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Académie d"Aix-Marseille

Université d"Avignon et des Pays de Vaucluse

THESE pour obtenir le grade de docteur de l"Université d"Avignon et des Pays de Vaucluse

Discipline : Sciences de la Terre

Spécialité : Hydrogéologie

École Doctorale 380 - Sciences et agronomie

présentée par

Frédéric Lalbat

Fonctionnement hydrodynamique de l"aquifère du

Miocène du bassin de Carpentras (Vaucluse, France) soutenue le 2 novembre 2006, devant le jury composé de : Bernard Blavoux Professeur, Université d"Avignon Président Olivier Banton Professeur, Université d"Avignon Directeur de thèse

Didier Graillot Directeur de Recherche, Ecole

Nationale Supérieure des Mines de

Saint-Etienne Rapporteur

Christian Leduc Directeur de Recherche, Institut de

Recherche pour le Développement Examinateur

Séverin Pistre Professeur, Université de Montpellier

II Rapporteur

Jean-Michel Puig Maître de Conférence, Université d"Avignon Examinateur iii Frédéric Lalbat (2006) Fonctionnement hydrodynamique de l"aquifère du Miocène du bassin de Carpentras, Th. Doctorat Hydrogéologie, LHA, Univ. Avignon Apprentissage (avant-propos) Mon travail s"est déroulé dans le cadre confortable d"une précieuse allocation de recherche assortie d"un monitorat, et suivie d"un poste d"attaché temporaire d"enseignement et de recherche. Malgré la précarité - pomme de discorde de cette année

2006 - de ces contrats, ils m"ont permis de vivre l"expérience de la thèse sans me soucier

de mes conditions matérielles. Pourtant cette situation a peut-être quelque peu endormi ma clairvoyance. Trop

séduit par la tiédeur de la facilité, je me suis engagé sur une plaine brumeuse et froide,

sans carte, sans boussole, sans arbres et sans m"en rendre compte. J"étais bien couvert et je ne devais pas chasser pour me nourrir. Mon bâton de pèlerin dans une main, l"autre tendue en avant pour ne pas heurter trop fort les obstacles invisibles : j"ai pris la route. Au cours de mon périple j"ai rencontré de nombreux voyageurs. Certains couraient, d"autres marchaient à reculons, pour être dans le sens du vent. J"en ai vu assis, immobiles depuis des années, bien ancrés sur leur position. Il y en a un qui avait les yeux fermés : quitte à ne rien voir autant l"avoir choisi. Les pessimistes prétendaient que le brouillard ne se lèverait pas. Et moi j"étais bien au chaud, dans ma parka d"allocataire.

Mais il faut avoir froid pour vouloir survivre.

Dans un endroit tranquille, à l"abri des regards, et pourtant au milieu de tous, dans le brouillard, j"ai jeté mon barda encombrant.

Nu, j"ai vu le Soleil.

Juillet 2006

v Frédéric Lalbat (2006) Fonctionnement hydrodynamique de l"aquifère du Miocène du bassin de Carpentras, Th. Doctorat Hydrogéologie, LHA, Univ. Avignon Remerciements Avant de l"aborder, je croyais cet exercice des remerciements difficile. En fait, il l"est. Difficile mais pas fastidieux, car il n"y a alors plus de place pour relater les écueils, l"amertume passagère, les périodes de découragement. Le temps, la mémoire et le travail en ont fait des réussites, des souvenirs constructifs et durables, et des moments de doute cartésien. Ce travail de quatre ans est restitué dans ce document sous sa forme scientifique et impersonnelle. Je profite donc de ces dernières pages liminaires pour rappeler qu"en

marge des aspects et des échanges scientifiques, j"ai vécu de nombreuses rencontres.

