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Projet 01RISR05 Dynamique fluviale, érosion et transport solide

Module Aisne/Oise

Étude des crues de l'Aisne Apport de l'hydrogéologie et des modèles pluie-niveau

et pluie-débit sur les relations nappe-rivière

décembre 2001 BRGMiRP-51437-FR

Projet O1 RZSR05 Dynamique fluviale, érosion et transport solide

Module Aisne/Oise

Étude des crues de l'Aisne Apport de l'hydrogéologie et des modèles pluie-niveau

et pluie-débit sur les relations nappe-rivière

J.-C. Martin, E. Rouxel-David Avec la collaboration de

J.-L. Pinault, V. Lecomte-Morel, C. Golaz

décembre 2001 BRGiWRP-51437-FR

Projet 01RISR05. Étude des crues de I'Aisne

Mots-clés : Inondation, Gardenia, Aisne, Oise, Cme, Piézoméîrie, Rivière, Nappe, Karst, Pluie, Niveau, Débit, Relation nappe-rivière.

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :

Martin J.-C., Rouxel-David E. avec la collaboration de Pinault J.-L., Lecomte-More1 V., Golaz C. (2001) - Projet 01RISR05. Dynamique fluviale, érosion et transport solide. Module Aisneloise. Étude des crues de l'Aisne, apport de l'hydrogéologie et des modèles pluie-niveau et pluie-débit sur les relations nappe-rivière. BRGMRP-51437-FR., 72 p., 22 fig., 9 tabl., 1 ann.

0 BRGM 2001. Ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l'autorisation expresse du BRGM.

Projet OlRISR06 Étude des crues de l'Aisne

Synthèse

S uite aux fortes crues de décembre 1993 et de janvierlfévrier 1995 sur les bassins de l'Oise et de l'Aisne, l'Entente Interdépartementale pour la Protection contre les

inondations de l'Oise, de l'Aisne, de l'Aire et de ses affluents avait fait réaliser par le CETMEF (Centre d'Études Techniques Maritimes et Fluviales) et I'UTC (Université Technologique de Compiègne) une modélisation mathématique du fonctionnement de ces rivières. Le modèle Aisne-Oise généré a été intégré dans un système d'annonce de crues, comprenant également un réseau de mesures automatiques de hauteurs d'eau et de débits des deux rivières et de leurs affluents. Ce système est maintenant géré par la DREN Ile-de-France pour la prévision des inondations jusqu'au département du Val d'Oise.

Ces études avaient souligné la nécessité d'améliorer la modélisation sur le bassin de l'Aisne par la prise en compte des apports complémentaires aux affluents, c'est-à-dire d'apports diffus en provenance de la nappe ou du ruissellement de surface, qui semblent avoir une grande importance au niveau de certains tronçons, notamment entre Mouron et Berry-au-Bac.

Pour améliorer ces vrévisions. on a étudié l'intérêt d'intégrer la dimension - hydrogéologique du bassin, de manière à prendre en compte la pluviométrie locale, la pluie efficace avec ses deux composantes que sont les eaux de ruissellement et les eaux d'infiltration vers la nappe, et les-échangesnappe-rivière. Cette étude présentée dans ce rapport, a été réalisée par le BRGM sur ses crédits de Recherche.

L'étude a porté principalement sur les crues intervenues entre 1993 et 1995 sur le tronçon de l'Aisne compris entre Mouron et Givry.

Cette étude montre que l'examen de la géologie et le suivi des niveaux piézométriques des nappes sont des éléments très importants dans la compréhension des phénomènes d'alimentation des rivières et de genèse des crues.

Ainsi, sur le tronçon de l'Aisne compris entre Mouron et Givry, bien qu'aucun cours d'eau important ne soit identifié, les alimentations souterraines existent bien. Celles-ci proviennent, en rive droite, des formations karstiques du Kimméridgien, qui sont alimentées à l'occasion d'affleurements en fond de vallée qui donnent naissance à de nombreux gouf£res où se perdent les eaux de surface, et en rive gauche de la nappe de la Craie.

Ces apports souterrains, invisibles en surface, se traduisent par une augmentation du débit de l'Aisne de 30 % entre les stations de Mouron et de Givry, moyenne calculée sur la période 1988 à 1995.

Les analyses des crues no 9 (décembre 1993 -janvier 1994) et no 11 Cjanvier - février 1995), faites à partir des données de pluie, de niveau des nappes et des débits de l'Aisne, ont permis d'identifier les mécanismes et les séquences des alimentations en eau de la rivière lors des crues. Les séquences d'alimentation peuvent être très

Projet OlRISRO5. Étude des crues de I'Aisne

différentes d'une crue à l'autre. Ainsi la crue no 9 a, semble-t-il, été produite par un épisode de pluie violente, localisée à proximité du tronçon Mouron-Givry, qui a tout d'abord alimenté les nappes de part et d'autre du tronçon Mouron-Givy, puis, immédiatement après, la rivière elle-même. Au cours de cette crue no 9, le pic de débit a succédé au pic de niveau des nappes. La crue no 11 par contre a vraisemblablement été formée en amont de Mouron, puis a été alimentée par des pluies qui sont arrivées sur le sous-bassin Mouron-Givry après le passage de la pointe de crue à la station de Givry, prolongeant ainsi la durée de l'épisode de crue.

L'utilisation d'un modèle hydrologique global, nommé GARDENIA, a permis de compléter le travail d'analyse et d'interprétation des données de terrain en apportant des données chiffiées sur les volumes en jeu, les vitesses de transfert, les temps de retard.

Outre les résultats propres à la compréhension des phénomènes d'alimentation des débits de l'Aisne sur la partie Mouron-Givry, cette étude apporte des enseignements sur . .

la démarche à adopter pour une meilleure connaissance et prévision des crues.

En premier lieu, compte tenu de la rapidité des évènements, il est nécessaire de travailler sur des données (pluie, niveau, débit) mesurées à un pas d'échantillonnage journalier, voire horaire.

Ensuite, il semble utile de tenir compte des éléments suivants :

- des cartes des pluies, au pas journalier, qui ont engendré ces crues ;

- des variations de niveaux des nappes, qui s'avèrent être les meilleurs marqueurs d'existence de pluie efficace ;

- de l'accroissement des débits de la rivière.

Projet OlRISR05 . Étude des crues de I'Aisne

Sommaire

................................................................................................................ 1 . Introduction 9

................................................. 2 . Localisation et présentation du bassin de l'Aisne 11

................................................................ 3 . Contexte géologique et hydrogéologique 13

. . . . 3.1. Histoire géologique generale ................................................................................. 13

......................................... 3.1.1. Conditions de formation des entités géologiques 13 ............................................................................................ 3.1.2. Cadre structural 14

........................... 3.2. Description des unités aquifères et des écoulements souterrains 14

............................................. 3.2.1. Les prélèvements d'eau souterraine et sources 14 ..................................... 3.2.2. Les unités aquiferes et les écoulements souterrains 16

4 . Les piézomètres de surveillance des nappes ........................................................... 23

5 . Altitude du bassin de l'Aisne (MNT) ...................................................................... 25

........................................................... 6 . Les précipitations dans le bassin de l'Aisne 27

.................................................... 6.1. Carte des précipitations sur le bassin de l'Aisne 27

6.2. Précipitations mensuelles à la station de Charleville-Mézieres (normales 1972-2000 et années 1993, 1994 et 1995) .......................................................................................... 30

7 . Les stations de jaugeage . Les débits de l'Aisne ...................................................... 33

8 . Rappel des résultats des études hydrauliques commandées par l'entente ............................................................................. interdépartementale Aisne-Oise 35

8.1. Novembre 1997 : modélisation de l'Aisne de Mouron à Compiègne . Étude ...................................... hydrologique (Groupe d'Hydraulique Numériqu+Laon) 35

8.2. Septembre 1998 : rapport de l'étude hydraulique de l'Aisne de Mouron à Choisy-au-Bac (STCPMVN - Division Voies Navigables) ................................ 37

Projet OlRISR05 . cfude des crues de l'Aisne

9 . Analyses des crues de décembre 1993-janvier 1994 (crue no 9) et de janvier- février 1995 (crue no 11) sur le troncon Mouron-Givw ....................................... 39

9.1. Les précipitations à la station de Charleville-Mézières ........................................ 39

9.2. Analyse de la différence des débits journaliers entre Mouron et Givry ................. 39

9.3. Relations pluie-niveau de nappe sur les piézomètres de Bneulles-sur-Bar et Semide .............................................................................................................. 41

9.4. Relations entre les variations du niveau de la nappe et l'augmentation des débits de l'Aisne entre Mouron et Givry .......................................................................... 43

9.5. Relation nappe.rivière . Étude sur la coupe hydrogéologique Semide-Brieulles .... 43

9.6. Analyse de la cohérence des débits d'apport diffus avec les potentialités offertes par les nappes ......................................................................................................... 45

9.7. Analyse des crues no 9 et 11 au pas de temps journalier ........................................ 46

10 . Apport des modélisations pluie-niveau et pluie-débit sur l'étude des crues de l'Aisne . Modèle GARDENIA .......................................................................... 53

10.1. Principe de fonctionnement du modèle hydrologique global GARDENIA .......... 53

10.2. Modélisation des variations piézométriques de Brieulles-sur-Bar ........................ 55

10.3. Modélisation des variations piézométriques de Semide ....................................... 57

10.4. Modélisation de l'augmentation de débit entre Mouron et Givry ......................... 57

10.5. Conclusions sur les résultats des modélisations .................................................... 60

11 . Conclusion ............................................................................................................... 63

ANNEXE . Courbes piézométriques .......................................................................... 65


Liste des figures

Fig. 1 - Localisation du bassin versant de l'Aisne. Les départements traversés. ......... 10

Fig. 2 - Le réseau hydrographique sur fond de carte géologique, localisation des stations de jaugeage et des piézomètres dans le bassin de l'Aisne ........... 12

Fig. 3 - Carte des points de prélèvement d'eau souterraine et des sources répertoriées. .... 15

Fig. 4 - Localisation des gouffres recensés. Direction et sens des écoulements des nappes. ...................................................................................................... 17

Fig. 5 - Coupe hydrogéologique entre Semide et Bneulles-sur-Bar. .......................... 18

