Résumé

Les régions de montagne constituent un espace géographique, géologique et climatologique très contrasté. Dans ce contexte hétérogène, Alpetunnel relève les valeurs de température, de conductivité et de débit sur 462 points d'eau répartis entre 600 et 2610 mêtres d'altitude sur les versants de Moyenne Maurienne (Savoie), avant le percement du tunnel ferroviaire sous les Alpes, de St Jean de Maurienne à Suze (Italie).

Ainsi pour répondre à la demande politique, économique et scientifique, une base de données informatique sur les sources de versants de moyenne Maurienne a été réalisée. Elle a permis ensuite de faire la synthèse sur les aquifères de versants par grandes unités géologiques.

Si l'on considère les exutoires de versants, la Moyenne Maurienne montre une hydrogéologie globalement très superficielle. Les sources étudiées sont principalement issues des formations quaternaires de recouvrement. Des circulations fissurales plus profondes sont observées dans les quartzites du Trias et les schistes lustrés mais elles sont difficiles à mettre en évidence sur l'ensemble du secteur. Toutefois, les faibles débits relevés au niveau des sources laissent supposer des pertes en profondeur par le réseau fissural ou par l'intermédiaire des contacts tectoniques à gypse.

Abstract

Mountain areas make up a geographical, geological and climatological unit that show a lot of contrasts. Within this heterogenous context, Alpetunnel's job is to record temperature, conctivity and flow at some 462 springs on the slopes of the Maurienne Valley (Savoie, France), at altitudes ranging between 600 and 2610 meters. This is done in view of the building of the railway tunnel under the Alps from St Jean de Maurienne to Suze (Italie).

A computer database on the springs of Moyenne Maurienne was set up in order to answer a joint request from political, economic and scientific partners. As a result, it made a synthesis of mountainside aquiferous rocks according to main geological units possible.

As a rule, the hydrogeology of Moyenne Maurienne is shallow. The springs that have been studied mostly come out of the covering quaternary rocks. Deeper fissure water movements were observed in Trias quartzites and schists but they are not representative of the whole area. However, the low flow of the springs suggests there might be deep underground water losses through fissures or through gypsum tectonic fractures.

Conclusion générale

L'objectif de ce travail était de faire une première synthèse sur l'hydrogéologie des versants de montagne en Moyenne et Haute Maurienne (Savoie) sur le tracé du futur tunnel ferroviaire à travers les Alpes.

Cette étude a débuté par la conception et la réalisation d'une base de données informatique. Celle ci constitue un inventaire des sources de versants et rassemble l'ensemble des informations connues sur la zone d'étude. En particulier, elle reprend les relevés de température, de conductivité et de débit effectués par Alpetunnel sur 462 points d'eau. Le suivi de ces sources a servi ensuite à faire la synthèse sur l'hydrogéologie des versants.

Cadre géographique, géologique et climatologique

La zone d'étude se situe dans le sud du département de la Savoie, en Moyenne et Haute Maurienne, sur les versants de la vallée de l'Arc. Elle concerne dix-huit communes de montagne entre Saint-Julien-Montdenis et Bramans. Les 462 points d'eau suivis sont répartis sur les versants entre 600 et 2610 mêtres d'altitude. Les mesures sont effectuées au pas de temps mensuel pour 293 points et temporairement sur 169 points.

