QUANTIFICATION ET MODELISATION DU FONCTIONNEMENT HYDROLOGIQUE DES PRINCIPAUX AQUIFERES CARBONATES DU KARST DE LA SAINTE BAUME (B.du Rh. - Var; France) KVANTIFIKACIJA IN MODELIZACIJA DELOVANJA POGLAVITNIH KARBONATNIH VODONOSNIKOV V KRASU SAINTE BAUME (B.du Rh.-Var; Francija) PHILIPPE MARTIN Acta carsologica, XX (1991),87-106, Ljubljana 1991 Abstract UDC 556.33 (44) Martin, Phllippe: Mesurement and modelllng of hydrologlcal behavlour of main carbonated aqulfers of Salnte Baume karat (B. du Rh., Var; France) Sainte Baume (B.du Rh., Var; France), the most southern lower carbonated Provence mountains constitutes a high chain (- 1100 m) lying E-W which dominates important karst plateau. Its geologic structure (pyreneo-provem;al) results from south provem;al overthrust (upper Eocene) during the pont-pliocene tectonic phase. These complex geologic structures (essentially E-W) are cut at right angle by a fluviatile drainage (essentially S-N). This particular lay-out realises a divided underground drainage. Carbonated aquifers are thus numerous and of small size. The studies realised on a dozen karstic systems allowed us to quantifie their individual possiblities. The springs flows are modest. The application of hydrodynamic models (Maillet, Horton) permits a better use of these reserves. These karst systems have a diversified function. These quantifications (total mountain outflow and hydraulic models) reveal that the Sainte Baume drainage is effectuated at 3 levels and following 3 axes. Leve} 1: each of the small aquiferous of the mountain is drained north towards local valley springs. Level 2: it interests the whole mountain and reveals the actual reorganisation of underground drainage towards the lower oriental and occidental springs. Level 3: southward underground drainage towards Cassis submarine springs (Port Miou, Bestouan) which Sainte Baume feeds (outflow 1 m 3 /s). These multiple types of function accentuate the idea we could have of karst heterogeneit y. Key words: Sainte Baume, Provence, karst, hydrometry, hydrodynamics, Maillet, Horton, heterogeneity, paleogeography, submarine spring. Izvleček UDK 556.33 (44) Martin, Phlllppe: Kvantifikacija ln modellzaclja hldroloikega delovanja poglavitnih karbonatnih vodonosnikov v krasu Salnte Baume (Bouches du Rh6ne, Var, Franclja) Masiv Sainte Baume je najjužnejši del karbonatne Spodnje Provence, ki ga gradi "ve- lika veriga· (1100 m n.m.) v smeri vzhod - zahod s pomembnimi kraškimi plano- tami. Njena geološka zgradba je pirenejsko-provansalskega tipa, nastala zaradi juž- no-provansalskega nariva (Zgornji Eocen) v ponto-pliocenski tektonski fazi. To geološ- ko strukturo (najpomembnejša smer W-E) preseka rečni odtok pravokotno nanjo (pre- težno N-S). Ta posebna zgradba pogojuje razdeljeno podzemno drenažo. Karbonatnih vodonosnikov je torej veliko in so manjših dimenzij. Preučili smo kak ducat kraških sistemov, kar nam je omogočilo kvantificirati njihove posebnosti. Pretoki niso za- nemarljivi. Aplikacija hidrodinamičnih modelov (Maillet, Horton itd.) nam je omogoči­ la boljšo predstavo. Ti kraški sistemi pa obenem tudi predstavljajo izredno različnost delovanja. Kvantifikacija (vodna bilanca glede na masiv), kakor tudi modelizacija sta odkrili, da poteka odtok s Sainte Baume na treh nivojih v treh različnih smereh: Prvi nivo: vsi majhni vodonosniki se odcejajo proti N, v lokalne izvire. Drugi nivo: je prisoten na celotnem masivu in odkriva sedanjo reorganizacijo pod- zemnega odtoka proti najnižjim vzhodnim in zahodnim točkam. Tretji nivo odteka proti S, proti podmorskim izvirom v Cassisu (Port Miou in Bes- touan), ki prejemajo iz Sainte Baume 1 m"' /s. Vsi ti različni tipi odtoka ponovno dokazujejo izredno heterogenost krasa. Ključne besede: Sainte Baume, Provence, kras, hidrometrija, hidrodinamika, Maillet, Horton, heterogenost kras, paleogeografija, podmorski izvir Address-Naslov Philippe MARTIN UA 903 du CNRS 7, rue Doree 30.000 Nimes, France 1\lf" 1 1 Le massif de la Sainte Baume constitue le plus important ensemble montagneux de la Basse Provence carbonatee. En raison des ces caracteristiques topographiques, il en est aussi le principal chateau d'eau. l. LE MILIEU NATUREL Situe a une quinzaine de kilometres des rivages de la Mediterranee, ce chainon carbonate d'orientation WSW-ENE, s' impose dans ce paysage proven~al par son escarpement septentrional, veritable signature topographique du massif. Autour de celui-ci et done de la "Haute Chaine" qui domine de ses 1100 m d'importants plateaux karstifies, s'organise le paysage. Cet ensemble est classiquement subdivise en plusieurs unites topographiques (NICOD, 1967, p.247). Depuis la "Haute Chaine" d'oi.t l"on domine l'ensemble du massif nous discernons (fig. 1): a l'W les collines de Bassan, au NNW le dome de la Lare (841 m), au N le plateau du Plan d'Aups, au NNE le fosse de Nans les Pins qui s'ouvre sur I'ample depression du Cauron, a l'ENE les plateaux de Mazaugues draines par le Caramy et enfin au S de la "Haute Chaine", le flanc meridional du massif qui descend graduellement vers le polje de Cuges les Pins, le bassin du Beausset et la Mediterranee. l. Structure g.Sologique et .Svolution pal.Sog.Sographique c.SnozoJ:que Cette topographie variee exprime en fait la complexite extreme de la geologie de ce massif, tant au niveau de series stratigraphiques que de la mise en place des unites tectoniques. Celui-ci est constitue d'un soubassement autochtone plus ou moins plisse (serie du bassin de l'Arc) et d'unites para-autochtones (serie renversee) et allochtones (serie jurassique et cretacee du Beausset en position normale) (GUIEU, 1969; BLANC et al., 197 4). L'anticlinal de la Lare, le synclinal faille du Plan d' Aups ainsi que les plateaux de Mazaugues materialisent le soubassement autochtone de la chaine qui chevauche la serie allochtone qui constitue le massif de l'Agnis, le versant meridional de la Sainte Baume, le volet monoclinal de Bassan, ainsi que quelques dolines connues sous le nom d"unite de Roque Forcade - Nans. La "Haute Chaine" est, elle, formee par la serie 89 Acta carsologica, XX (1991) ,._,6 I:::::::::~ 1 l!?s-1 s lb:619 ICLJl10 F .. 