identification des modalités d'exploitation des...

Identification des modalités d'exploitation des ressources en

eaux souterraines du domaine d'altitude de l'Est de La Réunion –

Phase 2 Rapport final

BRGM/RP-57185-FR Mai 2009

Identification des modalités d'exploitation des ressources en

eaux souterraines du domaine d'altitude de l'Est de La Réunion –

Phase 2 Rapport final

BRGM/RP-57185-FR Mai 2009

Étude réalisée dans le cadre des projets de Service public du BRGM 2007 PSP07REU09

B. AUNAY, P. LACHASSAGNE, P.STOLLSTEINER

Vérificateur :

Nom : WUILLEUMIER Arnaud

Date : 17/03/2009

Original signé

Approbateur :

Nom : NEDELLEC Jean-Louis

Date : 10/04/2009

Original signé

Le système de management de la qualité du BRGM est certifié AFAQ ISO 9001:2000. I

M 003 - AVRIL 05

Mots clés : Réunion, ressource en eau, bilan, aquifère d'altitude, exploitation, alimentation en eau potable, GARDENIA, modélisation globale, hydrologie, volcanologie En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : Aunay B., Lachassagne P. et Stollsteiner P. (2009) - Identification des modalités d'exploitation des ressources en eaux souterraines du domaine d'altitude de l'Est de La Réunion – Phase 2. BRGM/RP-57185-FR. 125 p. © BRGM, 2009, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.

Aquifère d'altitude – phase 2

BRGM/RP-57185-FR – Rapport final 3

Synthèse

Dans le cadre de ses missions de Service Public, et en partenariat avec le Département de la Réunion (phase 1) et l'Office de l'Eau Réunion (phase 2), le BRGM a mené une opération visant à caractériser les ressources en eaux souterraines du domaine d'altitude de l'Est de La Réunion.

Outre les approches usuellement employées dans ce genre d'étude, notamment les concepts de géologie, d'hydrogéologie et d'hydrologie, l'acquisition de nouvelles données de terrain s'est effectuée via des investigations au sein même de certains canyons de la zone d'étude (techniques de canyoning). L'apport de cette connaissance terrain se révèle particulièrement pertinente en raison de bonnes conditions d'affleurement.

En ce qui concerne la connaissance géologique, la présente étude a bénéficié des récents résultats du projet de recherche Mvterre et ces nouvelles interprétations géologiques sont valorisées par cette étude hydrogéologique.

Plus particulièrement, cette étude a contribué à démontrer que la répartition et les caractéristiques des aquifères dans les "Hauts de l’Est" sont particulièrement hétérogènes en raison de la mise en place polyphasée des différentes formations géologiques. De ce fait, certains massifs sont fortement aquifères tandis que d’autres, néanmoins situés à proximité immédiate, s’avèrent peu favorables du point de vue hydrogéologique. A cela, s’ajoutent les difficultés inhérentes au captage des eaux souterraines en zone difficilement accessible.

Des modélisations hydrologiques globales, ont été menées sur les six bassins versants bénéficiant de données hydrométriques suffisantes (Rivière Bras-Panon, Bras Patrick, Bras des Lianes, Rivière des Roches, Rivière des Marsouins et Ravine Batardeau). Ainsi, sans considérer les éventuelles incertitudes de mesures au niveau des stations hydrométriques, ces modélisations permettent de montrer :

> un bilan pluriannuel équilibré au droit des stations des bassins versants de Bras-Panon et de Rivière des Roches,

> un déficit de débit au droit des stations de Bras Patrick (infiltrations dans la partie amont) et de la Ravine Batardeau (infiltrations),

> un excédent de débit au droit du Bras des Lianes et de la Rivière des Marsouins (apports extérieurs au bassin versant), et ce malgré une alimentation du Bras de la Plaine pour cette dernière.

L'ensemble de ces résultats tend à démontrer que le rôle des formations anciennes du Piton des Neiges est important. En effet, les exemples de transferts de flux dans des formations réputées peu perméables sont réels sur le secteur d'étude (Grand Etang, Massif du Libéria, éventuellement Piton Papangue).



Sommaire

1. Introduction .......................................................................................................... 11

1.1. CONTEXTE..................................................................................................... 11

1.2. OBJECTIFS DE L'ETUDE............................................................................... 11

1.3. SECTEUR D'ETUDE....................................................................................... 12

2. Bilan de la phase 1 de l'étude.............................................................................. 15

3. Géologie du secteur d'étude ............................................................................... 16

3.1. PROJET DE RECHERCHE MVTERRE........................................................... 16

3.2. TRAVAUX ANTERIEURS ............................................................................... 16

3.3. HISTOIRE GEOLOGIQUE .............................................................................. 18

4. Observations et analyses détaillées du secteur d'étude................................... 23

4.1. OBSERVATIONS GEOLOGIQUES ET GEOMORPHOLOGIQUES ................ 23 4.1.1. Résultats : identification d'entités dans les Hauts de l'Est....................... 25 4.1.2. Remarques relatives à la cartographie de Billard (1974) ........................ 29

4.2. OBSERVATIONS HYDROLOGIQUES ET HYDROGEOLOGIQUES .............. 31 4.2.1. Méthodologie.......................................................................................... 31 4.2.2. Résultats à l'échelle du terrain d'étude ................................................... 31 4.2.3. Résultats détaillés .................................................................................. 40

5. Analyse des débits spécifiques d'étiage ............................................................ 45

5.1. DONNEES ET METHODE DE CALCUL.......................................................... 45

5.2. APPROCHE REGIONALE .............................................................................. 47

5.3. BRAS DES LIANES ........................................................................................ 51

5.4. RIVIERE DES ROCHES ................................................................................. 51

5.5. COMPARAISON DES DEBITS DE BRAS DES LIANES ET DE RIVIERE DES ROCHES......................................................................................................... 51


6 BRGM/RP-57185-FR – Rapport final

5.6. DEBIT DE LA RIVIERE DES MARSOUINS..................................................... 52

5.7. COMPARAISON DES DEBITS DE BRAS DES LIANES, DE RIVIERE DES ROCHES ET DE RIVIERE DES MARSOUINS................................................ 52

5.8. BRAS PATRICK .............................................................................................. 52

5.9. BRAS PANON................................................................................................. 53

5.10. RAVINE BATARDEAU ........................................................................... 53

5.11. COMPARAISON DES DEBITS DE BRAS PATRICK, BRAS PANON ET RAVINE BATARDEAU .................................................................................... 53

6. Modélisation hydrologique .................................................................................. 55

6.1. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU MODELE GARDENIA...................... 56 6.1.1. Principes et objectifs............................................................................... 56 6.1.2. Schématisation du bassin versant .......................................................... 57

6.2. DONNEES COLLECTEES .............................................................................. 59 6.2.2. Niveaux piézométriques ......................................................................... 61 6.2.4. Isohyètes annuels .................................................................................. 62 6.2.5. Contrôle des données ............................................................................ 62

6.3. DETERMINATION DES DONNEES REPRESENTATIVES DES BASSINS VERSANTS..................................................................................................... 63 6.3.1. Problématique ........................................................................................ 63 6.3.2. Caractéristiques des bassins versants.................................................... 63 6.3.3. Pluviométrie............................................................................................ 64 6.3.4. Evapotranspiration potentielle ................................................................ 67

6.4. CALAGES ET SIMULATIONS PLUIE-DEBIT .................................................. 68 6.4.1. Bassin versant du Bras Panon ............................................................... 69 6.4.2. Bassin versant du Bras Patrick............................................................... 71 6.4.3. Bassin versant du Bras des Lianes......................................................... 74 6.4.4. Bassin versant de la Rivière des Roches................................................ 78 6.4.5. Bassin versant de la Rivière des Marsouins ........................................... 80 6.4.6. Bassin versant de la Ravine Batardeau.................................................. 85

6.5. CONCLUSION DE LA MODELISATION HYDROLOGIQUE............................ 87

7. Potentialité des aquifères .................................................................................... 89

7.1. DEBITS POTENTIELLEMENT MOBILISABLES.............................................. 89



7.2. TROU MALAIS................................................................................................ 89

7.3. CAMP DE MARSEILLE ................................................................................... 89

7.4. GRAND BATTOIR........................................................................................... 90

7.5. PLATEAU DU MAZERIN................................................................................. 90

7.6. ILET PATIENCE.............................................................................................. 90

7.7. PLATEAU DE BEBOUR.................................................................................. 91

7.8. MASSIF DE L'EDEN ET DU LIBERIA ............................................................. 91

7.9. MASSIF DU CRATERE................................................................................... 91

7.10. MORNE DU BRAS DES LIANES ........................................................... 92

8. Conclusions et perspectives............................................................................... 96

9. Bibliographie ........................................................................................................ 99



Liste des illustrations

Illustration 1 – Secteur d'étude .................................................................................................... 13 Illustration 2 – Légende des cartes relatives à l'histoire géologique du Piton des Neiges.......... 18 Illustration 3 – Isohypses de la fin de la construction du volcan bouclierà l'Ouest et isohypses du fond des paléocirques de Bébour et Bélouve à l'Est (Lacquement & Nehlig, 2008) ............................................................................................................................... 19 Illustration 4 – L'événement majeur à 180 000 ans : début du remplissage des paléocirques de Bélouve et Bébour par des pyroclastites (Lacquement & Nehlig, 2008) .......... 20 Illustration 5 – Fin du remplissage lavique des paléocirques de Bélouve et Bébour par des laves différenciées (Lacquement & Nehlig, 2008) ................................................................ 21 Illustration 6 – Histogramme des orientations de pentes ............................................................ 24 Illustration 7 – Distribution spatiale des différentes entités géomorphologiques identifiées..................................................................................................................................... 28 Illustration 8 – Caractère altérées des laves du massif du cratère ............................................. 30 Illustration 9 - Localisation des émergences ............................................................................... 32 Illustration 10 – Estimation qualitative des débits des émergences............................................ 33 Illustration 11 - Localisation des substratums hydrogéologiques (Fond géologique : Billard, 1974)................................................................................................................................ 34 Illustration 12 – Coupe de la galerie EDF.................................................................................... 36 Illustration 13 – Ligne d'émergences du flanc Sud de la rivière des Marsouins au niveau de la confluence avec Bras Cabot (trait rouge) ........................................................................... 37 Illustration 14 – Ligne d'émergence du Voile de la Marié (trait rouge) ........................................ 37 Illustration 15 – Ligne d'émergence du Mini Trou de Fer – Rivière des Marsouins (trait rouge)........................................................................................................................................... 38 Illustration 16 – Lignes d'émergence du barrage EDF amont de la Rivière des Marsouins (traits rouges) ............................................................................................................. 38 Illustration 17 – Exemples d'apport qui peuvent être considérés comme diffus en l'absence de reconnaissance in-situ............................................................................................ 39 Illustration 18 – Comparaison entre différentes méthodes de caractérisation de l'étiage sur la Rivière des Marsouins ....................................................................................................... 46 Illustration 19 – Secteurs individualisés pour le calcul des débits spécifiques à partir des jaugeages différentiels de l'Office de l'eau .................................................................................. 49 Illustration 20 – Distribution spatiale des débits spécifiques d'étiage.......................................... 50 Illustration 21 - Représentation schématique des éléments du bilan hydrologique d'un bassin versant.............................................................................................................................. 56



Illustration 22 - Principe du modèle hydrologique global GARDENIA pour la simulation du débit d'un cours d'eau ou d'un niveau piézométrique.............................................................58 Illustration 23 – Localisation des stations d'intérêt MeteoFrance et Office de l'Eau....................60 Illustration 24 - Pluviométrie annuelle de 2005 sur les différents bassins versant ......................65 Illustration 25 – Précipitations annuelles en fonction de l'altitude................................................66 Illustration 26 - Calage pluie-débit de la rivière Bras Panon à Paniandy.....................................70 Illustration 27 - Calage pluie-débit de la rivière Bras Patrick .......................................................72 Illustration 28 – Zone d'apports du Bras Patrick ..........................................................................73 Illustration 29 - Bassin versant du Bras des Lianes.....................................................................76 Illustration 30 - Calage pluie-débit de la rivière Bras des Lianes.................................................77 Illustration 31 - Calage pluie-débit de la rivière des Roches........................................................79 Illustration 32 - Calage pluie-débit de la rivière des Marsouins ...................................................82 Illustration 33 – Zone d'apports potentiels – Rivière des Marsouins / Grand Etang....................83 Illustration 34 – Zone d'apports potentiels – Rivière des Marsouins / Gras Bras ........................84 Illustration 35 - Calage pluie-débit de la Ravine Batardeau.........................................................86 Illustration 36 – Emprise du Parc Naturel de La Réunion sur le terrain d'étude..........................95

Liste des annexes

Annexe 1 ETP à la Réunion calculé par le CIRAD (Chopart et al., 2003) ................................103 Annexe 2 Sources inventoriées ................................................................................................107 Annexe 3 Calages pluie-débit ...................................................................................................111 Annexe 4 Etiage des cours d'eau .............................................................................................118 Annexe 5 Paramètres de calage Gardenia...............................................................................121

Informations relatives à la lecture du document

Les phases géologiques mentionnées dans le texte (phase I à IV) proviennent toutes de la nomenclature de la carte géologique de la Réunion (Billard, 1974).

La dénomination du cours d'eau intitulé "Bras Patrick" dans le texte est le "Bras Pétard" en réalité (IGN, Carthage). Toutefois, afin de conserver une certaine homogénéité avec la dénomination de la station hydrométrique, le nom Bras Patrick sera utilisé dans ce rapport.



1. Introduction

1.1. CONTEXTE

La population réunionnaise connaîtra, dans les années à venir, une forte croissance, notamment dans les micro-régions Nord et Est de La Réunion. L’alimentation en eau potable de ces nouveaux habitants est un défi pour les acteurs de l’aménagement du territoire. La recherche de nouvelles ressources en eau souterraine étant une opération longue, elle doit être entreprise rapidement afin de prévenir les déficits en eau et mettre en place dès que possible les politiques de gestion des eaux adaptées.

Des bilans hydrologiques ont été réalisés sur les bassins versant de l’Est au cours d’études antérieures (Armines, 1994 ; ORE, 1998 et 2003 ; ANTEA, 2001). Ils ont montré que l’essentiel des précipitations efficaces se produisant sur les planèzes situées entre le Bras de Caverne et la rivière des Marsouins est restitué par le débit des rivières. Il n’y aurait donc pas de débit souterrain significatif en aval de ces points de jaugeage. Cependant, ces bilans ne permettent pas de caractériser avec précision les modalités de transit des eaux entre leur précipitation et leur restitution aux rivières. La présence de nombreuses rivières pérennes sur ce secteur traduit néanmoins l’existence d’aquifères qui assurent un soutien d’étiage et pouvant présenter des atouts importants tant sur le plan quantitatif que qualitatif et donc sur le plan économique. Ces aquifères ne sont à ce jour ni identifiés, ni caractérisés

1.2. OBJECTIFS DE L'ETUDE

L’Est de La Réunion est parcouru par de nombreuses rivières pérennes caractérisées par des débits significatifs, y compris en étiage. Ces rivières sont potentiellement alimentées par un ou plusieurs aquifères qui ne sont pas clairement identifiés et caractérisés à ce jour. Les objectifs de ce projet (phase 1 et 2) sont de :

> mettre en évidence l’existence d’un (ou plusieurs) éventuel(s) aquifère(s) alimentant tout ou partie des rivières pérennes de la zone en saison sèche (étiage) ou, au contraire, de montrer que le secteur ne montre pas d’aquifère significatifs ou que ceux-ci sont de petite taille ;

> préciser la structure des aquifères ainsi reconnus et évaluer leurs potentialités sur la base des données de terrain et des données bibliographiques ;



> caractériser le ou les modalités de fonctionnement hydrogéologique probables des aquifères alimentant les rivières pérennes de la zone d’étude, notamment ceux ayant fait l’objet de mesure débimétrique par l’Office de l’eau Réunion ;

> évaluer la faisabilité de leur exploitation, donner des orientations quant aux secteurs au sein desquels cette exploitation pourrait se faire et préciser les avantages et inconvénients des différents moyens envisageables en vue d’une telle exploitation. Dans la mesure du possible, identifier les aquifères qui se prêteraient le plus à la mise en œuvre de techniques de « gestion active » (impact minimal sur le débit des cours d’eau en étiage et stimuler / favoriser la recharge des aquifères en période de hautes eaux suite à une sollicitation intense) ;

> définir les éventuelles reconnaissances nécessaires pour parvenir, par une bonne connaissance de leur structure et de leur fonctionnement, à leur mise en valeur.

Le projet sera principalement réalisé au moyen d’une synthèse des données existantes et par une expertise de terrain réalisée par une équipe de géologue / hydrologue / hydrogéologue spécialistes des aquifères volcaniques. La méthodologie d'étude adoptée repose sur des concepts de géologie, de morphologie, d'hydrogéologie et d'hydrologie.

1.3. SECTEUR D'ETUDE

La zone d’étude initiale couvrait une partie des communes de Bras-Panon et de Saint-Benoît, entre le plateau de Bélouve et la Rivière des Marsouins. Lors du premier comité de pilotage de l'étude, en date du 15/05/2008, et au vu de la récente étude ANTEA menée sur le secteur de Bébour (2008), il a été proposé d'étendre le champ d'investigation du présent projet afin d'éviter d'éventuelles répétitions d'investigation et de réflexion. Le secteur de la Rivière des Roches et les conditions aux limites du plateau de Bébour pourront ainsi être abordées.



Illustration 1 – Secteur d'étude



2. Bilan de la phase 1 de l'étude

Cette phase a été réalisée en 2006 (Frissant et al., 2007). Les principaux résultats sont les suivants :

> La première phase de ce projet a permis de mettre en évidence ou de supposer l’existence de plusieurs aquifères et de proposer une première hiérarchisation qualitative de leur potentiel d’exploitation ;

> L’aquifère contenu dans les formations basaltiques de phase IV du plateau de Bébour alimente la rivière des Marsouins qui est pérenne et caractérisée par un fort débit d’étiage. Cet aquifère dont le substratum pourrait être à moins de 300 m de profondeur, pourrait être éventuellement exploité par forage. Au préalable, des reconnaissances géophysiques et géologiques devraient être menées afin de définir la structure de l’aquifère pour implanter précisément les forages. Ce volet a été réalisé par le bureau d'étude ANTEA pour le compte du Conseil Général de la Réunion (ANTEA, 2004 et 2008) ;

> L’aquifère contenu dans les formations basaltiques de phase IV du plateau du Mazerin alimente la rivière des Roches et la rivière de Bras des Lianes qui sont pérennes. Le substratum de ces aquifères (phase II) semble être situé à moins de 200 m sous la surface du plateau. A ce jour, l’exploitation de cet aquifère est difficilement envisageable en raison de l’absence d’accès carrossable ;

> Les formations basaltiques de phase IV de l’unité hydrogéologique du Camp de Marseille pourraient contenir un aquifère de dimension bien plus modeste que les deux précédent. Cependant, sa localisation en amont immédiat de la route départementale D53 pourrait rendre son exploitation envisageable ;

> Les formations basaltiques de phase II de l’îlet Patience pourraient contenir des aquifères situés à plus de 700 m sous la surface du plateau. Leur éventuel captage, par exemple depuis Grand Etang au moyen d’ouvrages horizontaux n’est pas envisageable à l’heure actuelle en l’absence d’étude sur la structure de ces aquifères.