Fig. 6 - Carte des altitudes du bassin versant de l'Aisne. MNT de I'IGN au pas de 50 m, regroupé par dénivelé de 50 m pour la représentation cartographique. ................. 26

Fig. 7 - Carte des moyennes des précipitations annuelles sur la période 196111990 pour le bassin versant de l'Aisne, réalisée à partir des données de Météo France. Calcul par la méthode Aurélhy sur une maille de 1 km et regroupées par classes de 50 mm. ..................................................................................... 28

Fig. 8 - Carte des précipitations moyennes, calculées par sous-bassins versants, sur la période 197111990, réalisée à partir des données de Météo France ................ 29

Fig. 9 - Précipitations mensuelles à la station de Charleville-Mézières. Normales 1972-2000 et années 1993-1994-1995. ........................................................... 31

Fig. 10 - Débits moyens journaliers de l'Aisne à Mouron et Givry entre 1988 et 1995. ...... 34

Fig. 11 -Débits moyens mensuels de l'Aisne à Mouron et Givry entre 1988 et 1995. .34

Fig. 12 -Débits moyens journaliers de l'Aisne. Crues no 9 et no 11. ............................ 40

Fig. 13 - Relation entre la pluie et les niveaux de la nappe à Brieulles-sur-Bar (période 1993-1995). ..................................................................................................... 42

Fig.'l4 - Relation entre la pluie et les niveaux de la nappe à Semide (période 1993- 1995). ........................................................................................................... 42

Fig. 15 - Relation entre les niveaux de la nappe à Brieulles-sur-Bar et l'augmentation des débits de l'Aisne entre Mouron et Givry (période 1993-1995) .................... 44

Fig. 16 - Relation entre les niveaux de la nappe à Semide et l'augmentation des débits de l'Aisne entre Mouron et Givry (période 1993-1995) ................. 44

Fig. 17 - Relation entre les précipitations, les niveaux de la nappe et les débits de l'Aisne (crue no 9 - graphique au pas journalier). ...................................... 48

Fig. 18 - Relation entre les précipitations, les niveaux de la nappe et les débits de l'Aisne (crue no 11 - graphique au pas journalier). ......................................... 5 1

Fig. 19 - Schéma de principe du modèle hydrologique global GARDENIA. ............... 54

Fig. 20 - Modélisation GARDENIA des variations piézométriques de Briedes-sur-Bar. .. 56

Fig. 21 - Modélisation GARDENIA des variations piézométriques de Semide ............ 58

Projet 01RISR05. Etode des crues de l'Aisne

Fig. 22 - Modélisation GARDENIA de l'augmentation du débit de l'Aisne entre Mouron et Givry. ........................................................................................... 59

Liste des tableaux

Tabl. 1 - Nombre de points d'eau recensés dans la BSS du BRGM par niveau géologique (SGR Champagne-Ardenne - mise à jour 2001) dans le sous- bassin de l'Aisne entre Mouron et Givry. .................................................... 14

Tabl. 2 - Piézomètres des aquiferes superficiels dans le bassin de l'Aisne. .................. 23

Tabl. 3 - Moyennes des précipitations annuelles sur la période 196111990, calculées par la méthode Aurélhy de Météo-France sur une maille de 1 km, et coefficient de pondération par rapport aux précipitations enregistrées

.............................................................. à la station de Charleville-Mézières. 27

............................................................... Tabl. 4 - Les stations de jaugeage de l'Aisne. 33

Tabl. 5 -Bilan des volumes écoulés en h4m3 et débit correspondant en m3/s. .............. 36

Tabl. 6 - Bilan des volumes écoulés en blm3 et débit correspondant en m3/s. .............. 37

Tabl. 7 - Vitesse de propagation de la crue, exprimée en temps de retard de la pointe de la crue. ....................................................................................................... 38

Tabl. 8 - Données des pluies, niveau et débit de la crue no 9 (décembre 1993 - . . ................................................................................................. janvier 1994). 47

Tabl. 9 -Données des pluies, niveau et débit de la crue no 11 (janvier - février 1995) ........ 50

Projet OlRISRO5. Étude des crues de /'Aisne

1. Introduction

S uite aux fortes crues de décembre 1993 et de janviertfévrier 1995 sur les bassins de l'Oise et de l'Aisne, l'Entente Interdépartementale pour la Protection contre les

inondations de l'Oise, de l'Aisne, de l'Aie et de ses affluents avait fait réaliser par le CETMEF (Centre d'Études Techniques Maritimes et Fluviales) et I'UTC (Université Technologique de Compiègne) une modélisation mathématique du fonctionnement de ces rivières. Le modèle Aisne-Oise généré a été intégré dans un système d'annonce de crues, comprenant également un réseau de mesures automatiques de hauteur d'eau et de débits des deux rivières et de leurs affluents. Ce système est maintenant géré par la DIREN Ile-de-France pour la prévision des inondations jusqu'au département du Val d'Oise.

Ces études avaient souligné la nécessité d'améliorer la modélisation sur le bassin de l'Aisne par la prise en compte des apports complémentaires aux affluents, c'est-à-dire d'apports diffus en provenance de la nappe ou du ruissellement de surface, qui semblent avoir une grande importance au niveau de certains tronçons, notamment entre Mouron et Berry-au-Bac.

Pour améliorer ces prévisions, on a étudié l'intérêt d'intégrer la dimension hydrogéologique du bassin, de manière à prendre en compte la pluviométrie locale, la pluie efficace avec ses deux composantes que sont les eaux de ruissellement et les eaux d'infiltration vers la nappe, et les échanges nappe-rivière.

L'analyse des crues a porté principalement sur les événements intervenus entre 1993 et 1995 sur le tronçon de l'Aisne compris entre Mouron et Givry.

Projet OlRlSRO5. Étude des crues de I'Aisne .

Fig. 1 -Localisation du bassin versant de l'Aisne. h s départements traversés.

I O BRGM/RP-51437-FR

Projet OIRISR05. Étude des crues de I'Aisne

2. Localisation et présentation du bassin de l'Aisne

Située dans la partie nord du bassin de Paris, l'Aisne prend sa naissance en Argonne à 240 m d'altitude et se jette dans l'Oise à Compiègne. Elle draine au total près~de 8 000 km2. Au long de son linéaire, de près de 300 km, elle traverse 5 départements : la Meuse, la Marne, les Ardennes, l'Aisne et l'Oise (fig. 1).

La carte géologique de la figure 2 met en évidence 3 secteurs particuliers :

-un haut bassin de la source à Rethel, où les rivières coulent sur les formations géologiques du Jurassique @leu clair) et du Crétacé inférieur (vert foncé). Le relief y est élevé et accidenté, les terrains sont imperméables et le ruissellement important. Le réseau hydrographique est dense et fortement méandré ;

-un bassin intermédiaire de Rethel jusqu'à Berry-au-Bac, où l'Aisne coule sur les formations géologiques du Crétacé supérieur (vert clair) constituées des plateaux calcaires perméables de la craie. Le ruissellement est plus faible, les écoulements sont essentiellement hypodermiques, le réseau hydrographique s'éclaircit ;

- un bassin aval, de Beny-au-Bac jusqu'à la confluence avec l'Oise, où l'Aisne devient une rivière de plaine en abordant les formations tertiaires (partie jaune orangée). Son méandrement est plus faible, l'Aisne coule sur des terrains plus variés. Le réseau hydrographique se densifie. La rivière est canalisée à partir de Celles-sur-Aisne, son cours est réglé par des barrages de navigation.

Entre sa confluence avec l'Aire et sa confluence avec l'Oise, l'Aisne reçoit un apport important venant de ses principaux affluents :

- la Vaux ;

- la Retourne ;

- la Suippe ;

- la Vesle ;

- la Crise.

Il existe également un nombre impoitant d'autres petits affluents référencés sur les cartes, en particulier sur le bassin amont. Les principaux sont :

- le ruisseau d'Avègres ;

- la Foumelle ;

- le ruisseau de Saint-Lambert ;

- le ruisseau des Saulces ; - le ruisseau de Saint-Fergueux ;

- le ruisseau des Barres.

Projet OIRISROS. Étude des crues de l'Aisne

Fig. 2 -Le réseau hydrographique sur fond de carte géologique, localisation des stations de jaugeage et des piézomètres dans le bassin de l'Aisne.


3. Contexte géologique et hydrogéologique

3.1. HISTOIRE GÉOLOGIQUE GENERALE

Afin de mieux comprendre dans quel contexte géologique se situe le sous-bassin de l'Aisne entre Mouron et Givry, l'historique des dépôts des formations géologiques en bordure nord-est du Bassin parisien est ci-dessous décrit. Cette description, s'appuyant sur la carte géologique générale de la figure 2, permet en effet de comprendre la géométrie et la lithologie de chacun des niveaux géologiques affleurant dans le secteur.

3.1.1. Conditions de formation des entités géologiques

Les formations du Jurassique supérieur (Kimméridgien, Oxfordien), notées J3 et représentées en bleu clair sur la carte, résultent d'une sédimentation de plate-forme carbonatée peu profonde.

En raison de la régression (recul de la mer) finijurassique et de la structuration qui affecte le bassin de Paris au Crétacé inférieur, la région est exondée jusqu'à 1'Aptien fin du Crétacé inférieur). Une partie des formations du Kimméridgien et celles du Portlandien ont été érodées durant cette longue période d'émersion.

La reprise de la sédiientation s'effectue avec la transgression (avancée) de la mer crétacée. Cette sédimentation silicoclastique en milieu marin peu profond (inférieur à 200 m) est d'abord argilo-sablo-glauconieuse (Sables verts) puis argileuse (Argile du Gault). La sédiientation albienne se prolonge par le dépôt d'un silt quartzeux, glauconieux, riche en spicules de spongiaires cimenté par de l'opale (Gaize). Ces formations du Crétacé inférieur, représentées en vert foncé et notées Ci sur la carte, constituent les massifs de l'Argonne.

À partir du Cénomanien (Crétacé supérieur), la tendance transgressive s'amplifie et la région est recouverte par la mer de la craie. Le Cénomanien débute par le dépôt d'un sable glauconieux et quartzeux qui s'enrichit très vite en argiles et en carbonates puis passe à des marnes glauconieuses. Au Cénomanien supérieur, les marnes perdent leur glauconie et acquièrent un faciès crayeux.

