Hydrogéologie du plateau de champfromier by Tournier Thierry

Photo de couverture: Exsurgence de la Trouillette (© Robert Le Pennec) Photo 4

ème

de couverture: Ruisseau du Bief Blanc: Mesures de débits au micro-moulinet par

l’auteur et Michel Gallice (©Michel Neyroud)

Géologue de formation, P.Bienfait a passé sa vie professionnelle dans les travaux souterrains et pratiqué la spéléo depuis le milieu des années 60. Quoi de mieux pour un géologue que de voir la montagne de l’intérieur !

Hydrogéologie du Plateau de Champfromier Publié par le Comité Départemental de l’Ain et le Spéléo Club de la MJC de Bellegarde

Imprimé à 100 exemplaires par: www.ilv-edition.com Dépôt légal: juin 2014 ISBN: 978-2-9549138-0-3 – EAN: 9782954913803

COMITÉ DÉPARTEMENTAL DE SPÉLÉOLOGIE DE L’AIN Fédération Française de Spéléologie

HYDROGÉOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER HAUT BUGEY – AIN

Année d’étude : Octobre 1985 – Septembre 1986

©Patrick Bienfait SPELEO CLUB MJC BELLEGARDE Août 1987 Addendum 2014

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

TABLE DES MATIÈRES REMERCIEMENTS INTRODUCTION CHAPITRE I – PRÉSENTATION 1 – SITUATION 2 – GÉOGRAPHIE 2.1 – Topographie 2.2 – Le modelé karstique 2.3 – Les sols 2.4 – La forêt 2.5 – Le climat 3 – GÉOLOGIE 4 – LES AQUIFÈRES KARSTIQUES 4.1 – Géologie – Drainage – Nappe 4.1.1 – Un axe mineur, le système BB+RF 4.1.2 – Un axe majeur, le synclinal de l’Auger 4.2 – Les réseaux actifs 4.2.1 – Le système BB+RF 4.2.2 – La Fontaine Froide 4.2.3 – La Trouillette et le Méandre des Avalanches

CHAPITRE II – LES MOYENS MIS EN ŒUVRE 1 – SITES ET AMÉNAGEMENTS 1.1 – Bief blanc - Roche Fauconnière 1.2 – Fontaine Froide 1.3 – Le cirque des Avalanches, Trouillette et Moulin Dernier 2 – MESURES DE DÉBIT 2.1 – Fréquence des mesures 2.2 – Bassin versant 2.3 – Seuils et courbes d’étalonnage 3 – MESURES HYDRO CHIMIQUES 3.1 – Fréquence des mesures 3.2 – Mesures in situ 3.2.1 – Température 3.2.2 – PH 1

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

3.3 – Mesures de laboratoire 4 – MÉTÉOROLOGIE 5 – PLAQUETTES CALCAIRES

CHAPITRE III – HYDROLOGIE 1 – LES DONNÉES CLIMATIQUES 1.1– Les données générales 1.1.1 – Pluviométrie - P 1.1.2 – Température - T 1.1.3 – Évapotranspiration - ETR 1.1.4 – Module et coefficient d’écoulement 1.1.5 – Bilan climatique 1.2– Caractéristiques de l’année étudiée 1.2.1 – Pluviométrie 1.2.2 – Température 1.2.3 – Évapotranspiration 1.2.4 – Bilan

2 – BILAN HYDROLOGIQUE 2.1 – Les termes du bilan 2.1.1 – Les apports en eau du plateau 2.1.2 – Les volumes d’eau exportés 2.2– Le bilan – Discussion 2.2.1 – Une erreur de 35% 2.2.2 – Des apports en eau extérieur au plateau 3 – LES BASSINS VERSANTS 3.1 – Le système Bief Blanc – Roche Fauconnière 3.2 – Le système Trouillette – Fontaine Froide 4 – LE CYCLE HYDROLOGIQUE 4.1 – L’automne : l’amorce du cycle 4.2 – L’hiver : l’étiage hivernal et la crue de fonte de neige 4.3 – L’été : un étiage prolongé 4.4 – Remarques 5 – COMPARAISON DES VOLUMES AUX DIFFÉRENTS EXUTOIRES 5.1 – Une assez bonne corrélation 5.2 – Le mois de Mai et la crue de fonte des neiges 5.3 – Conséquences 6 – CONCLUSION ET APPLICATION 6.1 – Organisation du drainage et ressources en eau 6.2 – Exploitation des ressources en eau 6.3 – Addendum

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

CHAPITRE IV – HYDROCHIMIE 1 – TEMPÉRATURE 1.1 – Les résultats 1.2 – Relation température – altitude 2 – TH et MG 2.1 – Les résultats 2.2 – Les courbes de variation, reflet du cirque hydrologique 2.2.1 – Caractères généraux 2.2.2 – « Le piston flow » amorce du cycle hydrologique 2.3 – Les deux axes drainants 2.3.1 – Le TH et les deux familles d’eau 2.3.2 – Les disparités de l’axe drainant majeur 3 – PH ET TAC – DIAGRAMME DE TILLMANS 3.1 – La mise en solution du calcaire 3.2 – Diagramme de Tillmans 3.3 – Les résultats 3.4 – Relation PH, TAC, et cycle hydrologique 4 – CONCLUSION: LA PHYSICOCHIMIE DES EAUX REFLÈTE L’ORGANISATION DU DRAINAGE

CHAPITRE V – DISSOLUTION SPÉCIFIQUE 1– CALCUL A PARTIR DU TH 1.1 – Valeur annuelle 1985/1986 1.2 – Répartition saisonnière 2– PLAQUETTES CALCAIRES 2.1 – Présentation 2.1 – Résultats 2.2.1 – A l’air libre 2.2.2 – Dans les sols 2.2.1 – Sous terre 2.3 – Interprétation 2.3.1 – A la surface 2.3.2 – Sous terre 3 – CONCLUSION 3.1 – Des résultats homogènes 3.2 – Situation par rapport à l’année moyenne 3.3 – Répartition verticale de la dissolution 3.4 – L’érosion du plateau à l’échelle géologique

CHAPITRE VI – CONCLUSION GÉNÉRALE 1– DES RESSOURCES EN EAU IMPORTANTES 2– UN KARST HAUT JURASSIEN 3

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

BIBLIOGRAPHIE CARTOGRAPHIE ANNEXES ANNEXE 1 – SCHÉMA DES SEUILS ANNEXE 2 – COURBE D’ÉTALONNAGE DES SEUILS 2.1 – Bief Blanc 2.2 – Fontaine Froide 2.3 – Moulin Dernier ANNEXE 3 – TABLEAU DES TEMPÉRATURES MOYENNES A GIRON – OCT. 85 - SEPT. 86 ANNEXE 4 – PLUVIOMÉTRIE ET ÉVAPOTRANSPIRATION A GIRON – OCT. 85 - SEPT.86 ANNEXE 5 – EVP ET ETR POUR LE PLATEAU DE CHAMPFROMIER ANNEXE 6 – ORGANISATION SCHÉMATIQUE DU KARST ANNEXE 7 – FONCTIONNEMENT SCHÉMATIQUE DU KARST ANNEXE 8 – TONNAGE DE CALCAIRE EXPORTE 8.1 – Bief Blanc 8.2 – Fontaine Froide ANNEXE 9 – STATION FORESTIÈRE DE LA BICHE (1270 m) ANNEXE 10 – STATION FORESTIÈRE DE PRÉ DRIZET (1180 m) ANNEXE 11 – STATION DE PRAIRIE DE COMBE FROIDE (1150 m) ANNEXE 12 – STATIONS SOUTERRAINES ANNEXE 13 – REPORT DES TOPOS SIMPLIFIÉES SUR PHOTO SATELLITE

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

REMERCIEMENTS

Ce travail est le résultat d’études et d’explorations menées par le Spéléo Club de la MJC de Bellegarde. De nombreuses sorties nous ont entrainés tout au longs des conduits souterrains de la forêt de Champfromier, pour finir par construire des seuils maçonnés sur les exsurgences.

Avant d’exposer le résultat de nos recherches, nous tenons à exprimer notre reconnaissance à tous ceux qui ont participé:

à Monsieur le Professeur ENAY 1 qui nous a apporté sa connaissance sur la géologie locale, à Madame J.GIBERT 2 qui nous a aidés à l’interprétation des résultats, à Monsieur R.LAURENT 3 qui nous a apporté l’appui bibliographique de la Fédération Française de Spéléologie, à PECHINEY, usine nouvelle de Bellegarde. Leur laboratoire moderne a réalisé une grande partie des analyses hydro chimiques, à Monsieur LIENHART, dont le laboratoire d’analyses médicales de Bellegarde à assumé l’analyse de calcium dissous, à la direction départementale de l’agriculture de Bourg-en-Bresse, Monsieur LABORIER4, qui a assuré l’étalonnage des seuils maçonnés, à Monsieur EVRARD qui a effectué les relevés météorologiques à Giron, aux communes de Champfromier, Belleydoux et Giron pour leur aide matérielle et financière.

Professeur. Département des Sciences de la Terre, Université Claude Bernard, Lyon 1. Maitre de conférences. Laboratoire d’écologie souterraine, Université Claude Bernard, Lyon 1. 3 Directeur de la commission documentation de la Fédération Française de Spéléologie. 4 Technicien au Service Régional de l’Aménagement des Eaux, D.D.A. de Bourg-en-Bresse 2

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

L’introduction ci-dessous a été écrite en 1987 et parait quelque peu décalée à cette date. A l’occasion de son 45ème anniversaire, le spéléo club de Bellegarde a souhaité une nouvelle édition de ce travail et T.TOURNIER a assuré de ce fait la saisie informatique du document d’origine et sa publication. Nous avons complété le document initial des quelques éléments ultérieurs (essais de pompage 1990) et de photos d’époque ou récentes.

INTRODUCTION Cette étude a été motivée par des découvertes récentes ou datant de quelques années: -

Au Nord du plateau, l’exsurgence du Bief Blanc (1978 à 1984) et la grotte de la Roche Fauconnière (1983) ont donné l’accès à des ruisseaux souterrains, présentant des débits variant de 1l/s à l’étiage à 1000l/s en crue. Un peu plus à l’Est, la source d’Orvaz a été plongée (1980), malheureusement sans succès. Au Sud du plateau, l’exsurgence des Avalanches découverte en 1971, donne accès à des galeries noyées. Lors de plongées successives, celles-ci ont été explorées sur 1300 m. jusqu’à une profondeur de 55 m. Enfin, l’exploration des autres grottes et gouffres du plateau (42 recensées à ce jour) se poursuit.

Le total des galeries explorées sous le plateau de Champfromier dépasse actuellement les 7 kilomètres. L’accès aux rivières souterraines et nappes d’eau profondes, a suscité dans le spéléo club de Bellegarde une curiosité accrue. Aussi souhaitions-nous préciser, si ce n’est définir, le modèle hydrogéologique de ce karst.

Le sujet sera abordé en 4 points: 1) Caractéristiques géographiques, géologiques et climatiques définissant ce petit massif karstique typiquement jurassien. 2) Hydrogéologie L’étude des débits et du bilan hydraulique précise le fonctionnement du karst en définissant: - la surface du bassin d’alimentation, - le régime d’écoulement et ses variations temporelles, - les réserves de la nappe. 3) Hydrochimie Les résultats permettent d’établir: - Une carte d’identité des caractères physicochimiques des eaux à chaque exutoire. - Le taux d’ablation karstique du massif et ses variations temporelles. 4) Plaquettes calcaires Cette manipulation vérifie le taux d’ablation karstique et permet d’en régler les variations géographiques horizontales et verticale.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

CHAPITRE I – PRÉSENTATION

1 – SITUATION Le terrain étudié est situé dans le jura méridional, sur l’arc interne, ou « Haute Chaîne », à l’extrémité Sud du plateau des Molunes. Il couvre la partie NO de la carte IGN au 1/25000 de St-Julien-enGenevois, feuille n° 5-6.

2 – GÉOGRAPHIE 2.1 – TOPOGRAPHIE (fig. 1) Le plateau de Champfromier couvre environs 11 km², entre 1100 et 1400 m d’altitude, dont 80% de 1150 à 1200 m. Il est limité au Nord, au Sud et à l’Est par des versants très raides dominants respectivement les vallées de la Semine, de la Volferine et de Forens, à l’Ouest par un anticlinal a cœur marneux, le Crêt de la Platière. Au Nord-est par contre, il est rattaché au plateau des Molunes, au niveau de la Combe d’Evuaz.

2.2 – LE MODÈLE KARSTIQUE Le premier trait marquant du paysage est l’association Karst-forêt. On observe quasiment une « symbiose » entre le développement du karst et la vie végétale. L’association la plus caractéristique reste le lapiaz à « pots de fleurs », la végétation se développant alors exclusivement dans les crevasses du lapiaz (voir plus loin §3.1). Le karst ouvert sur les reliefs ou les replats (lapiaz) est comblé dans les creux et dolines par des éboulis et de fortes accumulations de sols, plus rarement par des alluvions glaciaires. Le deuxième trait frappant réside dans la superposition de formes d’érosion emboitées, correspondant au moins à deux phases de karstification successives séparées par un épisode clastique, probablement tardiglacière. Ainsi trouve-t-on des formes anciennes de grande envergure, vallons ou mini-canyons ne menant nulle part, lapiaz à crêtes et crevasses géantes décamétriques. Ces formes démantelées, effondrées sur elles-mêmes, sont reprisent par une karstification récente plus fine et plus incisive, métrique et décimétrique. Le drainage en totalité sous-terrain est typiquement karstique. Les eaux résurgent sur les versants Nord et Sud du plateau.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Fig. 1) PRÉSENTATION TOPOGRAPHIQUE 8

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

2.3 - LES SOLS Souvent riches en matières organiques et en argiles, ils forment de bons sols forestiers. Ils présentent des PH acides, compris entre 5.3 et 6.

2.3.1. Les sols de lapiaz (sols podzolisés) On les trouve sur la majeure partie du plateau, directement sur le substrat calcaire très karstifié. Le rocher brut affleure partout, sous forme de crêtes et de blocs disloqués. La terre s’accumule dans les trous et crevasses du lapiaz. La végétation pousse essentiellement dans ces trous, qui forment de véritables « pots de fleurs » géants. Il s’agit d’une terre noire composée surtout de matières organiques (20 à 50%) et d’argiles (30 à 35%). Le restant est constitué de résidus carbonatés hérités du substrat. Dans les trous les plus grands, d’un diamètre supérieur à 4 ou 5 m, les sols sont plus anciens et plus évolués. De ce fait, ils sont davantage différenciés en fonction de la profondeur, les matières organiques restant concentrées en surface.

2.3.2. Les sols bruns Ils occupent « les combes argileuses » qui bénéficient des apports colluviaux. Les sols y sont profonds, toujours riches en matières organiques en surface, de plus en plus argileux en profondeur. Ces sols étant les plus riches, ils ont souvent été exploités en prairie (Combe Froide, Sur l’Auger…).

2.3.3. Les lithosols Ont peu trouver des dalles de rocher à nu ou couvertes d’un sol très réduit, tel l’enclave du Cernay, tout a fait hostile à la végétation. Ces sites restent exceptionnels.

