Etat des connaissances sur les circulations d’eau souterraine en milieux karstiques en Bourgogne

En 1982, le BRGM Bourgogne a réalisé, en vue de reconnaître les ressources en eaux souterraines   et les risques de pollution des nappes aquifères, une synthèse des connaissances sur les phénomènes karstiques en Bourgogne.

Ce rapport synthétise le maximum de données sur le karst bourguignon afin de déterminer les zones de circulation de l’eau dans cet aquifère   fissuré, principalement dans un but de protection des nappes et des captages en eau potable.

Contexte géologique

La Bourgogne est située à cheval sur le point de jonction de 3 bassins versants (Rhône-Méditerranée, Seine-Normandie et Loire-Bretagne). La pluviométrie moyenne annuelle est comprise entre 800 et 850 mm et l’infiltration   efficace associée varie de 130 à 190 mm en moyenne.

Géologiquement parlant, la Bourgogne se compose de quatre régions naturelles bien distinctes :

  • Les massifs anciens (socle primaire du massif hercynien du Morvan),
  • Les plaines d’effondrement à l’Est et à l’Ouest (fossé Bressan et fossé de la Loire) ;
  • Les plateaux et vallées du Bassin parisien au Nord et à l’Ouest (Séries sédimentaires du Trias et du Jurassique), et la craie   karstifiée (pays d’Othe) ;
  • La côte bourguignonne sur l’axe Vingeanne-Tille-Saône – côtes Dijonnaise, Chalonnaise et Mâconnaise— (séries sédimentaires jurassiques effondrées en touches de piano et faillés) et des zones accidentées au Sud (plateaux calcaires jurassiques très faillés).

La structure bourguignonne actuelle s’est formée en plusieurs crises orogéniques : hercynienne, amorce du Seuil de Bourgogne, compression pyrénéenne, plissement du Jura…
Le territoire bourguignon présente 5 niveaux aquifères karstiques principaux : les Calcaires à entroques du Bajocien, les Calcaires du Callovien et du Bathonien, les Calcaires récifaux de l’Oxfordien, les Calcaires sublithographiques du Portlandien et la nappe de la Craie   sénonienne et turonienne. Les eaux issues de ces aquifères sont très vulnérables aux pollutions en raison des vitesses de transfert élevées (nitrates   en particuliers dans les zones de grandes cultures).

Phénomène karstique

Le karst se développe dans les sédiments calcaires par la combinaison de plusieurs facteurs :

  • Tectonique : densité et nature du réseau de fracturations, ouverture ou non des fractures,
  • Hydraulique : l’infiltration   doit être suffisamment importante et l’eau doit pouvoir circuler facilement,
  • Chimique : composition chimique des eaux qui s’infiltrent et vont dissoudre plus ou moins facilement les carbonates de calcium.

L’étude est organisée de manière à détailler toutes les unités karstiques différentes présentes en Bourgogne. En effet, de par leur diversité lithologique et leur étendue, les terrains karstiques bourguignons ne peuvent être étudiés d’un seul tenant. Un découpage du territoire a été effectué en fonction des données stratigraphiques et tectoniques. Pour chaque zone, le plan d’étude est le suivant :

  • Situation géographique ;
  • Géologie et hydrogéologie   : description lithologique, importance des phénomènes karstiques, tectonique, paléontologie… ;
  • Fracturation : relevé des failles, traitement statistique des failles (diagrammes d’orientation ;
  • Observations de terrain : micro-tectonique, relevé de fractures en galeries (densité) ;
  • Réseaux spéléologiques : réalisation de diagramme d’orientation en fonction de la topographie des réseaux karstiques ;
  • Résultats de l’analyse statistique : l’ensemble des diagrammes de fracturations est utilisé pour définir la direction préférentielle des conduits karstiques ainsi que la fréquence de fracturation de l’aquifère   ;
  • Traçages : infirment ou affirment les résultats de l’analyse statistique ;
  • Conclusion et contenu des cartes réalisées (géologie et karst).