'l 11 ~a bi[>1>!14 Fig. 1: Structures geologiques et principaux axes de drainage souterrain Legende: ph.m 1 - Quaternaire. 2 - Oligocene. 3 - Cretace superieur. 4 - Jurassique et Cretace inferieur. 5 - Trias. 6 - formation volcanique. 7 - permien et formation metamorhique. 8a - chevauchement, 8b - faille. 9a - decollement principal. 9b - limite stratigraphique. 1 O - polje et ponor. 11 - riviere perenne et temporaire. 12a - source. 12b - ville et village. 13 - drainage a l'echelle du massif vers les sources orientales et occidentales les plus basses (niveau 2). 13 - drainage a l'echelle regionale vers les sources sous marines de Port Miou et du Bestouan a Cassis (niveau 3). Sl. 1: Geološka zgradba in glavne smeri podzemnega odtoka Legenda: 1 - kvartar. 2 - Oligocen. 3 - zgornja kreda. 4 - spodnja jura in kreda. 5 - trias. 6 - vulkanski material. 7 - permij in metamorfne kamnine. 8a - nariv. 8b - prelom. 9a - glavni prelom. 9b - stratigrafska meja. 10 - polje in ponor. 11 - stalna ali občasna reka. 12a - izvir. 12b - mesto ali vas. 13 - odtok z masi- va proti najnižjim izvirom na vzhodu in zahodu (nivo 2). 13 - odtok regionalne- ga reda proti podmorskim izvirom v Port Miou in Bestouan v Cassis (nivo 3). Inventaire des source - Seznam izvirov 1 - Port Miou, 2 - Bestouan, 3 - Saint Pons, 4 - Foux de Nans, 5 - Fi- guiere, 6 - Lieutaud. 90 l P. Martin: Quantification et modelisation du fonctionnement hydrologique des ... para-autochtone affectee de troncatures horizontales. Elle est charriee sur le Cretace superieur autochtone du Plan d'Aups. Pour l'essentiel cette organisation du massif a ete acquise lors de la phase pyreneo-provem;al. A l'Eocene superieur des deplacements tangentiels ont affecte des series deja faillees, plissees et erodees (TEMPIER, 1987). Ces vastes decollements de couverture a vergence N (fig. 2) ont pu atteindre des distances importantes (8 a lO km (AUBOUIN & CHOROWICZ, 1967; GUIEU, 1969) on 20 km (GUIEU & ROUSSET, 1979) dans le cas de la Sainte Baume). Au cours et vers la fin de l' Oligocene ces series ont ete deformees par des ploiements de direction SW-NE auxquels il convient de rattacher par example l"anticlinal de la Lare. Mais ces mouvements ne resultent pas d'une phase orogenique majeure a l'Oligocene dans cette region de la Provence (GUIEU, 1959, p.23). La surrection des zones actuellement elevees ainsi que l'affaissement de la region de Toulon sont determines, a la fin du Miocene et pendant le Pliocene, par les contre-coups de la phase alpine tardi-tectonique et par les mouvements d'affaissement du continent meridional (BLANC et al., 1974) qui s'elevait dans le prolongement occidental du massif des Maures. Toutefois, avant, pendant ou entre ces phases, se realise(nt) une ou des surfaces d'applanissement, des Oligocenes et dans un millieu continental pour J.NICOD (1967), surtout a partir du Miocene et dans un milieu maritime (ahrasion marine) pour d·autres auteurs (COPPOLANI et al., 1973; RICHARDOT & ROUSSET, 1975; ROUSSET, 1975), surface(s) dont on trouve de nomhreuses traces aujourd'hui sur les reliefs. J.NICOD (1967, p. 270) a montre que les differents reseaux hydrographiques, d'orientation essentiellement suh-meridienne {cours amont du Caramy, de l'Huveaune, du Peyruis, des Encanaux et du Latay) qui rayonnent aujourd'hui autour de la "Haute Chaine", sont en grande partie surimposes (NICOD, 1967, p. 270) sur des structures geologiques (chevauchement, plissement, fracturation) d'orientation glohalement E - W. Ces drains se sont done installes sur une surface suh-horizontale entourant un paleo relief s'elevant sur l'emplacement actuel de la "Haute Chaine). Cette surface peut etre theoriquement soit d"erosion, soit d·accumulation. Mais comme l'on ne retrouve pas autour de la Sainte Baume d'elements indiscutahles d'une couverture sedimentaire discordante marine et miocene {GUIEU, 1969, p. 23) telle qu'on peut l'ohserver dans le hassin de l' Are ou sur la chaine de la Nerthe, on doit admettre que cette surface est d'ahrasion si elle est marine et miocene et vraisemblahlement d·erosion si elle est Oligocene (pediment). Ce rapide tour d'horizon montre, quoi qu·H en soit, que nous avons affaire a un karst qui a suhi de nomhreuses influences qui ont, sans nul doute, une influence sur le fonctionnement actuel. 