2.4 – LA FORÊT Notée « Forêt de Champfromier » sur la carte IGN, elle occupe la majorité du plateau, à l’exception de quelques prairie localisées dans les combes. Il s’agit d’une forêt climassique, magnifique pessière d’altitude aux arbres centenaires, composées de 75% de sapins, épicéas, et de 25 % de feuillus à majorité de hêtres.5

Renseignements ONF Nantua, Monsieur DONZEL. 9

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Fig. 2) SITUATION – SCHÉMA GÉOLOGIQUE 10

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Fig. 3) LOG. STRATIGRAPHIQUE GENERAL Secteur Ouest = St Germain de Joux - Secteur Est = Champfromier

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

2.5 – LE CLIMAT De type montagnard, il présente une pluviométrie moyenne annuelle de 1600 à 1800 mm selon l’altitude, et une température moyenne annuelle de 5°. Il se caractérise par un été chaud, assez sec, prolongé par un automne plus frais, auquel s’oppose un hiver froid et neigeux, suivi d’un printemps frais et pluvieux. A l’ombre du couvert forestier ou dans le creux des dolines, la neige persiste de Novembre à Mai. La fonte des neiges accompagnée de pluies de printemps provoque une véritable débâcle. Le régime des vents dominants est d’Ouest. En dehors des pluies qu’ils apportent, ils ont tendance à assécher les hautes terres.

3 – GÉOLOGIE Voir schéma géologique (fig.2) et log stratigraphique (fig.3). Les structures restent simples (coupe géologique fig.4). Elles se présentent comme suit : -

au centre, un axe Nord –Sud, le synclinal de l’Auger-Les Abrans, à cœur crétacé, à l’Est, le vaste panneau monoclinal de la Biche, penté vers l’Ouest, à l’Ouest, la voûte plate de l’anticlinal de la Platière.

Fig. 4) COUPE GÉOLOGIQUE 12

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

La fracturation générale est contemporaine du plissement jurassien (Pontien), orientée N 120. Toutefois, sur les marges Nord et Sud du plateau, apparait une fracturation N 70/N 80 (faille d’Orvaz au Nord) souvent décrochante dextre, conjuguée à la grande faille du Vuache qui tangente le plateau au Nord -Est. Localement, une fracturation Nord-Sud souvent calcifiée, est attribuée à l’Oligocène. Mais ce peut être aussi une distension locale d’extrados du pli jurassien, tel le filon calcifié de la St-Valentin dans la grotte de la Trouillette.

4 - LES AQUIFÈRES KARSTIQUES 4.1 – GÉOLOGIE - DRAINAGE – NAPPE La puissante série calcaire du Malm, localement surmontée des assises du Crétacé Inférieur, constitue un aquifère potentiel important. Son mur serait le sommet des marnes noires Oxfordiennes (fig. 3 et 4). La structure plissée du plateau, et son exhaussement par rapport aux vallées Nord et Sud, favorise la fonction drainante dans les gouttières synclinales (fig.5).

Fig. 5) L’ORGANISATION DU DRAINAGE: FONCTION DES STRUCTURES

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

4.1.1. Un axe mineur : la flexure de la Roche Fauconnière. La moitié Nord de l’anticlinal de la Platière est drainé vers le Nord par le système des deux grottes de la Roche Fauconnière et du Bief Blanc, drainage favorisé par une flexure Nord-Sud de la voûte anticlinale.

4.1.2. Un axe majeur : Le synclinal de l’Auger-Les Abrans Cet axe reçoit les eaux du panneau monoclinal de la Biche et de la moitié Sud de la Voûte anticlinale de la Platière. La grotte du méandre des Avalanches, sur la bordure sud de la Platière, montre un ruisseau souterrain, s’écoulant d’Ouest en Est, rejoignant manifestement le synclinal de l’Auger. Cet axe synclinal est bien drainé, par l’exsurgence de Fontaine Froide au Nord, par l’exsurgence de la Trouillette au Sud du plateau. Ce synclinale est une cuvette ménageant de grosses réserves aquifères. En effet l’axe synclinal est courbe, relevé à chaque extrémités, de 8° coté Sud, de 20° coté Nord. Pour des exutoires permanents situés à 760 m (exutoire de crue, 805 m), le mur de l’aquifère, probablement les marnes Oxfordiennes, descend au voisinage de la cote 550 (fig.6).

Fig. 6) COUPE EN LONG DU SYNCLINAL DE L’AUGER – LES ABRANS

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

4.2 – LES RÉSEAUX ACTIFS 4.2.1. Le système Roche Fauconnière + Bief Blanc Ces deux grottes sont situées sur la façade Nord du Plateau, dans le cirque de la Roche Fauconnière, respectivement à 1035 et 940 m d’altitude. La Roche Fauconnière développe 2000m de galerie parcourues par trois ruisseaux, caractérisés par un écoulement libre en méandres. L’un des ruisseaux s’arrête sur un siphon, les deux autres sur des pertes impénétrables dans les premiers niveaux marneux de l’Oxfordien (sommet des « calcaires lités »). Quelques sources pérennes, très petites, sont connues dans le thalweg principal de la Roche Fauconnière, au voisinage de la cote 950 dans le premier banc des « calcaires lités ». Un griffon fonctionne en période de forte crue, au sommet d’un thalweg secondaire, à la cote 1000, à la base des » calcaires pseudos lithographiques ». Le Bief Blanc, n’est visitable que sur 200 m. La grotte se développe dans la première barre Calcaire de la série des « calcaires lités » et se trouve donc séparée de la base des calcaires du Malm par une vingtaine de mètres de marnes. Ses galeries surbaissées, creusées sur joint de strate, se mettent en charge à la moindre crue. Toutefois, aucune source pérenne ne lui est connue. Le Bief Blanc pourrait constituer un premier exutoire de crue (cote 940), pour les ruisseaux souterrains de la Roche Fauconnière, les plus grosses crues du système amorçant le griffon de la cote 1000 déjà cité.

4.2.2. La Fontaine Froide Ce nom désigne une grosse résurgence à l’entrée des gorges de la Semine, en rive gauche, mais regroupe en réalité trois grottes et une source à 50 m en amont. Cette source secondaire, de débit modeste mais régulier et constant, a fait l’objet d’un captage par la commune de Belleydoux. L’ensemble des grottes voisine la cote 765 m. La grotte principale, axée N170, sur une diaclase, siphonne à 15 m de l’entrée. Elle n’a pu être plongée qu’à 8 m de profondeur. C’est l’exutoire principal de la façade Nord du plateau.

4.2.3. La Trouillette et le Méandre des Avalanches L’exsurgence de la Trouillette est située au fond du cirque des Avalanches à la cote 805. C’est en réalité un exutoire de crue, la source pérenne étant située nettement plus bas, à la cote 755. Cette source est captée par la commune de Champfromier. A noter aussi un peu plus haut dans le lit de la rivière, des griffons importants qui débitent environs 8 mois par ans. La grotte de la Trouillette développe 2400 m de galeries ramifiées, dont 1000 m explorées en plongée. La majorité des galeries s’est formée et continue de se former en régime noyé. Ainsi, les deux galeries principales (galerie de la St-Valentin et galerie du Mat) présentent des sections assez larges, à plafond plat favorisé par la structure bien stratifiée des calcaires pseudo lithographiques. Le drain majeur semble être la galerie de la St-Valentin qui s’enfonce plein Nord sous le plateau, jusqu’à 50 m sous le niveau de la nappe, témoignant de l’importance de l’aquifère. A l’Ouest, le « réseau des Conduits » s’oriente visiblement vers le Méandre des Avalanches dont il reçoit très probablement les eaux. Le Méandre des Avalanches s’ouvre à l’extrémité Sud-ouest du cirque, à 1000 m d’altitude. Ses méandres étroits et sinueux, s’étirent sur 1700 m, et suivent le versant Sud du plateau en direction de la Trouillette toute proche. Il est parcouru par un ruisseau. 15

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

FAÇADE SUD DU PLATEAU : LA TROUILLETTE

MA AA

La grotte draine coté sud, le synclinal de l’Auger/les Abrans.

La Trouillette à l’étiage présentant une pente de galets et graviers descendant au siphon. et en crue.

De l’autre coté du siphon d’entrée, la vasque de la Salle de l’Horloge

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

La galerie de La St Valentin s’enfonce dans l’axe du synclinal. Elle est creusée dans les « calcaires pseudo-lithographiques » de la base du Malm. Sa forme rectangulaire avec des dalles effondrées du plafond est caractéristique, liée aux bancs peu épais découpés par les 2 familles de fractures principales.

Le siphon de la St Valentin. Il a été plongé et franchis par Stéphane Girardin le 23 novembre 2011 après 800 mètres de progression et une zone profonde de -50m.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

FAÇADE NORD DU PLATEAU : FONTAINE FROIDE ET BIEF BLANC

L’exsurgence de Fontaine Froide draine coté nord, le synclinal de l’Auger/les Abrans. A l’étiage et en crue.

La Fontaine Froide se déverse dans la Semine toute proche, rivière aérienne de la Combe d’Evuaz.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

RF BB

Le Bief Blanc draine coté Nord la voute plate de l’anticlinal de La Platière.

L’exsurgence du BB est creusée dans la série « des calcaires lités », marnocalcaires en petits bancs, situés au sommet des marnes noires de l’Oxfordien. La Roche Fauconnière est creusée dans les « calcaires pseudo-lithographiques » qui forment la falaise.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

CHAPITRE II – MOYENS MIS EN ŒUVRE ET LIMITES DES MANIPS

1 – SITES ET AMÉNAGEMENTS (fig.7 et annexe 1) Tous les aménagements sont des seuils maçonnés avec lame d’eau déversante sur cornière métallique (annexe 1). La largeur adéquate pour chaque seuil est fonction des débits moyens observés. Les sites retenus pour la construction des seuils sont parfois très éloignés des sources elles-mêmes, compte-tenu des difficultés d’accès.

1.1 – BIEF BLANC – ROCHE FAUCONNIÈRE Ces deux sources, en face Nord, à 1000 m d’altitude, sont très difficiles d’accès, voir impossible en hiver. Les débits moyens tournent entre 2 et 100l/s, mais atteignent 1000l/s en crue. Le seuil maçonné, de 0,70 m de large, a été construit dans la vallée, à 720 m d’altitude, sous le pont du Bief Blanc. Il reste accessible en voiture pendant 9 à 10 mois sur 12.

1.2 – FONTAINE FROIDE L’aménagement a pu être réalisé à une quinzaine de mètres de l’exsurgence. Les débits les plus fréquents, de 0 à 500l/s, justifient un seuil de 1,25 m de large. Mais les plus grosses crues dépassent les 2000 l/s, et noient la totalité du site. L’accès se fait à pied en dix minutes par un bon sentier, hors période hivernale.

1.3 – LE CIRQUE DES AVALANCHES – TROUILLETTE ET MOULIN-DERNIER Nous avons de l’amont vers l’aval : -

L’exutoire de crue, la Trouillette, cote 805,

Les griffons de la cote 775 qui débitent 8 mois sur 12, de 0 à 2400 l/s,

La source de la Trouillette, cote 755, qui coule toute l’année, de 5 à 25 l/s.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

L’ensemble bénéficie de deux aménagements : -

Le seuil de la Trouillette, de 3 m de large, construit à la cote 760, entre les griffons et la source. Les débits varient de 0 à 2400 l/s,

Le seuil du Moulin Dernier, de 5 m de large. Ce seuil, déjà existant, est construit sous un pont, au lieu dit « le Moulin Dernier ». Son débit de 11 l/s à 3000 l/s cumule toutes les eaux karstiques de la Trouillette (griffons + source) et les eaux de ruissellement extérieures du cirque des Avalanches.

2– LES MESURES DE DÉBITS 2.1 – FRÉQUENCES DES MESURES Sur les quatre sites aménagés, deux restent accessibles en voiture à la belle saison. Par-contre l’hiver, il faut compter 3 à 4 heures de ski, parfois tout-terrain, pour en faire la tournée générale. Aussi et en l’absence de limnigraphe, nos mesures sont discontinues. Leur fréquence est souvent limitée au minimum, à savoir, une fois par semaine à l’étiage sur tous les sites, mais jusqu’à une ou deux fois par jours en période de crue, au moins sur les sites accessibles en voiture.

2.2 – BASSINS VERSANTS (fig.7) Compte tenu des difficultés d’accès, les seuils sont parfois très éloignés des sources. Les interprétations des mesures de débits effectuées doivent tenir compte de bassins versants compliqués par des surfaces extérieures au strict massif karstique.

2.3 – SEUIL ET COURBE D’ÉTALONNAGE (Annexe 2-3) Les seuils ont été construits avec les conseils du Service Régional de l’Aménagement des Eaux, service de la DDA de Bourg-en-Bresse. (Mr LABORIER). Ce même service a étalonné les seuils au micro-moulinet. La courbe d’étalonnage du Moulin Dernier se révèle très bonne (aucune perturbation d’écoulement, bonne hauteur de chute sous la lame). Par contre, les courbes d’étalonnage des autres seuils doivent être utilisées avec précaution pour les forts débits (batillage, écoulements turbulents, ou tout simplement débordement). Par précaution ces résultats sont interprétés par défaut.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Fig. 7) DÉFINITION DU BASSIN VERSANT LOCALISATION DES SEUILS MAÇONNÉS 23

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

3- LES MESURES HYDRO CHIMIQUES 3.1 – FRÉQUENCE DES MESURES Compte-tenu de l’absence de matériel d’enregistrement continu ou de prise d’échantillons automatique, la fréquence des mesures hydro chimiques est en générale hebdomadaire.

3.2 – MESURES IN SITU 3.2.1. Température Les mesures sur le site sont effectuées par nos soins avec un thermomètre au mercure, gradué au 1/10e C, et /ou un thermomètre à affichage digital, au 1/10 également.

3.2.2. PH Les mesures « in situ » réalisées par nos soins, sont faites avec un appareil de terrain, le PH Meter CG 817 Y SCHOT GREAT. Il affiche le 1/100, et garantit donc le 1/10 d’unité PH. PECHINEY a fait de nombreuses mesures de laboratoire (PH mètre à électrode), mais plusieurs jours après la prise d’échantillons, affichant une dérive importante par rapport aux mesures « in situ ». Ces mesures de laboratoire doivent être rejetées.

3.3 – MESURES DE LABORATOIRE Les laboratoires PECHINEY 6et LIENHART7peuvent doser facilement les ions positifs dans leur cadre habituel de fonctionnement, mais pas les ions négatifs. Nous avons donc limité les analyses hydro chimiques à l’essentiel, c'est-à-dire au calcaire dissous. TH, TA, TAC, où : -

TH = Titre Hydrotimétrique ou dureté Il existe la dureté totale ou la dureté calcique. C’est la seconde qui est mesurée ici. Le TH calcique représente le taux de Ca CO3 dissous dans l’eau, à l’exclusion des autres ions rentrant dans la composition globale du calcaire. Le TH peut s’exprimer en degré français ou allemand. Nous l’exprimons beaucoup plus simplement en milligramme par litre d’eau (mg/l).

TA = Titre Alcalimétrique Il dose les alcalis libres et les carbonates (OH- et CO32-). Les TA mesurés ici sont toujours nuls ou voisin de 0.

PECHINEY : Laboratoire de PHECHINEY, Usine Nouvelle de Bellegarde.

LIENHART : Laboratoire d’analyses médicales de Bellegarde. 24

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

TAC = Titre A alcalimétrique complet Il correspond au dosage des ions HCO-3, CO3--, et OH-(hydrogénocarbonate, carbonates, alcalis libres). Dans la plus part des eaux karstiques, le TAC se confond avec la concentration en ions hydrogénocarbonate (HCO -3), ce qui est confirmé ici par les TA mesurés presque toujours nuls.