Le découpage des régions karstiques de la Bourgogne donne 10 unités qui seront examinées successivement, à savoir :

  • Les plateaux du Nivernais  : faible importance des phénomènes karstiques du fait de la présence de niveaux plastiques entre les calcaires ;
  • Jurassique supérieur du Sud-Est du Bassin parisien : la direction des écoulements est influencée par les failles normales subméridiennes et le léger pendage NW des sédiments et les vallées sèches sont des zones d’écoulement préférentiel. Les écoulements entre vallées ne sont pas négligeables (jusqu’à 3 m3/s) ;
  • Bazois et Terre-Plaine : seules les failles subméridiennes sont aquifères ;
  • Le Crétacé supérieur : Dans le Nord de l’Yonne, la craie   est affectée par la fracturation et peut donc présenter une karstification mais celle-ci est généralement moins développées que celle des calcaires du Jurassique. Seule la craie   karstifiée du Pays d’Othe (Source   de la Vanne) présente un une karstification comparable aux calcaires. Dans cette formation,de forts taux en nitrates   sont enregistrés dans la nappe phréatique   au droit des grandes zones agricoles ;
  • Les plateaux du Châtillonnais : dans cette région, très riche en sources, les failles semblent jouer un rôle important dans la répartition des écoulements (failles-drains ou failles-barrières) ;
  • L’Auxois : Les calcaires de l’Auxois, s’ils sont fracturés, n’en sont pas pour autant karstifiés ; ils ne sont donc pas le siège de circulations souterraines importantes ;
  • Le seuil de Bourgogne  : il s’agit d’un aquifère   très vulnérable, ceci en raison de sa fracturation importante (développement de réseaux spéléologiques explorables). Les circulations souterraines se dirigent généralement vers les vallées pérennes.
  • Le jurassique supérieur -Malm- de l’Est de la Côte d’Or : le bassin karstique de la Bèze est très vulnérable. L’agriculture dans ce secteur influence directement la qualité des eaux de la source   de la Bèze, en partie captées pour l’AEP ;
  • L’arrière Côte et la Montagne dijonnaises  : Ces aquifères calcaires karstifiés très vulnérables abritent les captages AEP des villes de Beaune et Nuits-Saint-Georges. Le risque de pollution est ainsi très élevé ;
  • Les karsts de la Saône et Loire : à cause du compartimentage par de nombreuses failles, la karstification de ces aquifères est limitée. Cependant, ces petits réservoirs très fracturés sont tout de même vulnérables.

Conclusions

  • Les phénomènes karstiques en Bourgogne sont loin d’être négligeables. Les régions les plus exposées sont le Seuil de Bourgogne, dans sa totalité, le Châtillonais dans sa partie occidentale et le bassin de la Bèze dans sa partie orientale, l’Arrière Côte Montagne et les plateaux de Basse Bourgogne.
  • Les régions concernées par le karst couvrent un quart de la superficie de la Bourgogne. De celles-ci, sont captées des sources pour l’alimentation en eau potable  , qui représentent un tiers des besoins en eau de la Côte d’Or. Du fait de la présence fréquente d’un faible recouvrement superficiel, ces aquifères sont très vulnérables.
  • Les directions préférentielles de l’écoulement en Bourgogne semblent dépendre directement de la phase tectonique qui a engendré le Seuil de Bourgogne.
  • Cette étude n’est que préliminaire et les conclusions générales à petite échelle peuvent difficilement être étendus à grande échelle. Ainsi, la fracturation relevée dans des galeries des réseaux spéléologiques n’est pas réellement représentative du réseau karstique.

Bibliographie

BILLARD.G., MARY.J.P. (1982) - Région Bourgogne. Détection et protection des pollutions de l’eau. Rapport N.1. Etat des connaissances actuelles sur les circulations d’eau souterraine en milieux karstiques - BRGM/82-SGN-506-BOU- 50 p. 4 carte

P.S.

Un inventaire continu des opérations et résultats de traçages réalisés en Bourgogne est constitué et vient compléter les données synthétisées en 1982. Par ailleurs, la création d’un Pôle Karst « Bourgogne – Franche-Comté » devrait se mettre en place en 2016.

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Karst en Bourgogne