Institut des Sciences de la Terre d'Orléans
ISTO, UMR 7327,
Univ Orléans, CNRS, BRGM, OSUC, F-45071 Orléans, France
Observatoire des transferts dans la Zone Non Saturée (O-ZNS)
Notre œil sur la Nappe de Beauce
Les questions environnementales sont devenues l’un des enjeux majeurs du développement durable et de la préservation de la biodiversité. Des efforts scientifiques sont déployés pour comprendre les mécanismes critiques de la dégradation de l’environnement. L’observatoire (plateforme O-ZNS), qui fait partie de la famille du programme PIVOTS (Plateformes d’Innovation, de Valorisation, d’Optimisation Technologiques environnementaleS), vise à comprendre les interactions eau-roche-biosphère et les transferts de masse (eau et contaminants) et de chaleur dans la zone non saturée (ZNS).
L’observatoire repose sur un puits aux dimensions exceptionnelles (profondeur –20 m & diamètre – 4 m) offrant une opportunité unique de décrypter les processus couplés dans les géosciences environnementales. La plateforme permet le développement/adaptation de capteurs géophysiques et physico-chimiques innovants pour quantifier les transferts d’eau dans la ZNS relatifs aux produits chimiques réactifs, barrières redox, frange capillaire, etc. dans une structure carbonatée poreuse/fissurée. Le domaine de recherche vise à identifier le niveau de couplage entre les propriétés interfaciales des phases et les propriétés électriques/électrocinétiques/électrochimiques associées aux fluides en mouvement et aux réactions biogéochimiques. Avec le soutien solide des données de l’observatoire O-ZNS, nous sommes maintenant dans une ère passionnante où l’intégration de modèles de transport réactifs dans d’autres modèles communautaires (en particulier la géophysique, l’hydrogéologie, … ) facilitera la compréhension des processus à travers les disciplines et à travers différentes échelles d’espace-temps avec les couplages pertinents.
Responsable scientifique de la plateforme O-ZNS
Directeur Adjoint de l’ISTO
02.38.64.32.54
La prospection géophysique, faite depuis la surface ainsi qu’en forages, a permis d’obtenir des informations sur la lithologie ainsi que sur la présence de niveaux argileux, la densité, la porosité et la résistivité de la ZNS. Les mesures comprenaient la réalisation d’imagerie de paroi et de diagraphie (rayons gamma, gamma-gamma, neutrons) ainsi que la tomographie de surface et de forage (électrique, sismique, radar). Des essais en laboratoire, réalisés sur des carottes sélectionnées, ont permis d’obtenir des informations complémentaires sur les propriétés physiques, pétrophysiques, hydriques et mécaniques des matériaux ZNS. Cet observatoire O-ZNS est prévu pour durer plusieurs décennies au cours desquelles des données massives originales et uniques sur les transferts de masse (eau, solutés, contaminants organiques et inorganiques, gaz, etc.) et de chaleur (induites par les gradients de température, les réactions microbiologiques, etc.) seront acquises sur le continuum « Sol – ZNS – Frange Capillaire – Aquifère » pour les enjeux environnementaux et les besoins en géoressources (eau, énergie…).
Le projet CATRO-ZNS financé dans le cadre des fonds FEDER vise à caractériser les flux des fluides dans le sol sur le site O-ZNS. En effet, une fosse pédologique de deux mètres de profondeur a été installée sur le site expérimental d’O-ZNS à Villamblain en juin 2023. Cette fosse a été instrumentée à l’aide de plusieurs capteurs et dispositifs de monitoring environnemental (sondes de teneur en eau, des tensiomètres, des capteurs d’oxygène, des capteurs de dioxyde de carbone et des plaques lysimétriques de prélèvement d’eau du sol). Dans un premier temps, un travail de recherche a été mené pour la compréhension de l’écoulement des eaux et des gaz dans la partie sol et à l’interface avec les calcaires sous-jacents à l’échelle unidimensionnelle. Les mesures simultanées de teneur en eau et de pression capillaire à différentes profondeurs sont utilisées pour déterminer les paramètres hydrodynamiques du sol permettant la prise en compte des transferts bidirectionnels, à travers le sol, vers la nappe de Beauce et l’atmosphère. L’exploitation de ces installations se poursuivra pendant plusieurs décennies afin d’intégrer l’évolution des pratiques agricoles et du changement climatique.
Vidéo de présentation