Les mesures TH, TA, TAC dont les significations sont mentionnées ci-dessous, ont été réalisées par PHECHINEY par méthode complexométriques à l’EDTA (précision approximative de 10 %). (Mg++) : La concentration en ion magnésium a été dosée par absorption atomique. (Ca++) : La concentration en ion calcium a été dosée par le laboratoire LIENHART, par Photométrie, avec l’O-créosole – Phtaléine – complexion (précision de la mesure : 2 %).

4 – MÉTÉOROLOGIE Une station météorologique a été maintenue à Giron (980 m), juste à l’extrémité Ouest de notre secteur. Mr EVRARD, enregistrait quotidiennement : -

hauteur d’eau et/ou de neige,

température minimum et maximum.

Cette station fonctionne depuis 20 ans sous la direction de la météorologie nationale, centre d’Ambérieux. Toutefois, seules des mesures pluviométriques étaient alors enregistrées.

5 – LES PLAQUETTES CALCAIRES Une soixantaine de plaquettes calcaires ont été fabriquées (carottage, sciage), puis pesées au milligramme par nos soins, au laboratoire des sols de SCETAUROUTE à Nantua (chantier A40). Bertrand VALTON les a poncées au tour (atelier de fabrication mécanique).Ces plaquettes sont fabriquées dans du calcaire lithographique de la base de Malm. Elles ont toutes 64 mm de diamètre, 15 mm moyen d’épaisseur pour une première série, 10 mm pour une deuxième série. L’analyse calcimétrique a montré un taux de CaCO3 voisin de 100 %. Les pesées au milligramme ont été faites après 48h en étuve à 200°C, une première fois après fabrication, une deuxième fois après les avoir laissées exposées sur site pendant un an.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Les seuils de la Trouillette

Seuil de la « Trouillette Rivière » ou TR, à quelques centaines de mètres en aval de l’exsurgence. A l’étiage et en crue.

Source captée de la Trouillette.

Seuil du Moulin Dernier à Champfrommier

Construction du seuil de Fontaine Froide. 26

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Seuil du Bief Blanc En haut à gauche: Après construction du seuil maçonné, mise en place de l’échelle limnigraphique. Au milieu: Étalonnage du seuil au micro-moulinet avec la DDA En bas: Le seuil par débit moyen à élevé. L’étalonnage corrélé avec la formule de Bazin donne µ=0,5 à gauche, et µ=0,7 à droite.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

MESURES IN SITU

En haut: Mesures in situ de PH et de température, prises d’échantillons par les spéléos. Ci contre: Le PH meter CG817 SCHOT GREAT

MESURES EN LABORATOIRE

Ci-dessus: Laboratoire Pechiney à Bellegarde. A droite, spectromètre à absorption atomique. A gauche: Laboratoire de mécanique des sols SCETAUROUTE, sur le chantier A40, à Nantua. A droite: Laboratoire Lienhart à Bellegarde.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

PLAQUETTES CALCAIRES

Carottage de blocs de calcaires pseudolithographiques (taux de Ca CO3 ≈ 100%) et sciage des carottes à la scie diamantée pour fabrication des plaquettes calcaires.

Plaquette « neuve », et à gauche, attaquée par la dissolution après un an passée sur le terrain. 29

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

CHAPITRE III – HYDROLOGIE

1 – LES DONNÉES CLIMATIQUES 1.1 – LES DONNÉES GÉNÉRALES A GIRON (980m) 1.1.1. Pluviométrie – P La station de Giron (980 m) présente un module pluviométrique moyen annuel de 1604 mm, établi sur 19 années, de 1962 à 19818, avec une répartition des moyennes mensuelles très régulière : Mois

Annuel

P moyen (en mm)

138

139

110

125

135

108

134

126

120

148

149

1604

écart type σ

102

303

KRUMACHER (1972) établit la carte pluviométrie pour l’ensemble, plus vaste, du bassin de la Valserine, en utilisant les données de 11 stations, de Génissiat (335m) jusqu’à Morbier (930m), enregistrées sur 10 ans, de 1960 à 1969. Le gradient pluviométrique correspondant, ΔP, est de 85mm par 100m. L’hiver, une grande partie des précipitations est bloquée sous forme de neige. M. Neyroud (1982) annonce 28 à 60 jours de neige annuels à Giron, de 1967 à 1976. Le manteau neigeux persiste : -

100 jours par an à 900 m d’altitude. 120 jours par an à 1100 m d’altitude. 150 jours par an à 1400 m d’altitude.

1.1.2. Température – T En l’absence d’enregistrements antérieurs réguliers à Giron, nous nous référons à KRUMMENACHER. La moyenne annuelle est de 6,2° C à 982m, altitude moyenne de l’ensemble du bassin de la Valserine. Les moyennes annuelles varient de – 3,7°C en Janvier à + 13,6°C en Juillet à Morbier (930 m). Le gradient Δ T est de 0,55° C par 100m.

L’année 1973 n’est pas prise en compte en raison de mesures incomplètes.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

1.1.3. L’évapotranspiration - ETR R.KRUMMENACHER (1972) calcule l’évapotranspiration réelle avec la formule de TURC9 et trouve une moyenne annuelle de 436 mm à Morbier. L’évaporation potentielle déterminée avec la formule de THORNWAITE simplifiée10 donne 448 mm. J.C. FOURNEAUX et J. SARROT-REYNAULT (1977) ont appliqué différentes formules permettant de calculer l’évapotranspiration, dans toutes les Alpes de Nord, sur une dizaine d’années. Leurs travaux montrent que la formule de TURC « parait s’adapter la mieux aux conditions climatiques qui affectent cette zone ». Étant donné la proximité des zones étudiées par ces auteurs, nous considérons, comme eux, que la formule de TURC annuelle est représentative.

1.1.4. Module et coefficient d’écoulement : H et C Dans un bilan hydrologique simplifié, le module d’écoulement est la hauteur d’eau disponible tant pour l’écoulement superficiel que souterrain. Il s’écrit :

H = P – ETR

Et a pour valeur :

H = 1604 – 440 = 1164 mm

Le coefficient d’écoulement se définit par C = H/p. Il a pour valeur C = 0,72 et signifie que 72% des précipitations sont disponibles pour l’écoulement.

Formule de TURC

Avec : ETR P L T 10

= = = =

Évapotranspiration réelle annuelle en mm Module pluviométrique moyen annuel en mm 300 + 25 T + 0,05 T3 Température annuelle en °C

SERRA a obtenu en simplifiant les équations de THORNTHWAITE

)a Avec : EVP = évapotranspiration potentielle mensuelle en cm T = température moyenne mensuelle en °C I = indice de chaleur annuelle I = i = indice de chaleur mensuel i = 0,09 T3/2 a

I + 0,5

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

1.1.5. Bilan climatique général Est donné ci-dessous le bilan des données climatiques sur 20 ans (1962 – 1981) pour Giron à 980 m d’altitude : P

1604 mm

ΔP =

85 mm/100 m

6,2°C

ΔT =

0,55°C/100 m

ETR =

440 mm

1164 mm

72 %

1.2 – CARACTÉRISTIQUES DE L’ANNÉE ÉTUDIÉE A GIRON (980m) 1.2.1 - Pluviométrie Cette année correspond à un cycle hydrologique complet, d’Octobre 1985 à Septembre 1986. Le module pluviométrique de l’année, avec ses 1443 mm, est plus faible que la moyenne (1604 mm). La répartition mensuelle pour Giron à 980 m d’altitude, est la suivante :

Mois Année d’étude

O N 1985

J 1986

Total annuel

P 8,1 129,7 76,8 311,3 75,8 110,1 254,8 95.2 102,1 93,4 109,2 76,7 1443 (mm)

Cette répartition s’écarte notablement des valeurs moyennes (fig. 8 ci dessous). L’hiver (J+F+M) et le printemps (A+M+J) de l’année étudiée présentent tout deux des excédents de 80 mm, avec un maximum en Janvier et un autre en Avril. Par contre, l’automne et l’été sont plus secs que d’habitude, avec un minimum (jamais vu) de 8 mm en Octobre 1985, en début du cycle hydrologique.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

350

P mm 300

311,3

oct-85 nov-85 250

dec85

254,8

janv-86 févr-86

200

mars-86 avr-86

150

courbe moyenne 62-81

mai-86

129,7

juin-86

100

110,1 95,2 76,8

109,2

102,1

juil-86

93,4

août-86

76,7

75,8

sept-86 8,1

0 Août 1985 à Septembre 1986

Fig. 8) RÉPARTITION MENSUELLE DE LA PLUVIOMÉTRIE A GIRON LORS DE L’ANNÉE D’ÉTUDE Soit aussi comparaison chiffrée de la pluviométrie en mm : Automne O+N+D

Hiver J+F+M

Printemps A+M+J

Eté J+A+S

Année d’étude

215

497

452

279

Année moyen.

417

416

370

368

Écart

-203

+80

+82

-89

1.2.2 - Température La température moyenne de l’année, avec 6,7° C, est légèrement plus élevée que la moyenne générale antérieure (6,2° C). Les moyennes mensuelles varient de -4,5°C en hiver à +16,3°C en Juillet. (Annexe n°4).

1.2.3 - Évapotranspiration L’évapotranspiration réelle calculée avec la formule de TURC donne 460 mm valeur supérieure à la moyenne générale de 440 mm. (Année plus chaude). 33

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

L’évapotranspiration THORNWAITE est de 474 mm. Si on considère 10 mm d’évapotranspiration mensuelle pour les trois mois d’hiver de température négative, l’évapotranspiration atteint 500 mm. (Annexe n°5). ETR et EVP sont donc très voisins. Le calcule de l’ETR, à différentes altitudes, donne un gradient Δ ETR de 13 mm par 100 m.

1.2.4 – Bilan climatique Ci-dessous le bilan climatique de l’année étudiée, octobre 1985/ septembre 1986 P

= 1443 mm

Δ P = 85 mm / 100 m T

= 6,7 °C

Δ T = 0,55°C /100 m ETR = 460 mm Δ ETR = 13 mm/100 m H

= 983 mm

= 68 %

Notre année d’étude, octobre 1985 à septembre 1986, se présente donc un peu moins pluvieuse que d’habitude, mais surtout beaucoup plus contrastée avec un hiver rigoureux bien arrosé s’opposant à un été chaud et sec.

2 – BILAN HYDROLOGIQUE 2.1 – LES TERMES DU BILAN Le bilan prend en compte : -

d’une part, les eaux qui entrent dans l’aquifère. En première approche, nous considérons la lame d’eau infiltrée sur le plateau ; d’autre part, les eaux qui sortent, c'est-à-dire le volume d’eau exporté par les exsurgences.

2.1.1. Les apports en eau du plateau. C’est la lame d’eau infiltrée sur toute la surface du bassin versant. Le volume correspondant s’écrit :

Vp = H x S où :

Vp = Volume d’eau infiltré H = module d’écoulement (P – ETR) S = surface du bassin versant 34

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Pour le calcul exposé dans le tableau ci-après, la surface du plateau de Champfromier a été éclatée en polygones élémentaires globalement homogènes. Par contre, nous avons du tenir compte côté Bief Blanc et Moulin Dernier de surfaces supplémentaires extérieures au plateau (fig.7 et §2.2, Chap.I ) Pour chacun de ces polygones et en fonction de l’altitude moyenne, le module pluviométrique P et l’évapotranspiration ETR ont été ajustés en tenant compte des gradients de pluviométrie et de température, ΔP et ΔT.

Surface partielle 2

Plateau Forêt de Champfromier

Altitude moyenne

Vp P

ETR

H=P-ETR

(m3)

(km )

(m)

1 180

1 613

434

1 179

9 432 000

1 230

1 656

427

1 229

1 229 000

1,5

1 325

1 740

412

1 328

1 992 000 12 653 000

Versant Bief Blanc Versant Moulin Dernier

0,5

900

1 375

470

905

452 500

2,3

900

1 375

470

905

2 081 500 2 534 000

13,3

Vp total…………………………………………………………………......... 15 187 000 m3

2.1.2. Les volumes d’eau exportés - VE Ils ont été mesurés sur les seuils du Bief Blanc, de Fontaine Froide et du Moulin Dernier (fig.9). Le seuil de la Trouillette n’a as été retenu, compte-tenu des trop grosses difficultés d’étalonnage du seuil. Pour chaque site, le volume exporté correspond à la somme des débits partiels tout au long de l’année. Le calcul extrêmement fastidieux, ne sera pas exposé ici. Les mesures de débit relatives à la deuxième source de Fontaine Froide (captage de Belleydoux) n’ont pu être réalisées qu’à titre exceptionnel, le captage étant fermé à clef. Le volume annuel est estimé par défaut à 1 000 000 m3.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Les résultats sont les suivants : VE m3

Site -

Bief Blanc…………………………………… Fontaine Froide………………………….. Moulin Dernier…………………………… Source captée de Fontaine Froide……………………… VE total…………………………………

2 966 850 6 568 650 9 942 473 1 000 000 20 500 000 m3

Volume d’eau exporté en millions de m3

oct-85 2,5

nov-85 déc-85

janv-86 févr-86

1,5

mars-86 avr-86

mai-86 juin-86

0,5

juil-86 août-86

0 Moulin Dernier

Fontaine Froide

Bief Blanc

sept-86

Fig. 9) VOLUMES D’EAU EXPORTES PAR LES EXUTOIRES DU PLATEAU

2.2 – BILAN – DISCUSSION Le bilan apparaît nettement déséquilibré, les sources évacuent un excédent de 5 300 000 m3, soit 35% de plus que la lame d’eau infiltrée. VE>VP Avec V E – V P = 5 300 000 m3 A cela, on peu trouver deux explications : -

une erreur de 35 %. un apport en eau complémentaire extérieur au plateau de Champfromier.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

2.2.1. Une erreur de 35 % Il est évident que nous ne disposons pas de mesures rigoureuses. En l’absence de limnigraphe, les mesures effectuées sont ponctuelles (Voir §2.1, Chap.II). La discontinuité des enregistrements conduit l’interprétation des mesures à augmenter notablement les volumes de crue. D’autre part, les seuils du Bief Blanc et de Fontaine Froide n’ont pu être étalonnés correctement pour les gros débits de crue (régime turbulent avec mise en vitesse élevée). On voit qu’une erreur de 35 % ne peut être exclue. Toutefois, deux séries d’arguments nous amènent à penser que nos chiffres sont acceptables ….voire même sous estimés. a)

Les plus gros volumes exportés sont les plus sûrs. Ils transitent en effet par Moulin Dernier qui est le seuil le mieux surveillé, admettant jusqu’à trois points de mesure par jour lors des grosses crues de fonte de neige, palliant l’absence de limnigraphe. D’autre part, c’est le seuil le mieux étalonné (§ 2.3, Chap.II) car admettant, même en crue un écoulement laminaire. De ce fait, les résultats de l’étalonnage sont en très bonne concordance avec la formule de BAZIN :

Q= b)

3/2

pour

= 0,5 constant

Les volumes exportés par le Bief Blanc sont bon également. Les résultats obtenus sur le Bief Blanc où l’étalonnage du seuil est moins sûr pour les gros débits, donnent un volume d’eau exporté de 3 000 000 m3. Ce volume divisé par la lame d’eau infiltrée donne un bassin versant de 2,5 km2 (voir §3 ci après). Cette surface correspond très bien à celle que l’on peu définir par ailleurs à partir des critères géologiques, géographiques et spéléologiques.