Du point de vue géologique, le secteur d'étude recoupe les principales zones alpines internes séparées par des accidents tectoniques majeurs injectés de gypses. On trouve d'Ouest en Est: les flyschs éocènes à schistes, grès et calcaires delphino-helvétiques, puis les calcaires du jurassique de la zone sub-briançonnaise, ensuite le Houiller constitué de grès et schistes, et les gneiss du sapey du Briançonnais externe, les micaschistes paléozoïques supportant les quartzites et dolomies du Permo-trias et du Trias du Briançonnais interne, et enfin les schistes lustrés composés de calcschistes et calcaires du Crétacé reposant sur la "nappe des gypses".
Ces unités sont recouvertes par des formations superficielles quaternaires. Il s'agit de moraines, d'alluvions torrentielles, de cônes de déjection ou d'éboulis.
Les informations recueillies sur les dix stations Météo-France donnent la tendance climatique générale sur l'ensemble de la vallée pendant l'étude. Cependant, les stations de mesure ne dépassent pas 1540 mêtres d'altitude, elles ne donnent donc pas d'indications sur les conditions de la haute montagne.
Les précipitations, globalement déficitaires, sont comprises entre 500 et 900 mm et montrent une grande variabilité spatiale. L'année 1996 est marquée par une forte sécheresse jusqu'au mois de mai, suivie par des pluies estivales et automnales prononcées. L'hiver 1997 est également dÉficitaire. Les températures moyennes sont proches des normales malgré des températures estivales basses. Les mois d'hiver sont caractérisés par des températures négatives atteignant -5°C en moyenne, tandis que les mois d'été ont une moyenne de 15°C. La température est bien corrélée avec l'altitude selon un gradient qui varie entre -0,40°C/100m en hiver et -0,60°C/100m en été. Les paramêtres température et précipitations doivent tout de même être considérés comme représentatifs d'un endroit donné à un instant donné.
Les précipitations solides et le retard à l'infiltration ne sont pas abordés. De plus, le pas de temps mensuel utilisé pour les mesures de débit sur les sources rend impossible tout essai de bilan hydrique.

Hydrogéologie des versants de moyenne Maurienne

L'hydrogéologie des versants est abordée par grandes unités géologiques.

• Les Unités à flysch delphino-helvetiques présentent des circulations souterraines superficielles à travers les éboulis de flyschs et les moraines. Les sources étudiées présentent de faibles débits. Les précipitations alimentent directement ces aquifères. Ils peuvent aussi être en relation avec le réseau hydrographique ou avec des eaux issues d'un contact tectonique à gypses intraflysch. Un contact tectonique au sein des unités à flysch se caractérise par des sources à très forte minéralisation (supérieure à 800 mS/cm). Il confirme la structure très écaillée de la zone.Deux grandes zones de conductivités ont été mises en évidence. Des sources à faible conductivité (200 mS/cm) se trouvent au dessus de 1500 mêtres en rive gauche de l'Arc et des sources à plus forte conductivité (500 à 600 mS/cm) se situent sur le reste du secteur d'étude. Ces différences semblent être engendrées par des gypses et des cargneules repris au sein de la moraine sur le secteur minéralisé.
  
• La zone houillère présente des circulations souterraines superficielles à travers les matériaux quaternaires généralement glissés. Les grands glissements qui affectent le substratum rocheux permettent aussi des circulations beaucoup plus profondes, à la base de grands colluvia, dans le réseau de fissuration parcourant la zone désolidarisée. L'alimentation de ces écoulements est très variée. Ils sont soit alimentés directement par les précipitations, soit par des pertes du réseau hydrographique. Celui ci, trè s ramifié et temporaire, implique en effet une forte infiltration vers le milieu souterrain. Enfin, on observe une circulation "en cascade", les émergences amont alimentant les venues aval. Aucune source profonde de type thermominérale n'a été décelée, pas plus que des zones de contact à gypses intra-unité. Cependant, des zones à forte conductivité, dues à la présence de cargneules, ont pu être mises en évidence.
  
• La zone briançonnaise interne et la cicatrice Modane-Chevière constituent une unité géologique très complexe. Les écoulements souterrains sont superficiels au sein des formations quaternaires diverses qui recouvrent la zone. Le substratum constitué principalement par les quartzites est, du point de vue géologique et hydrogéologique, encore mal connu. Sa fissuration engendre la présence d'un aquifère généralement capacitif. Il semble être en relation hydraulique profonde avec les gypses voisins. Les quartzites présentent également des circulations très rapides comparables aux milieux perméables en grand.
  