Le Turonien inférieur représente une récurrence de la sédimentation détritique ; il est tout d'abord constitué par des argiles et des marnes noires ou grises. Le Turonien moyen présente également un faciès très marneux. Le Turonien supérieur assure le passage des craies grises aux craies blanches qui caractérisent le Sénonien (crétacé supérieur). Toutes ces formations du Crétacé supérieur, regroupées sur la carte géologique générale, sont représentées par la couleur vert-clair et notées Cz.

Projet OlRISRO5, Étude des crues de l'Aisne

3.1.2. Cadre structural

Cette partie de la région est essentiellement monoclinale (pendage des couches uniforme vers le centre du bassin en l'occurrence vers le sud-ouest), seulement accidentée de quelques ondulations d'amplitude et d'extension limitée, mais dont la pente relativement élevée s'accentue lorsqu'on s'éloigne du centre du bassin, passant de 8-1011 000 à 14-1511 000 dans les horizons du Crétacé inférieur.

3.2. DESCRIPTION DES UNITÉS AQUIFÈRES ET DES ÉCOULEMENTS SOUTERRAINS

3.2.1. Les prélèvements d'eau souterraine et sources

La carte de la figure 3, représentant les points de prélèvements ainsi que les sources répertoriées, met en évidence la présence de nappes phréatiques dans le sous-bassin de l'Aisne, entre Mouron et Givry.

Ces nappes sont présentes dans les formations du Jurassique supérieur (nappe des calcaires du Kimméridgien et de I'Oxfordien), du Crétacé Inférieur (nappe des gaizes de PAlbien), du Crétacé supérieur (nappe de la Craie et du Cénomanien) et du Quaternaire (nappe des alluvions).

En rive droite de l'Aisne, de nombreuses sources apparaissent. En effet, la gaize de 1'Albien donne naissance à de nombreuses sources au niveau du contact avec les argiles du Gault sous-jacentes. Les calcaires jurassiques, et en particulier le niveau du K i é n d g i e n , peu affleurant, comportent quant à eux une nappe captive très exploitée (107 puits et 9 forages recensés).

En rive gauche de l'Aisne, I'aquifere crayeux contient une nappe libre qui constitue une ressource en eau importante, en communication hydraulique avec la gaize de l'Albien, exploitée aux environs de la ville de Vouziers.

Tabl. 1 - Nombre de points d'eau recensés dans la BSS du BRGM par niveau géologique (SGR Champagne-Ardenne - mise à jour 2001) dans le sous- bassin de l'Aisne entre Mouron et Givry.

Projet OiRISR05. Étude des crues de l'Aisne

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Fig. 3 - Carte des points de prélèvement d'eau souterraine et des sources répertoriées.

Projet 01RISR05. Étude des crues de l'Aisne

3.2.2. Les unités aquifères et les écoulements souterrains

La carte géologique simplifiée présentée sur la figure 4 ainsi que la coupe hydrogéologique de la figure 5 illustrent la description des unités aquifères faite ci-dessous.

Quaternaire

Formations alluviales de l'Aisne

Alluvions récentes post-glaciaires : Sables limoneux, d'argiles et de tourbes. Alluvions anciennes (de fond de valiée et des terrasses) : Matériau grossier, à forte prédominance calcaire (« grève »).

La nappe des alluvions de l'Aisne, reposant sur les formations de I'Albien puis sur ceiles du Jurassique (du Sud vers le Nord), est exploitée pour l'alimentation en eau potable et par quelques petits forages pour l'alimentation du bétail dans les pâtures (éoliennes). Ses caractéristiques hydrodynarniques permettent d'extraire des débits de l'ordre de 30 à 80 m3h.

Crétacé

Turonien Supérieur (Craie de Rethel)

Le réservoir correspond à la craie blanche du Sénonien et du Turonien supérieur. En réalité, la craie compacte du Sénonien, dépourvue de fissures dans ses couches inférieures, implique que la limite inférieure de la nappe se situe au-dessus du toit du Turonien moyen (entre 30 et 40 m de profondeur).

La perméabilité de la craie est acquise par l'altération et la dissolution donnant lieu à un réseau de fissures important sous les vallées de rivières, voire sous les vallées sèches. Elle est donc variable entre les plateaux (transmissivité comprise entre 5,8.10-~ m2/s et 1,2.10-2 m2/s) et les vallées (transmissivité avoisinant 5,5.10-~ mZ/s).

La surface piézométrique reproduit sensiblement les formes topographiques. Dans la zone étudiée, les afîluents de l'Aisne drainent la nappe de la craie. Les valiées sèches prolongeant en amont les valiées de ces cours d'eau se comportent aussi comme des drains naturels. Le gradient hydraulique varie entre 0,5 %O dans la valiée de l'Aisne (au niveau de Rethel) et 10 %O à proximité des points hauts. Le régime libre de la nappe de la craie implique des vanations de niveau à la fois saisonnières et interannuelles, liées à la pluviométrie. Faibles en valiée (de l'ordre du mètre), les fluctuations saisonnières atteignent 10 à 15 m sous les plateaux.

L'écoulement de cette nappe s'effectue localement, dans le sous-bassin étudié, à contre- pendage vers la rive gauche de la vallée de l'Aisne.


A Gouffres recensés - Tracé de la coupe géologique 0 Llmite du SOUS-bassinversant de M s n e entre Mouron et Glvry

arnberi Il étendu

Service Géologique Régional ChampagneArdenne

O IGN - BD Calthage 2000

Fig. 4 - Localisation des gouffres recensés. Direction et sens des écoulements des nappes.

Projet 01RISR05. Etude des crues de I'Aisne

Vouziers

Lzmite du bassm versant topographique de I 'Aisne 7. NE

Présence probable de résurgences de type karstique

(masquées par les alluvions).

0 Quaternaire (alluvions)

Crétacé supérieur

m Coniacien (craie de Châlons)

G 9 V> 2 .ai E s - m n 3 - .- - 3

O O

O Abscisse cuviligne (en mhtres) 25 O00

Crétacé inférieur

/ Albien supérieur (gaize de Vouzier)

/ Albien moy. et inf. (argiles du Gault)

m ~uronien supérieur (craie de Rethel)

m Turonien moyen (mames et marnes crayeuse)

m Turonien inférieur (mames et araiiites)

m Cénomanien supérieur (mames blanches et craies beiges)

m Cénomanien inf. et moy. (sables et marnes glauconieuses)

Jurassique

Kimméridgien (calcaires récifaux et oolithiques)

Séquanien (calcaires en plaquettes)

Rauracien (calcaires récifaux à polypiers) Argovien (calcaire gris)

0 Sens d'écoulement des nappes phréatiques

Fig. 5 - Coupe Itydrogéologique entre Sentide et Brieulles-sur-Bar.


Les caractéristiques hydrodynamiques de l'aquifêre crayeux varient donc selon la situation de l'ouvrage : - dans les vallées principales : T de l'ordre de 1 à 3.10-~ m2/s ; - sur les flancs de vallées principales ou dans les vallons secs : T de l'ordre de 2 à

7.10" m2/s ; - sur les plateaux : T de l'ordre de 4.1 o4 m2/s.

À titre indicatif, T = 4,6.10-~ mVs et Q,= 363 m3mm ont été mesurés à Semide sur un forage de 40 m de profondeur (01097X0014).

Points BSS consultés : 01097x0014 ; 01097x0015.

Turonien inférieur et moyen (Marnes grises)

Etant donné leur nature marneuse, les formations du Turonien constituent un niveau imperméable d'une épaisseur d'environ 25 m.

Cénomanien (Sables et marnes glauconiewx)

Ce niveau ne dépasse pas 7 m d'épaisseur.

La nappe des sables cénomaniens et de la Gaize d'Argonne est décrite dans le paragraphe suivant (Albien supérieur).

Points BSS consultés : 01098X0010.

Albien supérieur (Gaize)

Responsable d'une cuesta très nette et des buttes sur la zone d'affleurement des formations du Cétacé inférieur en rive droite de l'Aisne. Cette formation présente une stratification horizontale en bancs décimétriques et une importante fracturation. Le niveau de gaize albienne représente environ 40 m d'épaisseur dans ce secteur.

Ce niveau aquifère est constitué par les sables cénomaniens et par la Gaize de YAlbien, sur laquelle ils reposent en continuité. Dans ce secteur, cette nappe s'écoule vers les versants et donne lieu à de nombreuses sources de déversement au contact des argiles du Gault sur les versants des buttes témoins, en rive droite de l'Aisne. Les argiles albiennes constituent le substratum imperméable de la nappe des sables cénomaniens et de la Gaize albienne.

De nombreux ouvrages exploitent cette nappe pour l'alimentation en eau potable ; les débits obtenus sont sensiblement différents en fonction :

- de l'épaisseur des sables cénomaniens sus-jacents (assez variable) ; - de la rencontre éventuelle de fissures dans les gaizes, déterminant des circulations

préférentielles ;

Projet OlRISR05. Étude des crues de l'Aisne

- des variations de faciès (sables cénomaniens et gaizes plus ou moins argileux).

Points BSS consultés : O1 105x0084 ; O1 105X0085 ; O1 101X0073 ; 01 lOIX0063 ; 01101X0064 ; 01101X0065 ; 01101X0066 ; 01101X0068.

Albien moyen et inférieur (Argiles du Gault et sables glauconieux)

Ces formations, d'une épaisseur d'environ 25 m, reposent ici sur les calcaires du Kimméridgien (discordance géologique).

À la base de ces formations, les sables verts dont l'épaisseur est limitée dans le secteur étudié (1 à 2 m) sont aquifères. La nappe de I'Albien inférieur et du Jurassique supérieur est décrite dans le paragraphe suivant.

Jurassique

Kimméridgien (calcaires coralliens)

La puissance de cette formation, biseautée par l'érosion, est au maximum de 15 m.

La nappe des sables verts de 1'Albien se poursuit en continuité avec celle des calcaires du Kimméridgien et forme un ensemble aquifère malgré des perméabilités différentes :

- perméabilité de porosité dans les sables (Albien inférieur : T=IO" mZ/s) ;

- perméabilité de fissuration allant jusqu'au karst des calcaires (Jurassique supérieur).