En conclusion, si les volumes écoulés au Bief Blanc et au Moulin dernier sont bons, il devient impossible de reporter la totalité de l’écart (5 000 000 m3) sur la seule source de Fontaine Froide. Au surplus, en l’absence de courbe d’étalonnage sûre pour les gros débits, tous les volumes de crue ont été interprétés par défaut, tendant à minimiser l’erreur, voir même à diminuer l’excédent réel des eaux exportées. Aussi, sommes-nous amener à considérer la possibilité d’apports souterrains extérieurs au seul plateau de Champfromier.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

2.2.2. Des apports extérieurs au plateau de Champfromier. Le plateau de Champfromier est rattaché au NE au plateau des Molunes au niveau de la combe d’Evuaz. Celle-ci, de part sa structure synclinale, constitue un drain karstique idéal. Or, on ne lui connait aucune résurgence (… si ce n’est Fontaine Froide !). Le synclinal à cœur urgonien offre un aquifère potentiel maximum puisque la série calcaire est complète (Malm + Crétacé inférieur = 500 à 600 m). D’autre part, l’axe de ce synclinal présente une légère pente vers le Sud, donc favorable à un écoulement souterrain vers le plateau de Champfromier. Un seul obstacle semble se présenter à cet écoulement : la faille du Vuache, qui disloque la continuité des structures entre la combe d’Evuaz et le plateau de Champfromier. Cette faille pourrait constituer un drain-exutoire pour l’aval pendage de la combe d’Evuaz. Cependant, il n’en est rien, puisqu’il n’y a aucune source importante sur cette faille dans la vallée voisine de Forens. En conséquence, nous admettons un DÉVERSEMENT DU SYSTÈME KARSTIQUE DE LA COMBE D’EVUAZ DANS CELUI DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER. Notons toutefois que ce déversement semble interrompu suite à l’étiage prolongé de l’automne 1985, particulièrement sec. Ainsi, les trois premiers mois étudiés, octobre, novembre et décembre 1985, sont les seuls à présenter un bilan hydrologique équilibré de 2,2 Mm3 (*) entre les trois exutoires et le bassin versant du seul plateau de Champfromier.

(*) BILAN SUR OCTOBRE, NOVEMBRE, DÉCEMBRE 1985 : VE = VP = 2,2 M.m3 Avec : VE =

413 616 m3 + 818 135 m3 + 1 052 637 m3

pour le Bief Blanc pour Fontaine Froide pour le Moulin Dernier

Et : VP = (P – ETR) x S P = 240 mm ETR = EVP = 73,5 mm S = 13,3 km² (idem fig.7)

3 – AJUSTEMENT DES BASSINS VERSANTS La figure 10 (§2.2, Chap.II) donne un bassin versant global de 10,5 km² pour l’ensemble du plateau à l’exclusion des surfaces extérieures au massif karstique. Le bilan hydrologique aux exutoires permet d’ajuster la surface du bassin versant du Bief Blanc.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

3.1 – LE SYSTÈME BIEF BLANC – ROCHE FAUCONNIÈRE La seule alimentation en eau de ce système étant la lame infiltrée (pluviométrie), la surface du bassin versant s’obtient en faisant : Avec : VE= volume d’eau exporté par l’exutoire du système considéré. H = lame d’eau infiltrée, H = P – ETR Comme nous l’avons vu (§2.2, Chap. III), le calcul pour l’année donne : S=

= 2,5.106 m2 S = 2,5 km2

Cette surface se retrouve approximativement à partir des chiffres saisonniers, les « saisons » désignant les périodes climatiquement homogènes du cycle hydrologique définies plus loin (§4). Le calcul et les résultats sont exposés dans le tableau ci-après :

Période Automne 1985 Oct., Nov., Déc. Hiver 1986 Janvier à Mai Eté 1986 Juin à Septembre 1 an Oct.1985 à Sept. 86

ETR

H = P - ETR

413 616

240

170

2,43 km2

2 119 301

947

100

847

2,5 km2

433 939

426

264

163

2,67 km2

2 966 856

1 613

434

1 179

2,52 km2

Les valeurs saisonnières d’évapotranspiration prisent en compte sont explicitées dans l’annexe 6. Elles ont été calculées par la méthode de SERRA. Les 2,5 km2 obtenus correspondent à : -

0,5 km2 pour le versant du cirque de la Roche Fauconnière compris entre les sources et le seuil. 2,0 km2 de plateau représentant la moitié Nord de l’anticlinal de la Platière comprise entre la falaise de la Roche Fauconnière et la Maison Forestière intégrant parfaitement les critères géologiques (flexure de la Roche Fauconnière) et spéléologiques (grottes de la Roche Fauconnière et du Bief Blanc) (voir § 4, Chap.I).

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

3.2 – LE SYSTÈME TROUILLETTE – FONTAINE FROIDE (synclinal l’Auger – Les Abrans) Un calcul semblable à celui réalisé pour le Bief Blanc ne présente ici aucun intérêt puisque le bilan hydrologique n’est pas équilibré. Tout au plus, nous trouverions une surface excédentaire au seul plateau de Champfromier, donc applicable à la combe d’Evuaz. Mais cette surface, de l’ordre de 4 à 5 km2, n’est même pas significative, car dans ce nouveau système, l’alimentation en eau peut être compliquée par le cours d’eau aérien de la Semine.

4 – LES COURBES DE DÉBIT = LE CYCLE HYDROLOGIQUE (FIG.10) Les courbes de débit, enregistrée d’octobre 1985 à septembre 1986, sont données pour les trois exutoires (figure 10). Les résultats exploités correspondent aux seuils du Bief Blanc (BB), de Fontaine Froide (FF) et de Moulin Dernier (MD) (voir figure 7). Rappelons que le seuil de Moulin Dernier jauge les débits de l’exsurgence de la Trouillette. Ces courbes montrent des évolutions assez semblables qui traduisent un cycle hydrologique type. Celui-ci s’étire sur un an, d’un étiage estival à l’autre, et peut se diviser en trois grandes périodes.

4.1 – L’AUTOMNE : L’AMORCE DU CYCLE Après l’étiage prolongé de l’été, jusqu’en octobre, les premières pluies d’automne associées à une faible évapotranspiration, amorcent le cycle hydrologique. Les réserves de l’aquifère sont au plus bas, et les premières pluies assurent leur reconstitution. Aussi au mois de novembre, les exsurgences n’évacuent que la moitié de la lame d’eau infiltrée. Par contre, en décembre, les réponses aux pluies sont rapides et complètes. Le massif karstique concentre alors les eaux rapidement et les évacue en totalité, sans aucune régulation. Les hydrogrammes montrent des variations de grande amplitude, avec des étiages bien marqués. Les volumes exportés couvrant novembre et décembre représentent 11 à 14 % du volume total annuel, octobre n’étant que le prolongement de l’étiage estival.

4.2 – L’HIVER : L’ÉTIAGE HIVERNAL ET LA FONTE DES NEIGES Le manteau neigeux joue un rôle essentiel, d’abord en stockant de grosses quantités d’eau sous forme de neige, puis en les restituant lors de la débâcle de printemps. L’ensemble de cette période s’étend de janvier à mai. En janvier, les hydrogrammes montrent des variations de grande amplitude. Les volumes exportés sont importants mais restent faibles devant les précipitations dont plus de la moitié reste stockée sous forme de neige. En Févier, un étiage prolongé s’installe, dû au froid sibérien enregistré au cours de cette période (de -5°C à -20°C). Les volumes d’eau exportés ne représentent que 2 à 3 % du volume annuel.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

En mars-avril, les débits augmentent de manière continue et considérable, liés à un radoucissement général (les températures diurnes deviennent positives). De plus, en avril, les précipitations, très abondantes, tombent pour moitié sous forme de pluie. Ainsi, le seul mois d’avril exporte plus du quart du volume total annuel. En mai, la température grimpe très rapidement (+10 à +20° C) et provoque la fonte générale du manteau neigeux. Le caractère permanent des gros débits s’accentue pour arriver finalement à une crue entretenue (trois semaines). Les écarts de température entre le jour et la nuit peuvent conduire à des variations quotidiennes très importantes. Ces oscillations de débit, trop serrées, ne sont pas portées sur les hydrogrammes. Elles évoluent dans les limites suivantes : Bief Blanc Fontaine Froide Moulin Dernier

: : :

150 à 350 l/s 650 à 1 200 l/s 700 à 2 000 l/s

Les volumes d’eau exportés en avril-mai atteignent 43 à 50 % du volume total annuel.

4.3 – L’ÉTÉ : UN ÉTIAGE PROLONGE Le printemps est peu marqué sur les plateaux du Haut-Jura. Le mois de juin apporte une chaleur estivale qui s’accompagne d’une véritable explosion de la vie végétale. L’ensemble de la période estivale est caractérisée par une très forte évapotranspiration. Juin voit la vidange des réserves plus ou moins différée par quelques pluies. Juillet, août, septembre montrent un étiage prolongé qui se poursuit souvent en octobre. Les minimas se stabilisent rapidement : Bief Blanc Fontaine froide Moulin Dernier

: : :

1,8 l/s 0 à 8 l/s 10 l/s

(Pour la Fontaine Froide, il est important de considérer la source captée dont le débit d’étiage voisine 10 l/s). Les amplitudes de crue restent faibles, 100 à 200 l/s pour le Bief Blanc, 500 à 800 l/s pour Fontaine Froide et Moulin Dernier, et traduisent l’importance du tampon « sol-forêt ».

4.4 – REMARQUES Le cycle hydrologique 1985-1986 apparait très contrasté. Mais, si on compare les données climatiques à celles de l’année « normale » établie sur 20 ans, on retrouve les trois grandes périodes du cycle. Par contre, dans le détail et la multiplicité des années, les trois périodes du cycle sont de durée variable et présentent des limites plus ou moins floues et instables. Globalement, le cycle étudié reste typique du karst haut-jurassien.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Fig. 10) COURBES DE DÉBITS En coordonnées semi-logarithmiques Q : débit en litre par seconde VE : volume exporté Nota : pour Fontaine Froide seuls les débits de l’exsurgence sont représentés, les débits de la source captée étant impossibles à mesurer.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Fig. 10) COURBES DE DÉBITS 43

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

5 – COMPARAISON DES VOLUMES EXPORTES AUX DIFFÉRENTS EXUTOIRES (FIG. 11 et 12) Les débits des trois exutoires (courbes fig.10) évoluent de façon assez semblable car ils relèvent tous globalement du même système karstique et des mêmes conditions climatiques. Toutefois, il est difficile de les comparer plus en détail sur ces courbes. Pour y parvenir, nous sommes passés par des volumes exportés mensuels, exprimés en pourcentage du total annuel (figure n°11). Ces volumes deviennent alors des nombres sans dimensions, rapportés à une même grandeur 100 et par là même, tous comparables entre eux (corrélation figure 12).

5.1 – UNE ASSEZ BONNE CORRÉLATION Les corrélations qui en résultent, exprimées sur la figure 12 sont globalement assez bonnes, et montrent un classement bien net : SEUILS DE MESURE CONSIDÉRÉS

COEFFICIENT DE CORRÉLATION

FF/ MD

r = 0,968

BB/MD

r = 0,940

BB/FF

r = 0,919

Le coefficient le plus proche de 1 (r = 0,968) confirme la meilleure corrélation entre les seuils de Fontaine Froide et de Moulin Dernier, et souligne l’unité du système aquifère Trouillette – Fontaine Froide.

5.2 – LE MOIS DE MAI ET LA CRUE DE FONTE DES NEIGES C’est la fonte de neige qui marque les différences entre les exutoires. Aussi, les corrélations sont bien meilleures si l’on retire le mois de mai de nos calculs. On trouve alors des coefficients voisins de 1. SEUILS DE MESURE CONSIDÉRÉS

COEFFICIENT DE CORRÉLATION

FF/MD

r = 0,971

BB/MD

r = 0,963

BB/FF

r = 0,995

Sur les graphes de la figure 12, le mois de mai s’individualise: -

fortement dans la figure BB / FF un peu moins dans BB / MD(*) pratiquement pas dans MD(*) / FF

C’est encore l’originalité du système aquifère du Bief Blanc (axe drainant mineur) qui ressort face à l’unité Trouillette (*) – Fontaine Froide (axe drainant majeur). Mais cette unité n’est pas monolithique. En effet, sur les histogrammes des volumes exportés (figure 11), le maximum apparait en mai pour la Fontaine Froide alors qu’il se présente en avril pour le Moulin Dernier (*).

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Ceci correspond au fait que la crue de fonte de neige tarit plus ou moins vite en fonction des différents exutoires : -

d’abord au Bief Blanc, le 22 mai 1986 puis au Moulin Dernier, le 27 mai 1986 enfin à Fontaine Froide, le 31 mai 1986

(Voir figure 10).

5.3 – CONSÉQUENCES 5.3.1 - Le système du Bief Blanc Il se distincte effectivement du groupe Moulin Dernier – Fontaine Froide et confirme l’indépendance de son système aquifère et de son bassin versant. En raison de son altitude minimum (1180 m moyen), la crue de fonte de neige s’arrête en avance par rapport à Fontaine Froide et Moulin Dernier, le 22 mai 1987.En relatif, le volume exporté en mai est donc moindre au Bief Blanc que Fontaine Froide et Moulin Dernier, soit 16,6 % contre 26,3 % et 23,2%.

5.3.2 - Le système Trouillette – Fontaine Froide La crue de fonte de neige dure plus longtemps qu’au Bief Blanc, fait à mettre en relation avec un bassin d’alimentation plus élevé (1180 à 1380 m). Mais c’est à Fontaine Froide que la crue dure le plus, prolongée manifestement par le DÉVERSEMENT SOUTERRAIN DE LA COMBE D’EVUAZ, dont le bassin versant est encore plus élevé (jusqu’à 1450 m).Ceci privilégie la Fontaine Froide comme exutoire de la Combe d’Evuaz, ce qui parait normale compte-tenu de leur proximité géographique, par opposition à l’exutoire de la Trouillette.

(*) Rappel : le seuil du MD jauge les débits de l’exsurgence de la Trouillette

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Fig. 11) VE et H en % DU TOTAL ANNUEL

L’analyse de la figure 11 montre la réponse hydrologique du karst à la pluviométrie Oct.

VE = H ≈ 0

étiage

Nov.

VE < H

reconstitution des réserves

Déc.

VE = H

fonctionnement normal

Janv. Fév.

VE < H

précipitations stockées sous forme de neige

Mars Avr.

VE ≈ H

le manteau neigeux fond autant qu’il est alimenté

Mai

VE > H

fonte exclusive et totale du manteau neigeux

Juin

VE > H

vidange des réserves

Juil. Aout Sept

VE ≈ H

fonctionnement normal globalement équilibré → étiage

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Fig.12) CORRÉLATION ENTRE LES VOLUMES EXPORTES PAR LES DIFFÉRENTS EXUTOIRES Nota : - Les volumes exportés sont exprimés en pourcentage du volume total annuel - Le Moulin Dernier (MD) jauge les débits de la Trouillette

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

6 - CONCLUSION ET APPLICATION 6.1 – ORGANISATION DU DRAINAGE ET RESSOURCES EN EAU Les critères géologiques, spéléologiques et hydrologiques témoignent de deux axes drainants bien individualisés.

