes, le phénomène est fréquent : Yucatan, Cuba, Guadeloupe, Jamaïque. On le trouve également aux U.S.A. (Floride, Californie), au Moyen-Orient (Bahreïn), en Asie (Ceylan, Indonésie, etc.).
3. — Détection
La plus simple, la plus habituelle, très sûre, la détection faite par les habitants et plus particulièrement les pêcheurs ou marins locaux.
Des procédés plus sophistiqués existent :
— Les documents aériens de nature diverse : photographies conventionnelles, photographies infrarouges ou fausses couleurs, thermographie par balayage de détecteur infrarouge.
— La détection des contrastes de température et de densité, de résistivité. Les eaux de provenance souterraine sont généralement de température assez constante, contrastant avec la température des eaux de mer. De même, les eaux douces avant
leur diffusion complète présentent une conductivité plus faible que les eaux de mer et une densité également plus faible.
4. — Actions
4.1 — Protection
La manière la plus directe de protéger un aquifère contre la pénétration de l’eau de mer sera d’augmenter les pertes de charge, à l’endroit le mieux approprié, de manière à augmenter le niveau moyen de l’aquifère, le mettant ainsi en position « privilégiée » par rapport à sa situation antérieure et notamment par rapport au plan d’eau saumâtre voisin.
Cette augmentation des pertes de charge au niveau des exutoires se fera en étanchant aussi complètement que possible les réseaux de circulation : fissures, fractures, joints, cavités, etc. Il est probablement utopique d’espérer une étanchéité parfaite : la complexité des formations s’y opposerait souvent. De plus, il est peu probable que l’on obtienne en une seule fois une étanchéité même partielle. Le programme des travaux devra permettre de perfectionner, peu à peu, cette étanchéité par actions successives, chacune d’elles étant suivie d’un temps d’observation permettant de connaître les résultats obtenus, de suivre l’évolution des exutoires connus et non étanchés, découvrir, le cas échéant, des exutoires nouveaux qui se seraient créés à la suite de la mise en charge.
4.2 — Mobiliser l’aquifère
Cette première phase permettra à l’aquifère de se « défendre » par lui-même. En effet, l’élévation du niveau moyen que l’on aura obtenue correspond à une augmentation de son potentiel hydraulique. Cette augmentation constitue sa meilleure défense contre l’invasion des eaux salées plus denses. Les modifications apportées au niveau moyen de l’aquifère et les conditions d’équilibre nouvelles auront des conséquences diverses comme probablement la création de nouveaux exutoires par exemple.
Il y aura, bien entendu, lieu de connaître au mieux ces modifications et les nouvelles conditions d’écoulement. En effet, on peut s’attendre à trouver des variations dans la qualité des eaux, variations dues à des facteurs différents comme la distance du point considéré à la zone contaminée.
4.3 — Exploitation
L’exploitation de l’aquifère ne se fera qu’après avoir acquis une connaissance aussi précise que possible de l’aquifère.
Le choix des points de prélèvement devra être fait avec le plus de soin possible : avec des procédés classiques ou plus sophistiqués (modèle), et des contrôles rigoureux devront être faits (observation du niveau et de la salinité) avant le choix définitif.
Les conditions d’exploitation devront également, après une étude prévisionnelle, être soumises à une expérimentation pratique. N’oublions pas qu’il s’agit d’aquifère particulièrement vulnérable.
Dans le même temps, un dispositif d’observation des obturations faites sera mis en place et il conviendra de prévoir un entretien et, au besoin, de compléter les travaux d’étanchéité réalisés.
Le milieu fissuré et plus particulièrement le milieu karstique constitue un site de transport rapide des polluants. Ainsi les périmètres de protection dans ce type de formation devront être soigneusement étudiés.
EXEMPLES D’OUVRAGES RÉALISÉS EN VUE D’UN CAPTAGE
1 — Dans le monde
Bien que les sites où ce type de sources est connu soient nombreux, les travaux réalisés sont peu nombreux. Nous connaissons ceux qui ont été réalisés en Grèce sur une source littorale à Anavalos, près d’Argos, dans le Péloponnèse. Il s’agit d’un barrage classique construit en mer autour de la source proprement dite. Les résultats dus à cet ouvrage sont encore controversés. En Grèce également on signale la source d’Héraklion dans l’île de Crète, qui a donné lieu à des travaux destinés à élever le niveau piézométrique.
