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photo de strates de calcaire

Observatorio
hidro-espeleológico
Sur Pirenaico de Cotiella

L’observatoire hydrospéléologique
Sud Pyrénéen du Cotiella

Les instruments sont autofinancés par l’association, les critères économiques conditionnent le nombre et la qualité des instruments, la progressivité de l’équipement des sites.
Les stations de mesures sont implantées dans les zones d’alimentation, de transfert et de restitution du karst.
Des expériences de traçage et des levés topographiques précisant l’altimétrie de points de référence complètent les données des instruments.

La zone de restitution ou barranco del Irués

Essentiellement constituée par le ravin nommé également Fornos, elle collecte la majeure partie des eaux de l’impluvium.
Plusieurs venues d’eau sur les deux rives alimentent le capricieux torrent d’Irués ayant creusé son canyon jusqu’au niveau imperméable marneux du Santonien.
Toutes les exsurgences apparaissent en toit des marnes.

Schéma en coupe du ravin de l'Irués

La station hydrométrique de la Passerelle, à l’extrémité du bassin versant topographique :

A la confluence avec le ruisseau Garona de los Molinos, une passerelle traverse l’Irués ayant collecté toutes les eaux souterraines du massif. Le site a été choisi pour recevoir la station de mesure. Elle est composée de deux sondes de pression U20 dont une, hors d’eau, permet de compenser les variations de la pression atmosphérique (Sté Hobo, distribuées par Sté Prosensor, www.prosensor.fr). Les mesures sont programmées chaque heure entière. Simultanément, les sondes enregistrent la température de leur environnement, seule la variation de la température d’eau est ponctuellement utile. Une règle limnimétrique à proximité permet de corriger la dérive progressive du dispositif automatique.

Trois cycles hydrologiques complets sont à présent disponibles (mars 2015 à février2018).
L’année hydrologique se déroule de mars à février, mais pour rationaliser les données de l’observatoire, les hydrogrammes sont représentés sur une année civile.
Le zéro de la station hydrométrique est à 800 mNGI d’altitude (Nivellement Général de l’Irués).

histogramme

Parallèlement, de multiples jaugeages du débit du ruisseau ont été menés. D’abord au sel et au conductimètre, puis à la fluorescéine et au fluorimètre. Ils permettent d’obtenir une courbe de tarage permettant les investigations vers les volumes d’eau restitués.
Malgré un historique trop court pour évoquer les débits de référence, le río Irués est caractérisé par un régime nivo-pluvial avec deux maxima : en avril/mai lors de la fonte nivale et en été/automne lors des épisodes orageux importants.
La plus forte crue observée le 11 juin 2015 faisait monter le niveau de l’Irués à 1.27 m de hauteur (débit de 36 m3/s). Avant l’installation de la station, des traces repères de la crue exceptionnelle du 3 novembre 2011 avaient été observées à 2.20 m de hauteur soit un débit estimé à 93 m3/s.

L’étiage le plus sévère observé à 0.14 m correspond à un débit de 130 l/s apporté par la seule exsurgence pérenne de Fuentes Blancas à son minimum.
Fortement influencée par le parcours aérien de 800 m depuis cette dernière, la température de l’eau à la station n’est pas représentative, ni celle de la sonde air isolée dans la gaine de protection en inox.
La sonde de compensation barométrique permet de corriger si nécessaire, les valeurs de pression relevées sur les divers sites de l’observatoire (avec formule de correction ou relevés simultanés). La variation maximale de la pression atmosphérique sur le site (extrapolable aux alentours) est de 48.6 hPa (0.49 m), faussant d’autant les résultats si elle est négligée.
L’hydrogramme permet d’estimer le débit des différentes exsurgences, précise les rapports bassin versant-rivière, aide à évaluer les débits caractérisant le torrent et à terme, pourrait déboucher sur un véritable bilan hydrologique.

Suivi des mises en charge dans la Cueva de los Graners

photo de la plage de galets

En remontant le río Irués sur sa rive gauche, on rencontre plusieurs exsurgences étagées, interconnectées, constituant le système Fornos. Leur apparition est conditionnée par le contact marne-calcaire, peu déversé à l’ouest. Le réseau reconnu et topographié par les spéléologues et les plongeurs se développe sur 3356 m pour 116 m de dénivelé (Perez P., Botazzi J., Cabrit E.).

