Résumé : Situé à 500 m d'altitude, dans le Bas-Dauphiné (Isère), sur l'axe Lyon Grenoble, l'étang du Grand-Lemps occupe un des nombreux vallons glaciaires de la région des terres froides. Ce marais est en cours d'atterrissement par des processus biochimiques de tourbification. Ainsi, l'eau libre ne représente plus que 7 ha des 53 ha de la zone humide. Ce secteur a la particularité de regrouper sur une même zone, une tourbière acide (ombrotrophe) à sphaignes et une tourbière alcaline (limnogène). Cette diversité de regroupements tourbeux ainsi que les particularités hydrologiques du marais (présence de sources limnocrénes) sont à l'origine d'une richesse faunistique et floristique qui concoure à l'intérêt scientifique et patrimonial du site.
Afin d'étudier le comportement hydrodynamique de la tourbière, cette dernière est, dans un premier temps replacée dans un contexte plus vaste constitué par son bassin versant hydrogéologique. Le " système tourbière " est entre autres, en interaction avec des systèmes annexes (précipitations, sources limnocrénes, eau libre, substra sédimentaire argilo-crayeux et activités humaines).
Dans un deuxième temps, les interfaces de la tourbière acide sont mis en évidence par des mesures spatiales de la conductivité et de la température des eaux.
Enfin les variations temporelles des débits, des niveaux d'eau, des conductivités et des températures ont été suivies durant deux mois d'été en périodes de pleine activité végétative.
Les calculs du bilan hydrologique montrent une différence significative entre le bassin versant topographique (7 km2) et le bassin versant souterrain (10 km2). La présence de nombreux écoulements souterrains ainsi que l'importance des flux limnocrènes sont mis en évidence. Ces derniers représentent 95% des apports au niveau du marais en période d'étiage.
Les mesures spatiales de conductivité et de température permettent d'individualiser la tourbière acide (conductivités comprises entre 30 et 400 µS/cm) au sein de son environnement alcalin (conductivités comprises entre 300 et 700 µS/cm).
Les mesures de débits et des niveaux d'eau en différents points de la tourbière sur une période trop courte n'ont permis que d'émettre des hypothèses sur les échanges hydriques entre la tourbière acide et son environnement.
Abstract : Situated at 500 meters height, in the Bas-Dauphiné (Isère), the Grand Lemps marsh occupies one of the glacial valleys of the "Cold Land" region. The marsh is affected by biochemical process of alluvium deposits. Thus, the water free bodies occupy only 7 ha of the 53 ha of the wetland. This marsh has the particularity of possessing on the same area, the presence of acidophilous sphagnum and alkaline peat. The particular association of vegatation types as well as the presence of underground upward water flow are the source of a bio-diversity which confer the scientific and patrimonial value to the site.
First, in order to approach the hydrodynamic behaviour of the peat moss, the studied area concern the totality of the catchment area of the marsh. It is affected by rainfall, lateral and underground flows, the presence of a clayey and chalky substratum and human activities. Secondly, spatial measurements of water conductivity and temperature permits to show the transition zone between the acid peat moss and the water bodies or chalky substratum. Finaly, time recording of the flowrates, the water levels, conductivities and temperatures are carried out during the two months in the low flow period (summer 1999).
The water balance estimation shows a difference between the topographic basin (7 km2) and the underground catchment area (10 km2). The underground flow represents 95% of the input flow in the marsh during the low flow period.
The spatial measurements of the water conductivity and temperature permits to characterise the limits between the acid peat moss (from 30 to 400 µS/cm) and the alkaline environment constituted by the water body or chalky substratum (from 300 to 700 µS/cm).
Due to the short period of measurements, the flowrate and water level measurements in time permit to only establish or confirm some hypothesis about the exchange between the peat bog and its environment.
1. Introduction
Du point de vue hydrologique, les études sur zones humides se caractérisent par l'échelle d'investigation allant du lysimètre ou de la tourbière au bassin versant topographique. Les études vont également se différencier par l'environnement climatique et hydrogéologique ,et le type de zone humide rencontré [1,8,9,13,14]. Si pour certaines tourbières, les termes du bilan ne font référence qu'aux précipitations, au ruissellement et à l'évapotranspiration [14], de nombreuses études ont montré que des tourbières étaient influencées par des échanges verticaux ou latéraux avec des aquifères [5,10,11,16,21]. Chaque auteur mettant en évidence ou favorisant l'un ou l'autre des apports en fonction des contextes hydrogéologiques et des caractéristiques hydrodynamiques des tourbières et des aquifères. La distribution des espèces végétales étant liée aux caractéristiques physico-chimiques de l'eau [12], ces apports peuvent également jouer un rôle non négligeable dans le développement des types de tourbières [6]. Le rôle de stockage des précipitations des milieux tourbeux ainsi que les échanges hydriques avec l'eau libre des étangs, les rivières et les canaux [7,15,18] sont également un facteur essentiel du cycle de l'eau et de l'évolution des zones humides. L'étude du contexte géologique et hydrogéologique est donc primordiale à la compréhension du fonctionnement des zones humides.