En Italie, des tentatives ont eu lieu ; une des plus intéressantes était celle menée sur la source de Fitrofitrélo près du port de Tarente, avec un dispositif assez sophistiqué. Malheureusement, cette expérimentation menée par le C.N.R.S. italien (Pr. Stafanon) n’a pas eu de suite.
En France, les travaux que mène le Syndicat de Recherches de Port-Miou (constitué par le B.R.G.M., la Société des Eaux de Marseille et le Bureau d'Ingénieurs-Conseils Coyne et Bellier) sont, semble-t-il, les seuls actuellement en cours. Ils se sont déroulés en plusieurs phases depuis de nombreuses années. Ils ont donné lieu à des expérimentations systématiques dans différents domaines, et la constance dans l'effort a permis d'arriver à des résultats qui laissent espérer un développement intéressant pour les techniques mises au point. C'est ce type de travaux que nous allons brièvement présenter dans le cadre de cet exposé.
2 — Aménagement de Port-Miou
L'ouvrage est destiné au captage des eaux sur le site de Port-Miou entre Marseille et Cassis. La source sous-marine sur laquelle ont porté les efforts du Syndicat de Recherches de Port-Miou se situe dans le massif des calanques. Le phénomène était connu depuis de très nombreuses années et seule la progression des techniques d'exploration sous-marines a permis d'engager une étude systématique. Nos premières constatations nous ont amenés très rapidement à reconnaître l'importance économique de ces résurgences et l'intérêt qu'il y aurait à tenter de les capter.
Le massif des Calanques où se situent les résurgences correspond à un vaste monoclinal calcaire de faciès urgonien, s'ennoyant sous la mer vers le Sud. Les explorations par plongée ont permis de reconnaître une galerie principale noyée sur plus d'un kilomètre. La section de cette galerie est assez importante : en moyenne de l'ordre de deux cents mètres carrés. Les débits transitant dans cette galerie varient entre la période d'étiage et les périodes de crues. En période d'étiage, il ne semble pas que le débit soit inférieur à 3 m³/s, par contre, en période de crue, nous avons constaté des débits supérieurs à 100 m³/s.
La première phase de nos travaux a donc consisté à effectuer une reconnaissance topographique précise de la galerie immergée. Des observations ont été faites durant ce temps, permettant de préciser les données hydrauliques et chimiques que nous avions déjà.
Dans une deuxième phase de travaux, nous avons construit un ouvrage d'un type particulier dit « chicane », qui devait répondre à trois objectifs :
- — stopper le flot d'eau de mer pénétrant directement dans la galerie,
- — laisser passer les crues sans créer une surcharge que, en l'absence d'information, nous aurions pu ne pas contrôler à cette époque,
- — disposer d'une section relativement réduite et régulière permettant des observations plus fines en particulier pour les mesures de débit.
Un premier résultat immédiat de cet ouvrage a été de supprimer le gradient vertical de salinité dans la galerie en amont dudit ouvrage. Par ailleurs, une première amélioration de la salinité a pu être enregistrée lors des conditions les plus défavorables, c'est-à-dire à l'étiage. Ces résultats ont été suffisamment encourageants pour que nous passions à la phase finale de notre expérimentation, c'est-à-dire l'obturation complète de la galerie.
L'évacuation des crues faisant partie des problèmes à résoudre ainsi que le contrôle de la mise en charge de l'aquifère, nous ne voulions pas créer une charge trop élevée en amont de l'ouvrage pour éviter les risques de débourrage de galerie aux chenaux annexes colmatés et nous avons fixé arbitrairement une cote pour le seuil de déversement de l'évacuateur de crues. Le seuil est situé à trois
mètres soixante au-dessus du niveau de la mer. Le déversoir de crues a été creusé dans le massif calcaire au-dessus de la galerie et du barrage proprement dit. Plusieurs tubes de différents diamètres ont été laissés en place dans l’ouvrage pour permettre un certain réglage de la charge.
Les travaux ont été terminés en fait au cours de l’été 1977 ; ils ont été marqués par différents incidents dus à des débourrages partiels de fissures et de sédiments à proximité immédiate du barrage. Les premières observations ont montré qu'une mise en charge de l'aquifère était possible. Il s'agit d’un résultat positif. Il reste maintenant à laisser cet aquifère en charge un temps suffisant pour suivre l'évolution de la salinité.
