Terres Du Passé
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Shape of the shallow aquifer at the fresh water – sea water interface on a high-energy sandy beach
Pour citer cet article : Buquet, D., Sirieix, C., Anschutz, P., Malaurent, P., Charbonnier, C., Naessens, F., ... & Lecroart, P. (2016). Shape of the shallow aquifer at the fresh water–sea water interface on a high-energy sandy beach. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 179, 79-89.
Période considérée : Actuel
Lieu : Plage du Truc Vert, façage littorale - proche du Bassin d'Arcachon (Gironde)
Institutions responsables des recherches :
- I2M – Université Bordeaux,
- EPOC – Université Bordeaux,
Résumé : Cette étude explore la dynamique de l’estuaire souterrain d’une plage macrotidale très énergétique, le Truc Vert, en combinant :
- tomographie de résistivité électrique,
- mesures piézométriques et
- salinité des eaux interstitielles.
Les résultats révèlent une cellule de circulation saline intertidale bien identifiable, située dans la partie haute de l’estran et profonde d’environ 5 m. L’interface entre eau douce et eau salée y apparaît presque verticale, tandis qu’une eau saumâtre s’écoule vers l’océan sous cette cellule, contenant environ 30 % d’eau douce.
Le front salé migre latéralement de seulement 2 à 5 m au cours d’un cycle mortes-eaux/vives-eaux, signe d’une transition stable.
La position du panache salé semble principalement contrôlée par le niveau des grandes marées. Ces observations diffèrent légèrement de celles issues de plages microtidales moins énergétiques, suggérant un rôle majeur de l’hydrodynamique locale.
Les données acquises permettront d’améliorer les modèles numériques dédiés aux flux d’eau et de solutés dans ces estuaires souterrains.
En savoir plus : Estuarine, Coastal and Shelf Science, volume 179
Introduction
L’étude de l’interface eau douce–eau salée dans les aquifères côtiers est devenue essentielle face à la pression démographique, à l’urbanisation et au changement climatique, qui accentuent la vulnérabilité de ces systèmes aux intrusions salines. Cette interface forme un estuaire souterrain où des gradients physiques et chimiques marqués contrôlent d’importants processus biogéochimiques influençant les flux de nutriments et de contaminants vers l’océan.
Deux cadres conceptuels coexistent :
- les modèles à interface franche (Ghyben–Herzberg) et
- ceux à interface diffuse intégrant une zone de mélange.
Les avancées en modélisation (SEAWAT) montrent que marée et houle génèrent une cellule de circulation saline intertidale, avec recharge en haut de plage et décharge d’eaux interstitielles plus anciennes en bas de plage.
Les études antérieures reposent surtout sur des piézomètres et concernent des environnements microtidaux, leur installation étant difficile sur les plages très énergétiques. Les méthodes géophysiques, notamment l’ERT, offrent une alternative efficace pour cartographier la salinité du sous-sol.
Cette étude constitue la première caractérisation ERT d’un aquifère de plage macrotidale à forte énergie, au Truc Vert, et vise à décrire la géométrie et la dynamique tridimensionnelle de la cellule saline intertidale dans un contexte hydrodynamique exigeant..
Matériel et Méthodes
Site d'étude
Le site d’étude se situe sur la côte aquitaine (SW France), un littoral sableux de 240 km compris entre les estuaires de la Gironde et de l’Adour. Les premiers 40 m du sous-sol sont constitués de dépôts marins, lacustres ou fluviatiles anciens.
La plage du Truc Vert présente une morphologie caractéristique de plages de haute énergie avec un système de double barres. Les formations sableuses (dune, interdune, haut-estran) constituent un aquifère très perméable (granulométrie 300–400 µm, porosité 0,38–0,42). Une couche plus argileuse du Pliocène pourrait être située entre –30 et –40 m.
La topographie du site, très dynamique, peut varier de plus d’1 m en deux semaines sous l’effet des conditions de houle et de marée. Le marnage moyen est de 3,2 m, atteignant 5 m en vives-eaux, associé à une houle moyenne de 1,5 m pouvant atteindre 10 m lors des tempêtes hivernales.
Ci-dessus, profil topographique mesuré par DGPS. La position -100 m correspond approximativement à la marée basse du 6 mars. La position de l'ERT et les forages (P1, 2 et 3) installés sur la plage sont visibles sur la photo au-dessus de la carte. La position 0 m correspond à la position la plus basse de l'éanalyse ERT sur l plage tidale.
Méthodes d'analyses
Pour caractériser la distribution de l’eau douce, saumâtre et salée dans l’aquifère côtier, les auteurs ont réalisé cinq profils de tomographie de résistivité électrique (ERT) entre novembre 2012 et mars 2013, en conditions de marée de vives-eaux et de mortes-eaux. Ils ont utilisé des configurations d’électrodes adaptées à la résolution souhaitée et corrigé les effets de topographie.
Trois piézomètres implantés en haut de plage ont permis d’enregistrer en continu :
- niveaux d’eau,
- salinité et
- température.
Parallèlement, des échantillons d’eaux interstitielles ont été prélevés à marée basse sur des transects transversaux.
L’interprétation des données de tomographie de résistivité électrique (ERT) repose sur une inversion numérique (logiciel RES2DINV) visant à restituer la résistivité réelle du sous-sol.
Synthèse générale des résultats
En quelques points clés :
- La cellule saline intertidale est clairement identifiée, limitée aux premiers mètres sous la plage haute.
- L’interface verticale varie très peu (quelques mètres), malgré les fortes énergies de houle.
