Des fibres dans la rivière

La fibre optique ne sert pas seulement pour les communications. Plongée au fond d’une rivière, elle permet de localiser les échanges entre les nappes souterraines et les eaux de surface. Les hydrogéologues étudient ces flux pour comprendre la vie d’un cours d’eau. Cette connaissance est essentielle pour maintenir le bon état écologique des rivières.

La localisation des arrivées d’eau souterraine remonte aux années 2000. Aujour-d’hui, le défi consiste à quantifier précisément ces échanges dans les cours d’eau. C’est l’objet de la thèse(1) en hydrogéologie que démarre cette année Nataline Simon à l’Osur(2), sous la direction d’Olivier Bour. « Nous déployons une fibre optique dans les sédiments d’une rivière, explique la chercheuse. Cette fibre est comme un grand thermomètre, elle indique la température dans l’espace et le temps, de manière très précise. » La température de l’eau, par exemple toutes les trente secondes au dixième de degré près, dépend du retour du signal lumineux envoyé dans la fibre.

Comment ce thermomètre peut-il servir à connaître les mouvements d’eau ? « L’eau des nappes souterraines garde une température constante au cours de l’année, environ 13 °C en Bretagne, poursuit Nataline Simon. Celle de l’eau de surface dépend de la météo et du moment de la journée. Si les sédiments restent à la température moyenne de la rivière, cela signifie qu’il n’y a pas d’échanges avec la nappe. Ou que l’eau de la rivière s’y infiltre. Dans le cas contraire, l’eau de la nappe s’exfiltre dans le cours d’eau. »

Un courant électrique

Mais la jeune chercheuse ne se contente pas de mesurer la température des sédiments. Elle utilise une méthode innovante, testée l’an dernier lors de son stage de master. « Nous injectons pendant quatre heures un courant électrique dans l’armature métallique de la fibre optique. Elle émet de la chaleur, qui se dissipe dans les sédiments de la rivière, à côté du câble. Nous observons l’évolution de la température. La dissipation de la chaleur dépend notamment de la vitesse d’écoulement de l’eau dans les sédiments. De cette vitesse, nous déduisons le flux de l’eau et le comparons avec le débit de la rivière. Nous arrivons alors à dire localement quel pourcentage de la rivière provient de la nappe souterraine ! C’est très prometteur. »

En aval de Quimper

Une première expérimentation, avec des collègues de l’Inra, avait eu lieu dans le Kerrien, un cours d’eau qui se jette dans l’Odet, en aval de Quimper. La fibre optique était chauffée sur 60 m. Nataline Simon a présenté les résultats de ces recherches au colloque international d’hydrologie, en avril dernier à Vienne (Autriche), où elles ont intéressé ses confrères. Et deux articles scientifiques les résumeront prochainement.

Ce mois-ci, Nataline Simon et d’autres chercheurs poursuivent l’expérience à plus grande échelle, dans la Sélune (20 m de large), une rivière qui se jette dans la baie

du mont Saint-Michel. « Nous allons installer 500 m de fibre et chauffer ponctuellement quatre portions de 100 m. Pendant plus d’un an, nous aurons des journées de tests pour connaître les états hydrologiques du cours d’eau et les échanges avec la nappe. » Un objectif de sa thèse est aussi d’instrumenter de grandes rivières, comme la Sarthe, en y plongeant trois fibres, de la berge au milieu du fleuve. Au final, cette innovation permet de comprendre le fonctionnement des zones de mélange des eaux, dont dépend la température locale des rivières... et donc les écosystèmes.