Ce sera la fin de notre expérimentation. Si les résultats sont satisfaisants, l'ouvrage réalisé pourra, moyennant un minimum de confortement, être utilisé pour maintenir en permanence une charge suffisante de l'aquifère dans l’arrière-pays. Dès lors, le captage des eaux pourra se faire soit directement sur le site du barrage, soit par tout autre procédé, forage, galerie ou puits d'accès à l'intérieur du pays.
ASPECTS ÉCONOMIQUES DE RECHERCHE
1 — La ressource en eau
Ce phénomène de résurgence d'eau douce sur un littoral marin n'est pas exceptionnel. Il est même la règle générale dans les massifs littoraux de roches fissurées ou karstiques.
Le gaspillage d'eau douce transitant par ce type d'aquifère vers la mer est considérable. Les volumes d'eau ainsi perdus représentent plusieurs millions de mètres cubes chaque année dans la seule Méditerranée et pour ne tenir compte que des sources connues ! Prendre conscience de ce gaspillage devrait amener les responsables de l’approvisionnement en eau à programmer l’étude de telles ressources littorales.
Jusqu'à présent, il faut bien le constater, la littérature scientifique rapporte quasi-uniquement des descriptions superficielles de ces phénomènes et très rarement des cas d’expérimentation directe ou d'exploitations. À notre connaissance, aucune étude économique n'a été publiée sur ce thème.
Cette ignorance, ou du moins cette absence d'informations est, sans doute, la raison de l'absence d'intérêt des décideurs pour ce type de ressources.
Le Syndicat de Port-Miou, aidé par d'autres organismes publics ou privés, paraît être le seul organisme ayant abordé et mené à leurs termes une étude approfondie et une expérimentation in situ.
Bien sûr, les ressources en eau provenant de ces résurgences littorales ne sont pas simples à étudier et ne sont pas simples à aménager. De plus, la qualité chimique de ces eaux peut ne pas être parfaite du fait de la proximité de masses d'eaux salées marines ; enfin, il peut exister d'autres types de ressources. Il y aura donc lieu de comparer les ressources possibles : résurgences littorales, eaux de surface (rivières, lacs ou retenues artificielles), eaux de mer que l'on sait dessaler.
Cette étude comparative permettra de décider de l'exploitation de telles ou telles ressources, dans la mesure où ce choix est possible. Elle sera d'ordre technique et économique. Si l'étude du coût de captage, de transport, de traitement d'une ressource de surface ou l'étude de coût de dessalement d'une eau de mer sont des études classiques, par contre, l'étude d'un aménagement de ressources littorales est entièrement nouvelle et les moyens de la réaliser complexes. Le Syndicat de Port-Miou a, pour son compte et depuis 1964, peu à peu élaboré une méthodologie d'études, de reconnaissance et de travaux lui permettant d’arriver à une première conclusion économique généralisable. En bref, il est apparu que le coût d'exploitation d'une ressource d'eau littorale est suffisamment bas pour que son étude soit entreprise au moins jusqu’au stade de la factibilité.
Nous avons étudié à quel prix pourrait être fournie l'eau de la résurgence de Port-Miou. Les éléments en compte étant les suivants (en 1978) :
- — coût des travaux de détection et de captage,
- — coût d'une installation d’élévation de la cote 0 à la cote 300 (point d'utilisation souhaité),
- — débit fourni : 500 l/s,
- — amortissement sur 20 ans, taux d’intérêt 10 %.
Compte tenu de ces conditions locales, le prix de vente de l'eau fournie à la cote 300 est de l'ordre de 0,58 F le m³. Ce prix est sensiblement le même que celui pratiqué actuellement dans la région, pour des eaux d'arrosage (non traitées), livrées à une cote identique. Ce prix serait bien sûr inférieur pour un volume livré supérieur.
Si une étude comparative entre plusieurs possibilités apparaît nécessaire, nous pensons que les responsables de l'approvisionnement en eau ne peuvent plus méconnaître les ressources littorales. La conclusion d'une telle étude comparative amènera à choisir de préférence telle ou telle ressource en fonction de critères de décisions propres à chaque prescripteur. La conclusion pourra, bien entendu, amener à utiliser conjointement telle ou telle ressource. Dans les circonstances les plus défavorables où le sel n'étant pas d'origine marine, il ne serait pas possible d'atteindre une qualité conforme aux normes admises, la conclusion pourra être d'utiliser pour des eaux qui, exceptionnellement, resteraient saumâtres, un procédé de dessalement en tout état de cause moins onéreux que le dessalement de l'eau de mer.
