À la recherche de la faille

L’eau ne coule pas toujours de source. Pour la détecter, les chercheurs sont parfois obligés de mettre en œuvre des dispositifs plus élaborés que les bâtons de sourcier. Pour la thèse qu’il a réalisée au sein de l’UMR Géosciences du Centre armoricain de recherche en environnement (Caren), à Rennes, Tanguy Le Borgne (ci-dessus, en haut à gauche) s’est appliqué à développer des méthodes pour détecter et modéliser les écoulements dans les sols fracturés. On entend par là des roches dures avec des failles. « Dans de tels sols hétérogènes, il est difficile de savoir comment circule l’eau, explique le jeune chercheur. Quels chemins emprunte-t-elle ? Combien de temps met-elle pour aller de la surface aux forages pompés ? Ces éléments sont essentiels pour protéger et gérer ces ressources. »

Où sont les failles ?

Les chercheurs du Caren ont la chance d’avoir un terrain d’expérimentation grandeur nature. Le sous-sol fracturé du site de Ploemeur, dans le Morbihan, d’où jaillit chaque année un million de mètres cubes d’eau potable. Mais où sont les failles ?

Pour les trouver, les chercheurs percent des forages de 10 à 150 m de profondeur et mesurent les vitesses d’écoulement de l’eau. « Ces forages nous donnent des informations, mais elles sont très localisées, précise Tanguy Le Borgne. On peut très bien passer à côté d’une faille importante si on n’a pas foré au bon endroit ! » Pour ne rien rater et voir ce qui se passe entre les forages, les chercheurs ont recours à d’autres types de mesures (électriques ou radar) qui pénètrent dans la roche(1). « On mesure les vitesses d’écoulement, les niveaux d’eau, des signaux géophysiques... pour reconstituer les structures d’écoulement. C’est le même principe que l’imagerie médicale, mais à une échelle différente ! »

1 - Tanguy Le Borgne (à droite) participe à la mise en place d’une sonde dans un trou foré sur le site de Ploemeur (Morbihan).
2 - Les relevés de terrain aident ensuite les chercheurs à réaliser des images en 3D des sous-sols : ici les orientations du réseau de fractures.
© Tanguy Le Borgne 

Comme les gaz dans les étoiles

Les mesures du terrain sont ensuite intégrées dans un modèle numérique destiné à prédire l’évolution future de la ressource. « Dans cette partie de ma thèse, j’ai fait beaucoup de physique statistique, car il faut raisonner de manière probabiliste pour imaginer les distributions spatiales possibles des écoulements entre les forages, poursuit le jeune chercheur. Et je me suis aperçu que ces calculs très fondamentaux s’appliquent à d’autres domaines comme la circulation d’éléments dans les océans, dans l’atmosphère ; la rencontre des gaz en combustion dans les étoiles... »

Coordonnateur d’un observatoire

Au final, les applications sont bien concrètes. Les nouvelles méthodes de mesure et de modélisation, développées depuis une dizaine d’années, ne sont pas encore utilisées en routine par les bureaux d’études. Elles sont testées pour le moment sur les sites de référence du réseau national de recherche en hydrogéologie. Tanguy Le Borgne coordonne ce service national d’observation composé de quatre sites (trois en France à Ploemeur, Poitiers, Montpellier, et un en Espagne, à Majorque), tous reconnus pour l’hétérogénéité de leur milieu.

L’objectif est d’arriver à prévoir l’évolution des masses d’eau souterraine : tant du point de vue de leur qualité (mélange des éléments chimiques) que de l’écoulement. Car dans un milieu fracturé, l’eau peut mettre entre un jour et plusieurs millions d’années à trouver son chemin !