6.1.1. Un axe mineur, Bief Blanc – Roche Fauconnière Cet axe draine 2 km2, soit le quart Nord-Ouest du plateau situé entre la falaise de la Roche Fauconnière et la Maison Forestière. Ce petit système, perché à 1000 mètres d’altitude, soit à 300 mètres au dessus de la vallée, n’a pour ainsi dire pas de réserve aquifère.

6.1.2. Un axe majeur, Trouillette – Fontaine Froide Cet axe draine tout le reste du plateau, soit environs 8,5 km2. Ce système présente une véritable réserve aquifère, sous la forme d’une nappe contenue dans le synclinal de l’Auger – Les Abrans. La surface libre de cette nappe se situerait au voisinage de la cote 770 à 800 m. et son mur à la cote 550 m. Cet aquifère karstique est très bien alimenté, non seulement par les pluies qui s’infiltrent sur ses 8,5v km2 de bassin versant, mais aussi par le déversement souterrain du système karstique voisin de la Combe d’Evuaz, comme en témoignent : -

le volume d’eau exporté aux exutoires nettement supérieur à celui infiltré sur les 10,5 km² du plateau : VE 20,5 Mm3 > VP 15,2 Mm3, soit 35% de plus.

une réponse hydrologique décalée des 2 exsurgences à la crue de fonte de neige, sur avrilmai 1986. Volume exportés Avril 1986

Mai 1986

Fin de la crue de fonte de neige

Fontaine Froide

1,5 Mm3

1,7 Mm3

31 mai

Trouillette

2,7 Mm3

2,3 Mm3

27 mai

Les maximums exportés sont en mai pour la Fontaine Froide au lieu d’avril pour la Trouillette. De plus la crue de fonte dure plus longtemps à Fontaine Froide qu’à la Trouillette. L’altitude moyenne du bassin d’alimentation de Fontaine Froide est donc d’altitude plus élevée que le seul plateau de Champfromier, permettant de garder de la neige plus longtemps. A titre de comparaison Bief Blanc

0,8 Mm

0,5 Mm

22 mai

Des caractéristiques physicochimiques différentes aux deux exutoires seront également le reflet de cette organisation – (voir Chap. IV ci après).

En crue, le système karstique de la Combe d’Evuaz semble donc alimenter préférentiellement l’exsurgence de Fontaine Froide. 48

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

6.2 – EXPLOITATION DES RESSOURCES EN EAU A proximité des deux exutoires principaux de cet aquifère, Fontaine Froide au Nord, Trouillette au Sud, des sources secondaires ont fait l’objet de captages de la part des communes de Belleydoux et Champfromier. Ces sources forment un écoulement permanent, mais malheureusement de faibles débits d’étiage, surtout côté sud (Champfromier). Il serait dont intéressant de pouvoir exploiter les ressources de la nappe. Si l’idée directrice est extrêmement simple, son application technique se révèlerait malheureusement vite difficile et onéreuse. Il s’agit en effet de pomper directement dans la nappe, les ressources consommées étant reconstituées à chaque crue. Pour y parvenir, une solution consisterait à réaliser une station de pompage souterraine, creusée au rocher à quelques dizaines de mètres (?) du flanc de la montagne. Mais ce n’est certainement pas la seule solution.

Exemple de la source du Lez – Montpellier

1) 1 - Galerie d’accès 2) 2 - Chambre de pompage 3) 3 - Sondage permettant l’installation de pompes dans la galerie noyée 4) 4 - Pompes

De toute façon, l’approche du problème passe nécessairement par des essais de pompage simples. On pourrait placer les pompes dans les entrées naturelles des exsurgences, directement dans les galeries noyées, de 5 à 10 m sous le niveau de l’eau. Ces essais permettraient de vérifier les capacités de la nappe et le pouvoir drainant de ses collecteurs avant de modéliser une éventuelle station de pompage.

6.3 - ADDENDUM La commune de Champfromier a fait réaliser depuis des essais de pompage dans la résurgence de la Trouillette en septembre 1990, à la fin d’une période d’étiage prolongé. Ces essais ont été réalisés par l’entreprise HYDROFORAGE, avec l’aide et assistance du spéléo-club de Bellegarde depuis l’installation jusqu’au repli de la pompe et des tuyaux dans la grotte. La pompe a été installée dans la vasque de la salle de l’Horloge, juste derrière le siphon d’entrée, à 6m de profondeur. L’alimentation de cette vasque provient d’une galerie noyée, encombrée de blocs, impénétrable aux plongeurs spéléos.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Le pompage a duré 2,5 jours. Il a été arrêté en raison d’une météo défavorable. Le lendemain, la crue sortait par le porche. Déroulement de l’essai de pompage 15, 16, 17, 18/09/1990

Installation pompe, tuyaux, électricité

19/09

à 17h30

Début pompage

20/09

à 17h30

- 18 cm

21/09

à 17h30

- 17,5 cm

22/09

à 8h à 12h30

+ 30 cm Grosse crue

24/09

Volume total exporté

Débit moyen de la pompe

2 280 m3

40 m3/h

Démontage

Le compteur volumétrique indiquait 2280m3 exportés, ce qui donnait un débit moyen de 40m3/h pour la pompe. Il a donc été pompé 960m3/jour pendant près de 2,5 jours. Le niveau du plan d’eau n’a baissé que de 18 cm (suivi d’une légère remontée à 17,5 cm ?). Cette baisse de niveau correspond à la charge, très faible, nécessaire dans le système souterrain pour maintenir le débit de 40 m3/h. Ces chiffres témoignent de l’importance des ressources et de l’excellente transmitivité du système karstique, favorables à une exploitation.

La revue « spéléo 01 n°14 » indique : « Tout se passe comme si le collecteur principal de l’aquifère, noyé en permanence, débouche directement dans la vasque ou le siphon d’entrée….il prouve (le cube exporté) l’alimentation de la dite vasque (d’entrée) par un (ou des) conduit véritable, même si son entrée, encombrée de blocs, est impénétrable aux plongeurs. La crue du dimanche matin 23/09/1990, montre que ce (ou ces) conduit, même encombré de blocs, est capable de véhiculer des débits considérables… Les niveaux piézométriques de la vasque d’entrée et des autres siphons, surtout celui de la St Valentin, devraient être suivis minutieusement et simultanément. »

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

CHAPITRE IV – HYDROCHIMIE

Nous nous intéresserons ici à la température et surtout à la minéralisation de l’eau et son état d’équilibre. Pour se faire, les études suivantes ont été réalisées : T° PH TA TAC TH [Ca2+] [Mg2+]

Température Titre alcalimétrique Titre alcalimétrique complet Titre hydrotimétrique ou dureté totale Concentration en ions calcium Concentration en ions magnésium

(Voir Chapitre II, Paragraphe 3. Mesures hydro chimiques)

REMARQUE 1 : Le TAC se confond ici avec la concentration en (HCO3-) En effet le TAC dose HCO3-, OH- et CO32-. Or, le TA qui dose OH- et CO32- est presque toujours nul. REMARQUE 2 : Le TH mesuré par PECHINEY est la dureté calcique (mode opératoire). Elle exprime la concentration en carbonate de calcium (page 20). Mais à partir des mesures en ions Ca2+ (LIENHART) et Mg2+ (PECHINEY), on peut refaire la somme Ca CO3 plus Mg CO3. On retrouve alors les valeurs très voisines de la dureté totale, celle-ci exprimant la quantité de calcaire dissous.

Sont données ci-dessous les courbes de répartition lors de notre année d’étude (oct 1985 à sept 1986) des trois éléments ci dessous : -

Température Dureté Concentration en ion magnésium.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Fig. 13) VARIATION DE LA TEMPERATURE

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Fig.14) VARIATION DU TH

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Fig. 14 bis) VARIATION DU TH

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Fig. 15) VARIATION DE LA CONCENTRATION EN Mg2+

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

1 – TEMPÉRATURE 1.1 – LES RÉSULTATS Les courbes de variation sont données fig.13. D’une manière générale les eaux sont froides et présentent de faibles variations saisonnières. T° moyenne relevée en

(en m)

Moyenne annuelle (en °C)

Été

Hiver

Fonte des neiges

BB*

1 000

5,6

5,8

FF *

765

6,5

6,3

5,8

T. Rivière*

765

6,5

6,3

6,1

T. Source*

755

6,8

6,5

Trébillet

455

9,1

Altitude

1.2 – RELATION TEMPERATURE/ALTITUDE La relation à l’échelle de notre petit massif donne : T = 9,9 - 0,0043 h

T en °c h en m

Le coefficient de corrélation, r = 0,97 est très proche de 1, donc très bon. Toutefois les points de mesures sont trop rapprochés et cette relation n’a qu’une valeur locale. Afin d’obtenir un résultat plus significatif, nous avons rajouté des mesures sur l’exsurgence voisine de Trébillet à 7 km au SW de notre secteur. On obtient alors la relation : T = 11,8 - 0,0064 h Avec un coefficient de corrélation r = 0,98 toujours très voisin de 1. Cette relation est très proche de celle annoncée par KRUMMENACHER : T = 13,1 – 0,0067 h Notre gradient de température a donc pour valeur 0,64°c /100 m. Il est très inférieur au gradient atmosphérique classique (3°c /100m) mais assez proche de notre gradient atmosphérique de 0,55°C/100m A noter enfin que la température moyenne de l’eau correspond à très peu de chose près à la température moyenne annuelle de l’air extérieur. *BB = Bief Blanc, *FF = Fontaine Froide, T. Rivière= Trouillette Rivière (principaux griffons), T. Source = Source captée de la Trouillette 56

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

2 – DURETÉ (TH) ET CONCENTRATION en Mg++ 2.1 – LES RÉSULTATS Les valeurs moyennes sont données dans le tableau ci-dessous: TH

DURETÉ TOTALE

137

3,2

148

126

4,3

141

T.Rivière

127

1,9

134

T. Source

130

2,3

138

MOYENNE GÉNÉRALE

130

2,9

140

TH calcique Ca CO3 en mg /L Mg ion Mg2+ en mg /L Dureté totale en mg de calcaire dissous, soit (Ca Mg) CO3 Ces eaux sont peu minéralisées. A titre de comparaison voici quelques valeurs régionales :

Auteur

Désignation

DURETÉ TOTALE

KRUMMENACHER 1972

Karst montagnard du JURA (Bassin de la Valserine)

110 à 230 mg/l

MISEREZ 1973

Karst montagnard JURA Source de l’Areuse

211 mg/l

BARTHELEMY 1984

Moyenne et basse montagne JURA De St-Claude au Revermont

190 à 350 mg/l

GILBERT 1986

Moyenne montagne JURA Crochet – Pissoir - Cormoran

220 147

LEMORDANT 1977

Karst montagnard Plateau du Revard (CHAMBÉRY)

144 - 194

Les faibles valeurs du plateau de CHAMPFROMIER peuvent être recherchées dans deux directions : 1. Les faibles épaisseurs de sol, donc faible production du CO2 indispensable à la dissolution. 2. La persistance du manteau neigeux pendant 5 à 6 mois de l’année qui bloque l’activité biologique du sol et donc la production de CO2, suivi d’une crue de fonte de neige à très forts volumes exportés et faible minéralisation. 57

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

2.2 – LES COURBES DE VARIATION (Fig. 14 - 15) Les courbes présentées fig. 14 et 15 sont étroitement liées. -

d’une part aux paramètres climatiques. d’autre part et par voie de conséquence au régime hydrologique.

2.2.1. Caractères généraux Les courbes présentent de nombreuses indentations qui évoluent avec les fines variations de débit des sources, conforme aux pluies et/ou à la fonte du manteau neigeux. Mais de manière générale on peut dégager trois caractères principaux : 1. des valeurs maximales liées à l’étiage d’été-automne. 2. des valeurs minimales dues aux forts débits d’hiver ; 3. un minimum minimorum avec la fonte des neiges. La débâcle de printemps produit en effet des eaux de fontes très froides et abondantes qui transitent rapidement dans le karst. Ce phénomène entretenu pendant plusieurs semaines entraine une chute régulière de la température et de la minéralisation qui, bientôt, atteignent leur valeur minimum.

Le tableau ci-dessous récapitule ces 3 valeurs caractéristiques : TH en mg/l

Mg en mg/l

été

hiver

débâcle

été

hiver

Débâcle

150

127

136

123

5,1

3,6

2,1

T.Rivière

136

120

2,1

1,8

1,2

T.Source

138

123

107

2,4

2,2

1,7

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

2.2.2. Le « Piston flow » amorce du cycle hydrologique Ce phénomène a été très bien enregistré lors de la première crue de Novembre 85, au Bief Blanc et à la Fontaine Froide, tant sur les courbes de variation du TH que sur celles du Magnésium. En Novembre, après une sècheresse de plusieurs mois, tombent les premières et fortes pluies. Elles provoquent une mise en charge du karst, et chassent devant elles les eaux anciennes et profondes, donc plus minéralisées, d’où le pic aigüe très visible sur les courbes. Ce pic est suivit d’une chute drastique de la minéralisation, liée à la crue qui arrive juste après. Ce phénomène n’a pas été retrouvé sur le restant de l’année, aussi nous pensons qu’il est caractéristique de l’amorce du cycle hydrologique. KRUMMENACHER (1972) semble généraliser ce phénomène à toutes les crues d’été et d’automne. Mais en été les conditions sont rarement requises. En effet, les fortes pluies sont peu fréquentes. Au surplus elles ne provoquent que de petites crues, le couvert végétal retenant une grande partie des précipitations. A la Trouillette ces phénomènes n’ont pas été enregistrés faute de points de mesures assez serrés.

