Depuis le départ, en 1989, de son Directeur, le Professeur F. Lelong, Michel
Lepiller a maintenu et développé les activités du Laboratoire d'Hydrogéologie.
DOMAINE DE RECHERCHE
Il concerne l'étude des modalités du transit des substances dissoutes ou
particulaires dans les eaux superficielles et souterraines, avec une application
prépondérante à l'hydrogéologie des formations carbonatées karstifiées :
-
Etude du processus de karstification dans des contextes bio-climatiques variés
et sur des systèmes parvenus à des stades divers de développement du drainage
karstique. A cet égard, la demi-couronne de craie qui émerge de sa couverture
tertiaire peu perméable, à l'Est du Loing, fournit un terrain d'observation
exceptionnel de la naissance et du développement de systèmes karstiques en
fonction du degré d'avancement de l'ablation de cette couverture. ). Etude des tendances à moyen terme de
l'exportation carbonatée : relation avec les variations climatiques (système
karstique de Bange-l'Eau-Morte, Haute-Savoie).
-
Etude des modalités de circulation des eaux dans les systèmes hydrologiques
karstiques fondée sur l'analyse des hydrogrammes (étude du transfert d'énergie),
des concentrations et des flux de matières dissoutes aux exutoires (transfert de
masse) et des résultats de traçages artificiels. Application
au transit des fertilisants (nitrate) et substances phytosanitaires (isoproturon
et atrazine, respectivement herbicides du blé et du maïs, et leurs métabolites)
à travers les systèmes karstiques du Gâtinais (systèmes des Trois-Fontaines et
de la Métairie).
- Etude méthodologique du traçage artificiel : interprétation à partir de la
distribution des temps de séjour (D.T.S.) du traceur : application des
propriétés de cette dernière à la simulation du transit et à la gestion du
risque résultant de l'injection accidentelle d'une substance polluante.
Expérimentation sur modèle réduit, sur un tronçon de drain (système de
Bange-l'Eau-Morte) et sur des systèmes traçages de diverses régions de France.
Application à l’étude de systèmes karstiques de plusieurs régions de France :
Val d’Orléans, Beauce, Gâtinais, massifs des Bornes et des Bauges dans les
Alpes.

RAPPORT
D’ACTIVITES DE RECHERCHE
(juin 1999
– février 2004)
L'activité de Michel Lepiller
pendant cette période a été pour l’essentiel consacrée à l’étude des
circulations hydriques dans les formations carbonatées karstifiées. Elle
concerne des aspects très fondamentaux de la géodynamique de ce type de domaine
puisque l’étude de la genèse et du fonctionnement des systèmes hydrologiques
karstiques, étroitement liés au développement de la porosité secondaire acquise
par dissolution, se confond avec celle de l’érosion des aires carbonatées, et
des aspects très appliqués puisque plusieurs caractéristiques de ces systèmes
(volume de réserve, volume d’eau transitant, etc..) et au moins une des
variables qui contrôlent la dissolution (la vitesse de l’eau) interviennent dans
le déplacement de l’eau et des substances qu’elle transporte, touchant ainsi
directement aux questions de gestion de la ressource et de sa qualité.
Le système karstique de Bange-L’Eau-Morte (chaînon occidental des
Bauges : Semnoz) est un système expérimental sur lequel sont évalués les
contrôles géodynamique et climatique de la karstification, le rôle de cette
dernière dans l’érosion des séries carbonatées des marges des chaînes de
collision (massifs subalpins des Bauges et des Bornes) et son rôle possible sur
le comportement mécanique des ensembles géologiques concernés.
L’acquisition des données
(débit, température de l’eau, conductivité électrique), en cours depuis 23 ans
et en majeure partie à compte de laboratoire, a été poursuivie. Le dispositif de
mesure et d’enregistrement de la conductivité mis en place début 1998 est
maintenant opérationnel après résolution de plusieurs problèmes de
fonctionnement du module d’acquisition de données. Ce système karstique offre
actuellement une chronique de débits et de concentration de HCO3- unique par sa
longueur et sa résolution (fréquence journalière pour HCO3-). Son exploitation
est en cours. Elle a donné lieu à plusieurs sujets de projets réalisés à l’E.P.U.O.
et au stage de DEA de Thibault MATHEVET (DEA Hydrologie, Hydrogéologie,
Géostatistiques et Géochimie, Ecole des Mines de Paris) en collaboration avec
Alain MANGIN, Laboratoire Souterrain de Moulis (UMS CNRS T 1816), soutenu en
2002; l’influence de la température de l’air sur l’intensité de la dissolution
et le débit massique de carbonate exporté est en cours d’évaluation ainsi que
les modalités et lieux d’exercice de la dissolution au sein du système karstique
et celles du transport de la charge dissoute par les différents types
d’infiltration (immédiate, différée, lente). la modernisation de la station et
son inclusion dans le réseau d’observation de l’Agence de l’Eau
Rhône-Méditerranée-Corse sont envisagées.
Des expériences de
traçages ont été poursuivies dans la partie aval du drain dans le but de
compléter l’étude de l’évolution de la forme de la distribution des temps de
séjour d’une substance en fonction de diverses variables : temps moyen de
séjour, débit, etc… Les résultats de cette expérimentation sont directement
utilisables dans une méthodologie - actuellement en cours d’élaboration - de
mise en œuvre et d’exploitation des traçages aux fins de simulation du transit
de substances polluantes dans un système karstique.
