Chimie des systèmes karstiques

Le karst, essentiellement composé de calcaire, couvre 30 % de la surface de l’Europe. La chaîne du Jura en présente une configuration particulièrement intéressante : un dénivelé important, de fortes variations de climats et une diversité des types d’infiltration rendent le karst qui la compose plus actif qu’en d’autres endroits. Le dispositif Jurassic Karst développé à Chrono-environnement assure depuis 2009 la surveillance des réserves en eau du massif du Jura, qu’une faible filtration et une vitesse de circulation rapide rendent très vulnérables. Il s’inscrit au cœur du programme CRITEX, labellisé « équipement d’avenir » au niveau national.

Jurassic Karst comporte plusieurs points d’observation : le site de Fertans, depuis 2009, suivi par Sophie Denimal, hydrogéologue à Chrono-environnement, et ceux de Fourbanne et Lods, ouverts aux investigations de Cybèle Cholet, doctorante au laboratoire, depuis fin 2013. Un quatrième site concerne les sources du Doubs à Mouthe, également depuis 2013, mais son exploitation s’avère encore délicate compte tenu de paramètres climatiques difficiles à gérer.

L’hydrochimie est une spécificité développée dans tous les travaux des hydrogéologues bisontins, que le géochimiste Marc Steinmann complète de ses compétences sur l’ensemble des sites. L’objectif est de suivre les relations entre fonctionnement biogéochimique de la zone d’infiltration et réponse hydrochimique du karst. La variété des sites choisis est une garantie de la qualité de l’observation : des gradients d’altitude s’étageant de 200 à plus de 1 000 m, des échelles de surfaces différentes, des infiltrations diffuses ou à l’inverse très localisées, des natures de sol variées, une circulation d’eau particulière selon la roche, rapide dans les fissures ou plus lente dans les microfractures… Les appareils de mesure et la fréquence des relevés sont, eux, identiques en tous points sur les quatre sites. Le débit, la température, la conductivité électrique, la fluorescence naturelle, la teneur en oxygène, le pH et autres paramètres chimiques sont enregistrés pour chaque source toutes les quinze minutes, et des prélèvements d’eau sont réalisés tous les quatre jours, toutes les deux heures lors de certaines crues. Les signaux chimiques sont transcrits en entrée et en sortie du système karstique, ainsi qu’au cœur de la roche, une analyse très fine et une première dans le massif du Jura. 1,8 million de données sont ainsi collectées, traitées et classifiées chaque année.

« La caractérisation chimique des différents types de sources apporte des clés sur leur fonctionnement, indique le chemin que l’eau a suivi, ses origines et la façon dont elle transite dans le massif. Ces données nous permettront ensuite de bâtir des modèles théoriques pour une compréhension plus grande des processus hydrogéologiques », explique Sophie Denimal.

Article paru dans journal en direct numéro 258 de mai-juin 2015.