Certaines n"ont duré qu"un instant, j"en ai manquées quelques unes et d"autres grandissent peu à peu en une amitié que j"espère durable. Même si je vais à l"encontre du protocole, je souhaite adresser mes premières pensées de reconnaissance aux personnes que j"ai croisées lors de mes prospections dans le bassin de Carpentras. Pour la plupart, je ne saurais citer leur nom et très peu auront un jour l"occasion de lire ces quelques lignes. Pourtant ce sont eux qui m"ont guidé vers chaque puits ou forage auquel j"ai eu accès ; ce sont elles qui m"ont ouvert leur région, encore rurale malgré l"expansion des villes tentaculaires. J"ai découvert un monde que j"ignorais où la rustrerie cache la chaleur humaine et l"accueil, où la brutalité cache la sympathie, où le langage parfois simpliste cache une grande ingéniosité pragmatique et une véritable conscience de l"environnement qui nous entoure. J"ai rencontré des gens qui

lèvent la tête au ciel ; ils regardent les nuages le jour et la Lune la nuit ; ils n"y cherchent

pas un émerveillement béat mais des repères pour marcher sur terre. Ces contacts sur le terrain ont souvent été facilités par Michel Briès, Guy Faure ou Patrick Granger. Ils m"ont transmis une part du savoir qu"ils ont accumulé au fil de leurs interventions techniques dans le bassin. C"est grâce aux petites conversations avec Michel ou Patrick que ma curiosité s"est accrue et que la nécessité d"une vision nouvelle du système aquifère est apparue. Quant à la thèse de Guy, elle occupera toujours une place de choix, sinon sur l"étagère de mon bureau, dans ma mémoire. Ce travail de thèse a été engagé grâce à la volonté de Bernard Blavoux, alors directeur du Laboratoire d"Hydrogéologie d"Avignon (LHA), et à Olivier Banton qui a accepté d"en assurer la direction scientifique. Ce dernier a su me laisser autonomie et

indépendance pour mener ce projet. Il m"a ainsi poussé à me forger des convictions

scientifiques fortes et à trouver les nécessaires arguments pour les étayer. Jean-Michel Puig n"a jamais été avare de son temps pour développer des conversations scientifiques

longues et avisées ; son esprit méticuleux multiplie les questions comme d"autres les

petits pains et son bureau est une jungle où les points d"interrogations cherchent des

réponses à leur mesure.

Je suis très reconnaissant à Séverin Pistre et Didier Graillot, qui ont accepté le rôle

de rapporteurs, et à Christian Leduc, examinateur, pour leurs remarques et leurs critiques constructives sur mon manuscrit, ou devrais-je dire tapuscrit. Ma recherche a été encouragée par l"intérêt de certains agents des organismes gestionnaires. Je pense en particulier à Sophie Vannier et Jean-Pierre Penel qui m"ont ouvert les portes de la Chambre d"Agriculture de Vaucluse. Je reste encore marqué par la vi Remerciements Frédéric Lalbat (2006) Fonctionnement hydrodynamique de l"aquifère du Miocène du bassin de Carpentras,

Th. Doctorat Hydrogéologie, LHA, Univ. Avignon

motivation et la modestie de Sophie. Je remercie Vincent Mayen et Laurent Cadilhac (Agence de l"Eau RMC) pour leur soutient ; et Guy Valencia (DIREN-PACA) et

Françoise Beaumont (DDAF de Vaucluse) qui m"ont permis d"accéder à de précieux

documents en m"ouvrant leurs archives. J"espère que le groupe de travail auquel vous participez maintenant saura relever le défi de convaincre les décideurs de mettre en place une politique de gestion à long terme de l"aquifère. De nombreuses personnes m"ont fourni une aide occasionnelle et toutefois précieuse. Je souhaite évoquer et remercier en particulier : Brigitte Bouquet (CIRAME), qui est à l"origine de l"essentiel des données climatiques ; Jean-Philippe Malet, pour ces conseils dans l"usage du GPS ; Nicolas Rampenoux et Marc Moulin (BRGM), qui m"ont transmis les chroniques de piézométrie enregistrées par le BRGM ; et Reynald Syracuse (SITA), qui m"a communiquer les relevés effectués sur le piézomètre du CET d"Entraigues. Je remercie tous les membres du LHA et du Département de Géologie qui ont tous participé à mon travail : Yves Travi, qui a pris le relais à la direction du laboratoire ;