La nappe est, sur une large partie du secteur, maintenue captive par les argües de Gault. La plupart des ouvrages exploitant cette nappe présentaient un niveau d'eau ascendant et parfois même artésien lors de leur creusement. Depuis, bien que la surface piézomébique se soit abaissée du fait de son exploitation, cet aquifere est toujours en charge.

Les calcaires récifaux jurassiques du Kimméridgien sont percés de gouffres nombreux, domant lieu à des résurgences au fond des vallées. Des circulations de type karstique ont été mises en évidence par des colorations à la fluorescéine et notamment dans les environs de Quatre-Champ (au nord-est de Vouzier), où l'on dénombre plus de soixante gouffres. Ces gouffres, où se perdent les eaux de surface, se situent en majorité à proximité du contact Albien-Jurassique.

L'écoulement de cette nappe s'effectue globalement vers le sud-ouest. Cet écoulement s'effectuant essentiellement par voie fissurale, le niveau piézométrique est particulièrement réactif au; épisodes de précipitations (pas d'atténuation du phénomène comme en milieu poreux).

Le substratum de cet aquifère est constitué par les marnes de l'oxfordien.


Points BSS consultés : 01101X0011 ; 01 102X0051 ; 01 101X0076 ; 01101X0038 (sources)

En conclusion de cette partie, il apparaît que la vallée de l'Aisne draine les unités aquiferes environnantes (en particulier la nappe de la craie).

Par ailleurs, il est vraisemblable que la vallée soit alimentée par des venues d'eau sous- jacentes provenant de l'horizon aquifère du Kimrnéridgien (représenté en bleu-clair sur la coupe). En effet, cette formation contient une nappe captive, à niveau ascendant, et est directement présente sous les alluvions de l'Aisne dans des secteurs très localisés comme par exemple au niveau de Vouziers (cf: coupe géologique et hydrogéologique de la figure 5).

Pour finir, il semble que les phénomènes de ruissellement se produisant surtout en rive droite de l'Aisne, sur un substratum constitué par les argiles du Gault et liés aux très nombreuses sources de déversement des nappes perchées de la gaize Albienne, soient importants à prendre en compte en tant que voie d'alimentation de la rivière.


4. Les piézomètres de surveillance des nappes

Les niveaux de l'eau dans les aquiferes sont surveillés régulièrement à partir d'un réseau de piézomètres, dont la liste est indiquée dans le tableau 2 et la localisation sur la carte de la figure 2. La maîtrise d'ouvrage des piézomètres est assurée par les Agences de l'eau Seine-Normandie et Rhin-Meuse, les mesures et la gestion de ces points sont assurées par le BRGM (SGRICHA et SGRPIC).

Crétacé supérieur - Craie du

TabL 2 - Piézomètres des aquiferes superficiels dans le bassin de l'Aisne.

Il existe une douzaine de points de mesure qui captent les aquiferes des calcaires de I'Oxfordien (2), de la craie du Cénomanien (l), de la craie du Sénonien (8) et des Alluvions (1). Les enregistrements piézométnques sont indiqués en annexe 1. Le piézomètre de Brieulles-sur-Bar n'est pas situé dans le bassin versant de l'Aisne, mais il a été retenu car il capte l'aquifère du Jurassique dont l'extension s'étend, sous recouvrement, dans le bassin de l'Aisne.

Les piézomètres de Brieulles-sur-Bar, Bussy-le-Château, la Selve, Semide et Witry-les- Reims existent depuis 1969, les autres ne sont suivis que depuis 1993. On dispose ainsi de données nombreuses qui couvrent toutes les formations géologiques aquiferes, avec des séries suffisamment longues pour pouvoir faire une description précise du comportement des nappes.

Les piézomètres montrent des variations annuelles avec une période de hautes eaux qui se situent en février-mars, suivie d'une longue période de tarissement qui dure jusqu'à la fin du mois de décembre, date à laquelle on observe les niveaux les plus bas dans les nappes. La remontée des niveaux des nappes commence assez tard dans la saison puisqu'elle n'est significative qu'en décembre voire en janvier. Ces variations piézométnques sont tributaires des conditions météorologiques, la recharge des nappes superficielles étant assurée par les pluies efficaces.


Les amplitudes annuelles varient d'une formation géologique à l'autre. Les variations les plus fortes sont observées dans I'aquifêre de la Craie du Sénonien, avec des amplitudes entre les hautes eaux et les basses eaux qui sont souvent comprises entre 15 et 20 m. Dans les formations alluvionnaires, à cause de la proximité de l'Aisne qui joue un rôle de stabilisation des niveaux, les amplitudes ne dépassent pas 3 m.


5. Altitude du bassin de l'Aisne (MNT)

La figure 6 présente la carte des altitudes du bassin versant de l'Aisne, réalisée a partir d'un MNT au pas de 50 m de I'IGN. Ces altitudes sont comprises entre 50 et 450 m NGF. Sur la partie amont et nord-est du bassin, le relief est légèrement montagneux. Partout ailleurs, le relief est plat et sur plus de la moitié de son parcours l'Aisne coule sur des terrains dont l'altitude est inférieure à 100 m NGF avec des pentes très faibles.

Lambert II étendu

2535000 Altitudes (m)

2520000 [_I1 0-49mm

50- 99-

2505000 100-149mm

150 - 199 mm 7-4m 1 200-249mm 9

,O 250--mm B

2 2475000 1 300-349- $

350 - 399- O 9

400-449- rn s 3

/'v' limites des bassins versants jaugés

Fig. 6 - Carte des altitudes du bassin versant de Misne. MNT de I'IGN au pas de 50 m, regroupé par dénivelé de 50 m pour la représentation cartograplrique.

Projet 01RISR05. Étude des crues de i'Aisne

6. Les précipitations dans le bassin de l'Aisne

6.1. CARTE DES PRÉCIPITATIONS SUR LE BASSIN DE L'AISNE

Sur le bassin de l'Aisne, en amont de Trosly, la moyenne des précipitations annuelles, calculée au pas de 1 km avec la méthode Aurélhy de Météo-France, varie de 565 mm à 1 105 mm. La hauteur des pluies augmente nettement d'ouest en est (fig. 7). Pour prendre en compte l'hétérogénéité spatiale de la distribution des pluies sur le bassin de l'Aisne, la lame d'eau moyenne a été calculée pour quatre sous-bassins versants : le bassin versant en amont de Mouron, le bassin versant de Mouron à Givry, le bassin versant de Givry à Berry et le bassin versant de Berry à Trosly.

Les précipitations moyennes annuelles varient de 680 mm sur le bassin versant de Berry à Trosly à 902 mm sur le bassin versant en amont de Mouron (fig. 8). Cette lame d'eau moyenne annuelle permet de pondérer les enregistrements disponibles de la station de Charleville-Mézières (08). La pluviosité annuelle moyenne étant de 900 mm à Charleville-Mézières, les facteurs correcteurs s'étalent de 1 pour le bassin en amont de Mouron à 0,76 pour le bassin de Berry à Trosly (tabl. 3). Il est à noter que la variabilité des pluies reste forte, au sein des sous-bassins versants, avec une diminution de la pluviométrique dans l'axe de la vallée.

(*) précipitations enregistrées à Charleville-Mkzihres et sur les stations proches : 900 mmlan.

Bassin versant

L'Aisne à Mouron L'Aisne à Givry L'Aisne à Berry L'Aisne à Trosly

TabI. 3 - Moyennes des précipitations annuelles sur In période 1961/1990, calcnlées par In méthode AciréIlty de Météo-France sur zme maille (le I kuz, et coefficient de pondération pnr rapport aux précipitntions enregistrées ri In station (le Clznrleville-Mézières.

du (km2)

2 279 2 954 5 254 7 961

Précipitation moyenne annuelle sur le bassin

(mm) 902 884 820 772

Sous-bassin versant

Mouron - Givry Givry - Berry Berry - Trosly

Pondération avec les précipitations Charleville-

Mézières (*) 1 .O0 0.98 0.91 0.86

Précipitation moyenne annuelle sur le sous-

bassin (mm) 824 737 680

Superficie du sous-bassin (km2)

676 2 300 2 707

Pondération avec les précipitations à Charleville-

Mhzihres (") 0.92 0.82 0.76

2535000 Hauteur des précipitations (mm)

N 0)

2520000 0 550 - 599 mm

n 600- 649-

2505000 650 - 699 mm

Ebg] 700 - 749 mm

249r33~0 750 - 799 mm

800- 849- D 2.

2475000 850- 899mm 5 2

9 0 0 - 9 4 9 - z (I,

2460000 950- 999 mm $ 1OOO-1049mm 3

2445000 1050 - 1099 mm 3 3 V>

1100-1149mm O

2430000 2 m <r>

3 A/ Limitesdesbassins 2

2415000 v m t s jaugé" 630000 645000 66WW 6ï5OW 690000 705000 R0000 735000 750000 7650W 780000 795000 1310000 825000 840000

0

Lambert ï i étendu

Fig. 7 - Carte des moyennes des précipitations annuelles sur la période 196Ii1990 pour le bassin versant de l'Aisne, réalisée à partir des données de Météo France. Calcul par la méthode Aurélhy sur une maille de 1 km et regroupées par classes de 50 mm

Lambert II étendu

Hauteur des précipitations (mm)

0 6801~1, sous-bassin versant de Bem A Tmsiv

824mm, sous-bassin versant deMolouronA Giwy

902- 5 sous-bassin versant ' A ramant de MO- 2 a

% 0 &' limites desbassi 9

versants jaugés m. E! 3

Fig. 8 - Carte des précipitations moyennes, calculéespar sous-bassins versants, sur la période 1971/1990, réalisée à partir des données de Météo France.

Projet OIRISROh Étude des crues de l'Aisne

6.2. PRECIPITATIONS MENSUELLES À LA STATION DE CHARLEVILLE- MÉZIERES (normales 1972-2000 et années 1993,1994 et 1995)

On a reporté sur la figure 9 les précipitations mensuelles observées à la station de Charleville-Mézières, dont la localisation est indiquée sur la figure 2. Cette station a été retenue pour l'évaluation des précipitations sur le sous-bassin de l'Aisne compris entre Mouron et Givry car elle comprend des séries de données fiables et de longue durée.