Cet article se propose de dresser un bilan hydrologique et hydrogéologique sur le bassin versant incluant l'étang du Grand Lemps représentant 7,5 % de la surface totale. L'exutoire se situant à l'extrémité aval de la zone humide, cette dernière réceptionne en presque totalité les eaux de ruissellement ainsi que les apports souterrains soit par des sources à sa périphérie soit par des apports occultes souterrains. La zone humide du Grand Lemps présente la particularité de regrouper une tourbière acide, ombrotrophe, à sphaignes en rive gauche et une tourbière alcaline, limnogène, en rive droite. Elle est classée en réserve naturelle depuis 1993 et est gérée par l'Agence pour la Valorisation des Espaces Naturels Isérois Remarquables (A.V.E.N.I.R.), la délégation départementale du Conservatoire Rhône Alpes des Espaces Naturels (C.R.E.N.) et le Centre Ornithologique Rhône Alpes (C.O.R.A.)
Cette étude s'inscrit dans le cadre du Programme National de Recherche sur les Zones Humide (P.N.R.Z.H ).
2. Le bassin versant
La zone humide du Grand-Lemps se situe dans la moitié Nord du département de l'Isère, dans le Bas-Dauphiné, à l'avant des massifs subalpins de la Chartreuse et plus précisément dans la région des " Terres Froides ". L'autoroute Lyon-Grenoble qui longe le bassin versant dans sa partie Nord-Est permet de repérer le site à 30 km au Nord-Ouest de Grenoble (fig.1).
Situé à l'extrémité orientale de la plaine du Liers, dans le prolongement de l'axe de la vallée de la Bourbre, le marais, d'une surface de 53 ha, s'étend sur les communes de Châbons et du Grand Lemps. Il occupe en partie une dépression (cote du lac : 500 m) Nord Sud faisant communiquer la plaine du Liers et la plaine de la Bièvre-Valloire par la vallée du Violet. Cette vallée entaille la colline d'orientation Est-Ouest dont les altitudes culminent légèrement au dessus de 700 m. Elle est constituée par les monts du Levatel, du Soulier, du Mermont et du Banchet. Les eaux provenant de la zone humide donnent naissance au ruisseau du Barbaillon.
2.1 Contexte hydrologique
D'une superficie de 7 km_, le bassin versant topographique du marais s'étage entre 500 et 730 m avec une altitude médiane de 530 m. L'exutoire est situé à l'extrémité nord du marais à l'entrée de la vallée du Violet (fig.1). Le marais du Grand Lemps se divise en deux bassins est et ouest en amont d'une digue orientée Ouest-Est supportant un chemin (Chemin de la ferme) qui sépare la zone humide en deux parties. Deux ponts, dont l'un s'est effondré, permettent la circulation des eaux du bassin nord vers le bassin sud, l'écoulement global s'effectuant du Nord vers le Sud. La surface du bassin versant présente un réseau hydrographique quasi inexistant ou constitué de quelques ruisseaux temporaires liés à la forte perméabilité de l'importante couverture quaternaire du fond des vallées.
2.2 Le contexte géologique
Le domaine d'étude (fig.2) fait partie du bassin molassique miocène du Bas-Dauphiné [2]. Entre les collines molassiques, les dépôts glaciaires et fluvio-glaciaires se sont superposés créant un paysage légèrement vallonné. Le secteur de l'étang du Grand Lemps se caractérise donc par la présence de deux types de terrains détritiques (fig.3) :
2.2.1 Le tertiaire
Les formations tertiaires d'âge miocène sont constitués de conglomérats molassiques à galets polygéniques et à matrice carbonatées. Ces dépôts constituent une puissante série de 500 à 600 m d'épaisseur. Des essais de perméabilité ont montré des valeurs inférieures à 10-7 m/s, ils ne constituent donc pas une formation aquifère. Ils affleurent essentiellement au niveau des monts du Soulier et du Mermont.
2.2.2 Le quaternaire
Les dépôts quaternaires, d'âge würmien à holocène, constitués de formations glaciaires, fluvio-glacaires et lacustro-palustres, reposent sur les molasses miocènes. Ils recouvrent 83 % de la surface du bassin versant.