La répartition des aquifères dans les « Hauts de l’Est » est particulièrement hétérogène en raison de la mise en place polyphasée des différentes formations géologiques. Ainsi, alors que certains massifs sont susceptibles d’être très fortement aquifères d’autres s’avèrent très peu propices à l’existence d’aquifères.



3. Géologie du secteur d'étude

3.1. PROJET DE RECHERCHE MVTERRE

En 2002, le BRGM s’est engagé dans la réalisation d’un programme de recherche sur "Les mouvements de terrain de grande ampleur dans les cirques et les grandes ravines de La Réunion" qui ont marqué l’histoire récente de l’île de La Réunion. La recherche s’articulait autour de trois thèmes principaux :

> la reconstitution de l’histoire géologique récente du massif du Piton des Neiges tant sur le plan de sa construction que de son démantèlement (étude des cirques) ;

> la détection et l’identification des mouvements de terrain de grande ampleur, en utilisant différentes méthodes de reconnaissance (inventaires historiques, analyses morphologiques, télédétection, utilisation des outils satellitaires,..) ;

> l’étude du comportement des mouvements de grande ampleur. Différentes méthodes de suivi, le rôle de l’eau, les modes de déformation mécanique, sont abordés.

Ce programme de recherche financé par la Direction de la Recherche du BRGM a bénéficié du soutien financier de l’Europe, du MEEDDAT, du Conseil Régional et du Conseil Général de La Réunion (DOCUP 2002-2006 - Cadre d’intervention C5-03). Ce projet s'est clôturé fin 2008.

Certains des résultats de ce projet de recherche ont été utilisés dans le cadre de la présente étude, notamment ceux relatifs à la cartographie des cirques qui ont conduit à proposer un schéma conceptuel de construction du Piton des Neiges (précisions sur les périodes d’activités et sur la mise en place des événements bréchiques).

3.2. TRAVAUX ANTERIEURS

L'essentiel de l'histoire géologique de La Réunion est aujourd'hui contrainte par des datations effectuées par la méthode K-Ar sur roche totale, phénocristaux et mésostase (McDougall, 1971 ; Chevallier & Bachelery, 1981; Gillot & Nativel, 1982 ; Kieffer et al., 1993 ; Raïs et al., 1996 ; Kluska, 1997). Un certain nombre de datations par la méthode 14C ont été publiées par Gérard et Stieljes (1979), Delibrias et al. (1983) et Deniel et al. (1992). Plusieurs échantillons ont aussi été datés par U-Th par Deniel (1988) et Deniel et al. (1992). Il s'ajoute à ces âges publiés une trentaine d'âges acquis



dans le cadre du projet de recherche Mvterre (Cruchet et al., 2008 ; Lacquement & Nehlig, 2008).

Ces différentes datations ont contribué à l'élaboration de différents schémas d'évolution du Piton des Neiges (Upton & Wadsworth, 1967 ; McDougall, 1971 ; Billard, 1974 ; Chevallier, 1979 ; Gillot & Nativel, 1982 ; Haurie, 1987 ; Rocher, 1988 ; Kluska, 1997). La synthèse de ces différentes données (Bret et al., 2003 ; Lacquement & Nehlig, 2008) tend à souligner que les limites chronologiques des grands ensembles géologiques varient légèrement en fonction des auteurs ( 20 000 ans). Dans le cadre de la présente étude, les limites proposées par Kluska (1997), reposant sur un grand nombre de datations récentes seront retenues.

Les points suivants sont retenus dans le cadre de notre étude :

> Depuis l’émersion de la Réunion (3 Ma) jusqu'à 450 000 ans : édification du volcan Bouclier avec la mise en place de coulées de basalte à olivine cumulative. Plusieurs effondrements de grande ampleur ont affecté l’édifice volcanique au cours de sa construction. Les formations de basalte à olivine cumulative constituent la partie inférieure des remparts des cirques.

> A partir de 340 000 ans et jusqu'à 200 000 ans, se mettent en place les premières séries différenciées qui constituent la partie supérieure des remparts des cirques.

> De 200 000 et 180 000 ans : l’activité volcanique semble s’être arrêtée. L’érosion devient prédominante et donne naissance aux paléo-cirques de Bélouve et Bébour ainsi qu’aux principales ravines.

> De 180 000 à 28 000 ans : l’activité volcanique reprend et débute par la mise en place de produits pyroclastiques (ignimbrites de Salazie) auxquels succèdent des formations effusives. L’ensemble des formations volcaniques appartiennent à la série lavique différenciée tardive qui constituent la majeure partie du Piton des Neiges et le remplissage des paléo-cirques de Bébour et Bélouve. Au cours de l’édification plusieurs avalanches de débris se sont produites. Le cirque de Cilaos, puis celui de la partie basse de Mafate se sont créés au cours de cette période ainsi que très certainement la partie aval du cirque de Salazie.

> Depuis 28 000 ans : l’activité volcanique du massif s’est estompée et laisse place à l’érosion. De nouvelles avalanches de débris permettent l’agrandissement des cirques. Elles affectent essentiellement les formations volcaniques les plus récentes.



3.3. HISTOIRE GEOLOGIQUE

Les illustrations de ce paragraphe constituent un extrait de l'histoire géologique du Massif du Piton des Neiges proposée au sein du projet Mvterre. Les concepts proposés sont novateurs en terme de chronologie de constitution interne des cirques. Toutefois, ces schémas d'évolution intègrent aussi les résultats des différents travaux publiés sur le volcan bouclier (Bilard, 1974 ; Chevallier, 1979 ; Haurie, 1987 ; Rocher & Wetercamp, 1989 ; Kieffer et al., 1993 ; Lénat et al., 2001 ; Bret et al., 2003).

Depuis l’émersion de la Réunion (3 Ma) jusqu'à 450 000 ans, volcan Bouclier s'édifie avec la mise en place de coulées de basalte à olivine cumulative (phase I et II de Billard, 1974). De 340 000 ans à 200 000 ans, la fin de la construction du volcan bouclier s’effectue par la mise en place de basaltes à olivine cumulative auxquels succèdent des basaltes à olivine et des basaltes à fines baguettes de plagioclase correspondant au stade différencié précoce. Le volcan bouclier est alors dans sa phase de construction la plus grande avec un sommet à un peu plus de 3000 m. La courbe-enveloppe de ce volcan bouclier peut-être matérialisée par les sommets du Grand Bénare, de la Roche Ecrite, du Piton Bé Massoune et du Mazerin (phase IV de Billard, 1974).

De 200 000 ans à 180 000 ans (Illustration 3), il ne semble pas y avoir d’activité volcanique en surface. Aucune roche de cet âge n’a pu être identifiée sur le massif du Piton des Neiges. L’essentiel de l’activité se résume par l’érosion du massif. Cette érosion se manifeste principalement dans le versant soumis aux alizés (le versant NE du volcan) par la formation de la proto-ravine de la rivière des Galets, de la ravine de Bras Rouge et des cirques de Bélouve et Bébour.

Illustration 2 – Légende des cartes relatives à l'histoire géologique du Piton des Neiges



Illustration 3 – Isohypses de la fin de la construction du volcan bouclierà l'Ouest et isohypses du fond des paléocirques de Bébour et Bélouve à l'Est (Lacquement & Nehlig, 2008)

Il y a 180 000 ans (Illustration 4), un évènement majeur va venir perturber l’histoire du Piton des Neiges. Une éruption majeure marquée par des dépôts pyroclastiques remplit les cirques de Bébour, Bélouve et le proto-cirque de Mafate ainsi que la partie septentrionale de Cilaos. Vers 140 000 ans, l’accumulation de dépôts pyroclastiques sur les planèzes du massif du Piton des Neiges couplée à la présence de ravines



profondes, conduisent à la déstabilisation de l’édifice avec formation d’une avalanche de débris majeure de plusieurs dizaines de km3. Les dépôts de l’avalanche restent préservés au sein du cirque et seront ensuite évacués peu à peu par l’exutoire du cirque. Peu de temps après, l’activité du Piton des Neiges devient essentiellement effusive avec la mise en place de coulées massives différenciées pouvant atteindre plusieurs mètres de puissance interstratifiées de niveaux scoriacés.

Illustration 4 – L'événement majeur à 180 000 ans : début du remplissage des paléocirques de Bélouve et Bébour par des pyroclastites (Lacquement & Nehlig, 2008)



A partir de 65 000 ans, les coulées différenciées tardives deviennent de moins en moins abondantes. L’activité volcanique du Piton des Neiges décroît et se mettent alors en place les termes les plus différenciés des coulées laviques. Elles sont érodées en aval des cirques. Ce phénomène contribue à la formation des encaissements des grandes rivières du secteur d'étude (cassé de Takamaka et de Bras Cabot).

Illustration 5 – Fin du remplissage lavique des paléocirques de Bélouve et Bébour par des laves différenciées (Lacquement & Nehlig, 2008)



4. Observations et analyses détaillées du secteur d'étude

Des reconnaissances géologiques et hydrogéologiques de terrain ont permis d’approfondir, de compléter et parfois de rectifier les données issues de la bibliographie. L’ensemble des accès carrossables et un certain nombre de sentier ont été parcourus afin de procéder à des observations directes, mais aussi de disposer de points de vue sur la zone d’étude (observations géologiques, identification de zones de sources, etc.).

Ces observations ont été complétées par des reconnaissances au sein de certaines ravines en utilisant des techniques de canyoning (Bras des Lianes, Bras Piton, Rivière des Marsouins, Bras de Caverne, Rivière des Roches) et deux visites héliportées. Deux types d’observations ont ainsi été réalisés : les observations géologiques / géomorphologiques et les observations hydrologiques / hydrogéologiques.

4.1. OBSERVATIONS GEOLOGIQUES ET GEOMORPHOLOGIQUES

Les observations ci-dessous ont été complétées par une analyse du MNT et de la topographie du secteur d'étude.

> Identification et caractérisation succinctes des grands ensembles géologiques sur la base de critères lithologiques et géomorphologiques ;

> Appréciation des propriétés hydrogéologiques des roches sur la base de leur lithologie : perméabilité primaire (fissuration, faciès scoriacés), perméabilité secondaire (fracturation), imperméabilité primaire (lave massive), imperméabilité secondaire (zéolitisation, altération).

La différence de morphologie des massifs pourrait être assimilée à une notion de "rugosité en grand" de chaque massif. Cette rugosité en grand est faible pour des planèzes récentes ou des plaines alluviales ; elle est élevée pour des entités structurées telles que le fond des cirques ou des secteurs très ravinés. Cette caractéristique peut-être quantifiée à partir de diverses méthodologies telles que l'indice des pentes1 ou la distribution des orientations des pentes du massif. Cette dernière est représentée sur l'illustration 6.

1 Cet indice est calculé à partir de LD/S où D est l’équidistance des courbes de niveau, L la longueur totale des courbes de niveau et S la superficie du domaine concerné.



Ainsi, la distinction entre les massifs érodés (Eden, Cratère) et les massifs plus sains (Bébour, Mazerin) se matérialise nettement par le caractère homogène de la distribution des orientations de pentes. Concrètement, et hormis le hiatus des pentes orientées vers l'amont (N200 à N300), les orientations des pentes des massifs érodés occupent toutes les directions de l'espace alors que celles des massifs sains conservent un caractère monodirectionnel (N100). De plus, différentes appréciations sont déduites du degré d'érosion des entités :

> Cette caractéristique morphologique dénote l'aptitude "ruisselante" ou "infiltrante" d'une entité géomorphologique2 ;

> En milieu volcanique insulaire, il est admis que l'altération des formations volcaniques contribue à abaisser la conductivité hydraulique de ces formations. Cette théorie résulte du colmatage des porosités primaire et/ou secondaire des roches par des minéraux argileux ;

> Dans certains cas, il est envisageable de déduire les âges relatifs de différents massifs volcaniques. Toutefois, ce point ne sera pas abordé dans le cadre de cette étude.

Illustration 6 – Histogramme des orientations de pentes

2 La notion d'IDPR est sous-jacente à ce caractère. L'Indice de Développement et de Persistance des Réseaux est une méthode BRGM visant à évaluer l’aptitude des formations du sous-sol à laisser s'infiltrer les eaux de surface vers le milieu souterrain (et réciproquement).

Histogramme des orientations de pentes

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

0 50 100 150 200 250 300 350

Orientation des pentes par rapport au Nord

Fréq

uenc

e

Cratere

Eden

Bébour

Mazerin



Différentes observations sont synthétisées sur l'illustration 7. Ce document ne constitue pas une carte géologique mais reflète la synthèse des observations de terrain effectuées dans le cadre de notre étude, complétées par les travaux de cartographie géologique de Bussières (1965), Billard (1974) et Rocher & Westercamp (1989).

4.1.1. Résultats : identification d'entités dans les Hauts de l'Est

De manière détaillée, les résultats suivants figurent sur l'illustration 7 et sur le tableau 1 (les numéros des paragraphes correspondent à ceux de l'illustration).

1. Les entités "paléoreliefs" à degré d'érosion est très marqué sont constituées par les massifs du Morne Bras des Lianes, du Grand Battoir, du Piton Papangue et de la partie Nord-est du massif du Cratère. La courbe-enveloppe de ces massifs est déconnectée des autres massifs "anciens" tels que celui du Cratère, Eden ou Libéria. Ces massifs sont essentiellement constitués de formations laviques non différenciés particulièrement altérées. Les altérites rougeâtres sus-jacentes aux formations plus massives constituent des formations dont l'épaisseur est plurimétrique.

2. Les entités "planèzes anciennes" dont le degré d'érosion est marqué sont constituées par les massifs de l'Eden, du Libéria et du Cratère (Illustration 8). La courbe-enveloppe de ces massifs est déconnectée de celle du plateau du Mazerin. La topographie de ces trois massifs est marquée par de nombreuses ravines incisées. L'incision de ces ravines, au niveau des planèzes, est comprise entre 30 et 100 m de profondeur.

Les deux entités ci-dessus semblent être issues d'un ancien Piton des Neiges, nommé bouclier primitif par Billard (1974) et dont les datations s'échelonnent entre 2 Ma et 430 000 ans (ou 450 000 ans pour Kluska (1997)).

3. Bien que le Camp de Marseille présente un degré d'érosion et d'altération relativement proche du plateau du Mazerin, il n'est pas rattaché à ce dernier car il est géométriquement plus élevé. Les reconnaissances terrain n'ont pas permis de caractériser précisément la géologie de ce massif. Il est envisageable que ce massif puisse être la continuité du plateau du Mazerin et qu'une zone d'effondrement, dont la limite serait matérialisée par le Bras Mazerin au Sud et par la Rivière des Roches au Nord ait contribuée à la non-continuité des massifs.

4. Le Plateau du Mazerin et l'Ilet Patience constituent les vestiges de l'ossature de la dernière phase majeure du volcan bouclier (200 000 ans). Ces massifs sont en cohérence topographique et minéralogique avec la Plaine des Fougères, la Roche Ecrite et l'ensemble des Planèzes en aval du Grand Bénare et du Maïdo.



La base des remparts est constituée par des basaltes à olivine cumulative (océanites) auxquels succèdent des basaltes à olivine et des basaltes à fines baguettes de plagioclase correspondant au stade différencié précoce. La distinction entre les coulées βαIV et βπII, qui correspondent aux phases IV et II de Billard (1974) ne sont pas reportées sur la représentation cartographique de l'illustration 7. Ce point sera détaillé dans le paragraphe 4.2 (p. 31). En ce qui concerne l'agrégation des formations du plateau de Mazerin et celles du plateau de Bébour / Bélouve, les interprétations de la présente étude, inspirées des résultats de Rocher & Westercamp (1989) et de Lacquement & Nehlig (2008) précisent la cartographie de Billard (1974).

5. De cette distinction entre les formations du plateau de Bébour et celles du Plateau du Mazerin peut-être déduit un degré d'altération différent et des caractéristiques hydrogéologiques différentes. Ainsi, le plateau de Bébour / Bélouve, constitué par un remplissage tardif du volcan bouclier du Piton des Neiges, s'initie à partie de 180 000 ans. Le prolongement ouest du Mazerin constitue alors paléo-col limitant au Nord le paléo-cirque de Bélouve et au Sud le Paléo-cirque de Bébour. La morphologie pré-activité explosive est reconstituée sur l'illustration 3. L'activité explosive débute par l'émission de coulées pyroclastiques, pouvant être rattachées à des séquences ignimbrites (Rocher & Westercamp, 1989). Ces coulées massives, remarquablement prismées constituent une formation peu perméable à l'échelle régionale, contribuant ainsi aux plus importantes émergences du secteur d'étude, à savoir : le Voile de la Mariée, le Trou de Fer et le mini trou de Fer de la Rivière des Marsouins (Illustration 14, Illustration 15). Il est intéressant de remarquer que les ravines sont majoritairement sèches au-dessous de ce niveau. En effet, l'amont de la Rivière des Marsouins et du Bras de Caverne est sec alors qu'un débit de plusieurs m3/s s'écoule en aval. Toutefois, le niveau des ignimbrites ne constitue pas un réel imperméable car quelques venues d'eau, plus modestes, sont observées sous ce niveau (Illustration 17).