2.3 – LES AXES DRAINANTS 2.3.1. Le TH et les deux familles d’eau Les valeurs moyennes sont bien regroupées pour l’axe Fontaine Froide – Trouillette (126 –127 – 130). Le Bief Blanc avec sont TH légèrement plus élevé (137) semble se détacher du groupe. Si on superpose les courbes de variation (fig.16) on constate que cet écart se maintient globalement tout le long de l’année. Par contre, l’unité du groupe FF – T se renforce. On retrouve donc ici le reflet de l’organisation drainante du plateau en 2 unités distinctes, le Bief Blanc d’une part, le système Trouillette – Fontaine Froide d’autre part.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Fig. 16) SUPERPOSITION DES COURBES DE VARIATION DU TH

2.3.2. Les disparités de l’axe drainant majeur Dans le détail, cette unité de l’axe majeur « Trouillette – Fontaine Froide » n’est pas aussi simple et monolithique qu’il y parait. En effet, les courbes de variation du Mg2+ (figure 15), montrent un contraste très net entre les façades Nord et Sud du plateau, alors que les terrains traversés sont identiques : -

Coté Sud – Trouillette, source griffons + résurgence

Mg moyen = 2,2 mg/l ; Mg moyen = 1,9 mg/l ;

très régulier toute l’année (σ =0,4), très régulier toute l’année (σ =0,4)

Mg moyen = 4,3 mg/l ;

fluctuations importantes (σ = 1,2)

Coté Nord – Fontaine Froide

Pour expliquer l’individualité de la façade Nord, on est tenté de se raccrocher à une influence beaucoup plus marquée du système karstique de la Combe d’Evuaz sur la Fontaine Froide, peut être avec un écoulement libre en galerie comme dans le système Bief Blanc-Roche Fauconnière, ce qui permettrait d’expliquer la similitude entre les courbes du Bief Blanc et de Fontaine Froide.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Par contre coté sud (Trouillette), la grande régularité du Mg2+ reste inexplicable. L’effet tampon de la nappe peut difficilement être invoqué puisqu’il ne joue pas sur le TH et le TAC. Par ailleurs, l’organisation de détail des écoulements à la Trouillette apparait compliquée comme le montre l’exemple ci dessous. Le 27/9/86, lors de faibles débits extérieurs, nous avons réalisé les mesures suivantes dans la grotte elle-même : t° (°C)

Mg2+

(mg/l) (mg/l)

Siphon d’entrée à 40 m du jour

6,8

142

2,2

Siphon St-Valentin à 205 m de l’entrée

8,0

134

3,4

Source captée de la Trouillette

6,8

144

2,4

Il semble donc qu’il y ait deux eaux différentes : L’eau de la salle d’entrée serait celle qui sort à la source captée de la Trouillette. Plus froide et moins magnésienne que la seconde (Siphon St-Valentin), elle aurait un transit plus rapide lié à une origine différente (Méandre de Avalanches… ?). Par contre, l’eau que l’on trouve au bout de la galerie St-Valentin n’a pas d’exutoire ce jour là. Elle semble captive, sa sortie étant en quelque sorte empêchée par l’écoulement de la première, accentuant la durée de son séjour souterrain. Toutefois ce dispositif fonctionnel devrait disparaitre pendant les crues.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

3 – PH & TAC - DIAGRAMME DE TILLMAN 3.1 – LA MISE EN SOLUTION DU CALCAIRE L’eau pure a un très faible pouvoir de dissolution, 16 mg de Ca CO3 par litre à 10 °C et PH7. Dans la nature, l’eau de pluie est déjà plus agressive, car plus acide, PH 6,8 mesuré à GIRON en été 85. Mais c’est surtout en traversant le sol que l’eau va augmenter son pouvoir corrosif en se chargeant essentiellement de gaz carbonique (CO2). C’est en été et en automne que l’activité biologique du sol permet les plus fortes teneurs en CO2. A titre d’illustration, voici quelques acidités de sols mesurés en automne 84 (11/11/84), de 10 à 50cm de profondeur. TYPE DE SOL

Prairie

5,4 à 5,9

Forêt 25 % hêtres

5,2 à 5,5

Forêt 10 % hêtres

6 à 6,2

Au contact de l’eau, une faible partie du gaz carbonique réagit pour donner de l’acide carbonique. -

CO2 + H2O ⇄ H+ + HCO3

La libération des ions H+ renforce considérablement le pouvoir corrosif de l’eau et va favoriser la dissolution du calcaire selon la réaction : Ca CO3 + H+ + HCO3 ⇄ Ca2+ + 2HCO3 Même chose avec la dolomie (Ca,Mg) CO3 Ainsi aux exsurgences la plus grande partie de la charge dissoute est constituée par les cations Ca2+ -

et Mg2+ , et par les anions HCO 3 (LEPELLIER 1980). L’état d’équilibre de ces réactions, donc de l’eau, peut être étudié par la mesure du PH et de la concentration en HCO3 .

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

3.2 – LE DIAGRAMME DE TILLMANS

TAC en mg/L -

ou [HCO 3]

DIAGRAMME DE TILLMANS POUR LA CALCITE -

MISEREZ (1973) écrit « Il est usuel d’en référer au couple PH, HCO3 décrit par le diagramme de TILLMANS… Au dessus des isothermes d’équilibre, les eaux sont sensées avoir un caractère incrustant, au dessous elles devraient être agressives. Cependant les zones réelles de sursaturation et de soussaturation ne sont pas exactement définies par l’isotherme 10°C. Les courbes établies pour une température de 30°C correspondent mieux à l’équilibre réel. Ce décalage peut être attribué au décalage des homoioniques (Mg2+ , SO42- ,…). » En effet ces courbes se rapportent implicitement à la calcite. La présence des autres ions en solution abaisse la courbe d’équilibre. En conséquence, nous retiendrons d’avantage une « Zone » d’équilibre plutôt qu’une courbe unique.

3.3 – LES RÉSULTATS Les valeurs moyennes annuelles sont les suivantes :

SOURCES - F.F. - T. Source RIVIÈRE - B.B. - T. Rivière

TAC

7,98

121,6

8,00

118,6

8,27

124,0

8,29

114,4

Replacées dans le diagramme de TILLMANS, les sources s’opposent aux rivières. Aussi les résultats, très groupés, sont-ils présentés simplement sur les deux graphes ci-après : 63

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

LES SOURCES

LES RIVIÈRES

Les eaux de sources gravitent autour de l’équilibre, centré sur un point de coordonnés PH8 ; TAC 120. Les eaux de rivières sont sursaturées, phénomène dû essentiellement à un PH de 3/10 plus élevé que celui des sources.

3.4 – RELATION PH, TAC ET CYCLE HYDROLOGIQUE Cette relation est abordée avec l’exemple de l’exsurgence de Fontaine Froide, particulièrement net. Le graphe correspondant, d’échelle fortement dilatée est donné figure 17. On note deux nuages de points, l’un d’été, l’autre d’hiver qui gravitent dans la zone d’équilibre. Ils sont reliés entre eux par un cheminement très spécial mais dépendant directement du cycle hydrologique. .

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

[HCO3-]

Étiage d’été - (zone noyée)  Amorçage du cycle hydrologique – (mi Novembre)  Fluctuations hivernales – (zone vadose) Crue de fonte de neige (réserves extérieures) Vidange des réserves dynamiques – (zone vadose)  Retour à l'étiage d'été - (zone noyée) Fig. 17) FONTAINE FROIDE – ÉVOLUTION PH, TAC

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

1. L’étiage estival - Août, Septembre, Octobre. Bien que ce soient les eaux les plus chargées, elles sont en équilibre (Barycentre PH 7,8, TAC 138). Ce sont les eaux de la zone noyée qui s’écoulent. 2. L’amorce du cycle hydrologique – Novembre. Les premières pluies d’automne font évoluer rapidement le couple TH, TAC, directement vers le cœur du nuage de points hivernal. Le cheminement se fait parallèlement aux courbes d’équilibre. Il correspond à la recharge des réserves dynamique de la zone vadose. 3. L’hiver – Novembre à Mars. Ce nuage de point est globalement à l’équilibre, curieusement centré sur le barycentre de tout l’ensemble (PH 8, TAC 118). Le couple PH, TAC, décrit de nombreux cycles autour de ce barycentre, en fonction des crues successives. Les cheminements sont perpendiculaires aux courbes d’équilibre montrant à leurs extrêmes : -

des eaux sous-saturées avec les crues. des eaux sursaturées avec les faibles débits.

Tous ces écoulements concernent essentiellement les réserves dynamiques de la zone vadose. 4. Fonte des neiges – Avril, Mai. Le PH et surtout le TAC diminuent régulièrement tout du long de cette crue entretenue aboutissant à un minimum de sous-saturation (dernière neige). Ce trajet est nettement à l’extérieur et à gauche du nuage de points d’hiver (TAC les plus faibles). C’est l’écoulement des réserves extérieures (manteau neigeux), avec saturation de la zone vadose. 5. Printemps – fin Mai - Juin - début Juillet. Le couple PH, TAC, fait le même cheminement qu’à la fonte des neiges, mais en sens inverse. Il se prolonge vers la droite bien au-delà du nuage de points d’hiver, aboutissant à un maximum de sursaturation. C’est le tarissement des réserves dynamiques accumulées dans la zone vadose. 6. Début d’été – fin Juillet – début Août. A TAC constant, le PH chute de manière drastique et le cheminement PH, TAC, descend à la verticale jusqu’à l’étiage estival. C’est le début de l’écoulement de la zone noyée. Après les importantes perturbations de l’hiver et du printemps, l’eau de la nappe met pratiquement 1 mois à retrouver son équilibre d’étiage. 7. = 1 : Étiage d’été.

Voir figure 17 et annexes 7 et 8.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

4 – CONCLUSION – LA PHYSICOCHIMIE REFLÈTE L’ORGANISATION DU DRAINAGE Synthèse des caractéristiques générales

Températures en °C Moyenne Fonte des annuelle neiges

Mg++ en mg/l

TH total en mg/l

Moyenne Fonte des Moyenne Fonte des annuelle neiges annuelle neiges

TAC

Moyenne annuelle

Fontaine Froide

6,5

5,8

136

5,1

2,1

7,98

121,6

Trouillette

6,8

6,5

138

107

2,4

1,7

8,00

118,6

150

105

Et à titre de comparaison Bief Blanc

5,6

Non significatifs

Suite à la conclusion du chapitre III « hydrologie », les caractéristiques physicochimiques des eaux aux exutoires varient avec l’organisation du drainage. 

L’axe mineur, Bief Blanc – Roche Fauconnière

C’est un petit système d’altitude, avec un réseau spéléo à 1000m moyen, un bassin versant entre 1300 et 1400m d’altitude, avec un faible volume et ressource en eau. Ses eaux s’individualisent par la température la plus basse des 3 exutoires (5,6°C) et de fortes variations de TH et Mg++. 

L’axe majeur Trouillette Fontaine Froide

Les moyennes annuelles de température et TH sont similaires aux 2 exutoires, à mettre en relation avec l’aquifère important déjà décrit. Par contre, la crue de fonte de neiges fait chuter la température nettement plus à Fontaine Froide, témoignant également d’un bassin d’alimentation plus élevé que le seul plateau de Champfromier (exutoire de La Trouillette). Le taux moyen annuel de Mg++ et sa dilution lors de la fonte des neiges semblent distinguer également Fontaine Froide de la Trouillette.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

CHAPITRE V – DISSOLUTION SPÉCIFIQUE Ce chapitre est assez rarement abordé dans les études hydrogéologiques, l’eau restant le souci majeur. Mais pour le monde des spéléos, c’est une caractéristique importante, car elle permet d’approcher la vitesse d’érosion du karst. La dissolution spécifique, que nous nommerons Ds, exprime la quantité de calcaire dissout par unité de surface et de temps (m3/km²/an). De nombreux auteurs l’assimilent au taux d’érosion karstique (ou vitesse) et l’exprime en millimètres de terrain érodé par millénaire (mm/1 000 ans). En l’absence de transport en suspension, la dissolution spécifique égale effectivement la vitesse d’érosion karstique, les 2 unités étant alors équivalentes. M. BAKALOWICZ (1979) donne un tableau récapitulatif de valeurs types de diverses régions du monde qui montrent une très forte dispersion de 2 m3 à 3 000 m3/km²/an. Toutefois « Une grande partie est comprise entre 40 et 100 m3/km2/an » avec une valeur 100 pour le JURA. La démarche de calcul la plus couramment utilisée, consiste à rapporter la quantité de calcaire exporté par les sources d’un massif à la surface de son bassin versant. Ainsi, régionalement, certains auteurs ont obtenu les résultats suivants:

AUTEUR

LIEU

SOURCE et son altitude

ALT. BASSIN VERSANT

Ds 3 m /km²/an

J. GIBERT 1983

JURA Externe Bas Bugey

Pissoir - 300m

623 m

J.J MISEREZ 1973

JURA Interne Haute Chaîne

Areuse – 793m Noiraigue – 733m

1 100 m à 1 150 m

77 - 91

A. JEAN BLANC & C. SCHNEIDER 1981

JURA Interne Haute Chaîne

Nbs sources 780 à 160 m

1 100 m à 1 150 m

M. LEPILLER 1985

Bauges - Semnoz

Bauges 750 m

1 124

On peut aussi calculer Ds en faisant le produit du TH moyen annuel des sources par le volume d’eau infiltrée sur 1 km2 de bassin versant. En prenant ces données de base, nous calculons en lieu et place de l’auteur : LEMORDANT 1977

Bauges = Semnoz Plateau du Revard

Bauges 550m La Doria 1 000 m

1 275 m 1 320 m

58 59

La deuxième démarche utilise la méthode des plaquettes calcaires mise au point par le professeur I.GAMS de l’Université de LJUBJANA (Yougoslavie). Elle a été reprise à l’Université de GRENOBLE. J.J. DELANOY (1982 – 1984) trouve pour le Vercors Nord des valeurs de 120 à 170 mm/1 000 ans, et les vérifient avec la première méthode. F. BOQUET (1985) donne 90 à 100 mm/ans pour les Aravis. Cette méthode fournit des résultats présentant de grandes variations, aussi bien dans l’espace que dans le temps. Elle est peu utilisée. 68

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

1 – CALCUL A PARTIR DU TH. 1.1 – VALEUR ANNUELLE 1985/1986. A l’échelle du plateau, le bilan hydrologique n’est pas équilibré. Aussi conduisons-nous le calcul à partir de la lame d’eau infiltrée sur 1 km² du plateau. La dissolution spécifique « Ds » s’écrit :

Avec : H. 106 = Volume infiltré sur 1 km² H. = Module d’écoulement ( P – ETR ) 106 m² d = 2,5 densité du calcaire TH = Dureté totale

Soit pour le cycle hydrologique étudié (85/86): TH = 130 g/m3 = 130.10-6 t/m3 H = 1,179 m 1,328 m

à 1180m, altitude moyenne basse du plateau à 1325m, altitude moyenne haute du plateau

La dissolution spécifique a donc pour valeur : À 1180m À 1325m

61 < Ds < 69 m3/km²/an

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

1.2 – RÉPARTITION SAISONNIÈRE Le tonnage de calcaire exporté à été calculé mois par mois pour les deux exutoires, le Bief Blanc et Fontaine Froide (annexe 9). Sommé sur l’année on obtient : 1 2

Bief Blanc = 410 tonnes Fontaine Froide + source captée = 995 tonnes

Ce tonnage est évacué à 70% au cours des 5 mois de période hivernale de Janvier à Mai, dont 40 à 45% pour la seule période de la fonte des neiges. Les taux de dissolution spécifique correspondants sont : -

Période été – automne

DS Été = 35 m3/km2/an

Période hiver + fonte neige

DS Hiver = 110 m3/km2/an

Le détail mensuel peut se calculer pour le Bief Blanc. En effet, le bilan hydrologique étant équilibré, on connait la surface de son bassin versant et son altitude (2,5 km² et 1180 m). On peut donc mettre directement en relation tonnage exporté et dissolution spécifique. Répartition mensuelle de la Ds pour le Bief Blanc 1985

1986

total annuel

MOIS O Ds (m3/km2/mois)

0,2 4,9 4,9 10,5 2,2 6,2 17,3 9,8 5,4 2,8 1,1

S 1

66 m /km2/an 3

Cette répartition très inégale suit le cycle hydrologique, l’influence des gros débits étant tout à fait prépondérante sur l’évolution du TH.

