ORE H+

Présentation
http://hplus.ore.fr/
Responsable H+ : Philippe Davy (Géosciences)
Directeur-adjoint en charge de la coordination des sites: Tanguy Le Borgne (Géosciences)
Responsable du site de Ploemeur : Olivier Bour (Géosciences)


Le service national d'observation H+ est une infrastructure de recherche dédiée à l'étude des eaux souterraines. Il est construit autour d'un réseau d'équipes de recherche et de sites hydrogéologiques dont les 4 principaux sont: Ploemeur (Morbihan) géré par l'OSUR, le S.E.H. de l'université de Poitiers, les sites de Campos (île de Majorque, Espagne) et du Durzon (Larzac), sous la responsabilité de l'observatoire OREME de Montpellier. Comme la plupart des grands services d'observation de la terre, H+ est sous la tutelle de l'institut national des sciences de l'univers (CNRS). Il a été lauréat des principaux appels d'offres du ministère de la recherche consacrés aux observatoires de l'environnement: Le programme ORE (Observatoire de Recherche en Environnement) en 2002, et SOERE (systèmes d’observation et d’expérimentation au long terme pour la recherche en environnement)en 2011. Les objectifs du projet H+ résument bien sa philosophie en matière d’études de terrain : "La mission première de l’observatoire H+ est de maintenir et de coordonner un réseau de sites expérimentaux capables de fournir des données pertinentes – y inclus des chroniques ou expériences long terme – pour la compréhension du cycle de l'eau et des éléments transportés dans les aquifères souterrains, afin de développer des outils de gestion des ressources en eau souterraines. Cet outil expérimental performant doit permettre de fédérer et de dynamiser les recherches en hydrogéologie au niveau national." Le couplage mesures/théories/modèles est une mission fondamentale de l’observatoire H+, la modélisation, à quel niveau qu'elle soit, étant un outil indispensable pour une gestion raisonnée de la ressource. L’observatoire a donc pour vocation de créer un lien pérenne entre les équipes de recherche intéressées par les aspects théoriques, numériques ou expérimentaux des transferts en milieu hétérogène. En 2008, un conseil scientifique international constitué de quatre des meilleurs hydrogéologues européens - Wolfgang Kinzelbach (président du comité, ETH Zürich), Jesus Carrera (Barcelone), Alberto Guadagnini (Milan) et Harry Vereecken (Jülich) - a évalué les activités de H+. Nous rapportons ici les principales conclusions et recommandations du comité : "The H+ program is doing excellent and fascinating work. It is the stronger the more it is focused. Particularly impressive is the multi-method approach (hydrology, hydraulics, geophysics, geodesy, environmental tracers). It sets a path for the future. The development of new experimental methods and the sharing of these experiences are a big asset of H+. The educational value of the exercise, including field training and courses, is immense. H+ rather than the sites themselves has had an effect of bringing people together. The researchers seem to like the effort and seem to get a boost for their work out of it despite the overhead. That is the major justification why the effort is worthwhile to be undertaken. H+ provides a lot of good science for very little money (as the infrastructural costs are partly shared and partly paid by other parties). The idea of the self-sustaining data bank is intelligent and non-conventional. It may well be the modern time answer to an authority collecting data over a very long time span. Its effectiveness is not yet proven and should be monitored. In summary, H+ is an excellent program."
