Suivi hydrologique du glissement-coulée de Super-Sauze par expérimentation contrôlée de pluie

Contrairement aux expérimentations du glissement de Laval, le suivi hydrogéophysique n’a pas encore fait l’objet d’une publication. Les résultats sont donc présentés ci-dessous. Les résultats et les interprétations du suivi hydrologique et hydrodynamique sont discutés dans Debieche et al. (2011) et Krzeminska et al. (2011).

Figure 4.8– Suivi de l’infiltration d’eau de pluie par tomographie de résistivité électrique au glissement-coulée de Super- Sauze A) variations des résistivités apparentes de la zone de pluie et de la pluie, B) variation du RMSE associés aux tomographies inversées, C) tomographies de résistivité électrique inversée du 10 juillet 2007 (avant le début de la pluie).

4.2.5.1 Résultat du suivi par tomographie de résistivité électrique

La Figure 4.8 A présente la variation temporelle de la moyenne des résistivités apparentes de trois quadripôles dans les profils T1, T2 et T3 à l’intérieur de la zone de pluie. Lors de la première partie de l’expérimentation (10 au 13 juillet 2007), les variations sont faibles (environ 0.5 Ω.m). Lors de la seconde partie (17 au 20 juillet 2007), une légère diminution des résistivités apparentes est observée (environ -1 Ω.m). Cette diminution est corrélée à une baisse de résistivité de l’eau de pluies suite à l’ajout de chlorure comme traceur.

Les tomographies de résistivité inversée présentent des RMSE inférieures à 3.2% (Figure 4.8 B). Les résistivités inversées (10 à 50 Ω.m) sont comparables à celles observées dans les campagnes électriques précédentes sur le glissement (Figure 4.8 C). Des incohérences de résistivités électriques sont toutefois identifiées à l’intersection des profils T2 et L1. La perte de sensibilité en profondeur et des changements de résistivités dans la direction perpendiculaire aux profils en sont les explications les plus vraisemblables.

4.2.5.2 Interprétation des variations de résistivités électriques

Une méthodologie de traitement en time-lapse similaire à celle présentée dans Travelletti et al. (2011) a été utilisée. Les faibles variations observées et l’absence d’une zone témoin sèche pour valider les observations rendent délicate l’interprétation des résultats. Une faible diminution des résistivités (-5% à -10% de la référence, équivalent à 1 - 5 Ω.m) est identifiable dans le premier mètre de profondeur. Elle affecte les profils T1 et T2 sur toute leur longueur (y compris à l’extérieur de la zone de pluie). Cela peut être expliqué par des écoulements préférentiels de surface ou de subsurface divergeant hors de la zone d’infiltration (Figure 4.9).

L’effet de l’augmentation de la teneur en eau sur la réponse électrique du sol semble toutefois mineur par rapport aux effets des variations de température et de résistivité de l’eau de pluie dans les premiers centimètres de profondeur, en effet :

- aucune variation significative de résistivité n’est détectée au cours de la première partie de l’expérimentation. Dans la seconde partie, une diminution de résistivité se produit directement après l’ajout de chlorure dans l’eau de pluie (Figure 4.8 A) ;

- une augmentation moyenne de la température de 5°C a lieu dans les premiers centimètres du sol (Kreminska et al., 2011).

La combinaison de ces paramètres peut faire diminuer la résistivité électrique de quelques Ω.m dans les premiers centimètres du sol à taux de saturation constant. La forme des anomalies est cependant informative sur la géométrie des structures hydrologiques. Le développement d’une anomalie négative de résistivité à la distance 17 et 20 m sur le profil T2 en aval de la zone d’infiltration indique la présence d’une zone de fractures verticales (Figure 4.9) dont la présence est confirmée sur le terrain (Debieche et al., 2011) et identifiable dans les levés au scanner laser. Cette zone de fracturation correspond notamment à l’endroit où les plus importants déplacements ont été observés pendant l’expérimentation (§ 5.3.2.2). Des diminutions locales de résistivité en profondeur pourraient indiquer l’existence de nappes perchées, cette affirmation nécessite toutefois d’être validée par des mesures directes étant donné la faible amplitude des variations de résistivité. L’influence de la résistivité de l’eau de pluie et de la température diminue rapidement en profondeur. Au-dessous du mètre, les variations de résistivités sont pratiquement nulles, les anomalies positives de résistivité à cette profondeur sont vraisemblablement des artefacts similaires à ceux généralement observés au-dessous d’une zone de faibles résistivités (pertes de sensibilité du modèle) (Clément et al., 2009).