On peut également concevoir un mélange entre des eaux littorales et des eaux de surface, particulièrement s'il s'agit d'usage agricole. Les possibilités sont donc nombreuses.
2. — Un milieu privilégié pour l’évacuation clandestine de polluants vers la mer
Nous le savons, les milieux fissurés et particulièrement karstiques constituent des drains efficaces des eaux de surface ou des eaux souterraines. Dans certains cas, les débits transitant par ces drains, pouvant dépasser plusieurs m³/s, en font de véritables fleuves souterrains. L’expérience montre que les crues sont enregistrées très rapidement dans les conduits principaux, la durée du transit étant négligeable. Il est évident, nous l’avons constaté sur différents sites dont celui de Port-Miou, d'autres l'ont constaté ailleurs, que ces réseaux en milieux fissurés et karstiques constituent un moyen de transport remarquable de toute pollution presque au même titre qu'une rivière de surface. Moyen de transport remarquable dans la mesure où il est discret au niveau du rejet, discret au long du parcours souterrain, discret à l'arrivée en mer où il est généralement méconnu de tous, même des pêcheurs.
Il est certain que l'absence d’informations basées sur des études telles que celles menées à Port-Miou, offre une grande latitude à ceux qui, ne sachant comment se débarrasser de leurs eaux usées ou de leurs déchets (municipalités, industriels, agriculteurs, particuliers), voient dans ces formations fissurées et plus particulièrement les formations karstiques un site de rejet idéal sur les plans de la facilité, de l'économie et de la discrétion !
Lorsque l’on connaît les débits pouvant transiter dans les aquifères de ces formations on reste un peu effaré devant le peu d’intérêt que leur manifestent les responsables de la lutte contre la pollution ! On comprendra facilement que ce danger est d'autant plus important que l'on se trouvera en zone urbaine. Le danger est double : pollution de la ressource en eau destinée à l’alimentation et pollution directe de la mer.
Ce tableau est sombre, mais il est temps que les responsables prennent conscience du danger existant et prennent les dispositions de protection qui s'imposent. La protection des aquifères en milieu fissuré est beaucoup plus aisée que celle d'un cours d'eau à partir du moment où l'on a pris conscience du danger.
Des périmètres de protection peuvent être définis et le contrôle des sources de pollution ne présente pas de difficultés dès l'instant où un inventaire est établi et mis à jour.
3 — Pisciculture
Bien qu'il s'agisse là d'un aspect secondaire, il n'est pas à négliger.
Une caractéristique des eaux souterraines est d’avoir une température assez constante au cours des saisons sauf cas particulier. En bordure de mer, de plus, cette température est relativement élevée pouvant dépasser 20°.
Les eaux des résurgences sous-marines n'échappent pas à cette règle. Cette caractéristique est recherchée des spécialistes de la pisciculture qui y trouvent à la fois une température relativement constante et des possibilités de mixage d'eau douce et d'eau de mer.
RECOMMANDATIONS
En vue d'un captage de sources sous-marines, le premier objectif à atteindre est de modifier l'équilibre naturel en plaçant l'aquifère en condition piézométrique favorable par rapport au niveau marin. Cette situation favorable est réalisée quand l'aquifère a une charge suffisamment élevée par rapport au niveau de la mer. Cette charge ne peut être obtenue que par la création d'écran d'étanchéité que l'on sait actuellement créer : ouvrage du type de Port-Miou dans la mesure où les sites équivalents existent ou ouvrage de tout autre type plus simple ou plus complexe.
Il n'est, bien entendu, pas possible d'affirmer que des résultats positifs obtenus sur un site soient transposables et gage de réussite pour tout autre site. D'une manière inverse, on peut également dire qu'un échec sur un site n'est pas une condamnation systématique du procédé. Seule la multiplication d'ouvrages de ce type permettra de faire progresser l'expérience. Pour répondre à cet objectif, le Syndicat de Port-Miou a suscité la création d'un groupement appelé Frankarst réunissant les organismes qui ont participé directement aux travaux sur le site de Port-Miou. La vocation internationale de ce groupement est de promouvoir les techniques et les procédés utilisés à Port-Miou et sur d'autres sites. D'ores et déjà, cet organisme a effectué ou effectue des études dans d'autres pays (Grèce, Libye, Italie).