Prospective
La prospective du Service d'Observation H+ a été réalisée dans le cadre de l'évaluation quadriennale réalisée par le Comité Inter-Organisme sur l'Environnement en 2009. Le texte ci-dessous reprend les enjeux et évolutions scientifiques. Elargissement de l’observatoire à de nouveaux sites Au-delà des éléments prospectifs déjà discutés dans le texte, nous menons une réflexion pour élargir les sites de l’observatoire à d’autres thématiques et/ou à d’autres pays. L’objectif est de faire d’H+ un cadre opératoire qui puisse • garantir la pérennité des infrastructures avec le respect des objectifs scientifiques définis, • assurer la collecte et la sauvegarde des données, • faire la promotion des projets de recherche susceptibles d’enrichir la caractérisation ou d’utiliser les données, • profiter des compétences et de la dynamique développées au sein d’H+ autour de l’instrumentation et de la modélisation sensu lato. Cette extension du service d’observation H+ doit se faire évidemment dans le respect des règles édictées et avec un niveau d’exigence élevé sur la qualité scientifique, seul gage pour faire du service d’observation une structure de recherche en pointe au niveau international sur les thématiques traitées. Une telle évolution n’a de sens que 1) si elle s’accompagne de moyens permettant de réaliser ces missions nouvelles, et 2) dans le cadre d’une décision commune du conseil de H+ et des tutelles. Depuis Novembre 2005, Deux sites ont rejoint l’observatoire H+ en 2006: • un site à Majorque en Espagne (thématique salinisation des aquifères, responsable Philippe Pezard de Montpellier), • l’infrastructure expérimentale de Strasbourg (responsable Philippe Ackerer), Un nouveau site a été labellisé par le réseau en 2009. Ce site, situé dans le Larzac et piloté par Jean Chéry de Géosciences Montpellier, a pour objectif de mieux comprendre les processus qui contrôlent les variations spatiotemporelles du stock d’eau dans les milieux karstiques en observant in-situ des quantités hydrologiques, géophysiques et géodésiques associées aux flux d’eau à l’intérieur du karst. Une réflexion est aussi menée pour obtenir un soutien de l’Europe sur l’observatoire. Cela passe soit par l’intégration de sites hors du territoire national (voir plus haut), soit par une collaboration avec des structures identiques d’autres pays de l’union européenne. La réflexion est déjà bien avancée, notamment parce que les sites d’H+ ont été intégrés de longue date dans des programmes européens (SALTRANS et ALIANCE). La réflexion ne se limite pas à l’échelle européenne. Il existe en particulier aux Etats-Unis des sites très bien instrumentés (voir le projet) avec lesquels nous pourrions travailler. Là encore, des contacts très étroits existent via la collaboration établie avec Fred Paillet de l’université du Maine, qui a participé activement au développement du site de Mirror Lake. Prospectives scientifiques et instrumentales Après cinq années de fonctionnement, une discussion prospective a eu lieu lors du workshop « projet hydrogéologie » les 6-7-8 Octobre 2008 à Poitiers. Cette discussion a permis d’identifier une série d’objectifs scientifiques pour les prochaines années. Par la diffusion des données de l’observatoire, le développement des collaborations, l’accueil des équipes sur les sites, le réseau H+ doit devenir une référence du point de vue de la connaissance du cycle de l’eau, de l’expérimentation sur les sites et de l’accumulation de données pour le test des modèles. Nous synthétisons ci-dessous les orientations proposées concernant les moyens et les données nécessaires. • Méthodes de caractérisation de l’hétérogénéité : Le développement de nouvelles méthodes de caractérisation de l’hétérogénéité est une priorité de l’observatoire pour les prochaines années, avec l’objectif de progresser dans la connaissance des propriétés d’écoulement et des temps de transferts dans les aquifères hétérogènes. L’organisation spatiale de l’hétérogénéité de structures, de flux et de temps de résidence, et les lois d’échelle qui existent sont des éléments de connaissance particulièrement critiques pour la compréhension et la modélisation de ces systèmes. Développement des nouvelles méthodologies. Malgré de nombreux travaux, l’imagerie de la géométrie des structures d’écoulement entre forages reste très problématique. Les nouvelles sondes développées par les équipes d’H+ au cours des cinq premières années (sondes géophysique, de mesure de vitesse, traçage), qui seront exploitées et déployées au maximum sur les différents sites, contribueront de manière significative au progrès dans ce domaine. Par ailleurs, le couplage des mesures hydrogéologiques (ex : pression, traçage…) et des mesures géophysiques (ex : sismique, radar, électrique..) est également considéré comme l’une des voies les plus prometteuses. Les méthodes hydrogéophysiques ont connu un fort développement ces dernières années et ont été testées avec succès, principalement pour l’imagerie des aquifères sédimentaires superficiels. De manière générale, la question du problème inverse a été étudiée principalement en se basant sur des distributions continues de perméabilité qui sont peu adaptées aux milieux hétérogènes fortement chenalisés. De part l’accumulation des données existantes et leur instrumentation, les sites de l’observatoire H+ sont particulièrement bien adaptés pour tester et développer ces méthodes pour des milieux très hétérogènes et fortement chenalisés. Accumulation de données pour une meilleure connaissance des milieux hydrogéologiques hétérogènes. Les connaissances acquises sur l’hétérogénéité du milieu des écoulements sur les sites de l’observatoire serviront de référence