Les précipitations moyennes mensuelles sur la période 1972-2000 indiquent des hauteurs de pluie comprises entre 60 mm/mois (au mois d'août) et 100 rntn/mois (au mois de décembre). Ce graphique montre l'origine des crues exceptionnelles de l'Aisne entre 1993 et 1995, qui ont été causées par de très fortes précipitations. Entre 1993 et 1995, on a observé deux épisodes de pluie importante qui ont eu lieu d'une part entre décembre 1993 (289 mm) et janvier 1994 (126,6 mm), d'autre part entre décembre 1994 (142,2 mm), janvier 1995 (279 ,2 mm) et février 1995 (144 mm). Au cours du premier épisode, la lame d'eau enregistrée sur deux mois a atteint 415,6 mm et a donné lieu à la crue no 9. Au cours du second épisode, la lame d'eau enregistrée sur trois mois a atteint 565,4 mm, et a donné lieu à la crue no 11. Ces deux crues seront étudiées en détail plus loin dans ce rapport.

Projet OIRISRO5. Étude des crues de I'Aisne

Janv. Févr Mars Avr Mai Juin Juil Août Sept Oct Nov Déc

W Normale 90.2 68.4 78.6 61.1 65.2 74.5 71.6 59.0 70.1 87.3 86.0 102.2

.Année 1993 136.2 17.2 7.2 48.6 74.2 50.2 104.4 16.8 149.6 126.4 48.8 289.0

EiAnnée1994 126.6 53.0 100.0 83.0 73.0 32.8 30.5 53.0 80.8 92.2 38.8 142.2

.Année1995 279.2 144.0 109.0 50.4 47.4 32.8 42.8 34.0 106.0 42.2 27.6 78.2

Fig. 9 - Précipitations mensuelles à la station de Charleville-Mézières. Nonnales 1972-2000 et années 1993-1994-1995.


7. Les stations de jaugeage. Les débits de l'Aisne

Les débits de l'Aisne sont mesurés tout au long de son parcours sur sept stations de jaugeage qui sont indiquées dans le tableau 4 et que l'on peut retrouver sur la figure 2.

Les mesures de débit sont assurées par la DIREN ne-de-France. 11 existe également des stations de mesure des hauteurs d'eau qui sont gérées par le Service de Navigation de la Seine (SNS).

Les données de débit, utilisées dans cette étude, ont été téléchargées à partir de la banque HYDRO.

Tabl. 4 - Les stations de jaugeage de l'Aisne.

On a indiqué sur les figures 10 et 11 les débits de l'Aisne aux stations de Mouron et de Givry pour la période 1988-1995, qui a été étndiée par le Groupe Numérique Hydraulique (GHM). On trouvera dans le paragraphe suivant les résultats de leur étude hydraulique sur les débits de l'Aisne et de ses principales crues.

La courbe des de%its moyens journaliers (fig. 10) montre que l'Aisne est soumise à des variations de débit importantes et brutales puisque tous les ans, en hiver, les débits de l'Aisne dépassent 75 m3/s à Mouron et à Givry pour des débits d'étiage voisins de 10 m3/s. Ces débits d'étiage sont relativement élevés. iis résultent d'une alimentation constante de la rivière par une vidange lente des nappes. Sur cette période, 11 crues importantes ont été relevées. À plusieurs reprises les débits de l'Aisne ont dépassé 200 m3/s, et même 250 m3/s en 1994.

La courbe des débits moyens mensuels (fig. 11) met en évidence les écarts du débit de l'Aisne entre les stations de Mouron et de Givry. La différence est importante puisqu'elle représente une augmentation du débit de 30 '3% entre les deux stations (moyenne 1988 et 1995). Ce résultat est surprenant dans la mesure où il n'existe pas d'affluent important sur ce tronçon de l'Aisne.

Projet 01RISR05. Étude des crues de Misne

Fig. 10 - Débits moyens journaliers de l'Aisne à Mouron et Givry entre 1988 et 1995 (identification des principales crues étudiées).

Fig. II -Débits moyens mensuels de l'Aisne à Mouron et Givry entre 1988 et 1995.


8. Rappel des résultats des études hydrauliques commandées par l'entente interdépartementale

Aisne-Oise

Les onze crues de l'Aisne de la période 1988-1995 ont été étudiées par le Groupe Numérique Hydraulique (GNH). On présente ci-dessous les principaux résultats de ces études entre Mouron et Givry d'une part, puis entre Givry et Berry-au-Bac.

8.1. NOVEMBRE 1997 : MODÉLISATION DE L'AISNE DE MOURON À COMPIEGNE. ÉTUDE HYDROLOGIQUE (GROUPE D'HYDRAULIQUE NUMÉRIQUE-LAON)

Tronçon étudié Mouron-Givry Givry-Beny-au-Bac

La période étudiée, qui va de 1988 à 1995, comprend plusieurs crues importantes et est considérée comme représentative du comportement de l'Aisne.

Longueur (km) 37 55

Les crues sur la période 1988-1995

Les crues retenues sont des crues dites « plein bord » qui ont servi à l'étalonnage du lit mineur du modèle de propagation des crues (détermination du coefficient de Strickler) :

- Aisne amont (Mouron à Asfeld) : décembre 1989 et mars 1992 ;

- Aisne moyenne (Asfeld à Celles-sur-Aisne) : décembre 1991 et avril 1994 ;

- Aisne navigable (Celles-sur-Aisne à Compiègne) : décembre 1992 et avril 1994.

Crues largement débordantes : deux crues largement débordantes ont eu lieu coup sur coup sur le bassin de l'Aisne, en décembre 1993 et janvierlfévrier 1995. Ce sont les crues de référence sur ce bassin pour la modélisation des écoulements.

On présente ci-dessous les résultats des bilans volumiques réalisés sur ces crues.

Portion Mouron-Givry

Le bassin versant, drainé par l'Aisne entre ces deux stations, a une surface de 660 km2. Aucun affluent conséquent n'existe sur cette portion. Le bilan volumique des 11 crues est présenté dans le tableau 5.


Tabl. 5 -Bilan des volumes écoulés en ~ n z j et débit correspondant en m3k.

Ces résultats montrent une augmentation du volume écoulé en aval (Givry) de 18 à 45 % par rapport au volume écoulé en amont (Mouron). Cette augmentation du volume est localisée en descente de crue. C'est une caractéristique d'un apport effectué par écoulement lent souterrain. La nature de ces écoulements est probablement hétérogène, cette portion de bassin versant étant composée de terrains imperméables en rive droite, et de terrains perméables en rive gauche.

Portion Givry-sur-Aine et Berry-au-Bac

La portion comprise entre Givry-sur-Aisne et Beny-au-Bac a une superficie de 2 290 km2. II existe 3 affluents jaugés sur cette portion : la Vaux (316 km2), la Retourne (322 km2) et la Suippe (802 km2). P o u le calcul des bilans, il n'a été retenu que la Vaux qui est le seul affluent des 3 à avoir un débit conséquent en crue, ainsi que l'apport de la Suippe qui est une rivière coulant sur des terrains perméables et qui est caractérisée par un fort temps de concentration et un débit de pointe assez faible.

Le bilan volumique des 11 crues est présenté dans le tableau 6. Ce bilan a été calculé avec les débits de la Vaux et de la Suippe, avec l'estimation des déficits volumiques représentatifs des volumes drainés par les 1 172 km2 non pris en compte (2 290 - 316 - 802).


Tabl. 6 -Bilan des volumes écoulés en M d et débit correspondant en &/S.

11 1 Janvierlfevrier 1995 1 20

Comme pour le tronçon Mouron-Givry le bilan des crues montre un déficit important de volume qui représente 9 à 45 % du volume transitant à Givry-sur-Aisne. Ce déficit est localisé sur toute la crue : il représente un apport de type mixte, composé d'écoulement rapide (type Vaux) et d'écoulement lent (type Suippe).

439 (254) ( 290 (168) 1 149 (86)

Conclusion

Sur ce bassin, il n'existe que deux affluents conséquents en terme de débit de pointe : la Vaux et la Vesle. Il existe localement en crue un fort drainage, confirmé par des bilans volumiques effectués sur les crues étudiées. L'étude hydraulique a mis en évidence la nécessité de prendre en compte des apports complémentaires aux affluents, entre Mouron et Givry d'une part, et Givry et Berry d'autre part et la nécessité de prendre en compte la pluviométrie.

8.2. SEPTEMBRE 1998 : RAPPORT DE L'ÉTUDE HYDRAULIQUE DE L'AISNE DE MOURON À CHOISY-AU-BAC (STCPMVN - DIVISION VOIES NAVIGABLES) RAPPORT SHE 98.01

A partir de l'étude hydrologique résumée ci-dessus, le STCPMVN a réalisé une modélisation des écoulements dans la rivière et de la propagation des crues. L'étalonnage du modèle a permis d'évaluer certaines caractéristiques de la rivière.

Détermination des coefficients de Strickler :

- sur le lit mineur, ils sont croissants de l'amont vers l'aval, variant entre 18 et 40 ;

- sur le lit majeur, ils sont homogènes compris dans une fourchette de 8 à 15.

Projet OlRISR05. Etude des crues de I'Aisne

La modélisation des écoulements a fourni les valeurs des vitesses de propagation des crues (tabl. 7).

Station Retard de la pointe de crue mesurée

Mourron Vouziers Rilly

Givry 24 h

Biermes 36 h

Asfeld 40 h

TabL 7 - Vitesse de propagation de la crue, exprimée en temps de retard de la pointe de la crue.

En conclusion de cette modélisation hydraulique, le CETMEF recommande l'étude des apports d i f i s entre Mouron et Berry-au-Bac en précisant :

- la forme des hydrogrammes ;

- le temps à partir duquel ils alimentent le modèle ;

- l'abscisse de ces apports (ponctuels ou linéaires de rivières).


