Délimitation d`une Aire d`Alimentation de Captage d`eau

Partenariat 2010 – Savoirs – Action n°9
Délimitation d’une Aire
d’Alimentation de Captage
d’eau souterraine et
cartographie de la
vulnérabilité en contexte
volcanique
Note technique
Wuilleumier A,. Vernoux J.F., (BRGM)
Avril 2011

Partenariat 2010
Savoirs
Action n°9
Février 2011
Contexte de programmation et de réalisation
Les travaux présentés dans ce rapport ont été réalisés dans le cadre des activités de Service Public
du BRGM avec le soutien de l’ONEMA (convention de partenariat n°1900/09 – Année 2010).
Les auteurs
Jean-François Vernoux
Hydrogéologue
[email protected]
Arnaud Wuilleumier
Hydrogéologue
[email protected]
Les correspondants
Onema : Nicolas Domange, DAST, [e-mail]
Partenaire : Jean-François Vernoux, BRGM, Service EAU, [e-mail]
Référence du document : Wuilleumier A., Vernoux J.F. (2011) - Délimitation d’une Aire d’Alimentation
de Captage d’eau souterraine et cartographie de la vulnérabilité en contexte volcanique, note
technique
.
Droits d’usage :
Accès libre
Couverture géographique :
Niveau géographique [un seul
choix] :
Nationale
National
Niveau de lecture [plusieurs
choix possibles] :
Nature de la ressource
[plusieurs choix possibles ] :
Professionnels, experts
Document

BRGM 1/28
Délimitation d’une AAC et cartographie de la
vulnérabilité en contexte volcanique
Wuilleumier A., Vernoux J.F. (BRGM)
1. Contexte hydrogéologique
Compte tenu de l’existence de nombreux travaux antérieurs sur cette thématique, la
rédaction de ce chapitre s’appuie sur des éléments cités en bibliographie (Roux,
Banton et Bangoy, Maréchal, Malard, Vaudour, …) et en reprend certains extraits.
Les formations volcaniques se caractérisent en général par une structure complexe
avec des hétérogénéités présentes de l’échelle cartographique à celle du forage. Les
valeurs de porosités et de perméabilités observables au sein des formations
volcaniques varient en fonction :
- de la lithologie : les laves sont, parmi les formations volcaniques non altérées,
les roches présentant les perméabilités les plus élevées. L’empilement de coulées
« laves-scories » répété sur plusieurs centaines de mètres, définit un ensemble
potentiellement aquifère. Les roches intrusives (dykes, sills) non fissurées mais
également d’autres roches (ignimbrites, trachytes, roches altérées, matériaux
zéolitisés…) définissent des milieux aquicludes présentant une faible conductivité
hydraulique ;
- des types de perméabilités : il coexiste, au sein des aquifères volcaniques,
des perméabilités d’interstices et de fissures. La perméabilité d’interstices est présente
aussi bien au sein des formations basaltiques scoriacées, des formations
pyroclastiques et volcano-sédimentaires. La perméabilité de fissures s’exprime quant à
elle aussi bien dans les laves basiques (basaltes), sous la forme de fissures de
refroidissement pouvant atteindre de grandes ouvertures (cm à dm) que dans les laves
acides plus visqueuses où elle s’exprime sous forme de figures d’écoulement
(Lachassagne et Maréchal, 2004). Il peut être associé à ces perméabilités, une
perméabilité de fractures, d’origine tectonique. Exceptionnellement, la présence de
tunnels de laves au sein des basaltes fluides, de troncs de végétaux décomposés
ultérieurement à la mise en place de la formation qui les a fossilisés (lahars, cendres,
etc.) concourent aussi à la perméabilité des roches volcaniques et, parfois à
l’émergence de sources. Au contraire, l’existence de structures localisées,
imperméables, peut contribuer à compartimenter l’aquifère, en particulier, des
faisceaux de dykes imperméables, des paléosols, des intrusions massives et le
métamorphisme associé (Lachassagne et Maréchal, 2004) ;
- de la structure interne des coulées (cf. Illustration 1 présentée dans la suite du
texte) : des variations verticales de conductivités hydrauliques sont observables au
sein d’une même coulée ;
- du degré d’altération : les altérations météoritiques et hydrothermales
contribuent à l’hétérogénéité des milieux volcaniques (argilisation et précipitation de