Ces formations accompagnent les étapes du retrait vers le Nord d'une langue glaciaire bloquée par les collines molassiques du Mermont qui fait office de verrou. Les stades de retrait sont soulignés par des bourrelets qui confèrent au site sa morphologie vallonnée actuelle.
Les dépôts glaciaires comprennent d'une part des moraines de fond à galets striés noyés dans une matrice limoneuse compacte, visibles en placage sur les reliefs molassiques, et d'autre part des arcs morainiques frontaux à éléments anguleux désordonnés et hétérométriques. C'est précisément entre les cordons de stade de retrait 2 et 4 que s'est installé le lac du Grand Lemps. Les dépôts fluvio-glacaires, alluvions grossières stratifiées à intercalations de niveaux limono-sableux, accompagnent les stades de retrait. De perméabilité généralement élevée de l'ordre de 10-3 à 10-4 m/s, ils constituent des aquifères hétérogènes puissants d'une vingtaine de mètres. La petite vallée du Grand Lemps, par son exutoire le Violet, a activement fonctionné en chenal d'évacuation lors des stades 2 à 4. Elle est ensuite devenue une vallée morte, les eaux s'évacuant vers le Nord par la Bourbe.
2.2.3 Le remplissage post glaciaire
Le remplissage du lac de retrait glaciaire est marqué par une dizaine de transgressions régressions associées à des fluctuations de niveau d'eau [4]. De la base au sommet, il a été mis en évidence :
Cet ensemble et en particulier les niveaux de craie lacustre constituent une formation quasi imperméable.
2.3 Bilans hydrologiques
Le bilan hydrologique annuel à l'échelle d'un bassin versant topographique peut s'exprimer de la façon suivante :
P : Précipitation pendant la période considérée
I : Infiltration
Q : Ecoulement durant la période considérée
ETR : Evapotranspiration réelle pendant la période considérée
2.3.1 L'écoulement
Les débits de l'exutoire ont été mesurés par un limnigraphe installé par la D.D.A.F. de l'Isère. Les débits ont été enregistrés quotidiennement pendant les années 1980, 1981, 1982. Les débits de l'exutoire correspondent au volume total d'eau écoulée ; en effet le contexte géologique permet de supposer que l'écoulement souterrain sortant du bassin versant est négligeable (terme I du bilan). C'est donc sur ces trois années d'enregistrement que le bilan hydrologique s'effectuera.
2.3.2 Les données climatiques
Il n'existe pas de station météorologique sur le site de l'étang du Grand Lemps (altitude 500 m), ni même dans les environs immédiats. Les stations actuelles les plus proches sont celles de Charavines à l'Est (8 km, altitude 510 m), La Côte St André (12 km, altitude 380 m) et l'aéroport de St Etienne de St Geoir, à l'Ouest, dans la plaine de Bièvre-Valloire.
La station de Charavines présente de grandes similitudes avec le site de l'étang du point de vue de l'altitude (510 m), de sa proximité et de sa situation géographique. Les données pluviométriques de cette station seront donc utilisées pour les calculs des bilans.
Par contre, pour ce qui est de la thermométrie, les relevés de l'ancienne station météorologique du Pin, située à 8 km au Nord Est du site et à l'altitude de 530 m, apparaissent les plus représentatives du site des Grand Lemps. Cette station a fonctionné entre 1967 et 1977. Les données de température de la station du Pin sont donc estimées pour les années 1980 à 1982 à partir des enregistrements de la station de La Côte St André et des différences de température moyenne mensuelle des années 1967 à 1977 entre ces deux stations. Cet écart de température tient compte de la différence d'altitude et de la situation géographique.
Les températures moyennes mensuelles de la station du Pin (T Pin) pour les années 1980 à 1982 s'expriment donc de la façon suivante :
T Pin = T La Côte St André + DT
Avec : T La Côte St André : température moyenne mensuelle à la Côte St André pour un mois donnés, DT : différence de température moyenne mensuelle calculée entre les années 1967-1977 pour le mois donné.
2.3.3 L'évapotranspiration
L'évapotranspiration réelle (ETR) ou potentielle (ETP) peut être approchée de manière plus ou moins précise et sur des échelles de temps variant du jour à l'année [17,19]. A titre de comparaison pour notre étude, l'évapotranspiration est estimée à partir de formules empiriques (tab.1) soit sur une durée mensuelle, soit annuelle. La surface de la zone humide ne représentant que 7,5% de la superficie totale du bassin, il n a pas été retenu ici un calcul spécifique de l'évapotranspiration sur cette dernière [3,20].
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