2. Hydrographie du massif Ce chainon est aussi le principal chateau d'eau d'une Basse Provence aride (NICOD, 1980). Comme dans toutes les regions oiJ. les facies 91 Acta carsologica, XX ( 1991) carbonates ont une importance predominante, les ecoulements s'effectuent en surface et/ou en profondeur. Toutefois, seuls les versants W. N, et E recelent des ecoulements perennes. Le flanc S ne possede aucune source notable pouvant entretenir un ecoulement de surface permanent. Le domaine septentrional de la Sainte Baume alimente deux fleuves cotiers (fig. 1): l'Argens a l'est (2800 km2 ) par l'intermediaire de deux affluent~ de rive droite: - le Cauron (133 km2 ) qui beneficie des eaux de la Foux de Nans, de la Font Alaman, de la source de la Bastide Blanche, et celle de Rougiers. le Caramy (205 km2 ) qui re~oit les eaux des sources du Caramy, celles de la source de la Figuiere, celles de la source Lieutaud et celles de la source des Lecques. l'Huveaune a l'ouest (505 km2 dont 77 km2 appartiennent au massif de la Saine Baume) qui prend sa source au pied du Plan d'Aups, au fond de la reculee de Castelette (grotte de Castelette, trou des Moulins, source superieure de l'Huveaune, source de la Taurelle, source Lazare et source de la Brise) et qui re~oit les eaux de trois ruisseaux: - le ruisseau de Peyruis qui est alimente par les sources de Peyruis et des Nayes. - le ruisseau de la Vede qui beneficie des debits des sources des Encanaux et du reseaux des Brailles. le Fauge dont les debits sont soutenus par les eaux des sources et de la Tourne de St. Pons et des Cabrelles. A ces exutoires il faut ajouter la modeste source de Saucette dont les eaux rejoignent directement l'Huveaune a la latitude de Pont de l'Etoile. Fig. 2: Elements d'hydrologie du massif de la Sainte Baume Legende: A - massif carbonatee; B - vallee et depression; C 2 - travertin; C,.. - grot- te emissive temporairement; Cs - limnigraphe; D 2 - ruisseau perenne; Da - ruisseau temporaire; E - limite de bassin versant; F - gorges; G 1 - polje; Ga - ponor; H 1 - sommet; Ha - source; Hs - village Sl. 2: Hidrološki elementi masiva Sainte Baume Legenda A - karbonatni masiv; B - dolina in depresija.; C 1 - lehnjak; Ca - jama - občasni bruhalnik; Cs - limnigraf; D1 - stalni potok; Da - občasni potok; E - omejitev porečja; F - soteske; G 2 - polje; G 2 - ponor; H 1 - vrh; Ha - izvir; Hs - vas Inventaire des source - Seznam izvirov: 1 - Saint Pons, 2 - Saucette, 3 - Encanaux inferieurs, 4 - Encanaux su- perieurs, 5 - Nayes superieures, 6 - Nayes inferieures, 7 - Peyruis, 8 - Brise, 9 - Lazare, 1 O - Huveaune superieure, 11 - Font Alaman, 12 - Foux de Nans, 13 - Lieutaud, 14 - Figuieres, 15 - Bastide Blanche, 16 - Taurelle, 17 - Mazaugues, 18 - Lecques Inventaire des grottes emissives temporairement - Seznam jam - občasnih bruhalnikov a - Tourne de Saint Pons, b - Reseau des Brailles, c - Reseau Sabre 92 ."r 1 1 1 i 1 1:r-.;),·:~ .. }.,!. 1 c~ ,,,, ... ) : \;.; -., ... ,,e o ~ Figure n° -A [2]E Da~F lto%lc l~lo ll§D]o IIT1cl L!....!..2J H ,,·, i . , .. ··-· ... ELEMENTS SUR L"HYOROLOGIE DU MASSIF DE LA SAINTE BAUME. :-0 f ;:l. ?. CD ~ a ..., [ g· ~ l ~- ~ g· g- o' ~ ,... s· ::s ~ ~ g '[ f ~ l'll Acta carsologica, XX (1991) II. CARACTERISTIQUES HYDRODYNAMIQUES DES PRINCIPAUX AQUIFERES Les structures geologiques du versant N de la chaine, (essentiellement W-E) sont done recoupees orthogonalemet par un drainage fluviatile en grande partie sub-meridien (fig. 1). Ce maillage relativement serre determine un morcellement du drainage souterrain en une quinzaine d"aquiferes. La quasi totalite des ces aquiferes a fait l'objet, dans le cadre d'un doctorat (MARTIN, 1991) soutenu par la DGRST, l'URA 903 du CNRS et le Laboratoire de Geographie Physique d'Aix-en-Provence, d'un suivi hydrometrique de juin 1984 a decembre 1986. Ces mesures succedent a celles effectuees, de mars 83 a juin 84, par C. COULIER (1985) sur les sources occidentales du massif. Lorsque ces mesures ont ete acquises par des limnigraphes (cf. Tableau no. 1 et 2) cela l'a ete soit par la mise a notre disposition, par la SRAE Provence cote d'Azur, du materiel necessaire que nous avons gere (St. Pons, Encanaux sup., Font Alaman, Foux de Nans, Figuiere), soit par l' utilisation d'informations collectees et aimablement communiquees par la Societe du Canal de Provence (sce Lazare). A partir de ces chroniques nous avons pu effectuer, grace a A. MANGIN (1975; 1981 a & b; 1984; BAKALOWICZ & MANGIN, 1980) du Laboratoire souterrain du CNRS a Moulis (Ariege), une analyse complete du fonctionnement de ces aquiferes. Par contre, lorsque les donnees ont ete acquises par jaugeages, seuls les tarissements qui sont caracterises par une certaine permanence et qui peuvent done etre suivis avec un pas de temps plus large, sont hautement significatifs. c·est pourquoi, dans cette synthese comparative nous developperons essentiellement la modelisation des tarissements de fin de cycle. Nous avons regroupe la majeure partie des informations sur les debits et les tarissements de ces sources des versants W et N de la Sainte Baume dans deux tableaux (Tableaux 1 et 2) sur lesquels 11 convient d'apporter quelques commentaires. l. D6blts et surfaces draln6es Les chiffres communiques correspondent a des debits moyens journaliers. Lorsque nous avons constate un assechement des griffons, il nous a paru interessant d'en indiquer la duree et done, par difference, celle du fonctionnement. Tres classiquement d'ailleurs, ce sont les sources les plus hautes qui s'assechent. Parmi les sources perennes, on remarquera qu· il y a deux groupes: l'un est constitue par les sources des gorges du Caramy qui ont un debit minimum important {- 50 l/s), l'autre regroupe celles dont le debit minimal s·echelonne entre 2 et 10 l/s. Les debits maximals sont eux connus avec moins de precision meme lorsque nous avons beneficie d'un limnigraphe, car d'une part, les seuils etaient naturels, sauf dans le cas des installations de la SCP, et 94 P. Martin: Quantification et modelisation du fonctionnement hydrologique des ... car d"autre part, lorque ces aquiferes sont tres transmissifs, il