9. Analyses des crues de décembre 1993-janvier 1994 (crue no 9) et de janvier-février 1995 (crue no I l ) sur le tronçon Mouron-Givry

9.1. LES PRÉCIPITATIONS À LA STATION DE CHARLEVILLE-MÉZIÈRES

On se reportera aux données du paragraphe 6.2 et à la figure 9 qui mettent en évidence les précipitations exceptionnelles observées à la station de Charleville-Mézières entre décembre 1993 et janvier 1994 d'une part, et entre décembre 1994 et février 1995 d'autre part qui sont à l'origine des crues de l'Aisne au cours de ces périodes, et qui sont analysées ci-après. Le fait de retenir comme station de référence la station météorologique de Charleville-Mézières introduit un biais dans l'analyse des phénomènes climatiques car on sait que cette station est située à environ 30 km du centre du sous-bassin étudié et à une altitude plus élevée de 100 m environ.

9.2. ANALYSE DE LA DIFFÉRENCE DES DÉBITS JOURNALIERS ENTRE MOURON ET GIVRY

Les études hydrauliques de l'Aisne ont montré que le temps de propagation des crues entre Mouron et Givry, distantes de 37 km, est de 24 heures. On a donc représenté sur la figure 12, les débits moyens journaliers de l'Aisne mesurés à Givry et les débits à Mouron mesurés la veille pour pouvoir calculer, au pas de temps journalier, l'augmentation de débit entre ces deux stations.

La figure 12 présente, pour les crues no 9 et 11, en partie basse les débits journaliers à Givry et à Mouron, et en partie haute la différence de débit observée. Cette différence de débit correspond à des apports diffus souterrains qui ne sont pas visibles sur le terrain où il n'existe pas d'affluents importants sur ce tronçon de l'Aisne.

La courbe des différences de débits entre Mouron et Givry serait donc l'hydrogramme de crue souterraine. Cet hydrograrnme a une forme amortie et présente une diminution des de%its assez lente qui correspond à une vidange étalée dans le temps des nappes.

Comme les études hydrauliques ont pu le montrer, la part du de%it d'apport est plus importante sur la pxtie descente de la crue. Ces résultats confirment la nature souterraine des apports entre Mouron et Givry.


a) Crue no 9 de décembre 1993 1 janvier 1994

b) Crue no 11 de janvier /février 1995 100 ,

U)

Différence de débit Givry - Mouron (à t - 1 jour) m. E w -- 75 , P 'al 'O

-- 50 8

100,

Fig. 12 -Débits moyens journaliers de l'Aisne. Crues no 9 et no I I .

Différence de debit Givry - Mouron (à t - 1 jour) U) m. E w - 75 -

I E ,al 'O

-- 50 4


9.3. RELATIONS PLUIE-NIVEAU DE NAPPE SUR LES PIÉZOMÈTRES DE BRIEULLES-SUR-BAR ET SEMIDE

Les crues de l'Aisne, entre 1993 et 1995, causées par des épisodes de pluies très abondantes, ont été accompagnées par des hausses du niveau piézométrique des nappes.

On présente sur les figures 13 et 14 les variations piézométriques des nappes observées sur les piézomètres de Brieulles-sur-Bar et de Sernide, ainsi que les épisodes de précipitations mesurées à la station de Météo-France de Charleville-Mézières.

Piézomètre de Brieulles-sur-Bar (fig. 13) : ce piézomètre n'est pas situé dans le bassin versant de l'Aisne, mais il capte les formations calcaires de I'Oxfordien du Jurassique qui sont présentes sous recouvrement dans le bassin de l'Aisne. Ce piézomètre est situé en rive droite de l'Aisne à moins de 12 km de la rivière.

On a représenté sur ce graphique, outre les variations du niveau de la nappe, les précipitations mensuelles mesurées, et le cumul de la différence journalière de la pluie et de I'ETP.

Ce graphique montre que les périodes de recharge de la nappe ne commencent qu'à partir des mois de septembre et d'octobre, avec un maximum en décembre et janvier. La nappe ne réagit toutefois aux épisodes de pluie que pour de fortes précipitations, décembre 1993 avec 289 mm et janvier 1995 ave 279,2 mm. Les remontées du niveau de la nappe sont alors très rapides, et durent de 15 jours à un mois. Elies sont suivies de phases de tarissement longues qui peuvent durer 4 à 5 mois après le maximum observé. L'amplitude entre les niveaux de basses eaux d'été et de hautes eaux d'hiver est de 2,5 m.

Piézomètre de Semide (fig. 14) : ce piézomètre est situé dans le bassin versant de l'Aisne. Ii capte les formations de la craie du Sénonien. Ce piézomètre est situé en rive gauche de l'Aisne à moins de 12 km également de la rivière.

Comme pour le piézomètre précédent, on a représenté sur ce graphique, outre les variations du niveau de la nappe, les précipitations mensuelles mesurées à la station de Météo-France de Charleville-Mézières, et le cumul de la différence journalière de la pluie et de I'ETP.

Ce piézomètre réagit plus rapidement aux épisodes de pluie que le piézomètre de Brieulles-sur-Bar. On observe une remontée des niveaux de la nappe dès les mois d'octobre 1993 et de décembre 1994, soit 1 à 2 mois plus tôt. Les variations piézométnques sont plus amorties sur Semide. L'amplitude entre les niveaux de basses eaux d'été et de haute s eaux d'hiver est de 3 mètres.

Ces enregistrements mettent en évidence les relations entre les pluies et les niveaux des nappes. Les niveaux piézométnques de la craie ont un comportement plus amorti que ceux du Jurassique.


-Pluie A chanrile Crnlrnoi~)

i P - ETP (rnrnlrnois)

Fig. 13- Relation entre la pluie et les niveaux de la nappe à Brieulles-sur-Bar (période 1993-1995).

Fig. 14 - Relation entre la pluie et les niveaux de la nappe à Semide (période 1993- 1995).

Projet 01RISR05. Etude des crues de I'Aisne

9.4. RELATIONS ENTRE LES VARIATIONS DU NIVEAU DE LA NAPPE ET L'AUGMENTATION DES DÉBITS DE L'AISNE ENTRE MOURON ET GlVRY

On présente sur les figures 15 et 16 les variations piézomébiques des nappes observées sur les piézomètres de Brieulles-sur-Bar et de Semide avec la différence des débits mesurée entre les stations de Mouron et de Givry, appelée apport diffus à la rivière.

Dans les deux cas, il y a une très forte corrélation entre le niveau piézométnque des nappes et les apports diffus. il y a une coïncidence exacte entre le pic des apports diffus et le m-imum observé sur les piézomètres. Les tarissements du débit des apports diffus et des niveaux des nappes sont également parfaitement corrélés.

Ces résultats tendent à confmer l'origine souterraine des apports diffus constatés entre Mouron et Givry.

Il reste maintenant à confirmer ce résultat par l'examen des coupes géologiques, et à vérifier la cohérence des débits d'apport observés avec les potentialités offertes par les nappes.

9.5. RELATION NAPPE-RIVIÈRE. ÉTUDE SUR LA COUPE HYDROGÉOLO- GlQUE SEMIDE-BRIEULLES

On a présenté sur la figure 5 (voir paragraphe 3.2) la coupe hydrogéologique Semide- Brieulles-sur-Bar. Ce profil, d'une longueur de 25 km, traverse la vallée de l'Aisne au niveau de la ville de Vouziers.

La coupe montre les différents horizons géologiques concernés. Les formations du Jurassique qui affleurent au nord-est dans la vallée de la Bar, plongent sous les formations du Crétacé dans le bassin de l'Aisne. La partie montagneuse située au nord- est du bassin laisse apparaître en fond de vallée des affleurements des niveaux supérieurs du Jurassique, le Kirnrnéridgien en l'occurrence. Celui-ci affleure également à la flexure localisée dans la vallée de l'Aisne.

Ces affleurements d'un niveau calcaire perméable et aquiîère, situés en altitude par rapport à la vailée de l'Aisne, sont à l'origine des apports souterrains aux débits de l'Aisne. Les affleurements situés en amont dans la vailée de la Bar et dans les vallées montagneuses en hauteur par rapport à la vailée de l'Aisne seront les zones d'alimentation de la nappe. Les affleurements du Jurassique dans la vallée de l'Aisne seront les exutoires naturels de cet aquifère dans ce bassin. Ii y aurait ainsi dans ce schéma hydrogéologique un transfert souterrain des eaux du bassin versant de la Meuse dans le bassin versant de l'Aisne.

La zone située en rive gauche, dans les formations calcaires du Crétacé, est également drainée par la vallée de 1'Aisne.

Comme il est possible de la vérifier sur la carte géologique de la figure 2, ce schéma hydrogéologique existe sur tout le tronçon de l'Aisne compris entre Mouron et Givry.


Fig. 15 - Relation entre les niveaux de la nappe à Brieulles-sur-Bar et l'augmentation des débits de l'Aisne entre Mouron et Givry @Mode 1993-1995).

Fig. 16- Relation entre les niveaux de la nappe à Semide et l'augmentation des débits de l'Aisne entre Mouron et Givry (période 1993-1995).


9.6. ANALYSE DE LA COHÉRENCE DES DÉBITS D'APPORT DIFFUS AVEC LES POTENTIALITÉS OFFERTES PAR LES NAPPES

Les graphiques des figures 12, 15 et 16 montrent que le débit des apports diffus est compris entre 20 et 40 m3/s, avec des pointes à 60 m3/s, pour un tronçon de rivière de 37 km (Aisne entre Mouron et Givry). Sur une seule rive, ces apports représentent un débit linéaire compris entre 0,5 et 1,l Vs.m.

Vérification des potentialités d'alimentation de l'aquifère du Jurassique situé en rive droite

Les débits souterrains peuvent être estimés par la loi de Darcy :

Vitesse des écoulements = K x i Débit = Vitesse x Section de passage

avec :

K : coefficient de perméabilité de l'aquifêre, i : gradient hydraulique de la nappe, Section de passage = largeur x épaisseur de l'aquifêre.

On a : Débit = K x i x largeur x épaisseur avec, Transmissivité = K x épaisseur, on obtient :

Débit = Transmissivité x i x largeur

Calcul du gradient hydraulique en rive droite :

Altitude de la nappe à Brieulles-sur-Bar : 168 m NGF en période de crue, Altitude de l'Aisne à Vouziers : 93,94 m NGF.

Pour une distance de 12 000 m, on obtient :

i = Gradient hydraulique = Delta H /distance = (168 - 93,94) / 12 000 = 0,006.