Depuis le niveau pérenne à 883 m d’altitude, le réseau subit des crues amorçant progressivement les exutoires au fur et à mesure de la saturation des griffons. Des mises en charge locales peuvent inonder les conduits et galeries situés dans la zone épinoyée jusqu’à une altitude de 1000 m.
- Fuentes Blancas (883 m d’altitude) est l’exsurgence pérenne du massif. Elle est constituée par plusieurs griffons diffus, cascadant à travers un éboulis pentu, trente mètres au-dessus du canyon. Aucun n’est hélas pénétrable. Lors du premier traçage en 1985, les fluocapteurs et prélèvements positifs prouvaient la relation avec le cirque d’Armeña sur le versant oriental du massif. La configuration des lieux interdit toute mesure de hauteur ou de pression d’eau. Néanmoins, une sonde de conductivité-température enregistre les variations de ces paramètres depuis mars 2016 (CTD-Diver/ www.novametrixgm.com).
- L’exsurgence de crue de la cueva del Chorro est située à 951 m d’altitude, et jaillit en une cascade spectaculaire de vingt-deux mètres de hauteur, au milieu d’une falaise où s’entrelacent strates de calcaire et de marne. Un capteur de pression-température est installé sous la cascade pour chronométrer son fonctionnement (débordement de la crue), Il s’agit d’un Sensus Ultra de la Sté Reefnet (Canada, www.reefnet.ca). L’installation est temporaire, apportant un élément ponctuel dans la détermination des débits des exsurgences.
- La cueva de los Graners à 981 m altitude est l’exsurgence de forte crue. C’est le premier et plus ancien site instrumenté du programme (octobre 2010). Vingt mètres sous l’entrée de la cavité, la salle du Lago Uno était choisie pour installer un capteur Sensus Ultra, baptisé Graners-1 et fixé sur la paroi, deux mètres environ au-dessus du niveau fluctuant du lac.

Déchargement des données par deux personnes

Les valeurs de pression sont acquises depuis cette côte, balcon sur le système Fornos, lorsque l’afflux d’eau du massif sature la galeria del Tronco la reliant à la cueva del Chorro. Cette perte de charge provoque la mise en charge du réseau de Graners.
La sonde est paramétrée pour enregistrer les données à un pas de dix minutes.Durant huit années, les données de 114 immersions de la sonde ont été collectées, dont une très longue de 112 jours au printemps 2013 et certaines effleurant le capteur pendant quelques heures seulement. La fréquence, le volume et l’intensité des précipitations sur le massif conditionne la réponse à la zone de décharge, et par là les mises en charge du réseau.

Les trois mois d’hiver représentent la période de moindre activité, la neige et le gel installant une chape imperméable sur les zones de recharge. L’ennoiement des conduits de Graners est rare, c’est la période la moins risquée pour l’exploration avancée.

En mars, l’élévation de l’isotherme zéro et la pluie remplaçant les chutes de neige, cette réserve d’eau commence à fondre, parfois stoppée par des vagues de froid paralysant la fonte ou dopée par les précipitations sous forme de pluie. Les mises en charges réactivent sporadiquement les exutoires supérieurs du Chorro, les conduits de Graners peuvent s’ennoyer.

histogramme

A partir du mois d’avril, la fonte des neiges est quasi permanente en altitude, s’installe alors la mise en charge de fonte nivale pouvant perdurer jusqu’au cœur de l’été. Elle est caractérisée par sa durée de plusieurs mois (du 11 avril au 1er août en 2013), par ses ondulations à la fréquence rigoureuse de 24 heures, répercutant les effets de l’élévation de la température diurne.
De fortes pluies sur le manteau neigeux peuvent perturber ce rythme régulier. Globalement, les mises en charge ne sont pas marquées par de fortes pressions, seulement deux fois durant notre historique, l’entrée de la grotte a été active (+ 20,25 m). Les vitesses de mise en charge sont inférieures à 1 m/10 mn pour ±85 % d’entre elles.

Une phase plus calme succède à cette longue activité, l’ennoiement du réseau de Graners est alors tributaire des orages en août et septembre. Ces épisodes ponctuels sont bientôt suivis par ceux d’automne en tous points semblables mais plus fréquents.

L’apparition et l’ampleur des mises en charge au niveau de Graners sont liées à la charge initiale de l’aquifère. La montée des eaux est d’autant plus retardée que la crue précédente aura cessé de longue date. Hauteur et vitesse sont les réponses au cumul et à l’intensité des pluies lors de l’épisode moteur. Une sur quatre de ces mises en charge a activé l’entrée-exutoire de la cueva de Los Graners, notamment celle record du 3 novembre 2011 avec près de 38 m d’eau au-dessus du capteur (18 m au-dessus de l’entrée).
Outre par leur hauteur importante, c’est par leur vitesse que se caractérisent les mises en charge de fin de saison d’été, souvent multi métriques sur 10 minutes (pas de nos mesures). La vitesse de montée des eaux a atteint le record de 7.8 m/10 mn le 12 septembre 2015, laissant peu de chance à l’imprudent spéléo barbotant dans le lac 3 au fond de la cavité ! C’est la saison des pires dangers pour l’exploration spéléologique.