est tres difficile de jauger la pointe de crue, ce qui nous a obliges a extrapoler la valeur du debit moyen journalier maximal. Par ailleurs, en raison d"une part, de la complexite des structures geologiques, et d"autre part, de fonctionnements particuliers (cf. ci-dessous), il est impossible, sauf exceptions (COULIER, 1985), d"etablir les limites des bassins versants de ces sources. En consequence il nous a paru plus pertinent de calculer, en fonction des precipitations du moment, a quel bassin minimal theorique correspondent les debits mesures, en considerant que la totalite des pluies s·est inflitree. En affectant ce bassin versant minimal d"un coefficient d"infiltration, on peu etablir la surface reellement drainee. Tout le probleme revient done a trouver le coefficient d"infiltration representatif de chaque bassin versant. Differents calculs (SCHOELLER, 1962, p. 211) effectues a partir de chroniques de sources tres modulees donnent une valeur comprise entre 0,42 et 0,33 (MARTIN, 1991), si l"on ne tient pas compte des periodes tres influencees par les reserves. Ces valeurs sont conformes a celles que ron a pu mesurer dans d"autres karsts mediterraneens (de 0,23 a 0,42 avec des valeurs de 0,33 et 0,36 pour des kasts languedociens et 0,37 en Provence (DROGUE et al., 1983). Toutefois, en raison de la multiplicite des facies affleurants, il est probable que ce coefficient varie fortement sur le massif. En consequence nous ne l"utiliserons que dans une approche globale et moyenne (cf. ci-dessous). 2. Ajustement des tariHements au modele du Maillet et calcul du volume dynamique Depuis plus d"un siecle divers auteurs ont essaye d" ajuster, aux courbes de recession (decrue + tarissement), des modeles mathematiques dont les parametres correspondraient a des grandeurs physiques (voir CASTANY, 1967; MANGIN, 1975 pour un historique de cette recherche). Parmi la multitude des essais, il semble bien que ce soit le modele de MAILLET (1905), meme en milieu karstique, qui rende le mieux compte du tarissement. Son equation est de la forme: Qt-Qo+e-cxt Qo etant le debit du tarissement Qt etant le debit du temps t. du tarissement a etant le coefficient de tarissement Ce dernier nous informe sur retendue du karst noye et sur les pertes de charges qui affectent son ecoulement. II correspond a rtnverse du temps que met le debit pour decroitre de la 0.368„ partie de sa valeur initiale (MANGIN, 1975). Par ailleurs, lorsque les volumes dynamiques, calcules pour differents tarissements de fin de cycle, sont semblables (aquifere captif ou karst noye reduit), le coefficient a que fait intervenir la fonction exponentielle, ne devrait que peu varier d"un ta- rissement a rautre. Par contre, avec une zone saturee importante et 95 Acta carsologica, XX ( 1991) non captive, l'allure du tarissement depend particulierement de l'etat d'imbibition de l'aquifere. En cela les valeurs minimales et maximales obtenues sont interessantes. L'etude la plus importante a ete effectuee sur la source Lazare qui draine un aquifere correspondant a la zone tres fracturee situee a la jonction des massifs de l'Aurelien et de la Sainte Baume. Nous avons modelise 13 tarissements de fin de cycle. Les valeurs obtenues peuvent servir de reference pour apprecier les coefficients des autres sources. On notera la grande similitude avec ceux de la Figuiere. Deux valeurs, celle de Peyruis et celle de Lieutaud, s'ecartent de I' ensemble. Dans le cas de Peyruis il n'est pas sur que nous soyons la en presence d'une source possedant un reel tarissement. Cette emergence fonctionne vraisemblablement comme un trop-plein de la source de la Taurelle (debit de 16 1/s le 26/ 02/86) situee plus bas dans le prolongement oriental de la serie chevauchante de Roque Forcade - Nans. Dans le cas de Lieutaud il semble par contre que nous ayons a faire a un aquifere tres capacitif d'autant que cette valeur a ete obtenue lors de l'etiage de 1985 qui a ete exceptionellement long. Toutefois, une chronique du BRGM de 24 jaugeages effectues entre 16/01/70 et le 04/01/71 permet de calculer un coefficient de tarissement de 0,0054 et un volume dynamique de 1,2 Mm3 soit des valeurs plus proches de celles que l'on observe sur la Sainte Baume. Mais lors de r etablissement de cette chronique BRGM, une mine de bauxite tlite de "Mazaugues aval" et situee au N de la source, etait en activite, alors qu'elle ne l'etait plus lors du tarissement de 1985. Cette mine qui a ete mise en exploitation en 1968 (DURAND, 1972) a connu a partir du juillet 69 une venue d'eau "per ascensum" au toit des calcaires du Jurassique superieur necessitant le rejet d'une exhaure d'au moins 100 1/s dans le Caramy via le vallon de l'Epine (DURAND, 1972). On peut done supposer que cette action anthropique a pese sur les modalites de tarissement et qu'aujourd'hui, les circulations "naturelles" s·etant retablies, on retrouve une image plus correcte du fonctionnement de cet aquifere. Ces caracteristiques particulieres n'obliterent quand meme pas la correlation lineaire qui existe sur ce massif entre l'altitude des sources et la valeur du coefficient moyen de tarissement. Celle-ci avec n - 13 et r - 0,791 apparait comme peu significative lorsque l'on effectue la correction induite par le caractere reduit de la serie de donnees. Avec un seuil de 5% le coefficient de correlation devrait etre de 0,846. Par contre, cette correlation est significative avec un seuil de 1% si l'on ne prend pas en compte les sources de Saucette, de la Brise, et des Encanaux superieurs (n - 9, r - 0,970, part de la variance expliquee: -94%). Comment interpreter cette correlation si ce n'est en pensant que l'altitude de chaque exutoire determine certaines modalites de fonctionnement comme le tarissement. Ce qui revient a dire, sur un plan plus general, qu'elle est l'expression d'une relation existant entre un ou des systeme(s) fluviatile(s) et leurs sous systemes, ici des systemes karstiques. La position des emergences est determinee d'une part, par les grandes unites morpho-structurales (position liee a une faille, a une 96 P. Martin: Quantification et modelisation du fonctionnement hydrologique des ... limite stratigraphique, etc. ...) mais aussi et surtout d'autre part, par le fonctionnement et par l'evolution morpho-dynamique du reseau de drainage aerien (creusement des gorges et des vallees par ex.). L'essentiel des gorges etant creuse, comme nous l' avons vu, sur le versant N de la Sainte Baume cela implique que la majorite des exutoires soit localisee sur la peripherie septentrionale de la chaine. Cette logique correspond au premier type (niveau 1) d'organisation des ecoulements souterrains de ce massif. Le volume dynamique correspond au volume d'eau en mouvement du karst noye qui determine le debit a l'exutoire. Il est exprime en millions de m 3 et est egal a: Vd - Qo / O• 86400. avec Qo en m 3 Si on ecarte celui de la source Lieutaud dont nous venons de debattre indirectement, il apparait que peu de sources sur ce massif presentent des "reserves" importantes (Figuiere, St. Pons, Nayes. Lazare). Mais celles qui en ont sont toutes situees en peripherie du massif. Toutefois, cette vision devra etre nuancee par l'etude de recession piezometriques de la Foux de Nans developpees dans le chapitre 3. III. MULTIPLICITE DES NIVEAUX ET DES ORIENTATIONS DE DRAINAGE La description systematique du fonctionnement hydrodynamique et hydrochimique des 14 principaux aquiferes de la Sainte Baume (MARTIN, 1991) a montre d'une part que chacun d'eux a un fonctionnement original et d'autre part que le drainage souterrain s'effectue a plusieurs niveaux selon plusieurs orientations. Nous illustrerons ce dernier fait a partir de 3 exemples: celui des exutoires de Saint Pons, celui de la Foux de Nans les Pins et celui de la source de la Figuiere. l. Saint Pons: un aquifere tres capacitif ll ezutoires multiples La source de Saint Pons est situee dans la vallee orientee grossierement E - W du Fauge qui eventre la terminaison occidentale de la chaine entre le pic de Bertagne (1042 m) et la plaine d'Aubagne. La partie aval de cette vallee situee entre la source et le village de Gemenos est comblee par une tres importante formation travertineuse qui, dans sa partie amont, est recoupee par le Fauge (MARTIN, 1984, 1986, 1988, 1989, 1991). En fait, aujourd'hui, la vidange de l'aquifere de Saint Pons ne s'effectue plus seulement par la source de Saint Pons et par son trop plein naturel: la source des Cabrelles. Pour accroitre les debits recuperables une galerie drainante a ete creusee sous le niveau de la source, a travers la masse des travertins, jusqu'a un affleurement 97 Acta carsologica, XX ( 1991) calcaire, en suivant vraisemblablement un petit sous ecoulement preexistant. Le debit moyen sur la periode d'etude (06/84 - 12/86) et de 79 1/s a la source de Saint Pons, de 45 1/s dans la gaerie et de 71 1/s a la source des Cabrelles. Ce dernier chiffre a ete obtenu par extrapolation a partir d'une analyse des debits classes cumules de la source de Saint Pons et de la galerie drainante. II n'est done qu'indicatif mais en premiere analyse on peut estimer que l'aqutfere de Saint Pons fournit en moyenne 195 1/s. Un trac;age effectue a partir de l'aven de l'Escandaou (COULIER, 1985) situe sur la haute chaine permet d'integrer la partie occidentale de la haute chaine au bassin versant de la source et cela bien que le taux de restitution de la fluoresceine n'ait ete que de 3,5 %. La vitesse de transit du colorant etant elle aussi faible (8,5 m/h) bien que la pente theorique soit tres forte (13,4 %). Le bassin versant de l'aqutfere de Saint Pons est done constitue par la partie ouest de la haute chaine mais ti englobe aussi certainement la terminaison occidentale du Plan d'Aups comme tend a le prouver un premier trac;age qualitatif (MARTIN, 1991) effectue a partir du trou Tartane, ponor occidental et temporaire du polje du Plan d'Aups. Tout ceci met en evidence, pour la partie occidentale de la chaine, un axe majeur de drainage E -> W conforme a I' orientation des structures geologiques. 2. La pi6zom6trie de la Fou:a: de Nans En periode de hautes eaux les exutoires de l'aquifere de la Foux de Nans s·echelonnent sur plusieurs centaines de metres entre la Foux a l'amont et les sources de la Liene a I' aval. La source vauclusienne de la Foux de Nans (398 m NGF) est penetrable en etiage sur une profondeur de 35 m, soit 363 m NGF. Elle a ete exploree en plongee jusqu·a la cote 286 m NGF. Au dela un ensemble de diaclases remontantes a ete reconnu jusqu'a la cote 334 m NGF. Cette source est captee par I' intermediaire de forages recoupant le drain. La societe qui exploite ce captage a ainsi pu obtenir une chroniques des fluctuations piezometriques. Les recessions ainsi mesurees s' ajustent lors des periodes humides au modele de MAILLET et lors des periodes plus seches au modele de HORTON (MARTIN, a paraitre) qui est une double exponentielle. Sur les 6 tarissements d'etiage que nous avons etudies, 5 sont correctement decrits par le modele de HORTON cf. tabl. no. 3 ci-dessous. Nous rappellerons pour memoire que le modele de HORTON (TRIPET, 1969) qui est derive du modele du MAILLET et dans lequel on considere les variations continues du coefficient de tarissement, est de la forme: 98 l P. Martin: Quantlfication et modelisation du fonctionnement hydrologique des ... Qt - Qo • e-) • 0,4 ) + 337 - Pt en NGF avec: Pt - valeur piezometrique au temps t Ho - mesure piezometrique Par ailleurs, nous avons pu mettre en evidence (MARTIN, 1991) la capture d'un paleo-vallon sub-meridien situe au droit du village de Rougiers, par les affluents du Caramy, lesquels sont affectes de pertes karstiques en relation (tra~age) avec la Figuiere (DURAND, 1972). 