Dénomination des entités Localisation Age supposé et

géologie Géomorphologie Courbe enveloppe Modelé du

massif notion de "rugosité en

grand" Degré d'altération Remarques

diverses

1 Entités paléoreliefs

Morne Bras des Lianes, Grand Battoir, Piton

Papangue, partie Nord-est du

massif du Cratère

2 Ma – 450 ka Phase II non zéolitisée Série des océanites

Ces massifs semblent

constituer les paléoreliefs des épanchements des entités n°2

Pas de réelle continuité

topographique entre les différents massifs

Modelé très façonné

Formations très altérés (localement "terre à briques")

Bouclier primitif de Billard (1974)

2 Entités

planèzes anciennes

Massif du Cratère, Eden,

Libéria

2 Ma – 450 ka Phase II non zéolitisée et III Série des océanites et stade différencié précoce

Ces massifs semblent être des

planèzes anciennes du

volcan bouclier

Continuité topographique entre

les entités n°2. Discontinuité avec

les entités n°4

Modelé très façonné.

De nombreuses ravines incisées

(30-100 m de profondeur)

Altération significativement plus marquée que sur les entités n°4

(Illustration 6)

Bouclier primitif Le massif du

Cratère est plus récent que le

Morne du Bras des Lianes

(Billard, 1974)

3 Entités Camp de Marseille

Camp de Marseille

340 – 200 ka Phase IV Série des océanites et stade différencié précoce

Similaires avec les entités n°4

Discontinuité avec les entités n°4

(plateau du Mazerin)

4 Entités volcan bouclier

Plateau du Mazerin, Ilet

Patience

340 – 200 ka Phase II et IV non zéolitisée Stade différencié précoce

Planèzes les plus récentes du

volcan bouclier

En continuité avec le Grand Bénare, la Roche Ecrite et le

Piton Bé Massoune

5 Entités

Bélouve Bébour

Plateaux de Bébour et Bélouve

> 180 ka Phase IV Pyroclastites et stade différencié

Remplissage post-érosion des paléocirques de

Bélouve et Bébour

Continuité entre les plateaux de Bélouve

et Bébour

Relief peu façonné sur les

plateaux (hormis les drains majeurs).

Ravines peu incisées (5-40 m de profondeur)

Altération très peu marqué.

Formations relativement

saines Précisions

cartographiques apportées par

rapport à Billard (1974)

Les termes les plus significatifs qui ont déterminés les distinctions entre chaque entité figurent en gras.

Tableau 1 – Critères d'identification des entités géomorphologique du secteur d'étude



Illustration 7 – Distribution spatiale des différentes entités géomorphologiques identifiées



4.1.2. Remarques relatives à la cartographie de Billard (1974)

Billard (1974) rattache les deux entités distales à la phase II (Cratère) ou IV (Eden, Libéria). Ainsi, les massifs de l'Eden, du Libéria et du Mazerin ne constituent qu'une seule entité géologique homogène. Dans le cadre de la présente étude, ces entités sont individualisées sur des critères géomorphologiques (altération des formations géologiques, rupture des pentes) et hydrogéologiques (Illustration 9). De plus, la géométrie des formations au Nord et au Sud du Grand Rein (crête reliant l'Eden et le Mazerin) ne contribue pas à connecter les massifs de l'Eden et du Mazerin. En effet, les coulées βαIV sont localisées à la fois en position haute (sur le Grand Rein, et en position basse (300 m de dénivelé plus bas, en aval d'un rempart de βπII). Il est difficilement concevable, sans le jeu de failles majeures de conserver une cohérence géologique à l'échelle de ce massif. Sur le secteur d'étude, Billard (1974) relève seulement une fracturation intense des terrains des phases I et II dans la partie amont de Bras Cabot. Les accidents majeurs sont subverticaux et orientés sensiblement Nord-ouest (N135).

Toutefois, deux critères doivent être soulignés :

> la combinaison des paramètres extérieurs tels que les précipitations et la température ont pu conduire à une évolution différente de massifs géologiquement similaires. A titre d'exemple, les planèzes en aval du Maïdo et du Mazerin sont différentes en ce qui concerne la densité du réseau de drainage, l'épaisseur des sols et le degré d'altération des formations de surface ;

> le degré d'altération des formations géologiques observables en surface n'est pas forcément représentatif de l'altération en profondeur. Il est donc possible de penser que ces formations peuvent constituer localement des aquifères potentiels en profondeur (cas de Maurice ou Mayotte).

En outre, l'agrégation des formations du Plateau de Mazerin et celles du Plateau de Bébour / Bélouve (Billard, 1974) ne parait pas cohérente sous différents points aspects (minéralogie, datations, géométries).

En ce qui concerne les massifs anciens, attribués à la phase II (Cratère, Morne Bras des Lianes, Grand Battoire, Piton Papangue), Billard (1974) relate une mise en place polyphasée (période d'activité séparée par des phases d'érosion). Ainsi, Billard indique que le massif du Cratère est plus récent que le Morne du Bras des Lianes. Ce point est en concordance avec les interprétations de la présente étude.

Pour conclure sur ces divergences de précisions, il serait nécessaire d'acquérir de nouvelles données géologiques (datations, lames minces, géochimie) afin de lever les doutes relatifs à la cartographie de Billard dans les différents secteurs de l'Est de la Réunion.



Illustration 8 – Caractère altérées des laves du massif du cratère Route Hubert Delisle. La hauteur de l'affleurement avoisine 5 mètres.

N S



4.2. OBSERVATIONS HYDROLOGIQUES ET HYDROGEOLOGIQUES

4.2.1. Méthodologie

Les observations ci-dessous sont issues des deux phases du présent projet :

> Localisation des émergences d’eau souterraine et des cours d’eau de surface ;

> Mesures in-situ des caractéristiques physico-chimiques des eaux ;

> Caractérisation des contextes d’émergence des eaux souterraines ;

> Estimation des variations de débits le long des cours d’eau.

Cette série de reconnaissances a permis de repérer les principales émergences d’eau souterraine et de caractériser succinctement leur contexte géologique (Illustration 9). Deux principaux types d’émergences ont été identifiés : d’une part les émergences ponctuelles formellement discernables et, d’autre part, les émergences diffuses perceptibles au travers d'une variation observable du débit estimé des cours d’eau.

Des estimations visuelles de débit ont été réalisés (Illustration 10) car les méthodes conventionnelles de jaugeage n'étaient pas réalisables compte-tenu des conditions d'accès. Le calibrage de cette estimation est basé sur des jaugeages capacitifs (seau) lorsque cela a été possible. Toutefois, il ne parait pas pertinent d'utiliser les valeurs de débits estimés dans le cas de calculs hydrologiques (bilans ou estimations de la ressource). De manière plus pragmatique, les débits notés sur l'illustration 10 ne constituent qu'un repère qualitatif.

4.2.2. Résultats à l'échelle du terrain d'étude

Le report sur carte de ces informations a mis en évidence l’existence de plusieurs substratums hydrogéologiques jouant un rôle de niveau imperméable (Illustration 11). Ces sources se distribuent aux abords de l'actuel réseau hydrographique. Les toits de ces substratums sont situés soit au contact de deux des phases géologiques décrites par Billard (1974) soit au sein d’une même formation géologique.

Pour rappel, il est admis que la limite du métamorphisme ayant conduit à la zéolitisation intense des massifs de l'île est franche et correspond à un niveau imperméable remarquable souligné par la présence de nombreuses sources. Il est intéressant de noter que les limites géologiques soutenues par Billard (1974) reposent, entre autres, sur des critères hydrogéologiques.



Illustration 9 - Localisation des émergences



Illustration 10 – Estimation qualitative des débits des émergences



Illustration 11 - Localisation des substratums hydrogéologiques (Fond géologique : Billard, 1974)



En plus des émergences, le creusement de la galerie entre les barrages EDF amont et aval permet d'obtenir des informations complémentaires. La galerie achemine l’eau depuis la rivière des Marsouins jusqu’à l’usine de Takamaka II – aval (Illustration 12). Les données ci-dessous sont issues d'un rapport BCEOM de 1989 :

Située en rive droite de la rivière des Marsouins, la galerie a été forée en 1987 à l’aide d’un tunnelier sur une longueur totale de 4520 m et entièrement blindée en raison de fortes venues d’eau entre les points PM3750 et 4000. L'altitude d'entrée est de 793 m et la sortie se situe à 883 m NGR. La pente moyenne est de 0.7% et le diamètre 2.7m.

La structure observée sur cette longueur est une structure de comblement de vallée (inversion du pendage des coulées le long du profil. Elle a fourni sur 200 m linéaire, un débit de 300 l/s. Ces venues d’eau apparaissent essentiellement à la base et au sommet des coulées au contact des gratons et dans les fissures de base de coulées. Les coulées épaisses massives sont les zones ou les venues d’eau sont réduites.

Remarque complémentaire

Ces informations engendrent une réflexion sur la méthodologie d'étude. En effet, que cela soit dans le cas de cette galerie EDF ou celles du projet d'ILO3 (galerie Salazie amont et aval), de fortes venues d'eau sont observées alors qu'il n'existait pas d'indice d'émergences dans ces différents secteurs. Cette différence entre les observations de terrain et le creusement des galeries peut être expliqué par les effets d'échelle.

> A l'échelle d'un massif, il est possible de déterminer si des venues d'eau sont probables ou non dans le cas d'un creusement ;

> A l'échelle du creusement d'un tunnel, seule une étude hydrogéologique fine (telle que celle menée sur la galerie Salazie Amont du projet ILO, éventuellement combinée avec des investigations géophysiques, peut permettre de localiser, avec une incertitude entachée par l'hétérogénéité naturelle des formations géologiques, des éventuelles venues d'eau.

Dans le cadre de la présente étude, l'échelle de travail correspond à la résolution de la connaissance géologique régionale, affinée par différentes observations ponctuelles. En conséquence, la méthodologie d'étude employée apparait comme adaptée aux résultats escomptés.

3 Projet d'Irrigation du Littoral Ouest reposant sur un transfert des eaux depuis l'Est vers l'Ouest de la Réunion.



Illustration 12 – Coupe de la galerie EDF



Illustration 13 – Ligne d'émergences du flanc Sud de la rivière des Marsouins au niveau de la confluence avec Bras Cabot (trait rouge)

Illustration 14 – Ligne d'émergence du Voile de la Marié (trait rouge)



Illustration 15 – Ligne d'émergence du Mini Trou de Fer – Rivière des Marsouins (trait rouge)

Illustration 16 – Lignes d'émergence du barrage EDF amont de la Rivière des Marsouins (traits rouges)



²

Illustration 17 – Exemples d'apport qui peuvent être considérés comme diffus en l'absence de reconnaissance in-situ

(rivière des Marsouins entre les barrages EDF amont et aval)



4.2.3. Résultats détaillés

Les informations ci-dessous proviennent des résultats de la phase I. Elles ont été complétées ou modifiées lorsque cela s'avérait nécessaire.

a) Trou Malais

Cinq sources à faible débit réparties le long d’une ligne d’émergence (Q ≈ 0.5 à 2 l/s) ont été observées dans le rempart du Bras de Caverne, en contrebas du Trou Malais, à une altitude d’environ 850 m NGR, soit 150 m sous la surface du plateau. Les émergences sont situées au niveau d’un contact entre deux formations géologiques : phase II – phase IV d'après la carte géologique (Billard, 1974).

La rivière du Trou Malais (Cascade Blanche) est issue de la confluence de plusieurs ruisseaux eux même alimentés par un ensemble diffus d’émergences situées sur le plateau.

Le rôle "tampon" de la végétation semble être important dans ce secteur où le couvert végétal atteint vraisemblablement plusieurs mètres d'épaisseur. Les émergences du plateau se mettent en place à la faveur de légères ruptures de pente, puis les flux se concentrent sans réelle contrainte géologique.

b) Camp de Marseille

Des émergences ponctuelles apparaissent :

> dans le rempart dominant le plateau de Bébour à une altitude d’environ 1250 m NGR, soit 150 m sous le sommet du rempart. Cette source alimente la rivière de Bras Patience ;

> le long de la route département D53 à l’altitude de 770 m NGR en partie sommitale du rempart dominant la ravine de Bras Sec et en contrebas de l’ilet Maturin. Cette source est captée ;

> sur le flanc est de la crête située au sud du Piton de la Rivière des Roches à l’altitude d’environ 1070 m NGR, soit une centaine de mètres sous la surface de la planèze formant le relief amont. Ces sources alimentent la rivière de Grand Bras (affluent de la Rivière des Roches).



Des émergences plus diffuses, mises en évidence par une augmentation progressive du débit de la rivière (investigation héliportée) alimentent la rivière de Bras Sec depuis la planèze du Camp de Marseille, la rivière de Grande Ravine depuis le plateau dominant la grande cascade en amont de la route (1000 m NGR environ) et la rivière de Grand Bras depuis l’aval de la planèze (1200 m NGR).

c) Plateau du Mazerin

A l’exception d’une source, toutes les émergences apparaissent à l’est du plateau du Mazerin.

Une source apparaît dans le rempart dominant le plateau de Bélouve à l’altitude d’environ 1920 m NGR, soit 150 mètres sous le sommet du rempart. Cette source est captée pour alimenter le gîte de Bélouve. Cette résurgence correspond aux systèmes des "sources des remparts" qui émergent vers l'intérieur des cirques alors que le pendage est conforme aux planèzes. Le bassin versant de ces sources est particulièrement réduit. Il est probable que la fracturation en bordure de rempart contribue à la concentration des flux.

Une série de sources (Q ≈ 0.5 à 5 l/s) réparties le long d’une ligne de sources apparaissent dans le rempart au sud est du plateau du Mazerin à l’altitude d’environ 1400 m NGR, soit 190 mètres sous le sommet du rempart. Ces sources alimentent la rivière de Bras Patience.

Une série d’émergences réparties le long d’une ligne de sources (Q ≈ 1 à 10 l/s) apparaissent dans le rempart à l’est du plateau du Mazerin à une altitude comprise entre environ 1500 m NGR et 1350 m NGR, soit entre 150 mètres et 40 mètres sous le sommet du rempart. L’altitude de ce niveau imperméable est donc décroissante du sud vers le nord. Ces émergences alimentent la rivière des Roches.

Une émergence est également visible en contrebas de ce même rempart à l’altitude de 950 m, soit 450 mètres sous le sommet du rempart.

Une zone d’émergence diffuse apparaît au travers d’une augmentation progressive du débit des ravines sur la partie nord est et au sud est du Plateau du Mazerin, en amont du sommet du rempart. Ces ravines alimentent les rivières du Bras Patience, de Rivière des Roches, de Bras des Lianes et de Bras Piton.

Aucune émergence au débit significatif n’a été repérée à la base des phases III et IV au niveau de la cascade du chien (Bras des Lianes) ou de la grande cascade de Bras Piton (altitude au sommet : 620 m NGR environ). Cette zone correspond aux entités distales à degrés d'érosion marqué à très marqué.

Contrairement aux sources de la rivière des Roches qui ont été nettement identifiées, les émergences alimentant les rivières du Bras des Lianes et du Bras Piton ne sont pas formellement reconnues. Leur existence est supposée en raison de l’apparition



d’un écoulement de surface et l’augmentation manifeste du débit des cours d’eau. Il peut être avancé l’hypothèse de l’existence d’un substratum supportant des émergences non identifiée au cours de la visite héliportée en raison de leur émergence au sein du plateau végétalisé et non dans le rempart. Une autre hypothèse (ORE, 2003) justifie cette augmentation de débit par une alimentation de la rivière par la nappe de base. L'argumentation est basée par la relation géométrique entre la topographie du lit de la rivière et le gradient hydraulique théorique (0.08%).

En ce qui concerne la distribution des venues d'eau (émergences ou zones diffuses) en regard de la géomorphologie. Il est intéressant de noter que :

> des sources sont observées lorsqu'il y a présence d'un rempart subvertical (Sud du plateau Mazerin) ;

> des émergences diffuses sont pressenties lorsque les incisions sont modérées et ne correspondent pas à des remparts. Cette morphologie est observée dans la partie Nord-est du Plateau du Mazerin (Bras des Lianes et Bras Piton).

Cette distinction de morphologie et d'hydrogéologie pourrait éventuellement être expliquée par des processus d'érosion influencées par des circulations d'eau en souterraine (notions de sapement / sapping étudiées à la Réunion par Fèvre, 2005).

d) Ilet Patience

Six ensembles d’émergences ponctuelles ont été identifiées dans le rempart dominant les rivières de Bras Cabot et des Marsouins (Illustration 13). Leur localisation précise est rendue difficile par la très grande hauteur du rempart (plus de 1000 mètres de haut).

> Deux ensembles d’émergences sont identifiés dans la rivière du Bras Magasin, l’un à environ 740 m NGR, soit 550 m sous le sommet du rempart et l’autre à environ 500 m NGR soit 790 m sous le sommet du rempart.

> Un ensemble d’émergences est identifié dans la rivière du Petit Bras Magasin à 560 m NGR environ soit 730 m sous le sommet du rempart.

> Deux ensembles d’émergences sont identifiés dans une ravine située à l’est de celle de Petit Bras Magasin à 560 m NGR environ, soit 710 m sous le sommet du rempart et à 500 m NGR environ, soit 770 m sous le sommet du rempart.



> Un ensemble d’émergences est identifié dans le rempart à l’est de la Fenêtre à 340 m NGR, soit 770 m sous le sommet du rempart.

> Des émergences sont identifiées (BSS) dans le rempart dominant la Plaine des Palmiste. Cependant, ces émergences ne sont pas visibles en étiage.

Les contextes d'émergences sont similaires à ceux identifiées dans le secteur du Plateau Mazerin.

e) Paléo-cirque de Bébour

Trois zones d’émergences majeures sont situées dans la rivière des Marsouins.

> La première zone d’émergence se trouve dans la rivière des Marsouins à 200 m en aval de la piste forestière de Bélouve, à 1200 m NGR environ, soit 140 m sous la surface du plateau.

> La seconde zone d’émergence est située dans la rivière des Marsouins, un kilomètre en aval du franchissement de la rivière par la piste forestière de Bélouve, à 1050 m NGR environ, soit 300 m sous la surface du plateau. Ce niveau d’émergence est situé en amont immédiat du site dit du "Mini trou de Fer" (Illustration 15).

> La troisième zone se localise au droit du barrage amont EDF (Illustration 16).

Enfin, en aval de ces zones majeures se localisent quelques émergences ponctuelles dont le débit ne contribue pas significativement à augmenter celui de la Rivière des Marsouins (Illustration 17).



5. Analyse des débits spécifiques d'étiage

Le calcul du débit spécifique constitue un premier indicateur de la contribution d'eau souterraine dans le contexte réunionnais. Toutefois, ce calcul ne pourrait être dissocié d'observations de terrain et d'analyse fine des chroniques hydrométrique. Le débit spécifique est obtenu en divisant la valeur d’un débit par la surface du bassin versant topographique correspondant. Il permet de s’affranchir de la superficie du bassin versant dans les comparaisons inter-bassin ; il ne permet néanmoins pas de s’affranchir des variations spatiales des pluies efficaces dans les régions très arrosées, ni des variations spatiales des relations eau souterraine / eau de surface.