BRGM 2/28
minéraux secondaires colmatant les porosités). Ainsi, les formations les plus saines
sont fréquemment les plus perméables.
1.1 Âge et altération du volcanisme en France
On rencontre ainsi en domaine volcanique des roches de nature très variée : coulées
basaltiques, roches pyroclastiques (cendres, lapillis, tufs…), filons (sill, dyke), lahars…
Leur évolution dans le temps (altération, tectonique, hydrothermalisme…) modifie de
plus souvent drastiquement leur comportement hydrogéologique. Un aperçu sommaire
de quelques âges des formations volcaniques rencontrées en France donne une idée
de la diversité des altérations potentielles et relatives de ces formations :
- Chaîne des Puys (Auvergne) : début de l’édification vers - 150 000 ans et
dernières coulées il y a moins de 8 000 ans ;
- Monts du Cantal : édification vers - 13 millions d’années et dernières coulées il
y a 2 millions d’années ;
- Bassin de la Limagne : ce bassin sédimentaire présente de nombreux édifices
volcaniques dispersés, datant principalement de la période allant de l’Oligocène
terminal au Miocène moyen (soit entre 25 et 11 millions d’années) ;
- Volcanisme de la ligne Aubrac Cap d’Agde (Bourlier et al., 2005) : les monts de
l’Aubrac se sont édifiés à la fin du Miocène (entre 6 et 9 millions d’années)
tandis que le volcanisme marin du cap d’Agde date du Quaternaire (vers
-500 000 ans).
- Réunion : île composée de deux édifices volcaniques :
o Le Piton des neiges, dont l’émergence a débuté il y a 2 Ma environ et
dont la dernière éruption remonte à 25 000 ans ;
o Le Piton de la Fournaise, dont l’émergence remonte à 350 000 ans et
qui est toujours actif aujourd’hui (dernière éruption fin 2010). Les deux
volcans sont constitués par une alternance de scories et de laves de
plusieurs milliers de mètres d’épaisseur, recoupées par des dykes.
- Mayotte : l’émergence de l’île date de 8 Ma environ et les dernières coulées de
1,4 Ma environ (Jourdain et al, 2002).
- Martinique : les formations les plus anciennes (Sainte-Anne et la Caravelle)
datent de plus de 25 Ma, tandis que les plus récentes sont celles liées au
volcanisme de la Montagne Pelée (dernière éruption 1929-32).
- Guadeloupe :
o Basse Terre : Début de l’édification du massif vers - 3,5 Ma. Le massif
de la Soufrière (dont l’édification débute il y a environ 200 000 ans) est
actif (dernière éruption 1976-77) ;
o Les Saintes : édification entre - 5 et - 0,6 Ma ;
o La Désirade : - 145 à - 37,6 Ma.
- Collectivité d’Outre Mer de Saint-Barthelemy : - 43 à - 39 Ma.
La liste des territoires français présentant une activité n’est pas exhaustive, notamment
parmi les collectivités d’outre mer comme par exemple la Polynésie française.
1.2 Genèse des roches volcaniques

BRGM 3/28
On peut par ailleurs regrouper les édifices volcaniques selon leur genèse, de laquelle
découle une composition dominante : on distingue ainsi les formations à dominante
basaltique et celles à dominante andésitique. Les formations volcaniques à dominante
basaltique sont rencontrées essentiellement au niveau :
- des volcans bouclier, mis en place directement sur le plancher océanique et
ayant pour origine des points chauds ;
- des ensembles volcaniques à dominante basaltique, d’épaisseur et d’extension
variables, mis en place en contexte continental, et qui reposent de fait sur un
substratum non volcanique (socle cristallin ou métamorphique, formations
sédimentaires).
Ces types sont représentés sur le territoire français par :
- les îles de la Réunion et de Mayotte, ainsi que la plupart des îles volcaniques
de la Polynésie. Ces îles résultent de l’empilement de laves basaltiques, sur
plusieurs milliers de mètres d'épaisseur. Les coulées, d'épaisseur unitaire en
moyenne métrique, se sont en général mises en place sur des surfaces
relativement planes et peu inclinées, formant des planèzes. Elles sont
interstratifiées de paléosols et, de manière plus subordonnée, de formations
pyroclastiques. Des produits plus différenciés (phonolites, néphélinites, ponces,
ignimbrites) se mettent parfois en place, sous forme d'intrusions ou de coulées
et épanchements, souvent au sein de paléovallées, principalement lors de la fin
des grandes phases d'activité volcanique. Par ailleurs, certains édifices sont
soumis à des processus de démantèlement qui concourent au dépôt, à leur
périphérie, en particulier au sein de paléovallées, de formations sédimentaires,
de type alluvial en particulier. Les îles les plus anciennes sont aussi affectées
par des phénomènes de subsidence qui se marquent par l'édification de
ceintures coralliennes ;
- les ensembles présentant une histoire relativement courte et récente (la chaîne
des Puys par exemple, avec une activité sur moins de 100 000 ans, la partie
récente du Velay, etc.) comportent des maars, résultant de l'interaction
explosive entre une venue de magma et des eaux superficielles, des cônes de
scories, situés à proximité des points d'émission, et des coulées, mises en
place en général au sein de paléovallées. Ces deux derniers types de
formations sont en général prépondérants. Des épaisseurs importantes de
produits volcaniques, dans la chaîne des Puys en moyenne une centaine de
mètres, localement plus de 200 m, sont ainsi rencontrées à l'aplomb de ces
paléovallées qui entaillaient le substratum des formations volcaniques. Au droit
des cônes, les épaisseurs peuvent aussi atteindre ou dépasser ces valeurs.
Des produits plus différentiés (trachytes, phonolites, etc.) se mettent en place
sous forme de dômes et de protrusions. Des formations sédimentaires
(alluvions, tourbes, diatomites, etc.) et des paléosols constituent une partie du
remplissage des paléovallées et des dépressions que forment les maars.
- les autres distensions périphériques alpines du Tertiaire, qui ont généralement
fonctionné sur une période assez longue (plus de 5 Ma pour le Devès par
exemple) et/ou ayant émis de plus gros volumes de produits volcaniques sont
caractérisés par des séries plus épaisses, ce qui a pu conduire à la constitution
d'entablements basaltiques. Le Cézallier, l'Aubrac, la partie est du Velay, les