pour la définition des modèles conceptuels de milieux hétérogènes utilisés dans les études théoriques et numériques. Ceci concerne en particulier, la distribution de perméabilité (distribution des valeurs, variance, distribution spatiale 3D, propriétés d’échelle) et les propriétés de connectivité des chemins préférentiels. Les données acquises sur les sites sur l’hétérogénéité du milieu et des écoulements seront complétées dans les prochaines années par des tests de traçage à différentes échelles avec l’objectif de quantifier la distribution des temps de résidence et de la réactivité. Transfert des connaissances et des méthodologies. L’une des priorités des prochaines années est le transfert des connaissances et de méthodologies acquises vers les utilisateurs in fine (bureaux d’étude et gestionnaire). La plupart des sites hydrogéologiques ne sont pas aussi instrumentés que les sites de l’observatoire, ce qui pose la double question de l’impact de la densité de données sur la qualité de la prédiction, et de la généricité de la connaissance acquise sur les sites. Ces deux points feront l’objet d’études spécifiques. • Qualification des processus L’identification et la quantification des processus réactifs (réactivité microbienne, biodiversité souterraine, interactions fluide-roche) devraient être des apports particulièrement importants de l’observatoire H+ pour les prochaines années. Les sites de l’observatoire sont bien adaptés pour réaliser des expérimentations in situ dans un contexte relativement bien connu sur le plan géologique, géophysique et hydrogéologique. L’objectif est de coupler ces études avec des recherches sur les processus physico-bio-chimiques. Nouveaux dispositifs expérimentaux de laboratoire. L’observatoire favorisera le développement de l’expérimentation en laboratoire, nécessaire pour la caractérisation des processus réactifs présents sur les sites. Les développements instrumentaux en laboratoire incluront entre autres: la plateforme génomique du CAREN pour la caractérisation des bactéries, la tomographie RX pour la caractérisation des processus de dissolution/précipitation, les modèles d’écoulement à l’interface fracture/matrice, etc. L’étude du changement d’échelle pour la prédiction des processus réactifs se fera par la mise en place d’expériences de transfert réactif sur les sites à différentes échelles, en particulier avec l’utilisation de nouveau capteurs géochimiques et l’utilisation d’approches couplées de caractérisation de l’hétérogénéité des écoulements et des processus réactifs (ex caractérisation des échanges fracture/matrice par la mesure couplée écoulement/géochimie). Ces expérimentations se feront en complément de la surveillance géochimique long-terme qui est indispensable pour caractériser les cinétiques de réaction à l’échelle des sites. • Intégration dans des modèles systémiques ; études sur la vulnérabilité des sites La vulnérabilité des ressources souterraines est une question critique encore peu abordée d’un point de vue scientifique hormis les questions classiques de (dé)pollution. Une démarche d’évaluation de la vulnérabilité ou des risques encourus doit associer une démarche rigoureuse et pertinente de modélisation, avec une connaissance des sites et de leurs réponses à divers scenarii d’évolution. La quantification de l’incertitude est aussi partie intégrante de cette question. Les sites de l’observatoire sont des systèmes où un certain nombre de risques ou d’éléments de vulnérabilité sont potentiellement étudiables. Citons le changement climatique (ex : recharge sur le site de Ploemeur), la définition des périmètres de protection (site de Ploemeur), les intrusions des eaux salines (Ploemeur et Majorque), les pollutions exogènes (nitrates sur les sites de Ploemeur et Poitiers) ou endogènes (ex : sélénium sur le site de Poitiers). Sur ces thèmes, les prospectives de l’observatoire sont : La définition des modèles de site et de leur calage sur les données pose la question de la définition des processus à l’échelle des sites (upscaling), des propriétés moyennes qui les caractérisent et des conditions aux limites (recharge, ETP). Le calage avec les données est un problème inverse souvent difficile qui mérite une attention particulière. Ces questions s’accompagnent d’une réflexion nécessaire sur la définition des données critiques permettant de contraindre ces modèles (ex : datation des eaux pour les temps de transfert, mesure du volume effectif d’eau, de la surface spécifique pour une réaction donnée, etc.). Elles feront partie des questions centrales qui seront adressées sur les sites de l’observatoire au cours des prochaines années. Vulnérabilité/risques. Les projets ITN Marie Curie IMVUL et ANR MOHINI adressent spécifiquement cette question. Une des démarches de ces projets est de déterminer les données ou modèles critiques pour l’évaluation du risque, la nécessité ou non d’avoir une information spatialisée et une connaissance fine des processus. Si la question se pose à l’échelle des sites, elle se pose aussi à une échelle plus régionale sur l’estimation de la vulnérabilité de ressources. Dans la mesure du possible, l’observatoire contribuera à ce dernier aspect. Le couplage des modèles de sites avec des modèles socio-économiques, écologiques, de santé devra permettre un lien direct avec les applications sociétales. La gestion intégrée des ressources en eaux souterraines et l’estimation de l’impact des décisions nécessitent de pouvoir quantifier et modéliser les couplages entre les modèles hydrogéologiques et modèles socioéconomiques. Cette démarche constitue un sujet de recherche émergent pour l’observatoire.
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