11 semble done bien que depuis deja en certain temps le bassin versant aerien et souterrain du Caramy se developpe vers l'W, essentiellement au depend de celui du Cauron. 11 conviendrait, pour confirmer totalement cette analyse, d'effectuer un tra~age, lors d'une phase de recession, a 100 r P. Martin: Quantification et modelisation du fonctionnement hydrologique des ... partir du siphon terminal aval de I'aven du Petit Saint Cassien situe sur le plateau, au-dessus de la Foux. 3. L'hydrogramme de la source de la Figuiere resulte de la combinaison de plusiers types d'ecoulement Parmi les sources des gorges du Caramy, la source de la Figuiere, est sans aucun doute la plus importante. Son exutoire principal est situe a quelques centaines de metres a l'aval d" un remarquable ensemble de cavites penetrables qui constituent le reseau Sabre (CAF - SCM, 1987) et dont la source de la Figuiere est, comme I'a montre un tra<;age effectue a partir des pertes dans le Grand Gaudin (DURAND, 1972), le point le plus deprime. Avec ses 180 1/s c·est la plus importante source de la Sainte Baume. Ses debits de fin d'etiage sont aussi les plus importantes (50 1/s). Ils sont 10 a 50 fois superieurs a ceux des autres sources du massif. Les hydrogrammes que nous possedons montrent tres clairement les grandes lignes du fonctionnement de cet aquifere. Faisant suite a une crue qui peut etre importante (cf. Q max.) et a 2 ou 3 jours de decrue rapide, nous trouvons une periode de moindre diminution des debits; periode que nous avons nommee "pied de decrue·. Ce type de fonctionnement dure environ une quarantaine de jours puis cede la place a un tarissement dont rend tres bien compte la modele de MAILLET. Cette modelisation permet de calculer que le volume dynamique est de l"ordre de 1,5 Mm3 mais ne permet pas de rendre compte du "pied de decrue·. Nous l'interpretons comme une venue d'eau differee et modulee. L'impulsion donnee par la pluie a ete tres largement filtree. Le bassin versant de la source de la Figuiere s·etend a l'W du Caramy mais sans que l'on sache exactement jusqu'ou. Par contre, au moins par l'intermediaire des affluents occidentaux du Caramy (Petit et Grand Gaudin}, il est manifeste que la terminaison orientale de la haute chaine - la zone des Glacieres - geologiquement tres compartimentee ainsi que les gres du Santonien affleurant plus a l"E, sont draines vers la source de la Figutere. Il me semble que l"on peut voir dans cet zone aquifere un systeme annexe ss (MANGIN, 1975) qui fournit ces debits modules et decales qui constituent le "pied de decrue·. Par ailleurs l'importance des debits de tarissement va tout a fait dans le sens d'une alimentation de la source de la Figuiere par l'aquifere de la Foux de Nans. Il semble done que nous ayons la un axe de drainage W -> E interessant la partie orientale de la Sainte Baume. 4. Un massif globalement deficitaire Le massif de la Sainte Baume est suffisamment bien delimite pour que nous puissions faire un bilan. La serie chevauchante du 101 Acta carsologica, XX ( 1991) versant meridional de la ehaine qui est generalement eonsideree eomme hydrologiquement integree au bassin du Beausset (COULIER, 1985) sera exclue. Nous eonserverons par eontre les eollines de Bassan, situe au nord du vallon de Saint Pons, dont le seul exutoire bien modeste est la souree de Saueette. Au N nous limiterons le massif a la retombee de l'antielinal de la Lare, a la limite N de la zone broyee entre Sainte Baume et Aurelien et a la faille de Rougiers. La limite orientale etant eonstituee par le bassin de la Roquebrussanne. Cet ensemble a une surfaee de 186 km2 • A partir des preeipitations journalieres enregistrees a la station de la Meteorologie Nationale du Plan d' Aups pendant la periode 1982 -> 1987 nous pouvons etablir la preeipitation moyenne par jour soit: 2,419 mm, et done le flux total moyen preeipite par seeonde sur le massif. (186 . 10° . 0,002419)/86400 - 5,2 ms /s Si on affeete ee flux d'un eoeffieient d'infiltration eompris entre 30 et 40 % on obtient une fourehette a r interieur de laquelle devrait se trouver les debits draines par le karst. Ces eoeffieients d·infiltration eorrespondent a eeux generalement admis dans la litterature (DROGUE et al., 1983). Si l'on eompare ee flux entrant a la somme de la moyenne des debits journaliers des sourees (0,8 ms/s}, on obtient le tableau suivant: Valeurs theoriques 5,2 ms/s 0,30 - 1,56 ms/s 5,2 ms/s 0,35 - 1,82 ms/s 5,2 ms /s 0,40 - 2,08 ms /s valeurs reelles 0,8 ms/s 0,8 ms/s 0,8 ms/s Eearts -0,76 ms/s -1,02 ms/s -1,28 ms/s On eonstate qu'il manque dans le meilleur des eas 0,8 ms /s et que dans le pire 1,3 ms /s, flux qui eehappent au drainage local tel que nous l'avons mesure (MARTIN, 1991). Bien qu'il y ait une impreeision sur les erues, bien que nous n' ayons pas mesure les eavites emissives eomme la Tourne de Saint Pons, le reseau des Brailles ou le reseau Sabre qui ont un fonetionnement on ne peut plus episodique et violent, et bien que nous n'ayons pas pris en eompte les debits de toutes les petites sourees (les Leeques: Qx - 18,4 1/s; Bastide Blanehe; Q le 01/04/86 - 35 1/s; St. Julien Q - 30 1/s; Cabrelles; ete.