Synthse des activits de recherche

223 Pages·2007·12.28 MB·French

THESE de DOCTORAT de l’UNIVERSITÉ PARIS 6

Spécialité :
Hydrogéophysique

Pour obtenir le grade de DOCTEUR de l’UNIVERSITÉ de PARIS 6

Sujet de la thèse :

Application de méthodes géophysiques pour
la reconnaissance et la protection
de ressources en eau dans les milieux karstiques

Présenté par
M. Konstantinos CHALIKAKIS

Soutenue le 21 décembre 2006
devant le jury composé de :

M. Pierre ANDRIEUX Professeur émérite, Paris 6 Examinateur
M. Michel BAKALOWICZ Chargé de Recherche, CNRS Rapporteur
M. Roger GUERIN Maître de Conférences, Paris 6 Directeur de thèse
M. Olivier KAUFMANN Professeur, Fac. Polytechnique de Mons Rapporteur
M. Nikolaos LAMBRAKIS Professeur, Université de Patras Examinateur
M. Anatoly LEGCHENKO Directeur de Recherche, IRD Examinateur
Mme Valérie PLAGNES Maître de Conférences, Paris 6 Co-directrice de thèse
M. Alain TABBAGH Professeur, Université Paris 6 Président du jury

« ∆ιαµαρτύρονται και τα παρατάνε όσοι δεν καταλαβαίνουν ότι ο
µόνος δρόµος για την ανάσταση είναι η σταύρωση »
Ν. Καζαντζάκης
« Ils se plaignent et abandonnent tous ceux qui ne comprennent pas
que le seul chemin pour la résurrection est la crucifixion »
N. Kazantzakis