La relation dans le temps des épisodes pluvieux sur le massif et des mises en charge dans Graners a été recherchée. La réponse selon le cumul et l’intensité des pluies, l’état initial de l’aquifère, a lieu entre 3 et 10 heures.

histogramme

Simultanément à la pression enregistrée lors des mises en charge, la sonde Graners-1 enregistre la température de l’eau. Les valeurs extrêmes observées sont 5,56°C et 8,73°C.
Des variations de température au sein d’une même crue apparaissent, elles peuvent être supérieures à 2°C, notamment lors des crues de fonte nivale lorsqu’une vague de chaleur ou une pluie conséquente dynamise le processus.
Sur l’ensemble de l’année, on remarque les températures maximales durant les 3 mois d’hiver (supérieures à 8°C, peu de crues, temps de séjour important favorisant l’échange à la température moyenne du lieu) pour des minimales aux premiers jours de l’été (inférieures à 6°C, afflux durable d’eau de fonte).

Un relevé précis des coordonnées géographiques

La conversion des pressions en hauteur d’eau nécessitait des données altimétriques et positions géographiques très précises. Les outils de SIG, la géolocalisation par GPS sont fiables dès lors que le site est en zone éclairée par le réseau satellitaire. Ce n’est pas le cas du sombre ravin de Fornos où se situent toutes les résurgences.
De longs et patients programmes de levés topographiques ont permis de préciser l’altitude relative des résurgences à un point de référence convenu. Parmi d’autres, le dénivelé précis entre les griffons pérennes (Fuentes Blancas) et l’exutoire de crue le plus élevé (Graners) a nécessité 61 mises en station d’un théodolite sur un sol dont on peut imaginer la diversité !
Ainsi, un relevé soigné du ravin a pu être établie et permet l’interprétation des observations scientifiques.

Plan avec coordonnées géographiques

Suivi de la conductivité électrique des eaux de Fuentes Blancas

En rive droite, six exsurgences s’échelonnent entre 915 m et 948 m altitude pour la plus haute. Une sonde de conductivité-température CTD-Diver équipe le griffon le plus bas : L21. Elles sont historiquement rattachées à l’impluvium de la montagne de la Llerga (Nord-ouest du massif). Lors de certains traçages, les fluocapteurs se sont révélés positifs, légitimant leur présence dans ce travail. Une contamination à la fluorescéine par la rivière et le débordement du Chorro (en amont et tracé positif) en serait une explication discutable.
Le rapprochement de la chronique de conductivité-température de cette dernière avec celle Fuentes Blancas en rive gauche court sur une courte période, mais on peut commenter quelques comparaisons.
La conductivité à L21 est plus élevée, attestant une circulation plus lente dans un environnement pourtant de même nature. L’eau de FB est peu minéralisée pour une résurgence karstique, l’élévation de la CE avant l’épisode pluvieux est faible et régulière. En revanche, celle de L21 est affectée par des variations notables. L’épisode pluvieux est précoce à FB et impacte davantage la CE de L21.
La température d’eau à L21 est supérieure de 2.5 °C, néanmoins les deux venues d’eau ont gardé des températures stables avant l’épisode pluvieux.
Il est risqué de conclure à une indépendance des deux exsurgences au vu de d’un si courte période, un cycle hydrologique complet sera nécessaire.

histogramme

Les gouffres d’altitude ou zone de transfert

Trois cavités font référence dans le programme. - Le A8/A11 (2176 m altitude, système Armeña), sur le versant Est du massif (cirque d’Armeña), est reconnu jusqu’au siphon terminal à -601 m et se développe sur 9400 m. Un actif est rencontré à la côte -450 m et a fait l’objet de trois injections de fluorescéine lors des expériences de traçage.
- La sima des Apostats (B13, 2413 m altitude), sur le versant Ouest et en tête de l’Ereta de las Brujas, profond de 468 m (dév. 1100 m). Un petit actif à la côte -400 m a permis l’injection de fluorescéine lors de l’expérience 2011.
- Le gouffre du Sabbat (B112, 2425 m d’altitude, Ereta de las Brujas), nouveau géant d’Aragon avec 1328 m de profondeur et plus de 4600 m de développement (2015). Les injections ont été effectuées près du bivouac de -660 m, dans une circulation locale. Même au niveau des deux siphons terminaux, le débit n’est pas représentatif de la profondeur.