Les formations aquifères du Jurassique du Kimméndgien, décrites dans le chapitre 3, présentent une circulation de type karstique. On peut leur attribuer une valeur vraisemblable de la transmissivité égale à 0,l m2/s.

-4 3 Le débit par mètre linéaire serait donc de : 0,l x 0,006 = 6.10 m Is, soit 0,6 11s.

Ce débit est du même ordre de grandeur que les débits mesurés dans la rivière. Ces débits souterrains restent cependant élevés, et ne peuvent exister que grâce au caractère karstique des formations aquifères du Kirnméridgien, et au fort gradient hydraulique de la nappe, située en altitude par rapport à la vallée de l'Aisne.

Projet OlRISR05. Étude des crues de I'Aisne

Ce calcul reste théorique dans la mesure où les écoulements souterrains sont probablement localisés, et ne s'étendent pas de façon uniforme sur tout le long de la rive droite de l'Aisne, mais il montre que l'hypothèse avancée reste réaliste, et conforte cette idée d'une alimentation de l'Aisne par des débits souterrains importants en période de crue.

9.7. ANALYSE DES CRUES No 9 ET Il AU PAS DE TEMPS JOURNALIER

Les courbes des enregistrements de pluie, de niveau et de débit de l'Aisne au pas de temps journalier permet de se rendre compte des vitesses de réaction de la nappe et du débit de la rivière aux épisodes de pluie. On a reporté sur les tableaux 8 et 9, et les figures 17 et 18, le détail des mesures faites lors des crues no 9 et 11.

a) Analyse de la crue no 9

La crue no 9 a été engendrée par un épisode de pluie qui a duré deux jours, entre le dimanche 19 et le lundi 20 décembre 1993, au cours desquels il est tombé 77,6 mm en 48 h à la station de Charleville-Mézières. Sur le piézomètre de Brieulles-sur-Bar, le niveau de la nappe est monté de 2 m entre le 18 (1 17,47 m, altitude compté avec un décalage de 50 m) et le 21 décembre (119,4 m), date du maximum enregistré sur ce point. Le débit de l'Aisne à la station de Givry a atteint son maximum journalier le 22 décembre avec un débit de 269 m3/s. Le piézomètre de Semide a réagi plus lentement. On y a observé une montée du niveau de la nappe de 2 m également mais avec un maximum qui a été atteint le 15 janvier 1994 (1 19,16 m NGF).

Le pic du niveau de la nappe du Jurassique, mesuré à Bneulles-sur-Bar, est arrivé 24 heures après l'épisode de pluie. Le pic de la crue de l'Aisne est arrivé 48 heures après cet épisode de pluie. Tandis que le pic de la nappe de la Craie, mesurée à Semide, a été observé 26 jours après l'épisode de pluie.

Il semblerait que les nappes, situées à proximité des secteurs soumis aux orages, réagissent rapidement et avant les débits des cours d'eau. Le manque de données piézométriques autour du 21 décembre rend difficile cette interprétation. Avec des niveaux piézométriques mesurés avec un pas de temps petit, c'est à dire journalier, voire horaire, on pourrait anticiper les crues des cours d'eau. Si le piézomètre de Semide a réagi plus lentement, cela peut être dû soit à la forte inertie de l'aquifere de la Craie, comparativement à celui du Jurassique, soit au fait que l'orage observé les 19 et 20 décembre à Charleville-Mézières n'a peut être pas atteint le même jour la zone de Semide.

Projet OlRISRO5. Étude des crues de i'Aisne

Tabl. 8 - Données des pluies, niveau et débit de la crue no 9 (décembre 1993 -janvier 1994).


P l u i e à Charleville (mmljour) 4 Brieulles-sur-Bar (décalage - 50 m) *Semide (m NGF)

I Pluie à Charleville (mmljour) +Débit Givry (m3ls) 1

Fig. 17- Relation entre les précipitations, les niveaux de la nappe et les débits de l'Aisne (crue no 9 - graphique au pas journalier).


b) Analyse de la crue no 11

Contrairement à la crue no 9, qui a été occasionnée par un épisode de pluie court (77,6 mm en 48 heures), la crue no 11 a été engendrée par une série d'épisodes de pluie qui se sont échelonnés sur un mois, entre le 27 décembre 1994 et le 29 janvier 1995.

ii y a eu tout d'abord un premier épisode de pluie qui a duré trois jours, du 27 au 29 décembre 1994, au cours duquel on a enregistré une lame d'eau de 74,s mm à la station de Charleville-Mézières. Les piézomètres, Brieulles-sur-Bar et Semide, ont peu réagi, tandis que le débit de l'Aisne a atteint 185 m3/s le 30 décembre.

Le second épisode de pluie a été observé le 10 janvier 1994, où on a enregistré ce jour là une lame d'eau de 17,4 mm. Les niveaux des nappes ont faiblement réagi, tandis que le débit de l'Aisne atteignait 121 m3/s le 13 janvier.

Le troisième épisode a été plus long puisqu'il a duré 9 jours, du 21 au 29 janvier, au cours desquels on a enregistré une lame d'eau de 210,6 mm. Le de%it de l'Aisne a atteint un maximum de 240 m3/s au quatneme jour de pluie, le 24 janvier. Les niveaux des nappes ont réagi lentement. La nappe de la Craie à Semide est montée de 2 m en 14 jours entre le 22 janvier (117,3 m NFG) et le 4 février (1 19,16 m NGF). La nappe du Jurassique à Brieulles-sur-Bar est montée de 2 m, par palier, sur 24 jours entre le 15 janvier (1 17,73 m) et le 18 février (1 19,3 m).

Au cours de cette crue, les niveaux piézométriques de Brieulles-sur-Bar et de Semide n'ont pas précédé les pics de débit de l'Aisne mesuré à Givry comme on pourrait s'y attendre. La coïncidence entre les augmentations du de%it de l'Aisne entre Mouron et Givry et les variations piézométriques de Brieulles-sur-Bar et de Semide, situés de part et d'autre de la rivière (voir fig. 15 et 16), laissent supposer que la crue no 11 a commencé en amont. Le pic de cette crue, observé le 24 janvier, aurait son origine dans des précipitations efficaces tombées sur la partie amont du bassin. Tandis que les apports sur le tronçon Mouron - Givry de l'Aisne seraient arrivés à partir du 4 février pour la partie rive gauche (piézomètre de Semide), et du 18 février pour la partie rive droite (piézomètre de Brieulles-sur-Bar).

Selon ces hypothèses, qui sont basées sur l'observation des variations piézométriques des nappes, le pic de la crue no 11 aurait été créé en amont de Mouron. Les de%its de l'Aisne auraient été ensuite entretenus, avec un décalage de 10 à 25 jours, par des écoulements souterrains occasionnés par des précipitations arrivées plus tard.


1 am. Y - uonnees aes pluzes, nzveau et aeDn ae la crue n- 11 yanvzer - jevner I Y Y ~ ) .

BRGM/RP-51437-FR


P l u i e à Charleville (mmljour)

+Semide (m NGF)

-0-Brieulles-sur-Bar (décalage - 50 m) 1

1 I Pluie à Charleville (mmljour) +Débit Givry (m3ls)

Fig. 18 - Relation entre les précipitations, les niveaux de la nappe et les débits de l'Aisne (crue no I I - graphique au pas journalier).


10. Apport des modélisations pluie-niveau et pluie-débit sur l'étude des crues de l'Aisne.

Modèle GARDENIA

On présente ci-dessous les résultats des modélisations et on en tire des conclusions sur l'intérêt de l'utilisation des modèles dans l'étude de la genèse des csues. Le modèle GARDENIA repose sur une série d'équations d'écoulements dans plusieurs réservoirs censés représenter, à une échelle globale, les écoulements dans le bassin versant.

Les simulations ont consisté à reconstituer les variations des niveaux des nappes, mesurés sur les piézomètres de Brieulles-sur-Bar et de Semide, et l'augmentation des débits entre Mouron et Givry.

10.1. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU MODÈLE HYDROLOGIQUE GLOBAL GARDENIA

Le modèle GARDENIA est un modèle hydrologique global qui permet de réaliser un bilan entre les précipitations, l'évapotranspiration potentielle, le ruissellement superficiel et la recharge d'une nappe à l'échelle d'un bassin versant.

II s'agit d'un modèle à réservoirs, dont le principeest représenté sur la figure 19, qui analyse, à un pas de temps donné, les fonctions de production et de transfert entre les pluies et le débit à l'exutoire d'un bassin versant dans le cas d'une modélisation pluie- débit ou entre les pluies et le niveau piézométrique en un point d'une nappe dans le cas d'une modélisation pluie-niveau piézométrique.

La fonction Production détermine, dans un premier réservoir, la quantité d'eau qui ne s'évaporera pas et qui donnera lieu soit à un ruissellement, soit à une recharge de la nappe, et que l'on désigne comme étant la pluie efficace.

La fonction Transfert détermine le temps mis par l'eau non évaporée pour arriver à la nappe ou ressortir à l'exutoire du bassin.

Les différents réservoirs du modèle sont décrits ci-dessous

- un réservoir superficiel qui représente la première dizaine de centimètres du sol dans lesquelles se produit I'évapotranspiration, caractérisé par la réserve utile du sol (zone d'influence des racines de la végétation) ;

- un réservoir H qui est une zone intermédiaire qui produit un écoulement rapide ;

- un réservoir G qui est la zone aquifère qui produit l'écoulement souterrain.


Surface active du bassin versant 9 y

I 0 , 1

I I

! PLUIE ETR I I 1

Réservoir Déficit maximal du sol

superficiel RUMAX ..................... I

I Pluie efficace

ilcur d c,iii d.iiis rscnair H

Recharge de la nappe

Écoulement totd

Fig. 19 - Schéma de principe du modèle hydrologique global GARDENIA.


Les différents paramètres qui définissent ce modèle de bassin sont les suivants

- la capacité du réservoir superficiel, ou réserve utile pour l'évaporation. Il est défini par le déficit maximal du sol ou réserve utile maximale (RUMAX) ;

- les coefficients de vidange du réservoir H ;

- le coefficient de vidange du réservoir G ;

- le niveau de base de l'aquifère (NB) et le coefficient d'emmagasinement (S) pour un calage pluie-niveau ;

- la superficie du bassin versant pour un calage pluie-débit ;

- le débit de fuite, qui correspond aux flux non contrôlés par les stations de jaugeage (cela peut être des pompages, des flux souterrains ou les incertitudes sur les débits mesurés).