Vincent Vallès, pour ses éclairages sur l"étude des variables régionalisées ; Christophe

Emblanch, pour qui un problème ne semble pas en être un pour peu que l"on puisse s"entraider ; Vincent Marc et Anne-Laure Cognard-Plancq, pour leurs relectures ; Dominique Pawlowski, qui a guidé mes premiers pas d"enseignant ; Claude Galzi, qui m"a montré comment résumer la cartographie en six heures de TD ; Roland Simler, un touche à tout qui collectionne aussi les questions ; Michel Daniel qui donne une note toute provençale à la vie du labo; Milanka Babik, volontaire et dynamique (faudrait pas qu"ça

traîne, non plus) ; Ginette Daniel et Richard Barachia, qui se sont succédés au secrétariat

et qui m"ont aidé dans mes relations avec les autres services de l"Université avec un égal dévouement. Bien sûr, je n"oublie pas Yves Bellion, alias Jean-Claude ou Ray, lui aussi du LHA. Je pouvais bien le faire patienter quelques lignes avant de lui donner une place de choix : un paragraphe pour lui tout seul. Je le remercie évidemment pour la relecture extrêmement attentive qu"il a faite des premiers chapitres de mon manuscrit mais je

retiendrai surtout la simplicité des moments passés avec lui durant cette année de

rédaction, sa générosité et ses astuces pour réaliser la meilleure confiture de figues en

quantité. Au labo, il y aussi les gens de passage plus ou moins long : Christelle, Seifu et Alex qui m"ont inculqué les rudiments des pratiques de survie durant une thèse ; Benjamin mon compagnon d"apprentissage ; Véronique et Cécile, deux étoiles souriantes, leur présence seule était réconfortante dans les moments de doute, je leur adresse ma sincère affection ; Maxime, un co-terrien peu banal ; Thibaut, Sylvain et Emilie qui assurent la relève ; tous les stagiaires et visiteurs venus au labo pour quelques jours ou quelques mois, en amenant toujours dans leurs bagages soleil, animation et bonne humeur. Enfin, et comme dernière reconnaissance, je souhaite au Laboratoire d"Hydrogéologie d"Avignon de nombreuses et belles années de recherche. Qu"il sache se maintenir à son haut niveau de compétence. Que les femmes et les hommes, les techniciens, ingénieurs, administratifs, enseignants et chercheurs qui le composent et le font vivre sachent unir leurs talents et leur volonté.

Décembre 2006

Remerciements vii

Frédéric Lalbat (2006) Fonctionnement hydrodynamique de l"aquifère du Miocène du bassin de Carpentras,

Th. Doctorat Hydrogéologie, LHA, Univ. Avignon

à Fatima qui a supporté discrètement les inconvénients d"aimer un passionné ix Frédéric Lalbat (2006) Fonctionnement hydrodynamique de l"aquifère du Miocène du bassin de Carpentras, Th. Doctorat Hydrogéologie, LHA, Univ. Avignon Sommaire Introduction ___________________________________________________________11

1. Cadre de l"étude______________________________________________________13

1.1. Situation géographique ____________________________________________14

1.2. Évolution géologique régionale depuis le Trias_________________________16

1.3. Contexte géologique local __________________________________________22

1.4. Hydrogéologie générale du bassin de Carpentras______________________30

1.5. Contexte et objectifs de la présente étude _____________________________35

2. Géométrie et remplissage du réservoir aquifère_____________________________37

2.1. Introduction _____________________________________________________38

2.2. Deux schémas géologiques _________________________________________40

2.3. Étude de la bordure est par tomographie électrique ____________________51

2.4. Schéma de remplissage de l"ensemble du bassin _______________________62

2.5. Conclusion ______________________________________________________76

3. Piézométrie et hydrodynamique _________________________________________77

3.1. Précision des mesures piézométriques et des courbes isopièzes ___________78

3.2. Piézométrie générale de l"aquifère molassique_________________________78

3.3. Relations avec les autres aquifères___________________________________80

3.4. Suivis piézométriques _____________________________________________86

3.5. Paramètres hydrodynamiques _____________________________________105

3.6. Étude de l"effet barométrique et des marées terrestres sur la piézométrie _110