Pour la Trouillette, le calcul est plus difficile en raison des 2,3 km2 intercalés entre l’exsurgence et le seuil de jaugeage. On obtient 1 040 tonnes pour l’année et une répartition été - hiver identique. A noter, pour notre année d’étude, que le poids de calcaire exporté par les trois sources cumule le total impressionnant de 2355 tonnes/an.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

2 – PLAQUETTES CALCAIRES 2.1– PRÉSENTATION Cette manipulation consiste à exposer des rondelles de calcaire à l’érosion « in situ » pendant un an. La perte de poids rapportée à leur surface, permet de chiffrer le taux d’ablation. Ces plaquettes sont fabriquées (carottage, sciage, ponçage) dans un calcaire lithographique de la base du Malm. Elles ont toutes 64 mm de diamètre, 15 mm moyen d’épaisseur pour une première série, 10 mm pour une deuxième série. L’analyse calcimétrique a montré un taux de Ca CO3 voisin de 100%. J.J. DELANOY (1982) et F.BOCQUET (1985) utilisent des plaquettes de 39 mm de diamètre et de 5 mm d’épaisseur. Les plaquettes que nous avons pu fabriquer, en fonction du matériel disponible, sont deux fois plus grandes et s’écartent notablement d’une définition standard. En fait les pertes de poids, en valeur absolue sont plus importantes et doivent logiquement diminuer l’erreur relative. Au total, une cinquantaine de plaquettes ont été réparties sur divers stations, en forêt, en prairie et sous terre. Une station comprend, un ou plusieurs points de mesure ou « Locus ». Chaque Locus est équipé de 2 plaquettes. Dans les grottes, une station égale un Locus. A l’air libre, une station type présent quatre Locus : - En l’air, suspendu à une potence. - Sur le rocher, à l’air libre. - Sous les feuilles, la mousse… - Dans la terre, au contact terre-roche.

2.2 – RÉSULTATS Les résultats détaillés sont donné en annexes 9 à 12. Les pertes de poids des plaquettes présentent des valeurs extrêmement dispersées de 6 à 112 g/m2, selon qu’elles se trouvent à l’air libre, dans le sol ou dans les grottes, comme exposé de manière synthétique dans la figure ci après.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Fig. 18) PLAQUETTES CALCAIRES ET ABLATION KARSTIQUE

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

2.2.1. A l’air libre

LOCUS DES PLAQUETTES

moyen

écart type

Suspendues sur potence

Posées sur sol rocheux

: Perte de poids par unité de surface.

Ces chiffres sont faibles mais bien groupés. Ils traduisent déjà une dissolution non négligeable, environs deux fois supérieure à celle que l’on obtiendrait avec de l’eau pure. L’eau météorique est plus agressive que l’eau pure. Ce fait est bien connu. Mais par ailleurs nos plaquettes ont passé un hiver dans la neige et subi la débâcle de fonte. Aussi les plaquettes déposées sur le sol montrent des résultats légèrement plus élevés, le ruissellement de la fonte se faisant beaucoup plus sentir qu’en élévation. Les taux de dissolution spécifique correspondant sont 12 et 14. 12 < Ds < 14 m3/Km²/an

2.2.2. Dans les sols C’est là que les résultats sont les plus dispersés car dépendants d’un grand nombre de paramètres. Ils s’étalent de 35 à 216 g/m2. moyen = 91 g/m² écart type σ = 43 Ils traduisent une augmentation très importante du pouvoir corrosif de l’eau qui traverse les différentes couches du sol, feuilles mortes, humus, terre… Toutefois, à l’échelle du Km2 on ne saurait calculer un taux de dissolution significatif à partir de ces chiffres, qui intègrent indistinctement des résultats trop dispersés. Aussi allons-nous regarder en détail les trois stations correspondantes.

LA BICHE – Sol forestier

Le sol noir, peu épais (20 cm), avec tissus de racines et peu de cailloux calcaires, couvre de manière quasi uniforme un lapiaz « ébouleux » aux formes masquées. Cette station représente le cas le plus simple verticalement, et le plus uniforme horizontalement. Aussi, les plaquettes situées au contact sol-rocher sont-elles représentatives d’une dissolution spécifique qui peut être étendue à l’échelle du Km2, au moins sur la région de LA BICHE. Ces plaquettes sont celles qui ont enregistrées les pertes de poids maxima, 146 et 216 g/cm 2. En prenant une densité de 2,5 pour le calcaire, elles traduisent une dissolution spécifique de 58 à 86 m3/Km2/an. 58 < Ds < 86 m3/Km2/an 73

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

PRÉ DRIZET – Lapiaz à « pots de fleurs » (sol forestier)

Il se caractérise par un sol profond mais éminemment discontinu puisque localisé dans les crevasses et dépressions d’un lapiaz au formes rocheuses très apparentes (Voir § 2.3.1, chapitre I, Les sols de lapiaz). Dans les grands « pots de fleurs », c'est-à-dire les crevasses du lapiaz, les cailloux calcaires se font rares, mais le sol est en contact étroit avec les parois de la crevasse. Dans ces deux cas, il est clair que l’eau n’acquière pas sa charge minérale dissoute uniquement au contact du substrat, mais aussi et avant, au contact de la fraction rocheuse et du sol qu’elle traverse et côtoie. Dans une coupe verticale du sol, nos plaquettes jalonnent ce phénomène. Aussi, n’est-ce pas sur une plaquette qu’il faut raisonner, mais sur la somme de ces plaquettes :

LOCUS Sous les feuilles

112

A 20 cm dans le sol

A 1 m, au contact sol-rocher

104

TOTAL VERTICAL

277 g/m2

Cette perte de poids spécifique, 277 g/m2, semble davantage représentative de la réalité, et peut se traduire en dissolution spécifique à valeur locale : Ds = 111 cm3/m2/an (avec calcaire d =2,5) Si l’on étend Ds à l’échelle du Km2, cette valeur n’est plus vraie en raison des surfaces de calcaire affleurant de 25 à 30 % voir même jusqu’à 50 %. Sur ces calcaires à vif, donc finalement à l’air libre, on a : = 33 g/m2

=> Ds = 13 cm3/m2/an

Intégrés sur 1 km2 les taux de dissolution sous terre végétale et sur calcaire affleurant se pondèrent. On obtient : -

avec 25 % de calcaire affleurant, Ds = 86 m3/Km2/an. avec 50 % de calcaire affleurant, Ds = 61 m3/Km2/an. 61 < Ds < 86 m3/Km2/an

COMBE FROIDE – sol de prairie

Ce cas peut être étudié de la même façon que le précédent, en sommant les pertes de poids sur une même verticale. La somme pour les trois locus définissant le sol est de :

∑

202g

Avec une densité de 2,5 pour le calcaire, on obtient alors Ds = 81 m3/Km2/an. 74

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

2.2.3 - Sous terre Les pertes de poids sont faibles et bien groupées : Valeur moyenne : ΔP/S = 26 g/m3 Ecart type : σ = 2,6

Cette valeur moyenne se retrouve : - Quelque soit le locus, à savoir aussi bien à l’air libre (suspendue), sur le rocher suintant ou dans l’eau. - Et à n’importe quelle profondeur, mesurée depuis la surface du plateau (Locus à 3 m, 100 m et 400 m). Le taux de dissolution spécifique est de : Ds =10 m3/Km2/an

2.3 – INTERPRÉTATION 2.3.1 - A la surface du plateau Extrapolés au km², les taux de dissolution évoluent de 58 à 86 m3/Km2/an selon les types de sol, mais aussi selon l’irrégularité des résultats sur un même lieu. Toutefois, une valeur moyenne de 75 m3/Km2/an se dégage, confirmée par les résultats plus sûrs de la station de LA BICHE qui encadrent cette valeur. Nous retiendrons pour l’année d’étude 85/86 :

58 < Ds = 75 m3/Km2/an < 86

La dispersion des résultats significatifs apparait de l’ordre de 20 %.

2.3.2 - Sous terre Ds = 10 m3/Km2/an Cette valeur est du même ordre qu’à l’air libre, mais 8 fois plus faible que celle obtenue en surface, au contact sol-rocher. Ces chiffres soulignent, s’il en était encore besoin, l’importance du rôle joué par le sol dans les phénomènes de dissolution.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

3 - CONCLUSION 3.1 – DES RÉSULTATS HOMOGÈNES Les chiffres concordent entre les deux méthodes même si les plaquettes donnent un résultat un peu plus fort. La différence de 12 % entre les deux résultats moyens reste tout à fait compatible avec les marges d’incertitudes, estimées à 20 %. Celles-ci correspondent en première approche à la dispersion des résultats significatifs sur plaquettes. ANNE 1985/1986 TH

→ 61 < Ds 66 m3/Km2/an < 69

PLAQUETTES

→ 58 < Ds 75 m3/Km2/an < 86

3.2 – SITUATION PAR RAPPORT A L’ANNÉE MOYENNE D’une manière générale la dissolution spécifique est très liée à la pluviométrie. Elle va donc présenter de grandes variations d’une année à l’autre. Notre année d’étude, 85/86, est plus sèche et plus chaude qu’une année normale. Ainsi, le module d’écoulement pour le plateau est de 18 % plus faible que le module moyen établi sur 20 ans (§ 1.1.5, Chap.III): 1,184 A très peu de chose près, le taux de dissolution pour une année moyenne devrait donc être de 18 % plus élevé. ANNÉE MOYENNE TH

→ Ds = 78 m3/Km²/an

PLAQUETTES

→ Ds = 89 m3/Km2/an

3.3 – RÉPARTITION VERTICALE DE LA DISSOLUTION Les chiffres qui viennent d’être exposés, expriment une dissolution par unité de surface du plateau. Mais les plaquettes disposées à différents niveaux, d’abord en surface, puis dans les grottes, à profondeur croissante (3 m, 100 m et 400 m) permettent de définir la répartition verticale de cette dissolution. Les résultats montrent des taux 8 à 10 fois plus fort en surface, c'est-à-dire dans le sol ou à son contact, que dans le massif rocheux et ce à quelque profondeur que ce soit. De plus, il faut souligner que ces faibles taux de dissolution s’appliquent à des surfaces infiniment plus réduites (fissures, chenaux, grottes…). Ainsi à l’échelle du massif, la puissance de l’érosion karstique reste essentiellement un phénomène de surface.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

3.4 – L’ÉROSION DU PLATEAU A L’ÉCHELLE DES TEMPS GÉOLOGIQUES Depuis le plissement Jurassien vieux de 5 millions d’années (Pontien), l’érosion tend à niveler le paysage, attaquant les reliefs anticlinaux, préservant les creux synclinaux. Ainsi sur le panneau monoclinal de LA BICHE, 300 à 350 m de terrain ont été déblayés par l’érosion, depuis l’Urgonien jusqu’au Kimméridgien supérieur. Sur l’anticlinal de LA PLATIÈRE, c’est 400 m de terrain, voir localement 500 m qui ont été érodés, depuis l’Urgonien jusqu’au Kimméridgien inférieur, voir même les premiers bancs de l’Oxfordien (voir fig.5). Ces chiffres rapportés à 5 millions d’années donnent des taux d’érosion respectivement de 60, 80 et 100 mm/1000 ans ou m3/Km2/an. Le taux de dissolution spécifique actuel vérifie donc le taux d’érosion moyen durant tout le Pliocène et le Quaternaire (5 millions d’années). Toutefois les variations ont dût être importantes au cours des divers épisodes climatiques qui se succédèrent pendant ces 5 millions d’années, périodes glaciaires et inter-glacières notamment. Les fluctuations, saisonnières enregistrées au cours de notre année d’étude peuvent en donner une idée. L’hiver, malgré son étiage de Février, évacue en 5 mois, 70 % du tonnage annuel.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

CHAPITRE VI – CONCLUSION GÉNÉRALE

1 – LES RESSOURCES EN EAU Cette étude a mis en évidence la présence de ressources en eau importantes sous le plateau de CHAMPFROMIER. Drainé principalement par un axe synclinal Nord-Sud, cet aquifère présente deux exutoires majeurs. L’exsurgence de la Trouillette au Sud, celle de Fontaine Froide au Nord, à environs 805m et 760 m d’altitude. Cet axe drainant est bien alimenté, non seulement par les pluies qui s’infiltrent sur son bassin versant, mais aussi par le déversement souterrain du système karstique voisin de la Combe d’Evuaz. Ce dernier semble alimenter préférentiellement l’exsurgence de Fontaine Froide. Cet aquifère fait déjà l’objet de captages par les communes de BELLEYDOUX et CHAMPFROMIER. Mais les ressources importantes autoriseraient un développement de l’exploitation actuelle. Le quart Nord-Ouest du plateau, lui, par contre, est pratiquement dépourvu de ressource en eau. Situé entre la Maison Forestière et la falaise de la Roche Fauconnière, il est drainé par un système karstique secondaire, perché à 1000 m d’altitude : les grottes exsurgences du Bief Blanc et de la Roche Fauconnière.

2 – UN KARST HAUT JURASSIEN Le plateau de CHAMPFROMIER est un karst montagnard, mais il a plus précisément la personnalité du karst haut jurassien. Le cycle hydrologique des exsurgences se caractérise par des fluctuations rapides et importantes. Toutefois 3 grandes tendances se dégagent : -

un étiage d’été souvent prolongé en automne, un étiage d’hiver perturbé par des fontes de neige passagères, une crue de fonte de neige entretenue, véritable débâcle, encore accusée et prolongée par les pluies de printemps.

D’une année à l’autre, ces 3 tendances, liées à la grande variabilité climatique de la région, connaissent des dérives de plusieurs semaines. Les cycles hydro chimiques sont directement induits par le cycle hydrologique. Ils portent tous la marque de la fonte des neiges. D’une manière générale les eaux sont froides, moyennement minéralisées et gravitent autour de l’état d’équilibre avec des PH légèrement alcalins. La minéralisation atteint son maximum avec l’étiage d’été avec des TH de 140 à 160mg/l, et son minimum avec la débâcle de printemps avec un TH de 100 à 110mg/l. L’écart est de l’ordre de 50 %. L’état d’équilibre présente également ses plus grandes variations avec la crue de fonte de neige et son tarissement. Les eaux de crues, peu minéralisées, deviennent vite sous-saturées. Par contre, avec le tarissement la charge minérale augment rapidement et les eaux passent alors à un stade sursaturé. 78

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

Le karst évolue sous une couverture forestière d’altitude, sapins, épicéas, hêtres…Le sol y est particulièrement acide (PH 5,4 à 6,2 en automne). Il joue un rôle essentiel dans les phénomènes de dissolution. La quasi-totalité de l’érosion karstique se fait en surface. Le taux de dissolution spécifique, extrapolé à une année standard, est de 89 m3/Km2/an. Le volume de calcaire exporté se répartit très inégalement en fonction des saisons. Encore une fois c’est la crue de fonte de neige associée aux pluies de printemps qui s’individualise, exportant en 2 mois environ 40% du total annuel. Ce taux de 89 m3/Km2/an semble correspondre à la moyenne générale qui règne depuis la formation du plissement jurassien, donc du plateau de CHAMPFROMIER, il y a 5 millions d’années, à l’aube du Pliocène.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