}, il apparait que l'ensemble du massif de la Sainte Baume est defieitaire d'environ 1 ms /s. Ceei peut etre eonfirme par une approche plus globale. Les differents auteurs s'aeeordent generalement pour eonsiderer que la plule effieaee tombant sur la Sainte Baume est voisine de 0,35 m/an (DROGUE et al., 1983; COULIER, 1985, 1986) soit 2,06 ms/s. Cette valeur regroupe a la fois les infiltrations et le ruissellement. Parmi les rivieres de la Sainte Baume, seul le Caramy a un eeoulement permanent. Les debits de l'Huveaune en amont de la souree Lazare sont pour une tres large part issus du karst et ont done ete pris en eompte au niveau des sourees. Les ruisseaux de Peyruis, des 102 P. Martin: Quantification et modelisation du fonctionnement hydrologique des ... Encanaux et du Fauge ont des debits de ruissellement presque nuls. Celui du Caramy, en amont du limnigraphe "Caramy Chantier", s'est etabli en moyenne sur la periode 1968 -> 1987 a 0,3 m 3 /s, si on exclut les debits des sources du Caramy alimentees par le massif de l'Agnis que nous n'avons pas pris en compte dans le calcul de la surface totale du massif. Moyennant quoi nous avons: en entree: en sortie: 0,80 m 3 /s + 0,30 m 3 /s soit un deficit d'environ 2.06 m 3 /s 1,10 m 3 /s 0,95 m 3 /s Valeur qui est tres proche de celle que nous avions trouvee precedemment. La mise en evidence d'un tel deficit implique automatiquement que les versants W et N de la Sainte Baume soient draines vers un exutoire tres important. Rappelons que tout un faisceau d"informations (ROUSSET, 1968, 1988; COULIER, 1985) tend a montrer que le versant S de la Sainte Baume est draine vers les sources sous marines de Port Miou et du Bestouan. En raison de leurs caracteristiques (Port Miou: 3 a 5 m 3 /s a l'etiage, plus de 100 a 160 m 3 /s en crue (POTIER, 1973; ROUSSET, 1988) ces exutoires semblent etre les seuls a pouvoir ecouler les debits qui font defaut aux sources de la Sainte Baume. Inversement avec un debit specifique de r ordre ' de 10 l/s/km2 dans cette partie de la region, le bassin d"alimentation de Port Miou doit couvrir plus de 300 km2 alors meme que les relations prouvees par trac;age et des considerations geologiques n'aboutissent qu'a une surface de 135 km2 (COULIER, 1985). CONCLUSIONS Le drainage de la Sainte Baume s'effectue a trois niveaux selon trois orientations Nous avons vu que les principales structures geologiques ont une orientation E - W et qu'elles sont principalement recoupees orthogonalement par un reseau de drainage important dont les talwegs principaux ont une orientation S - N. Cette disposition particuliere determine un morcellement du drainage souterrain. De nombreuses petites sources drainent la partie superficielle de petits aquiferes carbonates. Ce drainage s· effectue preferentiellement vers le N ·en raison de la position peripherique et septentrionale des ces petites sources. Le second niveau se developpe a l'echelle du massif. Les debits les plus importants sont ecoules par les exutoires de l'aquifere de Saint Pons et par la source de la Figuiere. Ces sources correspondent a des bassins versants tres etendus et nous avons vu a travers de l'example de la Figuiere que d' autres aquiferes pouvaient etre plus ou moins draines vers ces emergences majeures. On notera enfin que la source de la 103 Acta carsologica, XX (1991) Figuiere est situee a une altitude tres basse pour le massif {280 m) dans la seule gorge traversee par une riviere perenne. II n'est done pas illogique qu'elle etende son bassin versant en attirant des debits supplementaires. Pour la source de Saint Pons la position et l'altitude de l"exutoire peuvent difficilement nous renseigner sur la dynamique de cet aquifere en raison de l'existence de cette accumulation travertineuse. On constate ainsi une propension a la remontee de l'engorgement par les travertins. Cette dynamique peut avoir rehausse le niveau des exutoires. Les debits montrent toutefois qu'il s'agit d"un aquifere majeur dont le bassin versant doit s'etendre non seulement a la partie occidentale de la haute chaine mais aussi a la terminaison occidentale du Plan d"Aups. Ce second niveau de drainage traduit une reorganisation actuelle des ecoulements vers les points orientaux et occidentaux les plus bas, compte tenu des structures geologiques. Le troisieme niveau de drainage et celui qui a ete identifie au travers du bilan du massif. Ce sont des circulations profondes qui doivent se faire avec de tres grosses perte de charge car l'eau doit franchir la zone de chevauchement qui ne doit pas etre consideree comme une limite hydrogeologique majeure. Par ailleurs, le caractere sous marin des sources de Port Miou et du Bestouan indique que ces circulations ont beneficie de niveaux marins regressifs. Nous avons done une organisation du drainage a 3 niveaux selon 3 orientations. Les bassins versants sont en quelque sorte emboites. Ceci est rapproche du systeme d' ecoulement defini par TOTH (in KIRALY, 1977) et ou l'on trouve 3 types d'ecoulement: un local, un intermediaire et un regional. BIBLIOGRAPHIE AUBOUIN, J. & J. CHOROWICZ, 1967: Le chevauchement sud-proven~al: de l'Etoile a la Sainte Baume. - Buli. Soc. Geol. de France, 7, IX, 600-608 BAKALOWICZ, M. & A. MANGIN, 1980: L'aquifere karstique. Sa definition, ses caracteristiques et son identification. - Mem. h. ser. Soc. Geol. France, no. 11, 71-79 BLANC, J.J. & J.P. CARON & C. GOUVERNET & G. GUIEU & J.P. MASSE & J. PHILIP & J. ROUIRE & C. ROUSSET & C. TEMPIER, 197 4: Carte geologique de la France a 1/50.000. Notice explicative de · la feuille 1045: Cuers .