Remerciements

Depuis le début de la rédaction de ce mémoire, j’avoue que je rêvais le moment où je
devrais rendre hommage à tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à la réalisation de
cette thèse.
Il faut certainement commencer par les initiateurs de cette riche expérience, Pierre
Andrieux qui a permis à cette thèse de prendre forme et substance par son inestimable
soutien scientifique et morale, et Yves Albouy pour son attention, ses précieux et sincères
conseils, son humour et sa sympathie. Deux grands scientifiques qui m’ont communiqué leur
passion pour la géophysique appliquée et deux grands hommes qui m’ont appris, depuis mon
arrivée en France, de ne jamais abandonner et de vivre les bons et les mauvais moments en
plein optimisme et enthousiasme. Je vous en remercie.
Je ne sais pas comment exprimer ma reconnaissance et ma profonde gratitude à Roger
Guérin qui a accepté de prendre en charge la direction de cette thèse. Il a toujours assuré
son rôle malgré les innombrables problèmes rencontrés le long de ces années. Il a fait preuve
de ces qualités humaines et scientifiques par son aide précieuse et ses conseils judicieux. Il a
fait preuve également de beaucoup de patience en ayant supporté un tel « têtu » que je suis.
J’espère de ne l’avoir pas trop déçu parfois. Peut-être le plus grand remerciement pour lui
c’est une promesse : Roger, je ne ferais plus jamais une autre…
Je trouve difficilement les mots qui vont contribuer à remercier ma co-directrice
Valérie Plagnes. Grâce à sa disponibilité quotidienne, son soutien au plan scientifique et humain
et à sa contribution lors de l’interprétation de résultats géophysiques, elle m’a transmis
certains « secrets » du karst. Son esprit de synthèse et sa précision d’expression m’ont
considérablement aidé à certains moments cruciaux de ce travail.
Au terme de cette étude, je tiens à remercier Michel Bakalowicz et Olivier Kaufmann
pour l’intérêt qu’ils ont montré pour mon travail, d’avoir accepté de juger ce mémoire et de
voyager depuis loin pour faire partie du jury de cette thèse.
Je voudrais remercier également Anatoly Legchenko pour son aide dans la
compréhension et l’utilisation de la RMP et pour sa participation au jury de cette thèse. De
même je remercie Nikolaos Lambrakis d’avoir accepté de voyager depuis la Grèce pour la
participation au jury de cette thèse.
J’exprime ma reconnaissance à Alain Tabbagh de m’avoir soigneusement accueilli à
l’UMR Sisyphe et de faire partie du jury de cette thèse.
J’adresse mes sincères remerciements à mes collègues géophysiciens et bons amis
Frank Bosch et Marcus Gurk d’avoir participé physiquement et « matériellement » avec
l’équipement FDEM, à plusieurs missions de terrain en Grèce. Sans eux une grande partie de
ces travaux n’aurait pu se faire. Danke meine freunde.
Je tiens à exprimer ma reconnaissance à Giorgos Stournaras pour sa contribution à la
direction du programme PLATON qui nous a permis de réaliser les missions en Grèce.
Je remercie Reggina Koutsi pour les moments passés ensemble sur le terrain et les
problèmes administratifs que nous avons réussi à dépasser grâce à notre excellente
communication.
Ma vive reconnaissance va également à Denis Sorel pour son aide précieuse sur la
géologie de Loussoi et pour ses nombreux conseils.
Un grand merci à l’équipe BRGM, Jean-Michel Baltassat, Jean-François Girard et
Marie Boucher pour les moments passés sur le terrain et mon apprentissage à l’utilisation de la
RMP.
Il faut rendre hommage aux deux fondations grecques, Leventis et Bardinogiannio
Idryma qui m’ont permis de mener à bien ma vie d’étudiant à Paris avec leurs aides financières.
De même je remercie les gérants, la direction et le reste de l’équipe du Musée du Vin de Paris
de m’avoir bien accueilli et de m’avoir permis ainsi de finaliser mon travail.
Je dois rendre un grand merci à Fayçal Rejiba qui a su toujours écouter et me
conseiller lors de moments très difficiles. Ma gratitude va également à Christian Camerlynck
pour sa disponibilité quotidienne, son aide précieuse et pour l’expérience que nous avons
partagée lors d’une mission au Proche-Orient.
Ma vive reconnaissance va aussi aux autres membres de l’UMR Sisyphe pour leur
disponibilité, leur soutien et leur bonne humeur quotidienne!
Merci à mes camarades thésards et ex-thésards du bureau : Ahmad, Cécilia, Julien,
Stéphane, Laurent, Véronique, Solenne, Jean-Patrice, Marie et Cyril et bon courage pour la
suite.
Et ce n’est pas tout !
Je dois remercier mes chers amis de la communauté grecque de Paris pour leur soutien
et pour notre vie commune. Mon collocateur Giorgos et mes amis Giannis, « Viki », un autre
Giorgos, Dionysis, Tzina, Basilis, Katerina, Anestis, Nikos, Alkis, Stelios et Lambros…
Une pensée spéciale à Iliana pour son sourire quotidien, son soutien et son amour.
J’ai gardé pour la fin ceux qui me sont les plus chers : ma famille. Je vous dédie ce
travail en vous remerciant de tout mon cœur pour tous les sacrifices consentis.
SOMMAIRE