BIBLIOGRAPHIE

AUBERT D. (1975), Évolution du relief jurassien. Eclog. Géol. Helv. Bâle, vol. 68, n°1, p. 1-64. BAKALOWICZ M. (1979), Contribution de la géochimie des eaux à la connaissance de l’aquifère karstique et de la karstification. Thèse d’état - Université Pierre et Marie Curie, PARIS VI :, 269 p. BARTHELEMY D. (1984), Impact des pollutions sur la faune stygobie karstique : approche typologique sur seize émergences du département de l’Ain et du Jura, Thèse de 3ème cycle - Université Claude Bernard, LYON I, p. 45-84. BOCQUET F. (1985), Dynamique karstique d’un massif alpin. La chaîne des Aravis – Méthodologie et comparaison avec d’autres massifs montagneux. An. Soc. Géol. Bel. T 108, p0 203-207. BURGER A. (1975), Chimisme des roches et des eaux karstiques in « Hydrologie of karstic terrains », published by International Association of Geologists, p. 79 à 89. DELANNOY J.J. (1982), Variations spatiotemporelles de la corrosion karstique dans un massif de moyenne montagne : le Vercors. Revue géographie alpine, tome LXX, n°3, p. 241-255. DELANNOY J.J. (1984), Le Vercors : Un massif de la moyenne montagne alpine, Karstologia n°3, 1er semestre, p. 34-45. DODGE E.D. (1983), Hydrologie des aquifères karstiques du causse comtal, Aveyron, France. Thèse d’état - Université libre de BRUXELLES. ENAY R. et MANGOLD C. (1977), Rapport sur la géologie à 1/20 000e du secteur des Neyrolles, tunnel de la Crotte (Autoroute A40). Rapport SCETAUROUTE (inédit), 11 p., 3 figures, 1 carte. FABRE G. (1980), Les karsts du Languedoc oriental, recherches hydrogéomorphologiques, Association Française de Karstologie, Musée d’histoire naturelle, NIMES. FOURNEAU J.C. et SARROT REYNAULD. (1977), Déficit d’écoulement et évapotranspiration dans les Alpes du Nord. Compte-rendu, 102e Congrès National des Sociétés Savantes, fasc.II, LIMOGES, p. 215-226. GIBERT J. (1986), Écologie d’un système karstique jurassien. Thèse d’état – Université Claude Bernard, LYON I, 1ère partie : hydrogéologie, p. 14-116. HUGOT G. (1983), Hydrogéologie et Paléomorphologie quaternaire du Pays de Gex (Ain). Thèse de 3ème cycle – Université Science et Médecine, GRENOBLE, 251 p. JEAN BLANC A. et SCHNEIDER G. (1981), Étude géologique et hydrogéologique du Risoux Mont d’Or. Thèse de 3ème cycle, Sc. et Tec. Univ. Franche Comté, BESANÇON KRUMMENACHER R. (1972), Hydrogéologie du bassin de la Valserine, bulletin du BRGM, (2), III, n°2, p. 27-36, 5 fig., 1 tab. LEMORDANT Y. (1977), Infiltrations et transfert des eaux souterraines en pays karstique. Le plateau du Mont Revard (Savoie). Thèse de 3ème cycle, Université des Sciences et Médecine, GRENOBLE. LEPILLIER M. (1980), Contribution à l’hydrochimie, à la connaissance du comportement hydrogéologique des massifs calcaires. Étude de quelques systèmes karstiques du massif du Semnoz et de la région d’Annecy. Thèse de 3ème cycle, Université des Sciences et Médecine, GRENOBLE, 476 p. MISEREZ J.J. (1973), Géochimie des eaux du karst jurassien. Thèse doctorat ès sciences, Université de NEUCHATEL. 80

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

MUDRY J. et ROSENTHAL P. (1977), La haute chaîne du Jura entre Morez, St-Claude et la PesseÉtude géologique et hydrologique, Fac. Sc. et Tech. Univ. Franche Comté, BESANÇON. NEYROUD M. (1984), Un haut plateau jurassien, le plateau des Molunes (Jura). Karstologia n°3, 1er semestre, p. 46-51. REMENTERAS G. (1980), L’hydrogéologie de l’ingénieur, 2ème édition, revue et augmentée, Eyrolles. TISSOT G. et TRESSE P. (1978), Étude des systèmes karstiques du Lison et du Vernaux, région de Nans-Sous-St-Anne (Doubs), Thèse de 3ème cycle, Fac. Sc. et Tech. Univ. Franche Comté, BESANÇON.

CARTOGRAPHIE

CARTE TOPOGRAPHIQUE - BELLEGARDE SUR VALSERINE Feuille au 1/25 000ème, n°3329 Ouest, IGN. CARTE GÉOLOGIQUE - NANTUA Au 1/80 000ème - feuille n°160, 3ème édition, BRGM 1964. CARTE GÉOLOGIQUE - ST. CLAUDE Au 1/80 000ème - feuille n°149, BRGM, Orléans.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

ANNEXE 1 – SCHÉMA DES SEUILS

Nota : Z cornière = cote de la cornière sur l’échelle limnigraphique en place.

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

ANNEXE 2 – COURBE D’ÉTALONNAGE DES SEUILS

Q=µ

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

ANNEXE 3 – TABLEAU DES TEMPÉRATURES MOYENNES A GIRON – OCT. 85 - SEPT. 86 Altitude 980m

Mois

Oct. 1985

Moyenne mensuelle T

Moyenne des minima des maxima tm

Températures extrêmes Mini

Maxi

+10,5

+5,8

5,2

+15,1

3,9

- 3,0

+23,0

Nov.

-0,5

-3,5

4,0

+2,5

5,9

- 9,0

+12,5

Déc.

+2,6

-0,5

4,8

+5,7

4,7

-11,0

+14,5

Jan. 1986

-2,3

-3,8

3,4

-0,7

3,0

-11,0

+ 7,0

Fév.

-4,5

-8,1

5,4

-0,9

4,5

-20,0

+ 5,5

Mar.

+2,3

-0,6

2,9

+5,2

2,8

- 7,0

+ 7,5

Avr.

+3,0

+0,6

3,5

+5,4

4,3

- 8,0

+13,0

Mai

+12,3

+8,1

4,2

+16,5

4,4

+ 0,5

+23,5

Jui.

+14,3

+9,3

4,8

+19,2

6,7

+ 1,0

+30,0

Jui.

+16,3

+11,5

3,0

+21,1

3,8

+ 6,0

+29,0

Aoû.

+15,5

+10,9

4,0

+20,0

5,3

+ 3,5

+30,0

Sep.

+13,3

+9,2

3,2

+17,7

3,5

+ 4,0

+21,5

- 20

+30

Année

T moyenne annuelle = 6,7°C

Oct.85/Sept.86

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

ANNEXE 4 – PLUVIOMÉTRIE ET ÉVAPOTRANSPIRATION A GIRON – OCT. 85 - SEPT.86 Altitude 980m

Mois Oct. 1985

Neige

EVP

ETR

H=P-E

(mm)

(%)

(jour)

(mm)

mm %

55,4

8,1

Nov.

128,7

(10)*

120

Déc.

76,8

8,5

14,5

311,3

(10)*

301

Fév.

75,8

8,5

(10)*

Mar.

110,1

12,9

Avr.

254,8

20,5

16,6

238

Mai

95,2

12,5

64,5

Jui.

102,1

74,5

Jui.

93,4

84,5

Aoû.

109,2

80,5

Sep.

76,7

70,5

Jan. 1986

Année Oct.85/Sept.86 1443,2

∑EVP = 473,9 27%

116

hiver + 30,0 Total = 503,9

460

987 68 %

P = Pluviométrie Neige = Pourcentage des précipitations sous forme de neige N = Nombre de jours de précipitation E = Évapotranspiration

→ EVP potentielle (formule de Serra) → ETR réelle (formule de Turc)

*Nota : on admet 10 mm d’EVP pour les mois d’hiver à température négative

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

ANNEXE 5 – EVP ET ETR POUR LE PLATEAU DE CHAMPFROMIER Altitude 1180m

EVP

Oct. 1985

+9,4 2,59

49,7

Nov.

-1,6

(10)*

Déc.

+1,5 0,17

10,0

Jan. 1986

-3,4

(10)*

Fév.

-5,6

(10)*

Mar.

+1,2 0,12

10,0

Avr.

+1,9 0,24

11,8

Mai

+11,2 3,37

58,2

Jui.

+13,3 4,32

67,5

Jui.

+15.2 5,33

76,6

Aoû.

+14,4 4,92

73,0

Sep.

+12,4 3,93

63,8

ETR saisonnier retenu

O+N+D

ETR = EVP

T° en °C

ETR < EVP

Mois

→ 70 mm

J + F + M + A + M → 100 mm

J+J+A+S

→ 264 mm

( = EVP été – déficit 16,6mm)

EVP annuel = 450,6 mm ETR annuel = 434,0 mm

* On admet 10 mm d’EVP pour les mois d’hiver à température négative EVP = Serra a obtenu en simplifiant les équations de Thorntwaite :

avec :

e = EVP en mm T = température moyenne mensuelle I = indice de chaleur annuel I= indice de chaleur mensuel = 0,09 T3/2

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

ETR annuel = formule de Turc.

ETR saisonnier retenu -

En automne et hiver-printemps les précipitations sont suffisamment abondantes face à une EVP faible.  On admet que EVP = ETR.

En été par contre, l’EVP est très forte et les précipitations insuffisantes.  On a ETR < EVP En valeur annuelle, le déficit EVP - ETR = 16,6 mm. Ce déficit se reporte en totalité sur l’été, d’où l’ETR retenu est de : ETR retenu = 67,5 + 76,6 + 73,0 + 63,8 – 16,6 = 264 mm

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

ANNEXE 6 – ORGANISATION SCHÉMATIQUE DU KARST

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

ANNEXE 7 – FONCTIONNEMENT SCHÉMATIQUE DU KARST

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

ANNEXE 8 – TONNAGE DE CALCAIRE EXPORTE

A 8.1 – Bief Blanc

TH VE en m

Mois

Oct. 1985

Mg2+ Dureté

mg/l mg/l

totale

Poids de calcaire exporté

mg/l

en t

en %

Ds* m3/Km2/mois

5 195

163

5,2

181

0,940

Nov.

208 221

132

4,2

147

30,609

Déc.

200 200

140

3,5

152

30,430

4,9

Jan. 1986

465 502

131

3,0

141

65,636

10,5

Fév.

98 567

126

3,1

137

13,504

2,2

Mar.

266 957

133

3,1

144

38,442

Avr.

796 090

127

2,3

135

107,472

17,3

Mai

492 185

114

1,8

120

59,062

9,8

Jun.

231 839

136

2,7

145

33,617

5,4

Juil.

115 958

143

3,2

154

17,858

Aoû.

46 379

141

3,2

152

7,050

1,1

Sep.

39 763

151

3,1

162

6,442

1,0

Total annuel

2 966 856

411 t

* Nota d = 2,5 t/m3 (calcaire) S = 2,5 km² (pris en compte

0,2 15%

69%

16%

100%

4,9

6,2

2,8

66 m3/Km2/an

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

A 8.2 – Fontaine Froide

Oct. 1985

VE en m3

TH mg/l

mg/l

en t.

142

6,6

165

Nov.

389 796

130

4,6

146

56,910

Déc.

356 338

128

5,0

145

51,669

Jan. 1986

872 514

119

3,9

133

116,054

Fév.

211 748

122

4,0

136

98,798

Mar.

595 301

125

4,1

139

82,747

Avr.

1 479 114

120

3,1

131

193,764

Mai

1 726 895

106

2,7

115

198,593

Jui.

556 735

128

4,1

142

79,056

Jui.

199 347

128

5,1

146

29,104

Aoû.

104 193

131

4,9

148

15,421

Sep.

76 688

136

4,0

150

11,503

Total F.F. Source captée ∑

6 568 650

864 t

+ 1 000 000

995 t

= 7 568 650

en %

13 %

72 %

15 %

m3/Km2/mois

S en km² non connue => Calcul non réalisable

Mois

Dureté totale mg/l

Poids de calcaire exporté

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

ANNEXE 9 – STATION FORESTIÈRE DE LA BICHE Altitude 1270 m

Lapiaz ébouleux, peu apparent, couvert presque partout par 10 à 20 cm de sol. Coupe type : -

En surface : quelques cm de feuilles mortes. 10 à 20 cm de terre végétale-tissus de racines. Substrat calcaire.

Locus

N°

Perte de poids en g.

Surface totale en cm2

g/m2

A l’air libre (potence)

16 52

0,299 0,255

90 74

33 34

A l’air libre (sur rocher nu)

8 51

0,243 0,261

94,5 76

36 34

Sous les feuilles

17 53

0,680 0,453

94 75

72 60

Contact sol-rocher à 20 cm.

15 54

2,070 1,123

96 77

216 146

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

ANNEXE 10 – STATION FORESTIÈRE DE PRÉ DRIZET Altitude 1180 m

Grand pot de fleur

Petit pot de fleur

Lapiaz à « pots de fleurs » (§2.3, Chap. I) caractérisé par des accumulations de terre végétale dans les seules crevasses et dépressions.

Perte de poids Surface totale en g. en cm2

Locus

N°

A l’air libre (potence)

28 46

0,232 0,229

90 77

26 30

A l’air libre (sur rocher nu)

26 49

0,285 0,281

94 77

30 36

sous la mousse

27 47 25 48

0,915 0,987 0,313 0,489

96 79 90 76

95 125 35 64

45 66 55 57

0,936 0,792 0,395 0,537

77 77 77 75

122 103 51 72

56 59

0,626 0,965

76 77

82 125

à 20 cm de profondeur sous les feuilles à 20 cm dans l’humus Contact sol-rocher à 1 m.

g/m2

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

ANNEXE 11 – STATION DE PRAIRIE DE COMBE FROIDE Altitude 1150 m

Prairie pâturée dans une vaste clairière. Sol brun profond, riche en matière organique en surface, de plus en plus argileux avec cailloutis calcaire en profondeur.

Locus

N°

Perte de poids en g.

Surface totale en cm2

g/m2

A l’air libre (potence)

18 58

0,271 0,222

94 77

29 29

A l’air libre(dans l’herbe)

61 62

0,274 0,362

77 77

36 47

A 10 cm de profondeur

65 67

0,484 0,507

77 77

63 66

A 35 cm de profondeur

68 69

0,747 0,587

77 77

97 76

A 80 cm, contact sol-rocher

63 64

0,392 cassée

77 /

51 /

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

ANNEXE 12 – STATIONS SOUTERRAINES Elles se situent à différentes profondeur et présentent des rapports variés avec les eaux souterraines.

Perte de poids Surface totale en g. en cm2

Station

Locus

N°

Grotte de la Cache

A 3 m de la surface sur paroi humide

0,212

0,179

A 100 m de la surface,

0,255

0,262

0,233

0,256

0,271

0,219

Ruisseau de la StValentin

0,266

0,218

Eau de l’exsurgence

0,432

(1170 m) Méandre des Avalanches 1er puits (≈ 980 m)

dans un ruisselet

A l’air libre Grotte de la Trouillette (805 m)

Fontaine Froide

Zone de battement de la nappe

(760 m) Source des Abrans (1110 m)

Eau de la source

g/m2

Emportée par une crue

0,559

0,384

HYDROGEOLOGIE DU PLATEAU DE CHAMPFROMIER

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde - PB/TT

ANNEXE 13 – REPORT DES TOPOS SIMPLIFIÉES SUR PHOTO SATELLITE

Giron Siphon de la St Valentin (800m)

Spéléo Club de la MJC de Bellegarde Maison des associations, Centre Jean Vilar Place Jeanne d’Arc 01200 BELLEGARDE SUR VALSERINE http://www.speleo01.com

Comité Départemental de Spéléologie de l’Ain Maison des Sociétés Bd, Irène Joliot-Curie 01100 BOURG EN BRESSE http://www.ainspeleo.com

Fédération Française de Spéléologie 28 rue Delandine 69002 LYON http://www.ffspeleo.fr

Numérisation: Thierry TOURNIER er 1 semestre 2013 Relecture et mise en page: Patrick BIENFAIT, Thierry TOURNIER. er 1 trimestre 2014 Crédits photographiques: © P.BIENFAIT, R.LEPENNEC, M.NEYROUD, T.TOURNIER, B.VALTON.