• La zone d'Ambin est très complexe et très hétérogène par l'imbrication des différentes unités géologiques qui s y rencontrent. L'hydrogéologie associée reste superficielle. Les circulations épidermiques s'effectuent à travers les matériaux quaternaires. Elles ont lieu également au sein des formations en place mais elles sont très limitées. Les micaschistes permiens minéralisent peu les eaux qui atteignent des conductivités de l'ordre de 120 mS/cm.
  
• Les schistes lustrés présentent deux grands types de circulations. Des circulations superficielles rapides ont lieu à travers les matériaux quaternaires. Mais les eaux souterraines ,
  empruntent principalement le réseau de fissuration des schistes lustrés. Elles se perdent en profondeur et émergent rarement. Elles sont alors sûrement connectées avec l'aquifère perméable en grand de dissolution de la nappe des gypses qui joue le rôle de drain. Les aménagements anthropiques et en particulier la galerie EDF allant de l'Hortière à l'Ouest au vallon d'Ambin à l'Est drainent également une grande partie de ce réseau.
  
• Les gypses forment un aquifère très développé au niveau des contacts tectoniques majeurs. Cet aquifère est alimenté directement par les précipitations, les ruisseaux et les formations géologiques voisines. Il joue globalement le rôle de drain même si il ne semble pas directement lié aux formations voisines. Les rares sources observées pourraient être des sortes de trop plein. Elles mettent d'autre part en évidence des contacts intra-unité masqués ou peu évidents dans les unités à flyschs. Les gypses sont également associés avec les quartzites triasiques pour former un aquifère complexe silicaté et sulfaté.

Synthèse

Les grandes zones de contact à gypses ne présentent pas d'émergences, le drainage profond semble se diriger vers la vallée de l'Arc.

La Moyenne et Haute Maurienne montre une hydrogéologie globalement très superficielle. Les sources étudiées sont principalement issues des formations quaternaires de recouvrement. Des circulations fissurales plus profondes sont observées dans les schistes lustrés et les quartzites du trias mais elles sont difficiles à mettre en évidence sur l'ensemble du secteur. Aucune source profonde de type thermominérale n'a été décelée.

Les différentes unités géologiques ne montrent pas de différence de température et de débit. Il apparaît toutefois un écart de température de l'eau entre les sources situées en rive droite et en rive gauche de l'Arc. La température moyenne des sources en rive gauche est inférieure de 2°C à celle de rive droite et à la température de l'air. Les températures moyennes de l'eau décroissent avec l'altitude avec le même gradient que la température de l'air jusqu'à 1400 mêtres d'altitude. Au dessus de cette altitude, la température de l'eau se stabilise.

Les valeurs de débits restent faibles, généralement inférieures à 200 l/min. Elles sont difficilement exploitables vu le pas de temps mensuel utilisé et les erreurs liées à la mesure. Leur évolution est souvent restée sans explications.

La minéralisation de l'eau permet d'individualiser les sources de haute altitude. En effet, au dessus de 2100 mêtres d'altitude, toutes les sources étudiées présentent une conductivité inférieure à 200 mS/cm représentative d'une eau de surface. Les conditions climatiques extrêmes engendrent simplement des écoulements épidermiques liés aux précipitations solides stockées sous forme de glacier, de névé ou de glacier rocheux.

Cette étude a permis également de faire le bilan sur l'utilisation des mesures de température, conductivité et débit au pas de temps mensuel pour caractériser les aquifères de montagne. Le pas de temps mensuel est intéressant dans le cas de sources "profondes" typiques qui ne montrent que peu de variations. Il reste cependant insuffisant dans la majorité des cas et en particulier pour différencier les sources superficielles des sources profondes qui subissent des mélanges. Ce sont l'évolution des paramètres température et débit qui sont alors difficilement exploitables. En effet, les événements climatiques (entrées du système) ne sont pas corrélables avec les mesures de température et de débit (sorties du systême). Par contre les valeurs de conductivité sont fiables. Elles sont représentatives de l'aquifere par leur valeur liée à la géologie locale. Associées au débit, elles permettent de mettre en évidence les phénomènes de dilution.