Figure 4.9– Variations de résistivité électrique des profils T1, T2 et L1 par rapport à la référence du 10 juillet 2007. Leur position est indiquée dans la Figure 4.7 B.

4.2.5.3 Discussion de l’expérimentation contrôlée de pluie sur le glissement-coulée de Super-Sauze

Bien que la progression en profondeur du front d’infiltration n’ait pu être détectée avec certitude, des zones d’infiltration préférentielle ont été tout de même identifiées en aval de la parcelle sur le profil T2. L’ajout de chlorure dans la seconde partie de l’expérimentation a effectivement permis d’augmenter les contrastes de résistivité entre la matrice du sol et l’eau de pluie devenue plus conductrice que dans la première partie de l’expérimentation. La faible perméabilité de la matrice (Ks de 3.9 10^-7 m.s^-1 déterminé par Slug-test, Debieche et al., 2011) a limité considérablement la capacité d’infiltration du sol dont les conditions initiales étaient déjà proches de la saturation. Seul seize pourcents du volume d’eau de pluie a pu s’infiltrer (Debieche et al., 2011), ce qui explique en partie les faibles contrastes de résistivité observés.

L’existence d’infiltrations préférentielles est également suggérée par les analyses hydro-géochimiques et les chroniques piézométriques. En effet, les réponses piézométriques et les concentrations de traceurs dans le sol illustrent l’importante variabilité spatiale et temporelle de la réponse hydrologique du milieu (Figure 4.10). Par conséquent, la présence de nappes perchées temporaires plus ou moins interconnectées est possible (FIgure 4.11, Debieche et al., 2011). De plus, l’infiltration préférentielle le long de fissures est également supportée par les mesures de teneurs en eau volumiques des sondes TDR placées à 0.45 m de profondeur au centre de la parcelle d’infiltration (Figure 4.7 B, Figure 4.10). Une évolution rapide des teneurs en eau de ~35% (condition initial) à ~42% (saturation) est effectivement observée quelques heures après le début de la pluie. L’interface située à environ 1 m de profondeur pourrait correspondre à l’extension moyenne de ces fissures (limite entre la zone saturée et non saturée suggérée par Malet, 2003). Elle sépare un milieu de faible résistivité (< 20 Ω.m) d’un milieu de résistivité plus élevée (> 20 Ω.m) (Figure 4.8 C).

Figure 4.10 - Réponses rapides en variations piézométriques et en teneurs en eau probablement dues à des infiltrations préférentielles dans des fissures à l’échelle de la parcelle d’expérimentation (adapté de Debieche et al., 2011).

En se basant sur les relations ‘’résistivités-teneur en eau’’ établies en laboratoire sur des échantillons de sols argileux (McCarter, 1984 ; Fukue et al., 1999 ; Michot et al., 2003), l’augmentation de la teneur en eau observée à -0.45 m correspondrait à une diminution de résistivité d’environ 2 à 4 Ω.m, ce qui est difficilement détectable dans les conditions de terrain. Par ailleurs, la non-unicité de l’inversion et la diminution de la sensibilité avec la profondeur sont parmi les facteurs limitant la précision des modèles de résistivités (Travelletti et al., 2011). Finalement, l’importante hétérogénéité spatiale de la réponse hydrologique montre que le problème est résolument 3D. Par conséquent, des effets latéraux (e.g. la présence de nappes perchées) ont vraisemblablement affecté la qualité des tomographies 2D.

Figure 4.11- Modèle conceptuel hydrologique de la parcelle d’expérimentation de pluie réalisée sur le glissement-coulée de Super-Sauze, (1) infiltration préférentielle, (2) infiltration matricelle, (3) nappes perchées, (4) écoulements latéraux (Debieche et al., 2011).