5.1. DONNEES ET METHODE DE CALCUL

Le secteur d’étude est couvert par six postes pluviométriques et six stations de l’Office de l’Eau mesurant le débit des rivières et bénéficiant de chroniques journalières pluriannuelles (Ravine Batardeau sentier Ravenales, Bras des Lianes amont captage AEP, Rivière des Roches à Abondance, Rivière des Marsouins à Béthléem, Bras Patrick amont confluent Bras-Panon, Bras-Panon aval radier Paniandy). Les caractéristiques des bassins versants amont de ces stations sont décrites dans le chapitre relatif au traitement des données hydrologiques (§ 6.2, p. 59).

Les données de jaugeages différentiels de l'Office de l'eau ont aussi été utilisées.

En fonction des données disponibles, deux approches ont été adoptées :

> Lorsque les chroniques hydrométriques étaient disponibles, les étiages ont été caractérisés par une moyenne sur trois jours consécutifs (VCN3)1. Différentes approches ont été comparées et sont représentées sur l'illustration 18. Les différences proviennent principalement de la longueur de la période d'observation (1, 3, 30 jours) dans ce secteur où les périodes sans précipitation n'excèdent pas 5 jours. La médiane2 des étiages est utilisée pour le calcul du débit spécifique.

> Lorsque les chroniques hydrométriques n'étaient pas disponibles, la moyenne des jaugeages différentiels de l'Office de l'eau a été utilisée

1 Le débit d'étiage mensuel (moyenne des débits journaliers du mois d’étiage QMNA) n'a pas été utilisé en raison de la régularité de la pluviométrie du secteur d'étude.

2 La médiane est employée afin de réduire l'impact les valeurs extrêmes.



(période 1997-2005). Cette approche a été retenue pour le cirque de Salazie et le Bras de la Plaine.

Il est important de souligner que le débit spécifique calculé par l'approche "VCN3" est inférieure au débit spécifique obtenu par jaugeage différentiel. En effet, bien que les jaugeages différentiels soient réalisés en étiage, il est difficile d'affirmer qu'ils correspondent au débit caractéristique d'étiage.

En ce qui concerne la pluviométrie, elle a été calculée par planimétrie à partir des isohyètes Météo-France.

Illustration 18 – Comparaison entre différentes méthodes de caractérisation de l'étiage sur la Rivière des Marsouins

DCE : définition statistique la plus usuelle, correspond au débit caractéristique d'étiage (DCE) calculé sur une longue série de débits journaliers classés (débit au dessous duquel

l'écoulement descend dix jours par an). Annuaire hydro : étiage caractéristique de l'annuaire hydrologique 2005 (méthode de calcul non

identifiée) VCN3 ou 10 : débit moyen minimal sur 3 ou 10 jours consécutifs

Minimum : débit minimum annuel QMNA : débit d’étiage mensuel - moyenne des débits journaliers du mois d’étiage

Caractérisation de l'étiage de la Rivière des Marsouins

2

3

4

5

6

7

8

9

1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

Année

Déb

it (m

3/s)

DCEAnnuaire hydroVCN3MinimumVCN10QMNA



5.2. APPROCHE REGIONALE

La valeur des débits spécifiques d'étiage a été évaluée entre 16 et 20 l/s/km2 lorsque les contributions d'apport d'eau souterraine ne sont pas significatives pour le cirque de Salazie. Cette valeur est calculée à partir des données de jaugeages différentiels de l'Office de l'eau de 1997 à 2005. Ainsi, les valeurs plus élevées dénotent soit la contribution d'un bassin versant souterrain dont la superficie est supérieure à celle du bassin versant de surface, soit des précipitations trop régulières pour atteindre un étiage non influencé. Par exemple, le débit spécifique de la Rivière du Mât en amont du Voile de la Marié est égal à 14 l/s /km2 en moyenne, alors qu'il atteint 134 l/s /km2 en aval des émergences.

Dans le même état d'esprit, et afin d'illustrer l'utilisation de l'indicateur "débit spécifique", des bassins versant ont été examinés dans la partie amont du Bras de la Plaine où la présence de sources est remarquable sur deux des trois principaux affluents (Tableau 2). La contribution des eaux souterraines sur le Bras Ste Suzanne et le Bras Sec est parfaitement illustrée avec des débits spécifiques respectifs de 72.6 et 174.8 l/s /km2. A l'inverse, le débit spécifique du Bras des Roches Noires, dont les émergences sont beaucoup moins nombreuses est plus faible. La différence de pluviométrie (≈ 20%) ne justifie pas cette différence.

Bassin versant Superficie (km2)

Moyenne des débits d'étiage

(l/s)

Débit spécifique

moyen (l/s/ km2)

Pluviométrie moyenne

(mm)

1- Bras Ste Suzanne 10.75 780 72.6 2700 2- Bras Sec 6.1 1066 174.8 2250 3- Bras des Roches Noires 10.4 258 24.8 2200

Tableau 2 – Débit spécifique moyen du secteur amont du Bras de la Plaine Données de jaugeages différentiels de l'Office de l'eau de 1997 à 2005 en période d'étiage

(novembre à décembre).



Médiane (l/s)

Superficie (km2)

Débit spécifique

d'étiage (l/s /km2)

Bras Patrick 62.5 9.14 6.84 Bras des Lianes 151 7.23 20.89

Rivière Bras Panon 47 9.29 5.06 Rivière des Roches 491.5 24.16 20.34

Rivière des Marsouins 4280 82.25 52.04 Ravine Batardeau 0.733 0.58 1.26

Tableau 3 – Médianes retenues pour le calcul des débits spécifiques d'étiages (VCN3) Les valeurs utilisées pour le calcul de la médiane figurent dans l'annexe 4

Secteur Surface

du secteur (km2)

Débit moyen (m3/s)

Débit spécifique moyen par

secteur (l/s)

nov-05

oct-04

oct-03

oct-02

oct-01

nov-00

nov-99

nov-98

oct-97

Moy. des

débits jaugés (m3/s)

R. du Mât - Ilet à Vidot 15.65 0.25 16.21 0.21 0.30 0.29 0.26 0.23 0.24 0.25 0.25 0.25

Bras des Demoiselles 3.74 0.04 11.86 0.06 0.07 0.07 0.05 0.02 0.04 0.02 0.04 0.04

R. du Mât – Am. Conf. Fl. Jaunes 6.01 0.81 134.05 1.15 1.22 1.38 1.22 0.88 1.00 0.85 1.13 1.28 1.10

R. du Mât - Pont de l'Escalier 4.529 0.25 56.03 2.12 2.48 2.63 2.30 1.68 1.94 1.64 2.00 2.47 2.10

Bras de Caverne 18.93 0.64 33.94 0.76 0.70 0.74 0.63 0.55 0.65 0.48 0.63 0.64

R. Fleurs jaunes – Am. conf. R. du Mât 24.79 0.40 15.93 0.71 0.80 0.96 0.82 0.61 0.72 0.60 0.71 0.96 0.74

R. Fleurs jaunes - CD52 16.82 0.35 20.59 0.29 0.41 0.44 0.38 0.29 0.29 0.33 0.34 0.35

Tableau 4 – Calcul des débits spécifiques à partir des données de jaugeages différentiels sur la Rivière du Mât (données Office de l'eau – 1997-2005)

Le débit spécifique moyen est calculé par secteur afin de ne pas intégrer l'ensemble du bassin versant amont dans le but de caractériser plus finement chaque secteur. Par exemple, pour le

secteur de la "rivière Fleurs Jaunes – amont confluence Rivière du Mât", le débit moyen est égal à la différence entre la moyenne des débits à la station éponyme et ceux de la station

amont (Fleurs jaunes CD52). De même, la surface des secteurs est obtenue par différence avec les surfaces des bassins versants amont des secteurs jaugés. Par exemple, de la surface du secteur de la "Rivière du

Mât - amont confluence Fleurs Jaunes" doit être déduit la contribution des secteurs Ilet à Vidot (15.65) et Bras des Demoiselles (3.74) soit [25.4 - (15.65 + 3.74) = 6.01]



Illustration 19 – Secteurs individualisés pour le calcul des débits spécifiques à partir des jaugeages différentiels de l'Office de l'eau



Illustration 20 – Distribution spatiale des débits spécifiques d'étiage



5.3. BRAS DES LIANES

La rivière de Bras des Lianes draine la partie nord de la sous-unité hydrogéologique du plateau Mazerin. Son débit est mesuré en continu par l’Office de l’Eau à l’altitude de 670 m NGR environ. Son débit est en partie capté en aval immédiat de la station de mesure.

La superficie du Bassin versant topographique en amont de la station de mesure est de 7.23 km2. Les débits maximaux et minimaux identifiés sur la période 1988-2007 sont respectivement de 97 m3/s (05/03/2006) et de 98 l/s (05/10/2001).

Le débit d’étiage caractéristique calculé (Tableau 3) est égal à 151 l/s. Le débit spécifique d’étiage est donc de 20.89 l/s /km2.

5.4. RIVIERE DES ROCHES

La rivière des Roches draine la partie centrale de l'entité du Plateau du Mazerin. Son débit est mesuré en continu par l’Office de l’Eau à l’altitude de 160 m NGR environ.

La superficie du Bassin versant topographique en amont de la station de mesure est de 24.16 Km2. Les débits maximaux et minimaux identifiés sur la période 1987-2007 sont respectivement de 273 m3/s (28/02/1993) et de 340 l/s (01/12/1996).

Le débit d’étiage caractéristique calculé (Tableau 3) est égal à 491.5 l/s. Le débit spécifique d’étiage est donc de 20.34 l/s /km2.

5.5. COMPARAISON DES DEBITS DE BRAS DES LIANES ET DE RIVIERE DES ROCHES

En première approche, le comportement hydrologique de la rivière de Bras des Lianes et celui de la Rivière des Roches sont sensiblement similaires. Les deux rivières réagissent aux mêmes évènements pluvieux et l’évolution de leur débit caractéristique d’étiage entre 1989 et 2007 est similaire. La médiane des débits d’étiage de la rivière des Roches (491 l/s) est supérieure à celle des débits d’étiage de la rivière du Bras des Lianes (151 l/s). Cependant le débit spécifique, qui permet de s’affranchir de la surface du bassin versant, montre que les deux rivières restituent le même débit par unité de surface (environ 21 l/s).

Le débit d’étiage étant essentiellement assuré par les aquifères, cette similarité conforte l’hypothèse d’une alimentation de ces rivières par un ou des aquifères aux



propriétés similaires situés sur le plateau du Mazerin bien que les sources du Bras des Lianes n’aient pas été formellement identifiées contrairement à celle de la Rivière des Roches.

5.6. DEBIT DE LA RIVIERE DES MARSOUINS

La rivière des Marsouins draine la totalité de l’unité hydrogéologique du Paléo cirque de Bébour. Son débit est mesuré en continu par l’Office de l’Eau à l’altitude de 60 m NGR environ au lieu dit Bethléem. Les variations de débit sont perturbées par la présence de deux barrages hydroélectriques dans la partie amont de la rivière.

La superficie du bassin versant topographique en amont de la station de mesure est de 82.25 km2. Les débits maximaux et minimaux identifiés sur la période 1994-2007 sont respectivement de 428 m3/s (12/03/1999) et de 3.07 m3/s (09/12/2001).

Le débit d’étiage caractéristique calculé (Tableau 3) est égal à 4280 l/s. Le débit spécifique d’étiage est donc de 52.04 l/s /km2.

5.7. COMPARAISON DES DEBITS DE BRAS DES LIANES, DE RIVIERE DES ROCHES ET DE RIVIERE DES MARSOUINS

Le débit d’étiage de la rivière des Marsouins (4280 l/s) est beaucoup plus fort que ceux de la rivière des Roches ou de Bras des Lianes. Le débit d’étiage spécifique calculé sur la médiane des débits d’étiage permet de s’affranchir des différences de superficie des bassins versants. Le débit d’étiage spécifique de la rivière des Marsouins (52.04 l/s /km2) est 2.5 fois supérieur à ceux des rivières de Bras des Lianes et de la rivière des Roches (21 l/s /km2). A priori, cet écart ne peut pas être expliqué par la différence de pluviométrie puisque les précipitations sur le plateau de Bébour sont inférieures à celle du plateau du Mazerin, respectivement sièges des aquifères soutenants le débit de la rivière des Marsouins et de la rivière des Roches. Les précipitations sont également inférieures sur la rivière des Marsouins (6560 mm en 1998) que sur rivière des Roches (7260 mm en 1998) à l’échelle du bassin versant. Cela tend à montrer la forte capacité des aquifères alimentant la rivière des Marsouins à stocker l’eau et à la restituer en période d’étiage. Cette forte capacité est attestée par la forme de son hydrogramme (très fort soutien des débits d’étiage, ratio débit de crue sur débit d’étiage relativement faible).

5.8. BRAS PATRICK

La rivière Bras Patrick draine la partie centrale du massif de l'Eden et du Libéria. La superficie du bassin versant topographique en amont de la station de mesure est de



9.14 km2. Les débits maximaux et minimaux identifiés sur la période 1997-2004 sont respectivement de 26.7 m3/s (08/05/2004) et de 20 l/s (30/06/1999).

Le débit d’étiage caractéristique calculé (Tableau 3) est égal à 62.5 l/s. Le débit spécifique d’étiage est donc de 6.84 l/s /km2. Ce débit spécifique est particulièrement faible.

5.9. BRAS PANON

La rivière Bras Panon draine la partie Nord du massif de l'Eden. La superficie du bassin versant topographique en amont de la station de mesure est de 9.29 km2. Les débits maximaux et minimaux identifiés sur la période 1997-2007 sont respectivement de 59.4 m3/s (05/03/2006) et de 16 l/s (10/12/2001).

Le débit d’étiage caractéristique calculé (Tableau 3) est égal à 47 l/s. Le débit spécifique d’étiage est donc de 5.06 l/s /km2. Ce débit spécifique est particulièrement faible.

5.10. RAVINE BATARDEAU

La Ravine Batardeau draine une petite partie du massif du cratère. Les débits maximaux et minimaux identifiés sur la période 1998-2007 sont respectivement de 3.6 m3/s (05/03/2006) et inférieur à 1 l/s (30/06/1999).

Le débit d’étiage caractéristique calculé (Tableau 3) est égal à 0.73 l/s. Le débit spécifique d’étiage est donc de 1.26 l/s /km2. Ce débit spécifique est particulièrement faible.

5.11. COMPARAISON DES DEBITS DE BRAS PATRICK, BRAS PANON ET RAVINE BATARDEAU

Les débits caractéristiques de la rivière Bras Patrick, Bras Panon et Ravine Batardeau sont inférieurs aux valeurs moyennes identifiées dans le cirque de Salazie (16-20 l/s /km2). Trois facteurs pourraient influencer cette différence :

> Les méthodes de calcul ne sont pas totalement comparables car les jaugeages différentiels ne sont pas forcément représentatifs du débit caractéristique d'étiage. En considérant le QMNA ou le VCN30 (Tableau 5), les valeurs restent inférieures ou égales aux valeurs de débit spécifique identifiées dans le cirque de Salazie.



> La différence de pluviométrie ne peut justifier l'écart entre les débits spécifiques car les précipitations sont 1.5 à 2 fois plus importantes sur ces bassins versants (Bras Patrick, Bras Panon et Ravine Batardeau) que sur le cirque de Salazie.

> L'existence d'infiltrations en amont des stations de jaugeage est probable.

Médiane du débit

(l/s) Débit spécifique d'étiage (l/s /km2) Superficie

(km2) VCN3 QMNA VCN30 VCN3 QMNA VCN30 Bras Patrick 9.14 62.5 150 110 6.84 16.41 12.04

Bras des Lianes 7.23 151 309 250 20.89 42.74 34.58 Rivière Bras Panon 9.29 47 152 114 5.06 16.36 12.27 Rivière des Roches 24.16 491.5 865 703 20.34 35.80 29.10

Rivière des Marsouins 82.25 4280 5710 4990 52.04 69.42 60.67 Ravine Batardeau 0.58 0.733 5.51 4.87 1.26 9.50 8.40

Tableau 5 – Impact du calcul du débit d'étiage sur le débit spécifique



6. Modélisation hydrologique

Dans le cadre de la présente étude, le logiciel de modélisation hydrologique développé par le BRGM (GARDENIA - modèle Global A Réservoirs pour la simulation des DEbits et des NIveaux Aquifères) a été utilisé. La présentation de ce logiciel, ainsi que les données utilisées sont traités spécifiquement dans le chapitre dédié à la modélisation hydrologique.

Pour mémoire, le logiciel Tempo (logiciel de traitement et de modélisation des séries temporelles en hydrogéologie et en hydrogéochimie) du Brgm a aussi été utilisé dans le cadre de cette étude, mais en raison d’un manque de données de calage, il n'a pas été possible d'obtenir de résultats pertinents, ou du moins quantitatifs.

Les modélisations ont pour objectif de déterminer les modalités de fonctionnement des aquifères de la zone d'étude. La démarche adoptée était d'effectuer des bilans hydrologiques. Pour rappel, les modèles hydrologiques élaborés dans le cadre de cette étude n'avaient pas pour objectif la gestion des ressources en eau (eg : prévisions des débits). Cependant, les modèles peuvent être aussi utilisées dans un cadre prédictif après modifications de la configuration de Gardenia.



6.1. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU MODELE GARDENIA

6.1.1. Principes et objectifs

Le modèle GARDENIA (modèle Global A Réservoirs pour la simulation des DEbits et des Niveaux Aquifères), développé par le BGRM, est un modèle hydrologique global de bassins versants. Il simule par une succession de réservoirs, le cycle de l’eau (Illustration 21) dans un bassin versant, depuis les précipitations jusqu’au débit à l’exutoire d’une rivière (ou d’une source) (modélisation pluie-débit) et/ou au niveau ponctuel d’un aquifère (modélisation pluie-niveau piézométrique) (Thiéry, 2003).