Résumé..................................................................................................................................9
Abstract..............................................................................................................................10
Synthèse des activités de recherche..................................................................................11
i) Introduction générale................................................................................................11
ii) Problématique...........................................................................................................11
iii) Financements............................................................................................................12
iii.a) PLATON.........................................................................................................................12
iii.b) HYKAR et WATERSCAN.............................................................................................13
iii.c) Fondation Leventis et fondation Bardinogianneio..........................................................14
iii.d) Musée du vin de Paris.....................................................................................................14
iv) Plan de ce mémoire..................................................................................................15
CHAPITRE I
Système karstique et ses ressources en eau
Introduction.......................................................................................................................19
I.A. Karst et système karstique....................................................................................19
I.A.1. Karstification et types de karst......................................................................................20
I.A.2. Morphologie karstique..................................................................................................22
I.A.3. Structure et fonctionnement..........................................................................................22
I.A.4. Extension du karst.........................................................................................................26
I.A.4.a. Le karst dans le monde...........................................................................................26
I.A.4.b. Le karst dans le bassin Méditerranéen...................................................................26
I.A.5. Ressources – exploitation – méthodologie d’étude.......................................................27
I.B. Géophysique sur le karst.......................................................................................28
I.C. Objectifs de la thèse...............................................................................................30
CHAPITRE II
Sites expérimentaux :
présentation de chaque site - objectifs de la géophysique
Introduction.......................................................................................................................35
II.A. Limnes Kastrion (site de Loussoi).......................................................................35
II.A.1. Localisation..................................................................................................................35
II.A.2. Contexte géologique....................................................................................................37
II.A.2.a. Géologie régionale................................................................................................37
II.A.2.b. Géologie locale.....................................................................................................38
II.A.3. Climat...........................................................................................................................42
II.A.4. Hydrogéologie – système karstique.............................................................................43
II.A.5. Suivi hydrogéologique (Université d’Athènes)...........................................................45
II.A.6. Rôle de la géophysique................................................................................................46
II.B. Rocamadour (site de Poumeyssen)......................................................................47
II.B.1. Localisation..................................................................................................................47
II.B.2. Contexte géologique.....................................................................................................48
II.B.2.a. Géologie régionale................................................................................................48
II.B.2.b. Géologie locale.....................................................................................................49
II.B.3. Hydrogéologie – système karstique de l’Ouysse.........................................................49
II.B.4. Climat...........................................................................................................................53
II.B.5. Suivi hydrogéologique - qualité des eaux....................................................................54
II.B.6. Objectifs de la géophysique.........................................................................................55
II.C. Paralio Astros (site de Paralia Agiou Andrea)...................................................56
1
II.C.1. Localisation..................................................................................................................56
II.C.2. Contexte géologique.....................................................................................................57
II.C.3. Climat...........................................................................................................................59
II.C.4. Contexte hydrogéologique – formation de sources sous-marines................................59
II.C.5. Rôle de la géophysique................................................................................................61
CHAPITRE III
Méthodes géophysiques :
principes et choix pour chacun des sites expérimentaux
Introduction.......................................................................................................................67
III.A. Prospection géophysique appliquée à l’hydrogéologie – hydrogéophysique.67
III.A.1. Méthodes géophysiques et techniques de mesures.....................................................67
III.A.2. Paramètres hydrogéologiques.....................................................................................70
III.A.3. Choix des méthodes....................................................................................................71
III.B. Méthodes électriques...........................................................................................73
III.B.1. Principe général..........................................................................................................73
III.B.2. Dispositifs de mesure..................................................................................................76
III.B.3. Polarisation spontanée (PS)........................................................................................77
III.B.3.a. Principe................................................................................................................77
III.B.3.b. Dispositif de mesure et mise en œuvre................................................................79
III.B.4. Mise–à–la–masse........................................................................................................82
III.B.4.a. Principe................................................................................................................82
III.B.4.b. Dispositif de mesure et mise en œuvre................................................................82
III.B.5. Panneau électrique......................................................................................................85
III.B.5.a. Principe................................................................................................................85
III.B.5.b. Dispositif de mesure et mise en œuvre................................................................87
III.C. Méthodes électromagnétiques (EM)..................................................................88
III.C.1. Principe général..........................................................................................................88
III.C.2. Méthodes électromagnétiques temporelles (TDEM – Time Domain ElectroMagnetic
ou TEM – Transient ElectroMagnetic)....................................................................................91
III.C.2.a. Principe................................................................................................................91
III.C.2.b. L’équipement TEM-fast 32.................................................................................92
III.C.3. Méthodes électromagnétiques fréquentielles (FDEM – Frequency Domain
ElectroMagnetic).....................................................................................................................94
III.C.3.a. Principe................................................................................................................94
III.C.3.b. Les équipements RMT, RF-EM et VLF-Gradient...............................................95
III.C.3.a.i. Radiomagnétotellurique (RMT)..................................................................................96
III.C.3.a.ii. Radio Frequency Electro-Magnetic (RF-EM)...........................................................97
III.C.3.a.iii. Very Low Frequency Gradient (VLF – Gradient)....................................................99
III.C.4. Radar.........................................................................................................................101
III.D. Méthodes sismiques..........................................................................................101
III.E. Résonance magnétique des protons (RMP)....................................................103
III.E.1. Principe.....................................................................................................................103
III.E.2. Mise en œuvre...........................................................................................................105
III.E.3. L’équipement NUMIS plus.........................................................................................111
III.F. Microgravimétrie...............................................................................................113
III.G. Prospection Radon............................................................................................114
CHAPITRE IV
Résultats géophysiques
Introduction.....................................................................................................................117
IV.A. Limnes Kastrion (site de Loussoi)...................................................................117
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