Sur le système
karstique des Trois-Fontaines (craie du Gâtinais de l’Est, France),
l’acquisition des données relatives aux substances phytosanitaires et
fertilisants a été poursuivie. Là encore, il s’agit d’étudier les modalités
d’infiltration sur une échelle de temps cohérente avec les composantes
naturelles de l’écoulement déterminées par les oscillations des variables
climatiques à court ou moyen terme. La poursuite de l’étude diachronique pendant
une dizaine d’années, selon un protocole allégé, a permis de mettre en évidence
le rôle prédominant de l’hydrologie sur le transit des molécules de
phytosanitaires, la fonction d’entrée de ces dernières restant pratiquement
inchangée, et de confirmer la faiblesse (- de 1 pour mille) de la fraction de la
masse appliquée transitant jusqu’à l’exutoire du système responsable de la
dégradation de qualité observée.
Outre celle des phytosanitaires et fertilisants, le système des Trois-Fontaines
et le Gâtinais de l’Est dans son ensemble permettent l’étude des premiers stades
de l’érosion des séries carbonatées des bassins sédimentaires et de la partition
de l’aquifère crayeux en systèmes karstiques assurant la dissipation de
l’énergie reçue par l’eau de pluie au niveau de leur bassin versant. De 1999 à
2002, une dizaine de traçages et plusieurs cartographies piézométriques sont
venus compléter le schéma d’organisation des circulations karstiques
actuellement représenté sur une carte du Gâtinais à 1/100 000 et dont la
publication devrait intervenir dans le cadre de l’ouvrage « Eaux souterraines de
la France » en 2002-2003.
Le système karstique établi dans le calcaire de Beauce sous le Val-d’Orléans
permet l’étude de la genèse d’un système essentiellement alimenté par des pertes
fluviales (celles de la Loire). Plusieurs campagnes de traçages réalisées en
collaboration avec P. Albéric et les plongeurs de l’Association Spéléo
Subaquatique Loiret ont permis de mettre en évidence la « précarité
hydraulique générale» du cours amont du Loiret liée au contexte géodynamique du
corridor fluvial et accentué par des causes anthropiques. Cette précarité se
manifeste par le fonctionnement habituel de plusieurs orifices en pertes et par
la tendance de certains autres à présenter ce type de fonctionnement. Un modèle
conceptuel d’organisation des écoulements intégrant les observations effectuées
par les plongeurs spéléologues peut être maintenant proposé et servir de support
à la réflexion sur l‘utilisation de la ressource en eau du système du Val
d’Orléans.
Le transfert d’énergie et le transport de matière entre l’aquifère karstique
sous-fluvial du Val d’Orléans et l’aquifère alluvial qui le surmonte ont été
étudiés en collaboration avec M. TREUIL et F. LE BORGNE, (Laboratoire P. Süe du
CEA, I.P.G., Universités Paris VI et VII, Société Morillon-Corvol), dans le
cadre de la thèse de ce dernier, soutenue en juin 2001. Un fort confinement, au
moins local, de la partie alluviale de l’aquifère et ses conséquences sur la
dynamique des substances polluantes d’origine agricole a pu être mis en évidence
par la géochimie des eaux, les traçages et l’hydrodynamique.
Programme National de Recherches sur les Zones Humides (Mares) : Mise en
évidence par analyse factorielle (ACP Centrée-réduite) de la pluralité des
processus contrôlant les caractéristiques physico-chimiques et chimiques de 8
mares du canton de Châteauneuf-sur-Cher. Réalisée en collaboration avec B.
SAJALOLI, E.N.S. Fontenay-St-Cloud et N. HAMARD, Fac.
Lettres, Univ. Orléans, cette étude se poursuit
dans le cadre de la deuxième phase « pôle relais mares et mouillères ».
Michel Lepiller a participé au volet hydrogéologique du
programme de Gestion Durable de la Ressource en Eau des îles des îles Loyauté
mis en œuvre conjointement par l’institut pour la Recherche et le Développement,
l’Université de Nouvelle Calédonie et l’Université d’Orléans. Deux missions d’un
mois, préparées par des missions plus longues d’élèves stagiaires techniciens de
l’E.P.U.O.et effectuées en juillet-août 2002 et 2003, ont permis, grâce à une
prospection minutieuse de portions de littoral destinée à y mettre en évidence
des zones d’exhaure, à la réalisation de traçages artificiels et à une analyse
géomorphologique, de substituer à la représentation classiquement admise d’un
aquifère homogène à porosité essentiellement interstitielle celle d’un aquifère
hétérogène à double porosité interstitielle et karstique fonctionnelles. La
compréhension de la genèse et donc de la répartition géographique de cette
karstification, probablement liée à des processus de dissolution résultant du
mélange de l’eau douce avec l’eau salée qu’elle surmonte, s’avère essentielle
pour la protection de la qualité de la ressource en eau douce de ces îles en
voie d’accès à la consommation et au développement.
Michel Lepiller est
également associé aux recherches menées par le Centre de Développement des
Géosciences Appliquées de l’Université de Bordeaux (Pr. Joêlle Riss) en
association avec le bureau d’études Cetra et le Conseil Général des Pyrénées
atlantiques sur l’hydrogéologie karstique des chaînons béarnais (thèse Fabrice
Rey).