Illustration 21 - Représentation schématique des éléments du bilan hydrologique d'un bassin versant

Modélisation Pluie - Niveau

ÉcoulementSouterrain

Modélisation Pluie - Débit

Recharge



La modélisation des relations pluie-débit ou pluie-niveau fait intervenir des paramètres globaux, dont le nombre dépend du nombre de réservoirs utilisés et du type de modélisation, (réserve utile, temps de demi-tarissement…) définis pour un bassin versant ou une entité homogène au sein d’un bassin versant. Ces paramètres doivent être ajustés sur une période d’observation commune des pluies et des débits (et/ou niveau). Cette phase de calage est réalisée automatiquement par le logiciel sous contrôle de l’utilisateur.

A l’issu du calage, GARDENIA permet (Thiéry, 2003) :

> d’établir un bilan hydrologique sur le bassin : évapotranspiration réelle, ruissellement, infiltration, recharge ; ce bilan peut contribuer à l’évaluation de la recharge naturelle d’un aquifère

> de réaliser une extension de données de débits, de niveaux piézométriques ou de recharge pendant une longue période pendant laquelle les précipitations et l’évapotranspiration potentielles sont connues. Ces longues séries de débits ou de niveaux peuvent ensuite être utilisées :

o pour effectuer des prévisions de débits et de niveaux pour le dimensionnement d’ouvrages

o pour l’étude de phénomènes particuliers, tels que remontées de nappe, occurrence d’inondations ou de sécheresses.

6.1.2. Schématisation du bassin versant

Le modèle GARDÉNIA simule le cycle de l'eau, depuis les précipitations sur un bassin versant jusqu'au débit à l'exutoire et/ou au niveau aquifère en un point. Ce modèle est global (non spatialisé), car il considère une "entrée" globale (une "lame d'eau" sur le bassin et une évapotranspiration potentielle) et une "sortie" unique qui est, suivant le cas, le débit à l'exutoire et/ou le niveau piézométrique en un point de la nappe sous-jacente. L’analogie entre l'allure exponentielle de la vidange d’un réservoir et celle du tarissement d’une rivière ou d’une source, ou encore de la baisse des niveaux d’une nappe souterraine, permet de représenter le comportement hydraulique d'un bassin versant par un ensemble de réservoirs se vidant les uns dans les autres. Des fonctions de transfert non linéaires sont utilisées pour améliorer cette schématisation.

GARDÉNIA simule le cycle de l'eau par un système de 3 ou 4 réservoirs en cascade (Illustration 22) qui représentent globalement respectivement (Thiéry, 2003) :

> les premières dizaines de centimètres du sol, siège des phénomènes d’évapotranspiration (zone d'influence des racines de la végétation) ;

> une zone intermédiaire d’écoulement rapide ;

> une ou deux zones aquifères d’écoulement souterrain lent et retardé (soit un ou deux « réservoirs souterrains »).



Illustration 22 - Principe du modèle hydrologique global GARDENIA pour la simulation du débit d'un cours d'eau ou d'un niveau piézométrique



6.2. DONNEES COLLECTEES

Les modélisations doivent être réalisées à pas de temps constants. La durée du pas de temps est quelconque, toutefois on utilise généralement les pas de temps journalier, décadaire ou mensuel.

Dans le cadre de cette étude, les modélisations ont été conduites aux pas de temps journaliers et décadaires. Les données utilisées proviennent de stations de Météo France (pluie et ETP) et de stations de l’Office de l’Eau (débit, ETP).

Les différentes stations utilisées sont localisées sur l’illustration 23. Elles ont été choisies en fonction de leur proximité par rapport à la zone d’étude et en fonction de la longueur de la série de données disponibles.

6.2.1. Débits des cours d’eau

Les données de débits des cours d’eau proviennent de l’Office de l’Eau de la Réunion. Le tableau 6 ci-dessous présente les stations hydrométriques utilisées dans cette étude et rappelle leurs principales caractéristiques.

Toutes les stations caractérisées par un nombre de mesures suffisant pour qu'elles soient traitées par modélisation ont été retenues.



Illustration 23 – Localisation des stations d'intérêt MeteoFrance et Office de l'Eau



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23034 40131170 12273 X0034

Bras Pétard / Patrick6

Bras Patrick amont confluent

Bras Panon (Bras-Panon)

9.14 Nov. 1997

Déc. 2004 34

26008 40211090 12276 X0008

Bras des Lianes

Bras des Lianes amont captage

AEP (Bras-Panon)

7.23 Mars 1988

Déc. 2007 662

23037 40131130 12273 X0037

Bras Panon

Bras Panon aval radier Paniandy (Bras-Panon)

9.29 Oct. 1997

Déc. 2007 69

27044 40130130 12277 X0044

Rivière des

Roches

Rivière des Roches à

Abondance (St-Benoit / Bras-

Panon)

24.16 Avril 1987

Déc. 2007 170

27054 40120100 12277 X0054

Rivière des

Marsouins

Rivière des Marsouins à

Béthléem (St-Benoit)

82.25 Aout 1994

Déc. 2007 60

27103 40121280 12277 X0103

Ravine Batardeau

Ravine Batardeau sentier Ravenales

(St-Benoit) 0.58 Nov.

1998 Avril 2007 275

Tableau 6 - Stations hydrométriques sélectionnées pour l'étude

6.2.2. Niveaux piézométriques

Aucune donnée piézométrique n’est disponible dans la zone étudiée.

L’existence de données piézométriques aurait permis de réaliser une modélisation GARDENIA pluie-niveau piezométrique-débit. Cette modélisation, beaucoup plus robuste dans notre cas d'étude, permet de relier et vérifier la cohérence entre les

6 La dénomination réelle du cours d'eau est le Bras Pétard (IGN, Carthage). Toutefois, afin de faciliter la compréhension générale, la dénomination Bras Patrick sera utilisée dans ce rapport.



niveaux de la zone non saturée et les débits d’étiage. Dans les régions très pluvieuses où il est délicat de déterminer les périodes réelles d’étiage, elle permet d’analyser la décroissance de ces étiages et estimer de manière plus fiable la répartition entre ruissellement superficiel et écoulement souterrain.

6.2.3. Précipitations et évapotranspiration

Les données de précipitations et d’évapotranspiration potentielle (ETP) ont été obtenues auprès de Météo France Réunion. Les données pluviométriques collectées sont celles des stations indiquées dans le tableau ci-dessous. La période collectée correspond à la plus longue période de débit disponible c’est à dire 1987-2007.

L’Evapotranspiration Potentielle journalière, collectée auprès de Météo France Réunion, est celle du poste de Gillot aéroport.

Nom de la station Code station Météo France X Y Altitude (m)

Bellevue Bras Panon 974 022 40 356 800 7 676 700 480

Bras des lianes 974 022 50 355 700 7 674 000 740

Takamaka PK12 974 102 50 357 800 7 668 800 660

Takamaka usine 974 102 62 356 800 7 666 800 552

Saint Benoît 974 102 38 366 900 7 670 800 40

Bébour 974 102 86 351 700 7 662 800 1332

Tableau 7 - Stations pluviométriques d'intérêt Coordonnées WGS84 UTM 40S

6.2.4. Isohyètes annuels

Afin d’évaluer la répartition pluviométrique sur l’ensemble des bassins versants étudiés, tous les isohyètes de pluviométrie annuelle réalisés par Météo France sur la période 1987-2007 ont été collectés puis digitalisés (pour l'année 2005 : Illustration 24).

6.2.5. Contrôle des données

Les données utilisées ont donné lieu à un contrôle visuel et à des complètements de données manquantes au moyen de corrélation avec les stations voisines afin d’obtenir des séries continues et homogènes durant les périodes de simulation.



6.3. DETERMINATION DES DONNEES REPRESENTATIVES DES BASSINS VERSANTS

6.3.1. Problématique

La grande difficulté dans la réalisation d’un bilan hydrologique porte sur l’estimation quantitative des différents termes. En effet, si la pluie peut être mesurée au moyen d’un pluviomètre, cette mesure, qui peut très facilement être entachée d’une erreur de 10 à 15 % par suite de l’équipement du site d’implantation ou de l’étalonnage, ne constitue qu’une valeur ponctuelle d’une grandeur qui peut varier fortement tant dans le temps que dans l’espace. Il est donc très difficile, voire impossible, de quantifier avec précision la pluviométrie réellement reçue par un bassin versant. Il en va de même, à des degrés divers, pour les autres paramètres climatiques, mesurés (vent, température, insolation,) ou calculés (EvapoTranspiration Potentielle,..). Pour la réalisation d’un bilan, il s’agit donc de trouver les valeurs les plus plausibles, c'est-à-dire celles qui se basent sur le plus grand nombre de mesures réelles validées.

6.3.2. Caractéristiques des bassins versants

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Ecar

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23034 12273 X0034

Bras Patrick amont confluent Bras

Panon 9.14 21.50 34 841 325.23 314.94 0.61 196.8

26008 12276 X0008

Bras des Lianes amont captage AEP 7.23 21.46 669 2 025 1 266.36 1 280.94 0.29 371.6

23037 12273 X0037

Bras Panon aval radier Paniandy 9.29 24.06 69 861 311.32 261.96 0.63 194.7

27044 12277 X0044

Rivière des Roches à Abondance 24.16 35.03 159 2 086 986.80 858.94 0.51 500.8

27054 12277 X0054

Rivière des Marsouins à

Béthléem 82.25 72.19 56 2 812 1 350.34 1 408.93 0.39 530.8

27103 12277 X0103

Ravine Batardeau sentier Ravenales 0.58 8.79 286 871 557.03 550.95 0.26 143.7

Tableau 8 - Caractéristiques physiques des bassins versants



6.3.3. Pluviométrie

La zone d’étude se situe dans le second secteur le plus arrosé de l'île après le secteur du Volcan7. C’est, entre autres, aux stations de Takamaka que l’on observe souvent la pluviométrie maximale mesurée dans le secteur d'étude.

Cette pluviométrie qui augmente très souvent, notamment au droit des planèzes, régulièrement avec l’altitude, décroît, ou semble décroître, au droit de la zone d’étude en amont de la station de Takamaka PK12. Cette station se situe à l’altitude 660 m pour un bassin versant dont le sommet se situe à plus de 2800 m d’altitude. Cette diminution de la pluviométrie a pu être mis en évidence au moyen des données des stations de Takamaka usine et de Bébour. Aucun poste, toutefois, n’a semble t-il permis de la confirmer dans le haut du bassin versant des Marsouins (altitude supérieure à 1337 m). Un doute subsiste donc sur l’interpolation de la pluviométrie dans cette partie du bassin.

Afin de déterminer la pluviométrie représentative du bassin versant, la pluviométrie annuelle obtenue par planimétrie des isohyètes annuels réalisés par Météo France Réunion a été comparée à la pluviométrie mesurée au droit des différentes stations pluviométriques (Tableau 9) situées dans ou à proximité immédiate de ces bassins.

7 A l’est, deux zones sont particulièrement arrosées : la région de Takamaka (7 m/an) et tout l’est du volcan où l’on enregistre les valeurs les plus élevées (plus de 11 m/an sur les Hauts de Ste-Rose).



Illustration 24 - Pluviométrie annuelle de 2005 sur les différents bassins versant

On obtient ainsi, par planimétrie, une valeur approchée de la pluviométrie des différents bassins. Par exemple en 2005, on obtient ainsi une valeur d’environ 5 500 mm sur le bassin versant de la ravine Batardeau (BV situé entre 5 000 et 6 000 mm) et d’environ 5 100 à 5 200 au Bras des Lianes.

La comparaison de ces estimations et des valeurs mesurées aux pluviomètres permet de vérifier la représentativité du ou des pluviomètres sur la pluie réelle du bassin versant et de définir les régressions simples ou multiples nécessaires à la détermination de la pluie moyenne. Une régression simple a été retenue, pour un bassin versant, lorsque tous les écarts entre les pluies « planimétrées » et les pluies mesurées se situaient dans l’intervalle de +-10%. Des régressions multiples ont été recherchées pour les écarts supérieurs.

Le tableau 9 ci-dessous récapitule ainsi les régressions permettant de définir les pluies moyennes des différents bassins versants à partir des valeurs mesurées aux différents postes pluviométriques.

L'utilité de ce traitement préliminaire, et notamment le fait que la règle de variation de la pluviométrie selon l’altitude n’est pas applicable sur les précipitations, est démontrée par l'illustration 25.



Bassin versant Station pluviométrique

Régression pour déterminer la pluie représentative

Bras Panon 1 : Bellevue Bras Panon 0.97 x Pstation1 Bras Patrick 1 : Bellevue Bras Panon 1 x Pstation1 Bras des Lianes 1 : Takamaka Usine 0.8 x Pstation1 Ravine Batardeau 1 : Takamaka PK12 0.79 x Pstation1

Rivière des Roches 1 : Takamaka Usine 2 : Takamaka PK12 (0.444 x Pstation1) + (0.387 x Pstation2)

Rivière des Marsouins

1 : Takamaka Usine 2 : Takamaka PK12 3 : Bébour

(-0.1 x Pstation1) + (0.463 x Pstation2) + (0.34 x Pstation3)

Rivière des Marsouins (pour les périodes sans donnée à Bébour)

1 : Takamaka Usine 2 : Takamaka PK12 (0.352 x Pstation1) + (0.292 x Pstation2)

Tableau 9 - Relation pour la détermination des pluies représentatives des différents bassins versants

Illustration 25 – Précipitations annuelles en fonction de l'altitude Stations retenues (St Benoit, Bras Panon Bellevue, Takamaka Usine, Takamaka PK12, Bras

Des Lianes et Bébour)

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600Altitude (mNGR)

Préc

ipita

tions

ann

uelle

s (m

m)

1994 1999 1995 1993 1998 1997 1996

SB

BPB

TKuTK12

BL

Bébour



6.3.4. Evapotranspiration potentielle

Pour l’évapotranspiration potentielle, il a été utilisé les résultats d’une étude du CIRAD réalisée en 2003 (Chopart et al., 2003). Cette étude fournit une estimation de ce paramètre par décade le long du littoral Est et de sa variation en fonction de l’altitude. Au moyen du tableau "CIRAD" (cf. annexe) il est ainsi aisé de réaliser une estimation de l’ET0 pour une altitude donnée. Le tableau ci-dessous fournit une estimation de l’ET0 à partir de l’altitude moyenne de chacun des bassins versants étudié.

Ces estimations semblent, par ailleurs, être confirmées par l’ETP calculée à l’aide de données climatologiques mesurées à une station de l’Office de l’Eau, située à 1250 mm d’altitude (station Mère Canal). L’ETP, calculée pour les années 2006 et 2007, s’élèverait à 780 et 790 mm, valeurs à comparer aux 800 mm calculée par l’estimation CIRAD.

Bassin versant Altitude moyenne du

bassin versant (m NGR)

Estimation de ET0 (mm)

(cf. tableau CIRAD, annexe)

Bras Panon 310 1290

Bras Patrick 325 1285

Bras des Lianes 1267 795

Ravine Batardeau 557 1165

Rivière des Roches 987 940

Rivière des Marsouins 1350 750

Tableau 10 - Estimation de l’ETP moyenne interannuelle au droit des différents bassins versants.

Il est toutefois à noter que l’ET0 en bord de mer est estimée, par cette méthode, à environ 1450 mm, pour une ETP Penman Monteith moyenne calculée à Gillot, sur la période 1987-2007, d’environ 1900 mm. Il est vrai que le site de Gillot est particulier et que l’ETP y est probablement significativement plus élevée que dans l'est de l'île (zone ventée, proximité de la mer, remblai).

Pour tenir compte de la variabilité annuelle et interannuelle de l’ETP, le montant annuel moyen défini pour chaque bassin versant, à l’aide du tableau du CIRAD, a été distribué par décade suivant la distribution des valeurs calculées par Météo France à l’aéroport de Gillot sur la période 1987-2007.



6.4. CALAGES ET SIMULATIONS PLUIE-DEBIT

Les simulations et les calages des modélisations ont été réalisés sur la plus longue période possible d’observations disponibles avec un seul réservoir souterrain (donc trois réservoirs dans Gardenia). Le but des modélisations étant d’approcher le bilan hydrologique et non de réaliser une étude de crues c’est le pas de temps décadaire qui a été retenu (les coefficients d'ajustement des modélisations au pas de temps journalier sont moins élevés). Le bilan calculé après calage a été réalisé sur un nombre entier d’années d’observations afin de permettre une comparaison des débits simulés et observés.

Les points bleus figurant sur les diverses illustrations de calage matérialisent l'écoulement lent.

La variation de stock est calculée à partir de la différence entre la pluie efficace et la somme des écoulements lent et rapide.

Le tableau 17 en fin de chapitre récapitule les résultats des différentes modélisations.



6.4.1. Bassin versant du Bras Panon

La simulation et le calage ont été effectués pour cette station sur la période 10/1997-12/2007. Les données d’entrée (pluie et ETP) sont définies dans les paragraphes précédents. L'illustration ci-dessous permet de comparer les débits/ niveaux simulés et observés.

Avec un coefficient d’ajustement de 0.923 et une analyse visuelle permettant de constater une bonne reproduction des fluctuations générales, on peut considérer que le calage est satisfaisant. Le tableau ci-dessous présente les principaux résultats et le bilan obtenu par modélisation sur la période 1997-2007. On notera la faible part des écoulements lents ce qui traduit une faible participation des eaux souterraines. Pour rappel ce bassin versant appartient aux entités distales à degré d'érosion marqué.

Pluie (mm)

ETR (mm)

Pluie efficace

(mm)

Ecoulement rapide (mm)

Ecoulement lent

(mm)

Débit moyen observé

(mm) (m3/s)

Débit moyen simulé (mm)

(m3/s)

4544 1328 3211 2972 92.7%

236 7.3%

3451 1.00

3243 0.93

Tableau 11 - Bilan de la modélisation de la rivière Bras Panon à Paniandy sur la période 1998-2007

On peut constater que le bilan n’est pas totalement équilibré (variation de stock : 3 mm) et que la simulation sous estime très légèrement le débit moyen (-0.07 m3/s). Cet écart est cependant très faible et ne peut être interprété comme un apport extérieur au bassin versant.



Illustration 26 - Calage pluie-débit de la rivière Bras Panon à Paniandy



6.4.2. Bassin versant du Bras Patrick

La simulation et le calage ont été effectués pour cette station sur la période 11/1997 - 09/2004.

Les données d’entrée (pluie et ETP) sont définies dans les paragraphes précédents.

