DÉFINITION DES MECAFLUIDES
Le tracé des galeries immergées sous le niveau de la mer, le contact de l’eau douce avec la mer introduisent des conditions très particulières pour les écoulements. Ces deux fluides ont des densités différentes et ils sont plus ou moins ‘‘miscibles’’ suivant le régime hydraulique auquel ils sont soumis, ‘‘laminaire’’ ou ‘‘turbulent’’.
En régime laminaire ils sont difficilement miscibles et le niveau de ‘‘l’interface’’ qui matérialise leur séparation fluctue avec le niveau piézométrique de l’aquifère karstique. Le suivi (enregistré) de ce paramètre ‘‘pression’’ est évidemment indispensable pour le contrôle et l’exploitation éventuelle d’un tel aquifère.
Simulation
Modèle “physique” de Paul Deroubaix pour le film “Rivière de la nuit” (SRPM -1980). Simulation de crue et effet de barrage pour bloquer les remontées d’eau de mer vers l’amont.
Contrairement à un préjugé solidement établi les eaux douces et les eaux salées ne se mélangent pas facilement ! Le mélange nécessite des conditions de vitesses de courants, dites de turbulences, assez prononcées. On parle de “régime turbulent”. Pour des vitesses très lentes (notion relative !) on parle de “régime laminaire”. Un tel régime caractérise un aquifère “homogène et isotrope” c’est à dire caractérisé par des propriétés physiques (ici porosité, perméabilité…. identiques dans toutes les directions). Pour un tel régime, les vitesses de transit sont généralement très lentes. Elles sont fonctions de la transmissivité (perméabilité, porosité) et de la “charge” (différence de niveaux de la nappe aquifère entre deux points). Dans un aquifère “karstique” où les circulations se font par des fissures, failles, puits, cascades… les conditions sont a priori favorables au type “régime turbulent”. Mais lorsque cet aquifère est totalement noyé, ce qui est souvent le cas pour un karst situé en bordure de mer (a fortiori s’il est “profond” !), on peut retrouver des conditions de “régime laminaire” ou “quasi-laminaire”.
Dans la galerie de Port Miou, dès les premières plongées (professionnelles), nous avons très souvent observé (et mesuré !) de véritables “miroirs”, marquant la séparation entre deux fluides de salinité (donc de densité) différente.
Par contre, en “toit” de la galerie (partie haute de la galerie) nous avons régulièrement observé des vitesses de courant assez marquées que nous utilisions régulièrement pour revenir de la cloche “500” vers la mer avant la construction de la galerie d’accès à la “dite cloche”. Ou encore, entre 1968 et 1972, à l’occasion du relevé des enregistreurs situés à 150 m de l’exutoire. Dans cette zone de courant plus fort, une zone de turbulence est caractérisée par un mélange d’allure “sirupeuse” que H.-G. Delauze (Comex) décrit comme un effet “glycérine”.
Les récents enregistrements faits par l’Association, sur une section d’environ 150 m2, avec un équipement type “ADCP” de Télédyne, ont montré (bien qu’en période de semi-crue correspondant à une forte pluviométrie) des différences de vitesse de l’ordre du cm/s, limite entre deux régimes en première approximation. Cliquer ici : vitesse sonar-doppler
Si l’on admet que le courant le moins salée circule en toit de galerie on pourrait considérer que la masse d’eau sous-jacente relève plutôt du régime permanent.
Pour un tel régime les relations “eau douce -eau salée” dans les aquifères côtiers ont été étudiées depuis longtemps (voir rapport Cnexo 1973). En première approximation l’application de la formule de Ghyben-Herzbrg, permet d’avoir une idée de la position de l’interface “eau douce -eau salée”.
Dans un réservoir aquifère littoral en relation avec la mer, il se produit entre l’eau douce qu’il reçoit du continent et l’eau salée provenant du milieu marin, un équilibre qui est fonction, en chaque point du réservoir, de la charge de l’eau douce (H d) par rapport à celle de l’eau salée (Hs) et des densités respectives de l’eau douce (Yd) et de l’eau salée (Ys).
La condition de cet équilibre est réalisée lorsque
Hd Yd = Hs (Ys Yd)
Toute variation, positive ou négative, de la charge de l’eau douce (ou de celle de l’eau salée) entraînera donc automatiquement une rupture de cet équilibre et un réajustement progressif des rapports eau douce eau salée jusqu’à ce qu’il satisfasse à nouveau à la relation de GHYBEN HERZBERG.
Crue de la rivière de Port Miou, Décembre 1977 ?
Passage de plongeurs dans un tuyau traversant le barrage.
Rappels sur la mécanique des fluides à Port-Miou
Ces massifs calcaires, au bord de mer, drainent l’eau de pluie… douce.
Constat 1 : La coloration met en évidence ce que les plongeurs voient dans la galerie: l’eau douce, plus légère, colorée par la fluorescéine flotte au dessus de l’eau de mer….
Constat 2 : l’eau de mer pénètre dans les galeries et peut venir contaminer ces eaux douces…
Constat 3 : L’eau douce et l’eau salée ne se mélangent qu’au prix d’un brassage des eaux en présence…Ce brassage se fait à l’interface entre ces eaux de salinité différente. Dès lors les résurgences peuvent être plus ou moins saumâtres… Les Risques de salinisation concernent tous les aquifères côtiers en milieu homogène et isotrope ou en Milieu fissuré karstique
Equilibre “eau douce – eau salée”
Cette image donne l’équilibre entre deux colonnes d’eau douce et d’eau de mer pour une “charge” d’eau douce de 1 m.
Si la charge augmente l’eau douce s’écoulera, si elle diminue l’eau de mer envahira la colonne d’eau douce.
La nature des relations entre l’eau douce et l’eau salée a été décrite pour la première fois par BADON GHYBEN en 1889 aux Pays-Bas, et Herzberg (1901)… Elles découlent du principe d’Archimède : hp1 = H(p2Yd). Un interface se forme dans la galerie, à une hauteur dépendant du débit de la rivière.
- P = hauteur de la colonne d’eau douce
- H= hauteur d’eau salée
- h =‘‘charge’’ d’eau douce (h= P-H)
- ρ1 densité de l’eau douce- ρ2 densité de l’eau salée. (La profondeur ‘’P’’ à laquelle se trouve l’interface dépend de la hauteur (“charge”) ‘‘h’’ du niveau d’eau douce au dessus du niveau de la mer. Quant à l’eau douce, elle ne s’écoulera que si cette hauteur ‘‘h’’ est suffisante).
- Influence de la marée sur l’interface “eau douce-eau salée”.
Réalisation d’un forage et pompage …sans précautions. Le pompage tend à faire baisser le niveau d’eau douce , c’est-à-dire diminuer la ‘’Charge’’ d’eau douce ‘‘h’’ ……l’eau de mer remonte immédiatement par des cônes salés.