Le calage du modèle consiste à trouver le jeu de ces paramètres qui restitue au mieux les valeurs de niveau ou de débit observées, et qui fournit ainsi les valeurs numériques que sont :

- la pluie efficace ;

- la part du ruissellement et de la recharge de la nappe sur la pluie efficace ;

- le coefficient d'emmagasinement de l'aquifère ; - la superficie du bassin versant étudié ; - les débits en plus ou en moins non contrôlés.

10.2. MODÉLISATION DES VARIATIONS PIÉZOMÉTRIQUES DE BRIEULLES-SUR-BAR

Le piézomètre de Bneulles-sur-Bar est situé en rive droite de l'Aisne, dans le bassin versant de la Meuse, à une altitude voisine de 400 m NGF, bien au-dessus de la valiée de l'Aisne située vers 95 m NGF. Le piézomètre capte les calcaires du Jurassique qui sont en communication hydraulique avec le bassin de l'Aisne comme le montre la figure 5.

Le calage des niveaux sur 3 années, de 1993 à 1995, donne des résultats très satisfaisants (fig. 20). Ji a été toutefois impossible de reconstituer parfaitement les pics observés au de%ut des périodes de crue du fait de la nature karstique de l'aquifère, et de ce que GARDENIA suppose un milieu poreux.

La montée très rapide des niveaux de la nappe résulte du caractère karstique de l'aquifère, où les vitesses d'écoulement et les concentrations des débits souterrains sont rapides. L'alimentation de la nappe est faite à partir des nombreux gouffres qui ont été répertoriés dans les calcaires du Jurassique.

Projet OIRISROS. Étude des crues de I'Aisne

i Pluie à Charleville (mmlmois) P l u i e efficace calculée pour Brieulles (mmlmois) u Piézométrie observées de Brieulles -Piézométrie calculée de Brieulles

Fig. 20 - Modélisation GARDENZA des variatons piézomét~ues de BrieuUes-sur-Bar.


Sur la période 1993-1995, la simulation GARDENIA fournit les résultats suivants :

Pas de temps de calcul :journalier. Pluie annuelle = 910 mm (avec un abattement de 8 % par rapport aux mesures faites à la station de Charleville-Mézières) RFU= 169mm Pluie efficace annuelle = 400 mmlan ETR = 510 mm Porosité de l'aquifère = 14 %

Le piézomètre de Sernide est situé en rive gauche de l'Aisne. Le piézomètre capte les niveaux de la Craie.

Le calage des niveaux sur 3 années, de 1993 à 1995, 'donne des résultats très satisfaisants (fig. 21). Contrairement au piézomètre de Brieulles-sur-Bar, la simulation GARDENLA donne des niveaux de pointes calculés légèrement supérieurs de 0,5 m aux niveaux observés. Les niveaux naturels de hautes eaux de la nappe sont écrêtés par des talwegs qui ne sont pas pris en compte dans le schéma hydrologique.


Pas de temps de calcul :journalier. Pluie annuelle = 910 mm (avec un abattement de 8 % par rapport aux mesures faites à la station de Charleville-Mézières) RFU= 113mm Pluie efficace annuelle = 453 mmlan ETR = 457 mm Porosité de l'aquifère = 6 %

10.4. MODÉLISATION DE L'AUGMENTATION DE DÉBIT ENTRE MOURON ET GIVRY

On a simulé l'hydrogramme de crue du sous-bassin versant de l'Aisne compris entre Mouron et Givry dont la surface topographique est égale à 676 km2. Le calage de ces débits donne les résultats présentés sur la figure 22.

La simulation faite avec GARDENLA montre l'existence de deux composantes très marquées de l'écoulement :

- une composante rapide qui permet de reproduire les pics de débit,

- une composante amortie.


Pluie à Charleville (rnmlrnois) Pluie efficace calculée pour Semide (rnmlrnois)

4 Piézométrie obsewée de Sernide -Piézométrie calculée de Semide

Fig. 21 -Modélisation GARDENZA des variations piézométriques de Semide.

U)

30- 'al u


1 Pluie efficace (mm110 jours) -Débit observé m31s -Débit simulé m3ls 1

Fig. 22- Modélisation GARDENZA de l'augmentation du débit de l'Aisne entre Mouron et Givry.



Pas de temps de calcul : décadaire. Pluie = 910 mm (avec un abattement de 8 % par rapport aux mesures faites à la station de Charleville-Mézières) RFU = 250 mm Pluie efficace = 382 rnmlan ETR = 528 mm Superficie du bassin versant = 740 km2

La superficie du bassin versant, calculé par le modèle, est égale à 740 km2. Celle-ci est supérieure à la surface topographique de celui-ci qui est de 676 kd. Cette augmentation de la superficie du bassin versant de près de 10 % est rendue obligatoire dans les calculs pour obtenir l'égalité des flux entre les valeurs calculées et les valeurs observées. Elle correspond à la surface du bassin versant hydrogéologique qui va au-delà de la ligne de crête topographique. Il semblerait que la limite du bassin versant hydrogéologique aille jusqu'à la Bar. Il y aurait alors une partie de l'alimentation de l'Aisne qui proviendrait du bassin versant de la Meuse.

Dans l'ensemble, la crue no 11 est bien restituée. Ailleurs, les débits simulés ont tendance à être supérieurs aux débits observés. La difficulté d'une simulation des débits résulte du fait que le sous-bassin versant de l'Aisne présente un caractère hétérogène avec une partie en rive droite montagneuse, avec des gradients de nappe importants, et une partie en rive gauche beaucoup plus plate avec des vitesses d'écoulement de la nappe plus faibles.

I'Aisne entre Mouron et Givr

Ces simulations mettent en évidence le caractère hétérogène du bassin versant de l'Aisne entre Mouron et Givry. En rive droite, constituée principalement des calcaires du Jurassique, l'alimentation de la nappe est assurée par les infiltrations en fond de vallée dans les gouffres karstiques. Les volumes infdtrés sont importants (510 mm), et les vitesses d'écoulement très rapides se traduisent par des montées brutales des niveaux d'eau. En rive gauche, la forme aplatie de la topographie favorise l'évaporation. Les volumes infïitrés sont plus faibles (453 mm), et l'hydrogramme de crue souterraine est amorti. L'augmentation


des débits de l'Aisne entre Mouron et Givry provient bien d'une alimentation souterraine venant à la fois de la rive droite et de la rive gauche. La simulation pluie-débit indique que la surface hydrogéologique du bassin versant (740 km2) est probablement plus grande que la surface du bassin versant topographique (676 km2).


Il. Conclusion

C ette étude montre que l'examen de la géologie et le suivi des niveaux piézométriques des nappes sont des éléments très importants dans la compréhension des phénomènes

d'alimentation des rivières et de genèse des crues.

Ainsi, sur le tronçon de l'Aisne compris entre Mouron et Givry, bien qu'aucun cours d'eau important ne soit identifié, les alimentations souterraines existent bien. Celles-ci proviennent, en rive droite, des formations karstiques du Kimméridgien, qui sont alimentées à l'occasion d'affieurements en fond de vallée qui donnent naissance à de nombreux gouff6res où se perdent les eaux de surface, et en rive gauche de la nappe de la Craie.

Ces apports souterrains, invisibles en surface, se traduisent par une augmentation du débit de l'Aisne de 30 % entre les stations de Mouron et de Givry, moyenne calculée sur la période 1988 à 1995.

Les analyses des crues no 9 (décembre 1993 -janvier 1994) et no 11 (janvier - février 1995), faites à partir des données de pluie, de niveaux des nappes et des débits de l'Aisne, ont permis d'identifier les mécanismes et les séquences des alimentations en eau de la rivière lors des crues. Les séquences d'alimentation peuvent être très différentes d'une crue à l'autre. Ainsi la crue no 9 a, semble-t-il, été produite par un épisode de pluie violente, localisée à proximité du tronçon Mouron-Givry, qui a tout d'abord alimenté les nappes de part et d'autre du tronçon Mouron-Givy, puis, immédiatement après, la rivière elle-même. Au cours de cette crue no 9, le pic de débit a succédé au pic de niveau des nappes. La crue no 11 par contre a vraisemblablement été formée en amont de Mouron, puis a été alimentée par des pluies qui sont arrivées sur le sous-bassin Mouron-Givry après le passage de la pointe de crue à la station de Givry, prolongeant ainsi la durée de l'épisode de crue.

L'utilisation des outils de modélisation complète le travail d'analyse et d'interprétation des données de terrain en apportant des données chiffrées sur les volumes en jeu, les vitesses de transfert, les temps de retard.

La rapidité des évènements nécessite de travailler sur des données (pluie, niveau, débit) mesurées avec un pas d'échantillonnage journalier, voire horaire.

L'analyse des crues doit tenir compte :

- des cartes des pluies, au pas journalier, qui ont engendré ces crues ;

- des variations de niveaux des nappes, qui s'avèrent être les meilleurs marqueurs d'existence de pluie efficace ;

- de l'accroissement des débits de la rivière.


ANNEXE

Courbes piézométriques


1 - Piézomètre dlAmifontaine -Craie du Sénonien

2 - Piézomètre d'Asfel -Alluvions


3 - Piézomètre de Bouvellemont - Calcaire de I'Oxfordien

4 - Piézomètre de Brieulles-sur-Bar - Calcaire de I'Oxfordien


5 - Piézomètre de Bussy-le-Châteaux - Craie du Sénonien

131.65

1969 1971 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001

6 - Piézomètre de Fresnes-les-Reims - Craie du Sénonien

91 .O3

5 86.03

Projet OlRISR05. Étude des crues de I'Aisne

7 - Piézomètre d'Hannogne-Saint-Rémy - Craie du Sénonien

8 - Piézornètre de La Selve - Craie du Sénonien


9 - Piézomètre de Saint Erme-Outre -Craie du Sénonien

10 - Piézomètre de Semide - Craie du Sénonien

=5

Projet OIRISROd Étude des crues de l'Aisne

11 - Piézornètre de Vienne-la-Ville - Craie du Cénornanien

12 - Piézornètre de Witry-Ies-Reims - Craie du Sénonien

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