- lere edition. - Orlčan: BRGM .- 2 p. 1 fig., et carte en coul., par ROUIRE et al., 197 4 CASTANY, G., 1967: Traite pratique des eaux souterraines. - 2eme edition, Dunod edit. 661 p., Paris COPPOLANI, M.F. & G. GUIEU & C. ROUSSET, 1973: Donnees nouvelles sur Ja paJeogeographie mlocene et Ja neotectonique en Basse Provence occidentale. - C.R. Acad. Se. Paris, 276, ser. D, 493-496 104 P. Martin: Quantification et modelisation du fonctionnement hydrologique des ... COULIER, C., 1985: Hydrogeologie karstique de la Sainte Baume occidentale, Bouches du Rhone, Var; France. - These 3eme cycle, Universite de Provence Aix-Marseille I, 400 p. COULIER, C., 1986: Le karst de la Sainte Baume (Bouches du Rhone et Var, France). Structure et evolution: l'approche hydrogeologique. - Karstologia, 8, 7-12 DROGUE, C. & A.M. LATTY & H. PALOC, 1983: Les eaux souterraines des karsts mediterraneens. Exemple de la region pyreneo- proven~ale (France meridionale). - Buli. BRGM: Hydrogeologie - Geologie de l'Ingenieur, 4, 293-311 DURAND, R., 1972: Etude du karst de la haute vallee du Caramy .- D.E.S., Universite de Provence Aix-Marseille I, 59 p. GUIEU, G., 1969: Carte geologique de la France a 1/50.000. Notice explicative de la feuille 1044: Aubagne Marseille. - 2eme edition. - Orlean: BRGM.- 26 p., 1 fig., et carte en coul., par GUIEU et al., 1969 GUIEU, G. & C. ROUSSET, 1979: Le massif de l'Olympe et de I' Aurelien representent la zone frontale du chevauchement de la Sainte Baume (Bouches-du-Rhone et Var, France). - C.R. Acad. Se., 289, ser. D., 623-626, Paris KIRALY, L., 1977: La notion d"unite hydrogeologique. Essai de definition. - Bulletin du Centre d'Hydrogeologie de Neuchatel, 2, 83-216 MAILLET, E., 1905: Essais d'hydraulique souterraine et fluviale.- Herman edit., 218 p. Paris MANGIN, A., 1975: Contribution a l"etude hydrodynamique des aquiferes karstiques. - These Science, Annales de Speleologie, 197 4, 29, 3, 283-332; 1974, 29, 4, 495-601; 1975, 30, 1, 21-124 MARTIN, Ph., 1986: Les travertins du vallon de Saint Pons (Gemenos, B. du Rh.). - Mediterranee, 1-2, 92-100 MARTIN, Ph., 1988: Consequences du fonctionnement et de I' evolution des aquiferes carbonates sur les constructions travertineuses. - Travaux URA 903 du CNRS, 17, Rapport ATP-PIREN Histoire de l'environnement et des phenomenes naturels, 193-200 MARTIN, Ph., 1989: Les travertins: formations correlatives des geosystemes karstiques; relations entre les unites de drainage et les constructions travertineuses sises a I"aval. Le cas de bassins versants proven~aux (France). - 2eme Congres Fran~ais de Sedimentologie, Paris, Association des Sedimentologistes Fram;:ais, livres des resumes, 191-192 MARTIN, Ph., 1991: Hydromorphologie des geosystemes karstiques des versants nord et ouest de la Sainte Baume (B. du Rh., Var, France). Etude hydrologique, hydrochimique et de vulnerabilite a la pollution. - These, Universite Aix-Marseille II, 412 p. MARTIN, P., (a paraitre): Diversite de fonctionnement des principaux aquiferes carbonates d'un karst mediterraneen et proven~al: le massif de la Sainte Baume, Bouches du Rhone, Var, France. - 115eme Congres National des Societes Savantes, Avignon, 1990, Comite des Travaux Historiques et Scientifiques 105 Acta carsologlca, XX (1991) NICOD, J., 1967: Recherches morphologiques en Basse Provence calcaire. - These d'etat, Universite Aix-Marseille II, Louis Jean editem·, Gap, 557 p. NICOD, J., 1980: Les ressources en eau de la region Provence - Alpes - Cote d'Azur. Importance et role des reserves souterraines. - Mediterranee, no. special: l'eau en Provence - Alpes - Cote d'Azur. d.l.: 4eme trim., 1980. 23-34 POITIER, L., 1973: Etudes et captages de resurgences d'eau douce sous marines. Resurgence sous marines de Port Miou (Cassis, France). Colloque international sur les eaux souterraines, 603-620, Palerme RICHARDOT, F. & C. ROUSSET, 1975: Trace de la transgression miocene sur les massifs de l'Agnis et de la Loube (Var, France). - C.R. Acad. Se., 280, ser. D., 267-270, Paris ROUSSET, C., 1968: Contribution a l'etude des karsts du sud-est de la France: alterations morphologiques et minerales. - These d'etat, Universite Aix-Marseille I, vol. roneot., 33 p. ROUSSET, C., 1975: Etat de la question de la peneplanation miocene et des effets de la phase de compression ponto-pliocene, en Provence occidentale. - Geologie mediterraneenne, II, 4, 191-195 ROUSSET, C., 1988: Apports de nouvaux forages a la connaissance de l'aquifere karstique de Port-Miou. Communes de Cuges et Gemenos, Bouches du Rhone, France. - 4eme Colloque d' hydrologie en pays calcaires. Annales Scientifiques de l' Universite de Besan~on, Geologie, Memoires hors serie no. 6, 275-280 SCHOELLER, H., 1962: Les eaux souterraines. Hydrologie dynamique et chimique. Recherche, exploitation et evaluation des ressources. - Masson edit., 642 p., Paris TEMPIER, C., 1987: Modele nouveau de mise en place des structures provem;;ales. - Bull. Soc. Geol. France, (8), III, 3, 533-540 TRIPET, J.P., 1969: Une methode d'approche de l'analyse du tarissement d'une source karstique. Etude preliminaire. - Journees H. S, Bordeaux. Memoire BRGM, 701-719. 106