L’illustration 27 permet de comparer les débits/ niveaux simulés et observés

Avec un coefficient d’ajustement de 0.858 et une analyse visuelle permettant de constater une reproduction acceptable des fluctuations générales, on peut considérer que le calage est correct. Le tableau ci-dessous présente les principaux résultats et le bilan obtenu par modélisation sur la période 1997-2004.

n° Pluie (mm)

C coefficient

d'ajustement

Débit extérieur

(l/s)

ETR (mm)

Pluie efficace

(mm)


Ecoulement lent

(mm)

Débit moyen

observé (mm) (m3/s)

Débit moyen simulé (mm) (m3/s)

1 4490 0.858 0 1353 3126 2469 79.6%

631 20.4%

2286 0.673

3060 0.884

2 4490 0.916 -213 1353 3126 1852 60.6%

1231 39.4%

2286 0.673

2265 0.667

Tableau 12 - Bilan de la modélisation de la rivière Bras Patrick sur la période 1998-2004

On peut constater que le bilan n’est pas totalement équilibré (variation de stock de 26 à 43 mm) et que la simulation surestime le débit moyen. Cet écart pourrait correspondre à une perte de débit en amont de la station et/ou à une ETP sous estimée. La perte de débit permettant d’améliorer la simulation (n°2, c=0.916) serait de l’ordre de 213 l/s, ou à une diminution du bassin versant d’environ 2,4 km2 (C=0.92) soit une superficie de bassin de 6.7 km2 au lieu de 9.1.

Cette conclusion est d'autant plus singulière en raison d'apports identifiés sur le tronçon terminal du Bras Patrick (Illustration 28). Ces apports varient entre 7 et 112 l/s pour 9 mesures effectuées entre septembre 1997 et octobre 2005 par l'Office de l'Eau (x = 37.8 ; σ = 32.7).

En conclusion, malgré leurs caractères ancien et altéré, il est vraisemblable que les massifs de l'Eden et du Libéria soient le siège d'infiltrations de l'ordre de 250 l/s (moyenne annuelle) au droit du bassin versant de la station hydrométrique du Bras Patrick. En toute logique ce bassin versant contribue à la réalimentation de la nappe de la Plaine du Mât.



Illustration 27 - Calage pluie-débit de la rivière Bras Patrick



Illustration 28 – Zone d'apports du Bras Patrick (d'après les jaugeages différentiels de l'Office de l'Eau)



6.4.3. Bassin versant du Bras des Lianes

La simulation et le calage ont été effectués pour cette station sur la période 1989 / 2007.


Un volume d'eau est dérivé du Bras Piton vers le Bras des Lianes au niveau du point BSS 12276X0075 (Code Office : 26 075). Toutefois, ce débit dérivé est de l'ordre de 50 l/s (Office de l'eau, communication orale). Les seules valeurs quantifiées disponibles sont les suivantes :

> 48 l/s le 08/11/1994

> 45 l/s le 19/11/1993

> 19 l/s le 19/11/1992

> 150 l/s le 25/09/1991

La modélisation a donc été menée en considérant un apport continu extérieur de 50 l/s. L’illustration 29 permet de comparer les débits/ niveaux simulés et observés

Avec un coefficient d’ajustement de 0.866 et une analyse visuelle permettant de constater une reproduction acceptable des fluctuations générales, on peut considérer que le calage est correct. Le tableau ci-dessous présente les principaux résultats et le bilan obtenu par modélisation sur la période 1997-2004.

Pluie (mm)

ETR (mm)

Pluie efficace

(mm)


Ecoulement lent (mm)


(mm) (m3/s)


5019 723 4296 3894 89.7%

443 10.3%

7341 1.68

4541 1.04

Tableau 13 - Bilan de la modélisation de la rivière Bras des Lianes sur la période 1990-2007

On peut constater que le bilan n’est pas totalement équilibré (variation de stock : -41 mm) et que la simulation sous estime fortement le débit moyen. Cet écart pourrait correspondre à un apport supplémentaire de débit en amont de la station et/ou à une ETP fortement surestimée. La végétation étant relativement présente, même si elle semble relativement peu consommatrice en eau, il apparaît ainsi plus probable, au vu



de la carte et de la topographie du bassin, que les apports (ou une partie des apports) manquants à la station proviennent d’une partie extérieure au bassin versant topographique.

Par la modélisation il est possible de déterminer le débit constant ou la superficie permettant d’améliorer l’ajustement débit observé-débit simulé. On obtient ainsi le meilleur coefficient d’ajustement avec :

> un débit constant d'infiltration de l'ordre de 380 l/s (soit + 330 l/s) avec un coefficient d'ajustement =0.9

> une superficie du bassin versant de 11,8 km2 (soit + 4,5 km2) avec un coefficient d'ajustement =0.94

Au sud le bassin versant du Bras des Lianes est adjacent au bassin versant de la Rivière des Roches (Illustration 29). Dans le paragraphe suivant, la modélisation tend à conclure sur le fait que le bilan du bassin versant de la Rivière des Roches peut-être considéré comme équilibré. En conséquence, c'est vers le Nord que le bassin versant souterrain doit se développer. Il n'est toutefois pas exclus que le bassin versant souterrain puisse aussi se développer légèrement vers le sud.

Le développement du bassin versant vers le nord, c'est-à-dire dans le bassin versant du Bras Piton implique de considérer que le bilan du Bras Piton est en déficit. Il est intéressant de noter :

> qu'un "étranglement" géologique est engendré par le Morne Bras des Lianes au Nord et par le Grand Rein au Sud ;

> que le cours du Bras Piton se localise à une distance proche du Bras des Lianes (entre 0.5 et 1.5 km)

Pour conclure, seuls des jaugeages différentiels ou un suivi en continu au niveau de la prise du Bras Piton pourrait permettre de déterminer si son bassin versant contribue naturellement à alimenter le Bras des Lianes. Il serait aussi intéressant d'intégrer les valeurs prélevées sur le Bras Piton à la modélisation du Bras des Lianes.



Illustration 29 - Bassin versant du Bras des Lianes



Illustration 30 - Calage pluie-débit de la rivière Bras des Lianes



6.4.4. Bassin versant de la Rivière des Roches

La simulation et le calage ont été effectués pour cette station sur la période 07/1989-12/2007.



Avec un coefficient d’ajustement de 0.958 et une analyse visuelle permettant de constater une reproduction satisfaisante des fluctuations générales, on peut considérer que le calage est bon. Le tableau ci-dessous présente les principaux résultats et le bilan obtenu par modélisation sur la période 1990-2007.

Pluie (mm)

ETR (mm)

Pluie efficace

(mm)


Ecoulement lent (mm)


(mm) (m3/s)


5494 948 4548 3771 82.7%

787 17.3%

4725 3.62

4386 3.36

Tableau 14 - Bilan de la modélisation de la Rivière des Roches sur la période 1990-2007

On peut constater que le bilan n’est pas totalement équilibré (variation de stock : -10mm) et que la simulation sous estime très légèrement le débit moyen. Cet écart (-7%) est cependant très faible et ne peut être interprété comme un apport extérieur au bassin versant.



Illustration 31 - Calage pluie-débit de la rivière des Roches



6.4.5. Bassin versant de la Rivière des Marsouins

La simulation et le calage ont été effectués pour cette station sur la période 09/1994- 12/2007.



Avec un coefficient d’ajustement de 0.921 et une analyse visuelle permettant de constater une reproduction correcte (peu visible sur le graphique) des fluctuations générales, on peut considérer que le calage est satisfaisant. Le tableau ci-dessous présente les principaux résultats et le bilan obtenu par modélisation sur la période 1995-2007 (simulation n°1).

n° Pluie (mm)

C Coef.

ajustement

Débit extérieur

(l/s)

ETR (mm)

Pluie efficace (mm)


Ecoulement lent

(mm)


(mm) (m3/s)


1 4484 0.921 0 715 3769 1439 38.5%

2321 61.5%

4238 11.05

3702 9.65

2 4484 0.935 +1230 757 3726 1586 42.6%

2134 57.4%

4238 11.05

4124 10.76

Tableau 15 - Bilan de la modélisation de la rivière des Marsouins sur la période 1995-2007

On peut constater que :

> le bilan est proche de l’équilibre (variation de stock : 9 mm),

> le débit est fortement régulé (le débit lent représente environ 60%) par stockage artificiel (barrage) mais surtout par du stockage souterrain,

> la simulation sous estime fortement le débit moyen (-1.40 m3/s).

Cet écart pourrait correspondre à un apport supplémentaire de débit en amont de la station et/ou à une ETP fortement surestimée. La végétation étant très limitée dans la partie amont et, semble t-il, peu consommatrice en eau dans une partie du bassin, il apparaît probable que celle-ci doit être inférieure à la valeur de 715 mm fournie par la simulation. Toutefois, même avec une ETR moyenne de 300 mm, le débit moyen simulé reste inférieur au débit observé d’environ 400 l/s. Si l’on considère également qu’une partie des précipitations de ce bassin versant alimente le Bras de la Plaine à



hauteur de 600 à 800 l/s (sources du Pont du Diable, Hirondelles, Citrons, Ilet Cannes…), il faut chercher une voire plusieurs autres possibilités d’explication à cette différence. Deux autres possibilités, hormis d’éventuelles incertitudes de mesures, peuvent être envisagées, en plus de l’ETR :

> une sous-estimation de la pluviométrie. L’hypothèse initiale de répartition de la pluviométrie ne semble pas devoir être remise en cause dans la partie intermédiaire du bassin dans la mesure où cela remettrait en cause les autres calages, qui sont pour certains équilibrés, mais également les mesures et interpolation des isohyètes de Météo France qui s’appuient dans cette partie du bassin sur plusieurs pluviomètres. Cette sous-estimation peut, par contre, ainsi que cela a été indiqué antérieurement, être envisagée dans la partie haute du bassin pour des altitudes supérieures au poste le plus haut (Bébour),

> un apport de débit extérieur au bassin versant topographique. Ceux-ci pourraient provenir :

o du Grand Etang car (Illustration 33) :

le gradient topographique entre le fond de la rivière des Marsouins et la surface du Grand Etang est de l'ordre 300 m

des émergences ont été relevées dans le rempart qui sépare la Rivière du Grand Etang

des infiltrations de l'ordre de 550 l/s sont identifiées au niveau de l'étang (450 l/s – Banton, 1985) et au niveau du principal affluent de l'étang (100 l/s dans le lit de la Ravine de l'Etang (ORE, 2003)

o de l'Ilet Patience via des sorties occultes et via les sources observés sur les différents Bras Magasin (voir § d) Ilet Patience p. 42).

o du bassin versant adjacent situé en rive gauche de la rivière des Marsouins (Illustration 34), la rivière Grand Bras affluent de la rivière des Roches. Ceci est rendu possible, par la forte dénivelée existant entre les deux cours d’eau, et plausible par la forte différence de débit spécifique d’étiage entre Grand Bras et la Rivière des Roches. Cette différence semble être, d’après les bilans ponctuels établis par l’Office de l'Eau, de l’ordre de 20 l/s/km2. Toutefois, aucune venue d'eau n'a été observée en rive gauche de la rivière des Marsouins. Un calcul de bilan ou une série de jaugeage différentiel pourrait permettre de quantifier les éventuelles infiltrations. Le Grand Bras draine le Piton Papangue, qui, en théorie est un massif ancien et peu perméable.

La simulation n°2 correspond à une optimisation du calage en laissant libre la valeur du débit extérieur. On obtient ainsi un coefficient d’ajustement de 0.935 pour un débit extérieur d’environ 1.23 m3/s.



Illustration 32 - Calage pluie-débit de la rivière des Marsouins



Illustration 33 – Zone d'apports potentiels – Rivière des Marsouins / Grand Etang



Illustration 34 – Zone d'apports potentiels – Rivière des Marsouins / Gras Bras



6.4.6. Bassin versant de la Ravine Batardeau

La simulation et le calage ont été effectués pour cette station sur la période 11/1998-03/2007.


Le tableau ci-dessous présente les principaux résultats et le bilan obtenu par modélisation sur la période 1999-2006 avec un débit extérieur nul (simulation n°1).

Pluie (mm)

C Coefficient

d'ajustement

Débit extérieur

(l/s)

ETR (mm)

Pluie efficace (mm)


Ecoulement lent

(mm)


(mm) (l/s)

Débit moyen simulé (mm) (l/s)

5605 0.852 0 1202 4403 4128 93.8%

273 6.2%

3207 59

4398 81

5605 0.925 -23 1202 4403 3114 71%

1339 29%

3207 59

3131 58

Tableau 16 - Bilan de la modélisation de la ravine Batardeau sur la période 1999-2006

On peut constater que le bilan est quasiment équilibré (variation de stock : 1 mm) mais que la simulation surestime le débit moyen. Cet écart pourrait correspondre à une perte de débit dans la partie amont du bassin versant. La perte de débit (infiltration) permettant d’optimiser le coefficient d’ajustement de la simulation (C=0.925) s’élève à 23 l/s. Celle-ci paraît plausible par suite de l’importante dénivelée existant entre ce cours d’eau et les thalwegs voisins, mais également par la faiblesse relative de son débit moyen spécifique, au regard de la pluviométrie et des valeurs de débit spécifique des bassins versants à pluviométrie similaire voire inférieure.

Toutefois, vu les valeurs de débit mis en jeux, il convient de rester prudent dans la mesure où toute erreur de tarage de la station hydrométrique peut engendrer une différence dans les débits de l’ordre de la différence observée.



Illustration 35 - Calage pluie-débit de la Ravine Batardeau



6.5. CONCLUSION DE LA MODELISATION HYDROLOGIQUE

Des modélisations hydrologiques globales ont été conduites sur les différents bassins versants suivis de la zone d’étude. Les données d’entrée, pluie et évapotranspiration potentielle, ont été évaluées à l’aide des mesures réalisées aux stations climatologiques, des isohyètes annuels réalisés par Météo France et pour l’ETP à l’aide d’estimations et d’une formule de variation avec l’altitude établi par le CIRAD. Ces modélisations confirment, sur une période d’observation plus longue, les résultats de l’étude ANTEA pour les bassins versants de la ravine Batardeau et de la Rivière des Roches et infirme les résultats sur la Rivière des Marsouins (le bilan avait été effectué sur 2 années contre 13 dans la présente étude).

Ainsi, avec ces hypothèses précédentes et sans considérer d’éventuelles incertitudes de mesures, ces modélisations permettent de montrer :

> un bilan pluriannuel équilibré au droit des stations des bassins versants de Bras Panon et de Rivière des Roches,

bien qu'une différence soit calculée entre les débits moyens simulés et observés, cette dernière est inférieure à l'incertitude accordée aux données d'entrée (pluie, débit, ETP)

> un déficit de débit au droit des stations de Bras Patrick et de la Ravine Batardeau

Des infiltrations ont été identifiées au sein du bassin versant du Bras Patrick (moyenne de 210 l/s soit 6 Mm3/an). Ces infiltrations contribuent à la recharge des aquifères de la Plaine du Mât et aux apports du Bras Patrick lorsque son cours emprunte la plaine du Mât. Une quantification relative des apports ne peut-être calculée précisément car elle est variable tout au long de l'année en fonction des gradients hydrauliques. Toutefois, il semble qu'en moyenne, ces apports se répartissent à raison de 20% pour la recharge de la partie aval du Bras Patrick et 80% pour la recharge des aquifères de la Plaine du Mât.

Des infiltrations ont été identifiées au sein du bassin versant de la ravine Batardeau (moyenne de 19 l/s soit 0.6 Mm3/an). Ces infiltrations contribuent probablement à réalimenter l'aquifère de St-Benoit et les ravines adjacentes.

Ces "infiltrations diffuses" sont observées sur des entités rattachées à des formations anciennes et altérés.

> un excédent de débit au droit du Bras des Lianes et de la Rivière des Marsouins (apports extérieurs au bassin versant), et ce malgré une



alimentation du Bras de la Plaine pour cette dernière (système des sources du Pont du Diable).

La superficie du bassin versant souterrain du Bras des Lianes est supérieure de 175% au bassin versant de surface.

La Rivière des Marsouins est caractérisé par des apports souterrains flagrants dans la partie amont (mini-trou de Fer) et des apports plus discrets (Ilet Patience, Grand Etang, Bras Bras). Ces apports varient entre 0.5 et 1.5 m3/s en fonction des hypothèses retenues (ETR faible en altitude)

Le tableau ci-dessous, qui récapitule pour chaque bassin versant le débit moyen et la pluviométrie moyenne, permet de conforter, de manière simpliste, ces analyses.

Bassin versant

Superficie (km2)

Pluie moyenne annuelle

(mm)

Lame ruisselée moyenne observée

(mm) (m3/s)

Lame moyenne simulée

(mm) (m3/s)

Différence8

(%) Bilan

Bras Panon 9.29 4544

3451 1.00

3243 0.93

6 % Equilibré

Bras Patrick 9.14 4490

2286 0.67

3060 0.89

-34 % Déficitaire

Bras des Lianes 7.23 5019

7341 1.68

4541 1.04

38 % Excédentaire

Rivière des

Roches 24.16 5494

4725 3.62

4386 3.36

7 % Equilibré

Rivière des

Marsouins 82.25 4484

4238 11.05

3702 9.65

13 % Excédentaire

Ravine Batardeau 0.58 5605

3207 0.06

4398 0.08

-37 % Déficitaire

Tableau 17 - Tableau récapitulatif pluie-lame ruisselée moyenne des différents bassins versants

8 Différence obtenue par : (lame_observée – lame_simulée) / lame_observée



7. Potentialité des aquifères

Les données ci-dessous sont synthétisées sous forme de tableau en fin de chapitre (Tableau 18). Ces aquifères recoupent tous le cœur naturel du Parc National de la Réunion ou des territoires qui lui seront vraisemblablement bientôt rattachés (Illustration page suivante). En conséquences, la qualité des eaux est bonne (occupation du sol saine) mais les accès et les éventuelles implantations de forages sont rendus difficiles.

7.1. DEBITS POTENTIELLEMENT MOBILISABLES

En considérant les résultats des simulations hydrologiques, il apparaît que tout volume prélevé en souterrain impactera directement le débit des rivières. Toutefois, au vu du contexte des fortes capacités d'infiltration, il est envisageable que certains de ces aquifères puissent être gérés activement9 (Tableau 18).

7.2. TROU MALAIS

Le bassin versant du Trou Malais est peu étendu (1.8 km2). Le débit des émergences identifiées au toit des formations basaltique de phase II est modeste ainsi que le débit de surface de la rivière du Trou Malais. Le substratum hydrogéologique des formations de phase IV considérées comme aquifère est situé 150 m sous la surface du plateau. En première évaluation, le potentiel aquifère du Trou Malais paraît moyen à faible et son accessibilité très difficile (absence de route ou piste carrossable, forêt primaire) en fait un aquifère a priori peu intéressant à exploiter.

