Les aquifères karstiques sont souvent considérés comme des réservoirs naturels qui stockent les eaux de pluie et atténuent les crues. Cependant, dans certaines conditions, ils peuvent également devenir des sources majeures d’inondations. Leur structure très hétérogène, alliant un écoulement rapide à travers des conduits et des fractures à un stockage plus lent dans la roche environnante, engendre des interactions complexes entre les précipitations, les eaux souterraines et le ruissellement de surface.

Mes recherches sur les systèmes karstiques de la Fontaine de Nîmes et du Lez, dans le sud de la France, ont porté sur la manière dont la structure des aquifères, le stockage des eaux souterraines et les conditions hydrauliques régissent la formation des crues dans les bassins versants méditerranéens.

Fontaine de Nîmes : débordements des eaux souterraines et crues soudaines en milieu urbain

Le système karstique de la Fontaine de Nîmes, situé sous la ville de Nîmes, est exposé à d’intenses épisodes pluvieux de type méditerranéen. Des recherches menées lors de fortes tempêtes, notamment celle de septembre 2005, ont mis en évidence la contribution significative des eaux souterraines aux crues soudaines en milieu urbain.

Deux mécanismes complémentaires de débordement ont été identifiés :

• Les sources souterraines temporaires (boulidous) : la saturation rapide de l’aquifère provoque la remontée des eaux souterraines par des exutoires temporaires, notamment dans la zone des Eaux-Bouillies, contribuant directement au débit des cours d’eau temporaires (cadereaux).
• Débordement du réseau principal de drainage karstique : lors d’épisodes particulièrement intenses, le réseau principal de conduits peut également déborder par les ouvertures existantes, notamment lorsque le débit des sources dépasse environ 13 m³/s.

Ces observations ont démontré que les inondations dues aux eaux souterraines ne peuvent s’expliquer par un réseau de conduits unique et uniformément connecté. Différentes parties de l’aquifère peuvent présenter des réponses hydrauliques distinctes lors des tempêtes.

La recherche a également mis en évidence l’importance des conditions antérieures des eaux souterraines. Une pluviométrie cumulée d’environ 145 à 150 mm au cours des 25 jours précédents a été identifiée comme un indicateur d’un risque accru de saturation de l’aquifère et de débordement.

Ces résultats ont contribué au développement d’une modélisation pluviométrie-ruissellement et à l’intégration d’une surveillance en temps réel des eaux souterraines dans le système de prévision des crues ESPADA à Nîmes.

Système karstique du Lez : stockage des eaux souterraines et dynamique des crues

L’aquifère karstique du Lez, près de Montpellier, constitue un autre exemple de la forte influence de la dynamique des eaux souterraines sur les crues des cours d’eau méditerranéens. Des recherches ont porté sur la manière dont l’état hydraulique initial de l’aquifère détermine la répartition des précipitations entre la recharge des nappes, le stockage et le ruissellement de surface.

Deux situations contrastées ont été identifiées :

• Aquifère non saturé : la capacité de stockage disponible permet l’infiltration des précipitations et retarde le transfert de l’eau vers le fleuve, contribuant ainsi à l’atténuation des crues.
• Aquifère saturé : la capacité de stockage réduite favorise le ruissellement de surface et les transferts rapides d’eau souterraine, ce qui peut accroître le débit de crue.

Les études menées sur le Lez ont également exploré la possibilité d’utiliser le captage des eaux souterraines pour modifier les conditions de stockage de l’aquifère et influencer les réactions aux crues. Des modèles hydrologiques conceptuels et des réseaux neuronaux artificiels ont été développés pour reproduire les variations du niveau des eaux souterraines et le débit des sources selon différents scénarios de précipitations et de pompage. Ces travaux ont mis en évidence la contribution potentielle d’une gestion active des eaux souterraines à l’évaluation et à l’atténuation des risques de crue.

Un cadre conceptuel commun

Les études menées à la Fontaine de Nîmes et sur le Lez démontrent que les aquifères karstiques peuvent agir à la fois comme des tampons naturels contre les crues et comme des sources d’eau de crue supplémentaires.

1. Leur comportement dépend de trois processus principaux :
2. L’infiltration et le stockage dans l’épikarst, les fractures et la roche environnante.
3. Les transferts rapides d’eau souterraine à travers les fractures interconnectées et les conduits karstiques.

Débordement des eaux souterraines par des sources temporaires et des exutoires de surface lorsque la capacité de stockage hydraulique est dépassée.

Ces résultats soulignent que les niveaux des eaux souterraines et la saturation des aquifères doivent être pris en compte parallèlement aux précipitations et au ruissellement de surface pour comprendre et prévoir les crues soudaines karstiques. Ils démontrent également l’importance de la surveillance à long terme des eaux souterraines et de la modélisation hydrogéologique pour l’alerte opérationnelle aux crues et la gestion intégrée des ressources en eau.

Publications relatives

English version - karst floods