Etude hydrogéologique et dimensionnement par modelisation du "système-traçage" du réseau karstique de Han-sur-Lesse (Massif de Boine - Belgique).

The cave of Han-sur-Lesse is a shallow-hole (gouffre de Belvaux) – resurgence (trou de Han) system excavated by the Lesse river in the Givetian limestones (380 to 360 Ma) of the Boine Massif. Since 2004, a large experimental spread (17 recording stations) was developed on the site, aiming to better understand the hydro-geological behaviour of this karstic system. Hydrographs, piezometric data and physico-chemical parameters were recorded. Tracer tests, during different hydrological conditions, were carried out. This information allowed us to suggest a conceptuel model of the hydrogeology of the Boine massif. During low water conditions, the underground Lesse course can be compared to a one-dimensional drain with a succession of underground river stretches and flooded areas. Underground river stretchs are accessible and can be easily proportioned. It is not the case for flooded areas. Based on comments of divers, these areas are considered as free surface high flow sections developed in intensely fractured and karstified limestones. One of the aims of this work is to proportion these areas. A tracer test with sampling sites located upstream and downstream of flooded areas was carried out in September '09 in low water conditions. The measured breakthrough curves showed that the crossing of flooded areas led to a slowing down of the tracer cloud and a delay in the restitution of a part of the tracer. The tracer results were modelled with the river flow and transport model OTIS (One-dimensional Transport with Inflow and Storage) (Runkel, 1998). This model is based on the temporary storage processes described by Bencala and Walter (1983). In our model, the flooded areas of the Han-sur-Lesse karstic system are considered as high flow sections composed of a sum of small flow sections in interaction with storage zones due to the heterogeneousness of the flow media. The fitting of the modelled curves on the experimental data are accurate showing that the model could be used not only to quantify the value of transport parameters but also to estimate the dimension of the saturated karst system. This model was also applied to other active karstic systems of the Boine Massif. The results are also conclusive.Le réseau karstique de Han-sur-Lesse est un système "perte (gouffre de Belvaux) – résurgence (trou de Han)" de la Lesse développé au sein des calcaires givetiens du massif de Boine (Han-sur-Lesse). Une caractérisation du comportement hydrogéologique de ce massif a été entreprise dès novembre 2004. Celle-ci repose sur une méthodologie essentiellement expérimentale. Un dispositif de mesure permanent, constitué de dix-sept stations d'enregistrement (stations de jaugeage, stations limnimétriques, stations piézométriques), a été mis en place. Des campagnes d'échantillonnage ont été effectuées en périodes de basses et de hautes eaux afin de définir le faciès physico-chimique des eaux du système. Plusieurs essais de traçage ont été réalisés, dans divers contextes hydrologiques, afin d'étudier la dimension transmissive du système. Les résultats de l'ensemble de ces mesures nous permettent de proposer un schéma conceptuel du comportement hydrogéologique du massif de Boine. Durant les périodes de basses eaux, le cours souterrain de la Lesse peut être assimilé à un système unidimensionnel hétérogène consistant en une alternance de tronçons de rivière souterraine et de zones noyées à haut degré de karstification. Les tronçons de rivière sont accessibles et aisément dimensionnables. Les zones noyées, grands volumes de roches, intensément fracturés, karstifiés et hautement transmissifs uniquement accessibles en plongée, sont, quant à elles, difficiles à dimensionner. Un essai de traçage avec échantillonnage à l'amont et à l'aval de ces zones noyées a été réalisé en septembre 2009 dans des conditions d'étiage. Les courbes de restitution mesurées démontrent que la traversée des zones noyées induit un ralentissement significatif du nuage de traceur et accroît les effets de retard. Les résultats de cet essai de traçage ont été modélisés à l'aide du logiciel Otis (One-Dimensional Transport with Inflow and Storage) (Runkel, 1998). Ce modèle repose sur les processus d'emmagasinement temporaire décrits par Bencala et Walters (1983). L'objectif est, non seulement de quantifier les paramètres d'écoulement et de transport, mais aussi de dimensionner les zones noyées. Dans ce modèle, nous conceptualisons les zones noyées comme de vastes sections d'écoulement composées d'une zone d'écoulement principal et d'une zone d'emmagasinement temporaire induite par les irrégularités de la section d'écoulement. Les résultats de ces modélisations étant concluants, le modèle Otis a également été appliqué sur des systèmes karstiques aux propriétés différentes.(DOCSC04) -- FUNDP, 201