7.3. CAMP DE MARSEILLE

Le bassin versant du Camp de Marseille est plus étendu que celui du Trou Malais (4.3 km2). Le débit des émergences identifiées au toit des formations basaltiques de phase II y est sensiblement plus élevé, bien qu’aucune mesure de débit n’ait pu être réalisée.

9 Gestion active : viser un impact minimal sur le débit des cours d’eau en étiage et stimuler / favoriser la recharge des aquifères en période de hautes eaux suite à une sollicitation intense.



Les flux souterrains se partagent entre les émergences alimentant la ravine de Bras Sec et celles alimentant la rivière de Grand Bras et suggèrent donc l’absence d’une structuration hydrogéologique unique. En première évaluation, le potentiel aquifère du Camp de Marseille paraît moyen, mais sa position à proximité de la route départementale D53 pourrait en faire un aquifère exploitable.

7.4. GRAND BATTOIR

Au sein du secteur du Grand Battoir se situe le captage des Congres, captage dont le débit est significatif tout au long de l'année. Toutefois, sans donnée hydrométrique précise et sans indice de type sources ou pertes, il est difficilement concevable d'identifier les contributions des eaux souterraines et des eaux de surface. Toutefois, au vu de la configuration du site et de sa position amont, ses potentialités en termes d'eau souterraine ne paraissent pas particulièrement remarquables.

7.5. PLATEAU DU MAZERIN

Le bassin versant de l’aquifère potentiel du Plateau du Mazerin s’étend sur 13 km2. Les émergences qui apparaissent au toit des formations basaltique de phase II sont nombreuses et alimentent plusieurs rivières pérennes dont Bras des Lianes (émergences diffuses), Rivière des Roches (sources et émergences diffuses) et Bras Patience (sources). L’ensemble des eaux souterraines semble drainé vers l’est suivant le sens de la pente du toit du substratum hydrogéologique (toit des formations de phase II). En première évaluation, le potentiel aquifère du Plateau du Mazerin semble bon, mais son accessibilité très difficile le rend à ce jour difficilement exploitable (absence de route ou piste carrossable, forêt primaire, parc national). Les bilans hydrologiques tendent à montrer que le stockage existe en raison de la présence d'écoulements lents. Il apparaît que les bassins versants de surface sont différents des bassins souterrains.

7.6. ILET PATIENCE

En première approche, le potentiel aquifère de l’îlet Patience semble moyen à bon, mais l’aquifère très profond (entre 500 et 700 m sous la surface du plateau) est difficilement exploitable. La potentielle contribution de ses eaux souterraines au débit de la rivière des Marsouins a été soulignée.

Une exploitation par galerie drainante depuis la Plaine des Palmistes, ou depuis le Grand Etang (moindre distance des aquifères) pourrait éventuellement être envisagée (Vaudour & Aunay, 2008)



7.7. PLATEAU DE BEBOUR

En première évaluation le potentiel aquifère du plateau de Bébour semble très bon et son exploitation par forage pourrait s’avérer envisageable. Les aquifères exploitables pourraient être situés à moins de 300 m sous la surface du plateau qui est traversé par la piste forestière de Bélouve. Cette appréciation est évidemment à approfondir et à valider par une démarche complète et rigoureuse d’identification d’aquifère et, au sein de ceux-ci, de structures assurant un stockage efficace des eaux souterraines, notamment par la mise en œuvre de prospection géophysique. Ce travail a été réalisé par ANTEA (2008). Un forage est actuellement en cours de réalisation. Cependant, l'emplacement de ce forage à la limite des plateaux de Bélouve et de Bébour (route forestière de Bélouve) recoupera vraisemblablement les formations du Mazerin et non celles de Bébour.

7.8. MASSIF DE L'EDEN ET DU LIBERIA

Les bilans hydrologiques tendent à démontrer une potentielle infiltration (moyenne = 250 l/s) au droit du bassin versant de Bras Patrick, et ce malgré une géologie peu favorable à ce genre de phénomène. En effet, les zones alluvionnaires (aval du bassin versant) caractérisées par une meilleure perméabilité coïncident avec des zones d'apport d'eau souterraine vers les eaux de surface. A l'échelle du massif, aucune émergence n'est recensée.

Le potentiel aquifère de ce secteur est faible dans sa partie amont et moyen à bon dans sa partie aval. Dans cette partie localisée entre 50 et 100 mètres d'altitude, les accès routiers sont fréquents. Toutefois, en raison d'indices de surface peu favorables à des propriétés hydrodynamiques satisfaisantes, les structures potentiellement aquifères devront être reconnues par géophysique (identification des structures résistantes, représentatives des horizons les plus jeunes). Il est probable que ces structures soient localisées à une faible profondeur en raison des apports identifiés à la limite géologique avec la plaine du Mât.

7.9. MASSIF DU CRATERE

Le bilan hydrologique tend à démontrer une potentielle infiltration de la Ravine Batardeau vers les horizons souterrains du massif ou vers les ravines adjacentes (sous-réserve de l'exactitude des données hydrologiques). Les caractéristiques géologiques de ce massif sont similaires à celles du massif de l'Eden et du Liberia : il s'agit d'un massif ancien dont les indices de surface (laves altérées, épaisseur de sol importante) paraissent peu favorables à des propriétés hydrodynamiques satisfaisantes.



Dans le cas d'un schéma hydrogéologique similaire à celui des massifs de l'Eden et du Libéria, une recharge du massif du Cratère vers la planèze de St-Benoit pourrait être envisagée.

De manière similaire aux massifs de l'Eden et du Liberia, les structures potentiellement aquifères devront être reconnues par géophysique (identification des structures résistantes, représentatives des horizons les plus jeunes.

7.10. MORNE DU BRAS DES LIANES

Le massif du Morne du Bras des Lianes n’a pas fait l’objet d’investigation spécifique dans le cadre de ce projet, son potentiel aquifère est vraisemblablement très faible : il est composé de formations de phase II a priori peu perméable en grand sur le secteur, il ne donne pas lieu à des écoulements de surface montrant des débits de base significatifs.

Dénomination Potentialité des aquifères

Estimation du débit potentiellement

mobilisable

Profondeur - Caractéristiques

Interactions (orientation relative : Nord / Sud / Est /Ouest)

Accès Remarques particulières

Trou Malais Moyen à faible < 0.2 Mm3/an

150 m sous la surface du plateau Bassin versant modeste (1.8km2) et débit faible

Alimentation du Bras de Caverne (N)

Très difficile. Pas d'accès carrossable.

Plateau perché au dessus du Bras de Caverne

Camp de Marseille Moyen 0.5 Mm3/an

100 à 150 m sous la surface du plateau Bassin versant modeste (4.3 km2)

Alimentation du Bras Sec (SE) et du Grand Bras (E) Proximité de la D53

Possibilité d'exploitation en forage traditionnel, forage orienté ou galerie drainante.

Plateau du Mazerin Bon 5 à 10 Mm3/an

150 à 200 m sous la surface du plateau Contribue à l'alimentation de nombreuses rivières pérennes.

Alimentation de Bras Patience (S), Rivière des Roches (E), Bras des Lianes (NE) et Bras Piton (NE)

Difficile. Seul accès à 3 km : route de Bellevue les Hauts (Cascade du Chien).

Possibilité d'exploitation en forage traditionnel, forage orienté ou galerie drainante.

Ilet Patience Moyen à bon 5 Mm3/an Niveau de pertes sous le niveau aquifère identifié

Alimentation de la Rivière des Marsouins via les sources du Bras Magasin (N)

Plaine des Palmistes ou secteur ouest de Grand Etang.

Possibilité d'exploitation en galerie drainante depuis la Plaine des Palmistes ou Grand-Etang (plus proche).

Plateau de Bébour / Bélouve

Très bon

79 Mm3/an 50 % du débit des

émergences (Antea, 2008)

200 à 300 m sous la surface du plateau Bassin versant important

Alimentation de la Rivière des Marsouins (E), du Voile de la Mariée (N) et du Trou de Fer (N).

Route forestière et quelques pistes sur le secteur Bélouve

Etude géophysique d'Antea (2008) Usines hydroélectriques en aval

Massif de l'Eden / Libéria

Faible en amont

Moyen à bon en aval

2 à 5 Mm3/an Alimentation de la plaine du Mât et de la partie aval du Bras Panon

Présences de pistes dans la partir aval

Massif du Cratère

Faible en amont

Moyen en aval < 0.5 Mm3/an

Profondeur non estimable à partir des données de terrain (substratum hydrogéologique non affleurant / absence de sources)

Alimentation des ravines adjacentes et de la plaine St-Benoît

Route Hubert Delisle dans la partie aval

Morne Bras des Lianes Très faible -

Secteur d'infiltration, pas de substratum hydrogéologique identifié

Alimentation possible de la partie nord du Plateau du Mazerin (Bras Piton, Bras des Lianes).

Très difficile. Pas d'accès carrossable.

Formations géologiques anciennes (sols rouges, laves altérées…). Prospections géophysiques indispensables afin d'identifier les horizons résistants (tomographie de résistivité électrique – investigation 100 m de profondeur environ).

Tableau 18 – Situation potentielle d'exploitation des aquifères du secteur d'étude

Ces aquifères recoupent tous le cœur naturel du Parc National de la Réunion ou des territoires qui lui seront vraisemblablement bientôt rattachés (Illustration 36, page suivante). En conséquences, la qualité des eaux est bonne (occupation du sol saine) mais les accès et les éventuelles implantations de forages sont rendus difficiles.

L'estimation du débit potentiellement mobilisable est donnée à titre indicatif. La valeur proposée repose sur un ratio de 50% appliqué à l'estimation visuelle des débits des sources.

L'exploitation des aquifères entrainera une baisse de l'alimentation des rivières localisées en aval



Illustration 36 – Emprise du Parc Naturel de La Réunion sur le terrain d'étude



8. Conclusions et perspectives

Dans le cadre du présent projet, une étude géologique et géomorphologique détaillée, soulignant quelques ambiguïtés relatives à la cartographie de Billard (1974) et mettant en évidence la structure polyphasée de notre secteur d'étude a été menée. Les points fondamentaux, établis sur la différenciation d'entités géologiques et géomorphologiques originales sont les suivants :

> Le plateau de Bébour / Bélouve est constitué par un remplissage des paléo-cirques éponymes. Ces formations volcaniques sont les plus récentes sur le secteur d'étude ;

> Le Plateau du Mazerin et l'Ilet Patience matérialisent la continuité de la Plaine des Fougères à l'échelle du Massif du Piton des Neiges. La limite entre les phases 2 et 4 de Billard (1974) occupe une place significative en terme d'hydrogéologie.

> Des formations plus anciennes, telles que les massifs du Cratère, de l'Eden, et du Libéria présentent des degrés d'altération assez marqués, notamment par l'épaisseur des sols ou la présence de laves altérées.

Ce projet a permis de mettre en évidence ou de supposer l’existence de plusieurs aquifères et de proposer une première hiérarchisation qualitative de leur potentiel d’exploitation sur la base des observations de terrain et de modélisations hydrologiques.

L’aquifère contenu dans les formations basaltiques de phase IV du plateau de Bébour alimente la rivière des Marsouins qui est pérenne et caractérisée par un fort débit d’étiage. Cet aquifère dont le substratum pourrait être à moins de 300 m de profondeur, pourrait être éventuellement exploité par forage.

L’aquifère contenu dans les formations basaltiques de phase IV du plateau du Mazerin alimente la rivière des Roches et la rivière de Bras des Lianes qui sont pérennes. Le substratum de ces aquifères (phase II) semble situé à moins de 200 m sous la surface du plateau. A ce jour, l’exploitation de cet aquifère est difficilement envisageable en raison de l’absence d’accès carrossable.

Les formations basaltiques de phase IV de l’unité hydrogéologique du Camp de Marseille pourraient contenir un aquifère de dimension bien plus modeste que les deux précédent. Cependant, sa localisation en amont immédiat de la route départementale D53 pourrait rendre son exploitation envisageable.



Les formations basaltiques de phase II de l’îlet Patience pourraient contenir des aquifères situés à plus de 700 m sous la surface du plateau. Leur éventuel captage, par exemple depuis Grand Etang au moyen d’ouvrages horizontaux n’est pas envisageable à l’heure actuelle en l’absence d’étude sur la structure de ces aquifères (géophysique).

La répartition des aquifères dans les "Hauts de l’Est" est particulièrement hétérogène en raison de la mise en place polyphasée des différentes formations géologiques. Ainsi, alors que certains massifs sont susceptibles d’être très fortement aquifères d’autres s’avèrent très peu propices à l’existence d’aquifère.

Le fonctionnement hydrogéologique a été précisé et quantifié à partir des modélisations hydrogéologiques :

> Le bilan et les débits simulés de la Rivière Bras Panon en amont de la station hydrométrique sont globalement équilibrés bien qu'il existe des zones d'apport et de pertes mises en évidences par les jaugeages différentiels de l'Office de l'eau ;

> Le bilan et les débits simulés déficitaires du Bras Patrick, en amont de la station hydrométrique, témoignent de l'existence d'infiltrations dans la partie amont du système (250 l/s en moyenne), au droit des formations géologiques du massif de l'Eden et du Libéria. Une fraction de ce volume infiltré contribue à soutenir le débit aval du Bras Patrick lorsque le cours d'eau circule sur les formations géologiques de la Plaine du Mât (moyenne des apports : 37 l/s). L'autre part du volume infiltré, participe vraisemblablement à la recharge de la rivière Bras Panon et de l'aquifère de la Plaine du Mât ;

> Le bilan et les débits simulés excédentaires du Bras des Lianes, en amont de la station hydrométrique, se justifient par l'existence (i) d'un bassin versant souterrain dont l'étendue est supérieure à celle du bassin versant de surface et (ii) d'apports diffus à la rivière. Le bassin versant souterrain pourrait se développer vers le Nord, jusqu'au Morne Bras des Lianes ;

> Le bilan et les débits simulés de la Rivière des Roches, en amont de la station hydrométrique sont globalement équilibrés bien que des zones d'apports et de pertes aient été mis en évidences par les jaugeages différentiels de l'Office de l'eau et par des observations héliportées. Les sources identifiées qui alimentent cette rivière se localisent dans la partie Est du plateau de Mazerin, lorsque celui est entaillé par différentes ravines ;

> Le bilan et les débits simulés excédentaires (1.45 m3/s) de la Rivière des Marsouins en amont de la station hydrométrique se justifient par l'existence (i) d'un bassin versant souterrain dont l'étendue est supérieure à celle du bassin versant de surface et (ii) d'apports diffus et ponctuels vers la rivière des Marsouins. Les sources d'apport potentielles sont identifiées : Grand



Etang, Ilet Patience et Grand Bras. La contribution du bassin versant souterrain du plateau de Bébour aux sources du Pont du Diable n'est pas quantifiée mais les géométries et les débits observés sont sans équivoque.

> Le bilan et les débits simulés déficitaires de la Ravine Batardeau, en amont de la station hydrométrique, témoignent de l'existence d'infiltrations dans la partie amont du système, sous réserve de mesures hydrologiques fiables.

Il est toutefois nécessaire de rappeler que ces modélisations reposent sur des concepts fondamentaux tels que l'ensemble des précipitations est bien identifié et mesuré. Cependant, il est envisageable (JL Join, com. orale) que certains apports (condensation du brouillard, condensation dans la ZNS) puissent influencer les hydrosystèmes sans qu'il soit possible de les considérer dans nos bilans.

L'ensemble de ces résultats tend à démontrer que le rôle des formations anciennes du Piton des Neiges est fondamental. En effet, les exemples de transferts de flux dans des formations réputées peu perméables telles que celles de la phase II zéolitisée de Billard (1974) sont réels sur le secteur d'étude : Grand Etang, Massif du Libéria, éventuellement le Piton Papangue.

Ce résultat est aussi corroboré par les venues d'eau observées dans les galeries Salazie amont et aval du projet d'ILO (galerie Salazie), toutes deux localisées dans les formations anciennes du Piton des Neiges (Phase II – Billard, 1974).



9. Bibliographie

ANTEA (2001) – Modélisation des aquifères compris ente la Rivières des Roches et la Rivière de l'Est : bilan hydrologique et mesures complémentaires. Rapport ANTEA A22084. 82 p.

ANTEA (2004) – Prospection hydrogéologique et géophysique du plateau de Bélouve. 33569 – B. 56 p.

ANTEA (2008) – Prospection hydrogéologique et géophysique au droit du plateau de Bébour. Rapport ANTEA 47664 / B. 77 p.

Armines (1994) – Etude par modèle mathématique de l'aquifère inférieur de la région de St-André. Rapport Armines - Combes P. & Ledoux E. 27 p.

Arnaud N. (2005) – Les processus de démantèlement des volcans, le cas d’un volcan bouclier en milieu océanique : le Piton des Neiges (île de La Réunion). Thèse de doctorat. Université de La Réunion. 390 pp.

Banton O. (1985) – Etude hydrogéologique d’un complexe alluvial en pays volcanique, sous climat tropical, site du Grand Etang – Ile de la Réunion. Thèse 3ème cycle, Université du Languedoc, Montpellier, 237 p.

BCEOM (1989) - Etude de faisabilité de galeries drainantes - Secteur de Tevelave et de la plaine des Makes - rapport final. 114 p.

Billard G. (1974) – Carte géologique de l’île de la Réunion (4 feuilles, 1/50 000). Carte géologique de la France, BRGM.

Bret L., Fevre Y. Join J-L., Robineau B. & Bachelery P. (2003) - Deposits related to degradation processes on Piton des Neiges Volcano (Reunion Island): overview and geological hazard." Journal of Volcanology and Geothermal Research 123(1-2), pp. 25-41.

Bussières P. (1965) – Carte géologique du département de la Réunion (1/100 000) publié en 1967 par J. Goguel. D'après les travaux de L. Maillard (1862), Ch. Velain (1878), A. Lacroix (1923-1939), P. Bussières (1956), M. Ducrot (1958-1961), J. Defos Du Rau (1960) et X. Poul (1963-1964).

Chevallier L., (1979) - Structures et évolution du Volcan Piton des Neiges, île de La Réunion. Leurs relations avec les structures du Bassin des Mascareignes - Océan Indien Occidental. Thèse, Univ. Grenoble, 180p.

Chevalier L. & Bachèlery P. (1981) - Evolution structurale du volcan actif du Piton de la Fournaise, Ile de la Réunion, Océan Indien Occidental. Bull. Volcano. 44, pp. 723-741.