Dessin en coupe de la cavité

Les siphons sont à une altitude de 1097 m, l’altitude maximum atteinte par la mise en charge locale de Graners est à 1000 m, encore 4850 m plus à l’ouest… En été 2016, un capteur de pression Sensus Ultra a été fixé à fleur d’eau du siphon Marta. « Le débit de la rivière était important, le niveau d'eau dans le siphon Marta était de 2 à 3 mètres supérieur à celui observé en 2014. Nos traces étaient effacées, et l'on peut dire que le niveau d'eau s’est élevé d’au moins 25m, peut-être bien plus mais sans certitude. » (P.Cluzon, 18 juillet 2016). La chronique des immersions, au même pas que Graners-1, pourrait préciser la relation avec la zone de décharge de Fornos.
Les expériences de traçages sont les points noirs du programme de l’observatoire. Depuis la coloration qualitative réussie de 1985 prouvant la relation Armeña-Fornos (Pau Perez y de Pedro, Explorations any 1985, p 99), quatre opérations de traçage ont eu lieu sans les résultats quantitatifs attendus.
Celle en demi-teinte de 2013 permet seulement de situer une réapparition entre 4 et 16 jours après l’injection. La lourde expérience en double traçage simultané de 2015 a nécessité un important déploiement d’instruments de surveillance. Les résultats sont difficilement exploitables quantitativement, traceurs dilués par deux fortes crues d’orage.

Le Circo de Armeña comme exemple de zone de recharge

Dans un travail encore inédit, (Hypsométrie du massif du Cotiella, conséquences directes sur l’alimentation de l’impluvium, 2016, à paraître dans COTIELLA n°6) Paul Cluzon communique sur 6527 ha d’impluvium. Près de 63% de la surface sont à une altitude comprise entre 1900 m et 2500 m. Les conditions climatiques dans cette fraction hypsométrique conditionnent majoritairement le régime hydrologique aux exutoires.
Deux stations d’observations météorologiques sont implantées dans le cirque d’Armeña, à 2200 m d’altitude sur le versant Est du massif.

histogramme et photos

Les gouffres d’altitude ou zone de transfert

La station météo AIR est composée :
D’un pluviomètre à auget DAVIS INSTRUMENTS – Rain Collector II (USA), d’une résolution de 0,20 mm de pluie, muni d’une sortie impulsionnelle. Il est raccordé à un enregistreur d’évènements de la Sté Lascar Electronics EL-USB-5 (www.lascarelectronics. com) assurant le courant de boucle sans adjonction de batterie annexe et d’un thermomètre enregistreur EL-USB-1 de la même société, programmé à une fréquence horaire, d’une résolution de 0,5 °C.
Ces deux composants sont fixés sur un mat métallique de 1,5 m de hauteur, solidement arrimé et haubané pour résister aux conditions sévères à cette altitude.
Le pluviomètre est à l’origine de toutes les observations et délivre les données essentielles aux corrélations et comparaisons. Les précipitations pluvieuses sont comptabilisées par unité de 0.2 mm, datées au 1/10ème de seconde. Le pluviomètre n’est pas équipé d’un réchauffeur pour la période hivernale.
On remarque des courbes des températures moyennes mensuelles globalement analogues. La température horaire minimale relevée en février est de -18.5 °C, peu rigoureuse pour 2200 m d’altitude, tandis que la maximale de 23 °C en août révèle l’exposition sud-occidentale du massif.
Les hiétogrammes sont marqués par la disparité des répartitions mensuelles des pluies et le déficit conséquent des mois de décembre, janvier et février. Il est probable que l’équivalent en eau des chutes de neige soit mal comptabilisé par le pluviomètre en place (entre 1600 et 1800 mm/an pour des stations fonctionnant dans des conditions similaires).
Pour vérifier cette dernière hypothèse et sur l’idée de Bartolomeo Vigna et Cinzia Banzato (The snow melting process, Flowpath 2012. Percorsi di Idrogeologia), une station météo enterrée a été installée sur le même site. Le but étant de quantifier l’équivalent en eau du manteau neigeux.

La station météo SOL est composée :
Du même pluviomètre que la station AIR couplé à un collecteur au sol, (0,8 m x 0,4 m x 0,2 m). Cette surface de collecte supérieure à la capacité du pluviomètre nécessite un volume de rétention et d’un thermomètre enregistreur EL-USB-1 PRO (www.farnell.com) programmé à une fréquence horaire, d’une résolution de 0,1 °C.
Le fonctionnement perturbé de l’instrument lors de l’hiver 2016 ne permet pas la publication des résultats, mais des modifications de structure et d’emplacement devraient le permettre à l’horizon 2017.

En guise de rendez-vous plutôt que de conclusion

L’observatoire évolue en permanence, au gré des moyens de l’ACEC. Chaque année voit augmenter le nombre d’instruments, chaque saison permet de nouvelles corrélations. Le voile d’ombre se lève peu à peu sur ce massif pyrénéen, jalon discret mais majeur dans l’histoire de la spéléologie Pyrénéenne. Des articles spécialisés suivront à n’en pas douter, peut-être même rédigés par des spécialistes éclairés.

Bibliographie des seules cavités, systèmes et publications liés à l’étude

Bibliografía de las solas cavidades, sistemas y publicaciones que conciernen al estudio

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