- Le système est dominé par :
- la hauteur des vives-eaux,
- les infiltrations de swash dans le haut de plage.
- La cellule saline est globalement plus réduite que dans les modèles théoriques ou dans des environnements moins énergétiques.
- Les eaux de la cellule contiennent jusqu’à 30 % d’eau douce, preuve d’un mélange intense.
- Le recul de l’interface est faible comparé à la largeur de la plage (~200 m), ce qui traduit une intrusion stable, surtout contrôlée par le niveau de marée de vives-eaux.
En quelques mots
Les profils ERT réalisés sur la plage du Truc Vert montrent une cellule saline intertidale bien développée mais confinée à la partie haute de la plage, sur environ 5 m d’épaisseur. L’interface eau douce–eau salée apparaît quasi verticale et reste globalement stable, ne migrant que de quelques mètres selon les cycles de marée (≈2 m en vives-eaux, ≈5 m en mortes-eaux).
Sous la cellule saline, des eaux saumâtres circulent vers le bas de plage. Les variations de résistivité entre les profils révèlent un adoucissement de la cellule lors des mortes-eaux et confirment que sa dynamique est principalement contrôlée par le niveau des grandes marées plutôt que par la houle. L’ensemble montre une intrusion saline plus réduite et plus stable que dans les plages microtidales.
Discussion
En quelques lignes
La cellule saline observée au Truc Vert est nettement plus réduite que dans les plages microtidales, car confinée au haut de plage dans un contexte hydrodynamique très énergétique.
L’interface eau douce–eau salée est quasi verticale et sa migration est limitée à quelques mètres, indiquant une forte stabilité malgré les variations de marée et de houle. L’eau douce circule sous la cellule saline avant de réémerger en bas de plage sous forme d’eaux saumâtres, confirmant un mélange vertical et latéral complexe.
La dynamique de la cellule est dominée par le niveau des vives-eaux, la houle jouant un rôle secondaire dans son extension. Les variations de résistivité entre vives-eaux et mortes-eaux montrent un adoucissement de la cellule lors des petites marées. L’étude démontre l’intérêt de l’ERT pour caractériser ces systèmes dans des plages de haute énergie où les piézomètres sont difficilement maintenables. Elle souligne également que les modèles d’intrusion saline doivent être adaptés aux environnements macrotidaux.
Enfin, ces résultats offrent des bases essentielles pour mieux quantifier les flux de solutés et les processus biogéochimiques des estuaires souterrains en contexte énergétique élevé.
Synthèse détaillée
1. Géométrie de la cellule saline
Les auteurs montrent que la cellule saline intertidale est plus réduite que celle attendue selon les modèles classiques ou selon les études menées sur des plages microtidales. Contrairement à ces environnements, la cellule salée n’occupe pas toute la zone intertidale : elle est confinée au haut de plage, en raison d’un gradient hydraulique continental faible et du fort niveau d’énergie de la côte aquitaine. La présence d’eaux saumâtres en bas de plage confirme que l’eau douce circule sous la cellule saline avant de ressortir ponctuellement à marée basse.
2. Interface verticale et stabilité de l’intrusion
L’interface eau douce–eau salée observée est quasi verticale, ce qui s’écarte du schéma théorique en biseau (Ghyben-Herzberg). Sa migration est très limitée (2–6 m), même sous fortes variations de marée, ce qui indique une zone de transition stable. Cette stabilité est attribuée au rôle dominant des vives-eaux, qui gouvernent l’extension maximale de la cellule saline.
3. Contrôle hydrodynamique : marée > houle
Bien que la plage soit très énergétique, la dynamique de la cellule saline est contrôlée avant tout par le niveau des marées, et non par la houle. La comparaison entre vives-eaux et mortes-eaux montre un adoucissement de la cellule lors des petites marées, cohérent avec un recul de l’infiltration d’eau de mer.
4. Apport méthodologique : pertinence de l’ERT
Les auteurs soulignent que l’ERT est particulièrement adaptée pour caractériser ces systèmes dans des environnements où l’installation de piézomètres est difficile ou rapidement détruite par le remaniement du sable. L’ERT a permis d’obtenir une vision spatiale et temporelle de la cellule saline, en haute résolution, complémentaire des données piézométriques limitées au haut de plage.
5. Implications pour les modèles et les flux biogéochimiques
Les résultats montrent que les modèles existants, souvent calibrés sur des plages microtidales, doivent être ajustés pour les environnements macrotidaux de haute énergie. Les données acquises amélioreront la description des temps de résidence, des flux de solutés et des réactions biogéochimiques dans les estuaires souterrains, qui constituent des zones clés pour les cycles chimiques côtiers.
Conclusion
L’ERT s’est révélée particulièrement efficace pour caractériser la géométrie et la dynamique de la cellule saline intertidale dans un environnement macrotidal très énergétique comme la plage du Truc Vert.
Les résultats montrent une cellule saline confinée au haut de plage, d’une épaisseur d’environ 5 m, et une interface eau douce–eau salée quasi verticale, dont les déplacements restent limités malgré les variations de marée. Cette stabilité et cette géométrie réduite diffèrent nettement de celles observées dans les plages microtidales, confirmant que les processus d’intrusion saline dépendent fortement du contexte hydrodynamique local.
L’étude apporte ainsi des données inédites pour les environnements de haute énergie, utiles pour affiner les modèles numériques de transport et de mélange en zone côtière.
Ces résultats contribueront à mieux contraindre les modèles couplés hydrologie–biogéochimie et à améliorer l’estimation des flux de solutés et du temps de résidence dans les estuaires souterrains des plages macrotidales.