Chopart J-L., Mézino M., Nativel R. (2003) - Fluctuation saisonnière de l’Evapotranspiration (ET0 Penman-Monteith) dans le Nord, l’Est et le Sud-est de l’île de la Réunion. Influence de l’altitude et comparaison avec l’Ouest et le Sud Programme Rapport interne du Cirad. Canne à Sucre (CIRAD CA). Pôle Canne à Sucre Réunion Service Gestion de l’Eau (GE). 21 p.

Cruchet M., Nehlig P., Arnaud N., Chevalier P. & Lacquement F. (2008) - Nouvelles datations K-Ar et 14C dans le massif du Piton des Neiges. Rapport BRGM RP-56905-FR – 22 p.

Delibrias G., Guiller M.T., Labeyrie J. (1983) - Gif Natural radiocarbon measurements IX Radiocarbon, t. XXV.

Deniel C. (1988) - 230Th-238Th radioactive disequilibrium in some differentiated lavas from Piton des Neiges (Réunion Island). Int. Cong. Geochim. Cosmochim. Paris, Chem. Geol., Spec Issue 70, pp. 126.

Deniel C., Fieffer G. and Lecointre J. (1992) - New 230Th-238U and 14C age determinations from Piton des Neiges volcano, Reunion - A revised chronology for the differentiated series.J. Vol. and Geotherm. Res. 51, pp. 253-267.

Fèvre Y. (2005) - Mécanismes et vitesses d’érosion à l’échelle géologique sur une île volcanique jeune à relief élevé – La Réunion (Océan Indien). Thèse de doctorat, Univ. La Réunion. 214 p.

Frissant N., Jaques E., & Lachassagne P. (2007) – Etude des modalités d’exploitations du domaine d’altitude de l’Est de La Réunion. Rapport BRGM/RP-55327-FR. 54 p.

Gérard A. & Stieljes L. (1979) - Evaluation du potentiel géothermique de l'île de La Réunion. 2ème phase exploratoire : géologie et géophysique. Rapport BRGM 79, SGN 538 GTH, 50p.

Gillot, P.Y. & Nativel, P. (1982) – K-Ar chronology of the ultimate activity of Piton des Neiges volcano, Réunion island, Indian Ocean. J. Volcanol. Geotherm. Res. 13, pp. 131-144.

Haurie, J-L. (1987) - Géodynamique des cirques de la Réunion, implications géotechniques et stabilité des versants. Thèse de doctorat, Université scientifique, technologique et médicale de Grenoble, Grenoble.

Kieffer G., Gillot P.Y., Cornette Y., Germanaz C., Nativel P. (1993) - Une phase éruptive exceptionnelle dans l'histoire récente du Piton des Neiges (île de La Réunion) : l'histoire de la "dalle soudée". C.R.Acad. Sci., Paris, t. 317, Série II, pp. 835-842.

Kluska J.M. (1997) - Evolution magmatique et morpho-structurale du Piton des Neiges au cours des derniers 500000 ans. Thèse Univ. Paris XI, 125p.



Lacquement F. & Nehlig P. (2008) – Notice des cartes géologiques des cirques du Piton des Neiges (Ile de La Réunion, France) – Rapport Final, BRGM/RP-56730-FR, 96 p.

Lénat J.F., Gibert-Malengreau B., Galdéano A., 2001. A new model for the évolution of the volcanic island of Réunion (Indian Ocean). Jour. Geophys. Res., 106, B5, pp. 8645-8663.

McDougall I. (1971) - The geochronology and evolution of the young volcanic island of Réunion, Indian Ocean. Geochim. And Cosmochim. Acta, 35, pp. 261-288.

ORE (1998) – Bilan hydrologique du bassin versant du Bras Panon. Observatoire Réunionnais de l'Eau. Octobre 1998. 83 p.

ORE (2003) – Etude hydrologique et hydrogéologique du secteur Est de la Réunion. Synthèse des connaissances et résultats sur la période novembre 2002 à septembre 2003. Observatoire Réunionnais de l'Eau. 86 p.

Raïs A., Laj. C., Sumont J., Gillot P.Y., Guillou H., (1996) - Geomagnetic field intensity between 70000 and 130000 years BP from a volcanic sequence on La Réunion , Indian Ocean. Earth and Planet. Sci. Letters, 140, pp. 173-189.

Rocher Ph. (1988) - Contexte volcanique et structural de l'hydrothermalisme récent dans le Massif du Piton des Neiges (île de La Réunion). Thèse Université Paris Sud, France, 443 p.

Rocher P & Westercamp D. (1989) – The salazie cirque ignimbrite (Piton des Neiges volcano, Reunion island): chronostratigraphy, description and signifance of lithic fragments and eruptive mechanisms. Journal of volcanology and geothermal research, 36, 000-000.

Thiéry D. (2003) - Logiciel GARDÉNIA version 6.0 - Guide d’utilisation. Rapport BRGM/RP-52832-FR

Upton B.G.J., Wadsworth W.J. (1967) - A complex basalt-mugearite sill in Piton des Neiges Volcano, Réunion. Amer. Mineral, 52, pp. 1246-1268

Vaudour K. & Aunay B. (2008) – Modalités de captage des eaux souterraines à La Réunion. Analyse critique de l’existant (techniques, coûts, opérateurs) - BRGM/RP-56787-FR, 94 p.



Annexe 1

ETP à la Réunion calculé par le CIRAD (Chopart et al., 2003)



ET0 défini par le CIRAD à la

Réunion (mm / jour)

Gradient de variation avec l'altitude

(mm / 100 m)

Mois Décade ET0 Est ET0 Ouest Gradient Est Gradient Ouest

Janvier 1 4.88 4.76 -0.18 -0.2 2 4.98 4.76 -0.15 -0.18 3 4.8 4.6 -0.14 -0.17 Février 4 4.85 4.52 -0.19 -0.17 5 4.53 4.7 -0.15 -0.19 6 4.55 4.44 -0.14 -0.17 Mars 7 4.68 4.23 -0.17 -0.17 8 4.31 4.23 -0.16 -0.15 9 4.42 4.18 -0.16 -0.17 avril 10 4.2 3.93 -0.15 -0.14 11 3.74 3.57 -0.13 -0.11 12 3.64 3.33 -0.15 -0.11 mai 13 3.32 3.1 -0.12 -0.1 14 3.17 2.96 -0.1 -0.1 15 2.98 2.76 -0.11 -0.09 juin 16 2.93 2.66 -0.1 -0.08 17 2.86 2.56 -0.11 -0.08 18 2.72 2.58 -0.1 -0.08 juillet 19 2.77 2.53 -0.11 -0.08 20 2.84 2.59 -0.11 -0.08 21 3.02 2.78 -0.12 -0.09 aout 22 3.06 2.83 -0.11 -0.09 23 3.31 3.05 -0.12 -0.1 24 3.42 3.2 -0.14 -0.11 septembre 25 3.8 3.44 -0.13 -0.13 26 3.73 3.53 -0.12 -0.12 27 4.21 3.78 -0.15 -0.14 octobre 28 4.4 3.95 -0.16 -0.15 29 4.07 4 -0.15 -0.16 30 4.5 4.19 -0.17 -0.17 novembre 31 4.6 4.23 -0.17 -0.17 32 5 4.48 -0.19 -0.19 33 4.91 4.74 -0.15 -0.2 decembre 34 4.81 4.46 -0.19 -0.18 35 4.63 4.76 -0.16 -0.19 36 4.89 4.69 -0.17 -0.19



ET0 à 0 m NGR (mm) Perte du à l'altitude par

tranche de 100 m (mm / 100m)

Mois ET0 Est ET0 Ouest ET0 Est ET0 Ouest

1 151.4 145.8 -4.8 -5.7

2 130.2 127.7 -4.5 -5.0

3 138.5 130.6 -5.1 -5.1

4 115.8 108.3 -4.3 -3.6

5 97.7 91.0 -3.4 -3.0

6 85.1 78.0 -3.1 -2.4

7 89.3 81.8 -3.5 -2.6

8 101.3 94.0 -3.8 -3.1

9 117.4 107.5 -4.0 -3.9

10 134.2 125.6 -5.0 -5.0

11 145.1 134.5 -5.1 -5.6

12 148.2 143.8 -5.4 -5.8

Année 1454.2 1368.5 -52.0 -50.7



Annexe 2

Sources inventoriées

L'altitude est directement mesurée lorsque l'émergence le permet. Sinon, elle est estimée à partir de repères topographiques combinés à une mesure à partir d'un altimètre.

Les débits sont estimés visuellement et vérifiés par jaugeage capacitif lorsque cela était possible.

Coordonnées : "Universal Transvers Mercator - WGS 84"



Type Debit estimé Remarque X Y Phase du

projet Altitude (mNGR)

Suintement Humide en base de falaise 351 663 7 675 835 2 410 Source 2-3 l/s Q Faible - sort au milieu haut falaise 351 578 7 675 354 2 910

Petite source 1 l/s Q Faible - sort au milieu haut falaise - cf 53 - sort sous alti. helico 351 023 7 674 746 2 955

Suintement 349 517 7 673 275 2 945

Source - Cascade 5 l/s Cascade coule sous la cote 1300m. Q augmente en amont de 1100m (cascade). 353 772 7 669 481 2 1 300

Source - Cascade 10 l/s Cascade coule sous la cote 1300m. Q augmente en amont de 1100m (cascade). Ne semble pas couler vers 1350m.

353 841 7 669 615 2 1 300

Source - Cascade 10 l/s Cascade coule sous la cote 1300m. Q augmente en amont de 1100m (cascade). Ne semble pas couler vers 1350m.

353 957 7 669 588 2 1 150

Source - Cascade 5 l/s Cascade coule sous la cote 1300m. Q augmente en amont de 1100m (cascade). 353 929 7 669 420 2 1 130

Cascade - source 5 l/s Ecoulement sous la cote 1300m. Plus fort débit des 4 observées. 353 577 7 668 801 2 1 305

Cascade - source 0.5 l/s Ecoulement sous la cote 1200m. 353 636 7 668 760 2 1 170 Cascade - source 2 l/s Ecoulement sous la cote 1250m. 353 623 7 669 064 2 1 235 Cascade - source 2 l/s Ecoulement sous la cote 1225m. 353 664 7 669 107 2 1 215 Suintement Faible 356 725 7 670 491 2 965 Source 0.5 l/s Coule tout en bas du rempart 358 397 7 667 726 2 240 Source 0.5 l/s Coule tout en bas du rempart 358 562 7 667 830 2 245 Source 2 l/s Coule tout en bas du rempart 358 090 7 667 437 2 260 Source 1 l/s Coule tout en bas du rempart - 2 filets 357 769 7 667 102 2 255 Source Faible 355 262 7 666 932 2 855 Source 5 l/s 354 318 7 666 545 2 725 Source 5 l/s Sort en bas de rempart 354 628 7 666 460 2 740 Source 2 l/s 354 313 7 666 615 2 775 Source 5 l/s Source la plus haute sous le téléphérique 352 854 7 666 260 2 1 050 Source 5-10 l/s Même altitude que cassé 2 351 667 7 664 729 2 1 170 Source Faible 352 658 7 676 048 1 805 Source Faible 352 616 7 676 083 1 725 Source Faible 352 580 7 676 038 1 720 Source Faible 352 265 7 675 747 1 855 Source Faible 351 349 7 674 928 1 1 040 Source Moyen 349 054 7 672 726 1 1 090 Source Moyen 350 242 7 672 693 1 1 060 Source Faible 350 442 7 669 386 1 1 925 Source Moyen 353 398 7 667 971 1 1 435 Source Moyen 353 437 7 668 119 1 1 425 Source Moyen 353 513 7 668 241 1 1 390 Source Faible 355 250 7 667 642 1 1 285 Source Moyen 357 286 7 667 946 1 795 Source Moyen 356 257 7 670 258 1 1 025 Source Moyen 356 210 7 670 177 1 1 050 Source Moyen 353 424 7 668 865 1 1 475 Source Moyen 353 405 7 668 993 1 1 470 Source Moyen 353 418 7 669 033 1 1 475 Source Moyen 353 584 7 669 397 1 1 425 Source Moyen 353 715 7 669 659 1 1 345 Source Moyen 354 150 7 669 648 1 970 Source Moyen 353 783 7 670 738 1 1 350 Source Fort 348 537 7 672 544 1 960 Source Fort 348 517 7 672 506 1 955 Source Fort 348 500 7 672 469 1 960 Source Moyen 351 482 7 664 726 1 1 200 Source Fort 352 180 7 665 113 1 1 015 Source Fort 352 040 7 665 136 1 1 015 Source Moyen 355 891 7 665 911 1 720 Source Moyen 355 806 7 665 901 1 720 Source Moyen 356 077 7 666 199 1 480 Source Moyen 356 727 7 666 185 1 560 Source Moyen 356 689 7 666 205 1 555 Source Moyen 357 144 7 666 295 1 570 Source Moyen 357 230 7 666 514 1 465 Source Faible 357 850 7 667 072 1 335 Source Moyen 355 575 7 666 443 1 610



Annexe 3

Calages pluie-débit

Les modélisations sont identiques à celles présentées dans le texte, mais la fenêtre du graphique est zoomée afin d'apprécier le calage.



Annexe 4

Etiage des cours d'eau

Les étiages ont été caractérisés par une moyenne sur trois jours consécutifs (VCN3) – données de la Banque Hydro.



Année Date Débit (m3/s) Médiane (l/s) Rivière des Marsouins 1995 03 jan. - 05 jan. 4210 4280 1996 26 nov. - 28 nov. 4090 1997-1998 30 dec. - 01 jan. 4280 1998 06 jan. - 08 jan. 4130 1999 11 nov. - 13 nov. 4300 2000 21 jan. - 23 jan. 3690 2003 21 dec. - 23 dec. 4950 2004 30 nov. - 02 dec. 5000 2005 06 aou. - 08 aou. 5070 Ravine Batardeau 1999 29 juin. - 01 juil. 0.167 0.733 2000 02 juil. - 04 juil. 0.733 2001 08 oct. - 10 oct. 0.36 2002 29 oct. - 31 oct. 1.33 2003 12 aou. - 14 aou. 0.34 2004 17 aou. - 19 aou. 0.943 2005 18 nov. - 20 nov. 1.52 Rivière des Roches 1990 31 oct. - 02 nov. 473 491.5 1992 19 aou. - 21 aou. 400 1993 13 jan. - 15 jan. 510 1994 29 nov. - 02 dec. 443 1995 20 nov. - 22 nov. 543 1996 29 nov. - 01 dec. 347 1997-1998 30 dec. - 01 jan. 563 1999 01 juil. - 03 juil. 413 2000 22 jan. - 24 jan. 597 2001 06 oct. - 08 oct. 376 2003 08 aou. - 10 aou. 563 2005 11 mai. - 13 mai. 639 Rivière Bras Panon 1998 06 jan. - 08 jan. 33 47 1999 01 juil. - 03 juil. 28 2000 30 sep. - 03 oct. 87 2001 08 dec. - 10 dec. 20 2002 15 oct. - 18 oct. 100 2003 10 aou. - 12 aou. 47 2004 17 aou. - 19 aou. 99 Bras Patrick 1998 06 jan. - 08 jan. 60 62.5 1999 30 juin. - 03 juil. 20 2000 01 oct. - 03 oct. 80 2001 18 dec. - 20 dec. 37 2002 28 oct. - 30 oct. 95 2003 03 sep. - 05 sep. 65 Bras des Lianes 1990 30 oct. - 01 nov. 140 151 1991 28 sep. - 01 oct. 130 1992 05 nov. - 08 nov. 100 1993 04 juil. - 06 juil. 113 1994 28 nov. - 30 nov. 190 1995 02 jan. - 04 jan. 177 1996 05 oct. - 07 oct. 110 1997-1998 30 dec. - 01 jan. 183 1998 06 jan. - 08 jan. 150 1999 30 juin. - 03 juil. 167 2001 05 oct. - 07 oct. 98 2002 01 nov. - 03 nov. 163 2003 15 nov. - 17 nov. 152 2005 10 mai. - 12 mai. 154



Annexe 5

Paramètres de calage Gardenia



Fich

ier p

roje

t ut

ilisé

: *.r

gaU

nité

BAT

ARD

EAU

av

ec d

ebit

infil

tré

de 2

3l/s

BR

AS D

ES

LIAN

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M

ARSO

UIN

SB

RAS

PAN

ON

BR

AS

PATR

ICK

RIV

IER

E D

ES

RO

CH

ES

N°

-1

11

11

1S

urf

km2

0.58

11.8

1282

.25

9.29

9.14

24.1

6D

ébite

xtm

3/s

05.

00E-

021.

228

0-0

.212

70

Coe

Em

mag

-5.

82E

-03

5.82

E-03

5.82

E-0

35.

82E-

035.

82E

-03

5.82

E-0

3N

.Bas

em

63.0

2163

.021

63.0

2163

.021

2.14

E-0

263

.021

RD

ébit

-0.

880.

9198

0.94

260.

8985

0.88

560.

9317

RD

ébpo

nd-

0.85

090.

9335

0.94

840.

9234

0.91

630.

9559

RN

ivea

u-

00

00

00

RG

loba

l-

0.85

090.

9335

0.94

840.

9234

0.91

630.

9559

Cor

.Plu

%-2

1-2

00

-30

0C

or.E

TP%

-39

-58

-60.

501

-32

-32.

5-5

1D

éfic

max

mm

93.1

430

12.0

120

96.4

850

Rum

ax_P

rog

mm

1735

.232

256.

10.

7419

228.

521

996.

001

884.

761

Rui

_Per

cm

m2.

568

10.0

3520

2.65

224

.478

135.

029

37.0

64T1

/2_P

erm

ois

152.

187

0.25

891.

950.

8204

1.14

3T1

/2_T

ar1

moi

s23

.734

58.5

132.

016

0.23

855.

948

5.01

3T1

/2_P

er2

moi

s ou

mm

10.1

26-1

.00E

-04

10.1

2610

.126

10.1

2610

.126

T1/2

_Tar

2m

ois

40.4

040

.440

.440

.440

.4R

etar

dpa

s0

00

00

0

Centre scientifique et technique

3, avenue Claude-Guillemin BP 6009

45060 – Orléans Cedex 2 – France Tél. : 02 38 64 34 34

Service géologique régional “Réunion” 5, rue Ste Anne BP906 97478 St-Denis Cedex Tél. : 02 62 21 22 14

identification des modalités d'exploitation des...

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