3.7. Conclusion à l"étude des paramètres hydrodynamiques et de la piézométrie

4. Hydrochimie________________________________________________________133

4.1. Hydrochimie des ions majeurs _____________________________________134

4.2. Temps de séjour des eaux _________________________________________154

4.3. Évolution spatio-temporelle _______________________________________163

4.4. Apports de l"étude hydrochimique dans la compréhension du fonctionnement

hydrodynamique de l"aquifère du Miocène ______________________________167 x Sommaire Frédéric Lalbat (2006) Fonctionnement hydrodynamique de l"aquifère du Miocène du bassin de Carpentras,

Th. Doctorat Hydrogéologie, LHA, Univ. Avignon

5. Modélisation hydrodynamique de l"aquifère miocène du bassin de Carpentras__ 169

5.1. Rappels des principaux résultats des chapitres précédents _____________ 170

5.2. Description du modèle ___________________________________________ 170

5.3. Résultats ______________________________________________________ 178

5.4. Discussion et conclusion__________________________________________ 189

Conclusion générale___________________________________________________ 191 Bibliographie ________________________________________________________ 195 A1. Communication présentée le 5 octobre 2005 à Alicante (Espagne) à l"Intenational Workshop " From data gathering and groundwater modelling to integrated management » (4-8 octobre 2005) ________________________________________ 205 A2. Distribution des conductivités hydrauliques du modèle hydrogéologique _____ 213 Liste des tableaux _____________________________________________________ 221 Liste des figures ______________________________________________________ 223 Table des matières ____________________________________________________ 229 Ce document est disponible en ligne à l"adresse suivante : 11 Frédéric Lalbat (2006) Fonctionnement hydrodynamique de l"aquifère du Miocène du bassin de Carpentras, Th. Doctorat Hydrogéologie, LHA, Univ. Avignon Introduction Bien que moins spectaculaire que la source de Fontaine-de-Vaucluse, l"aquifère miocène du bassin de Carpentras renferme une ressource régionale d"importance actuelle et future. Il constitue un immense réservoir exploité dans tout le bassin et pour tous les usages. L"eau d"excellente qualité qu"il contient irrigue de nombreuses exploitations agricoles, alimente des milliers d"habitants et fait l"objet d"une mise en bouteille. Malgré l"importance des intérêts économiques et sanitaires en jeu, le fonctionnement de l"aquifère molassique est encore très mal connu et les conséquences d"une exploitation parfois inconsidérée ne sont pas évaluées. Devant la teneur élevée en nitrate de certaines nappes alluviales, un territoire du

bassin regroupant onze communes a été classé zone vulnérable aux nitrates par arrêté

préfectoral conformément à la directive 91/676/CEE du 12/12/1991. Depuis 1994 cette zone bénéficie d"attentions particulières en matière de communication, de concertation, de sensibilisation et d"initiation aux démarches et pratiques raisonnées de fertilisation.

Mais si l"aquifère alluvial fait l"objet d"un suivi, l"aquifère miocène, par contre, est

souvent considéré comme une ressource protégée des pollutions anthropiques à cause de son caractère captif ou semi-captif sur la majeure partie du bassin. Pourtant les campagnes d"échantillonnage menées à l"occasion de travaux de recherche universitaire dans les années 1980 puis 1990, montrent que certains forages

profonds présentent des teneurs en nitrate qui ne peuvent pas être attribuées à une

contamination naturelle. Parce qu"elles semblent éparpillées au milieu de concentrations plus faibles, ces fortes teneurs sont souvent expliquées par la conception ou la vétusté

supposées de l"étanchéité de l"ouvrage alors qu"elles pourraient être révélatrices ou

conséquences d"une contamination de l"aquifère profond. D"un point de vue quantitatif, le constat d"une baisse flagrante de la charge dequotesdbs_dbs10.pdfusesText_16

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